Плазменная резка металла

Листовой прокат из стали всех марок, алюминия и его сплавов может разрезаться методом плазменной резки с использованием ручных резаков, переносных машин, а также на стационарных машинах с цифровым, фотоэлектронным и линейным управлением. Резка производится дугой прямого действия при прямой полярности.

Перед началом плазменной машинной резки необходимо проверить состояние оборудования и убедиться в его исправности. Установить расход плазмообразующей среды по таблице режимов. Проверить действие системы охлаждения плазменного резака. Задать необходимую скорость резки по таблице режимов и программу резки. Прежде чем приступить к вырезке деталей, следует проверить режимы резки на пробной планке из того же металла и той же толщины, что и разрезаемый металл.

При использовании в качестве плазмообразующей среды воздуха, азота, воздухе с водой, кислорода и кислорода с водой следует применять плазменные репки с вихревой стабилизацией дуги, а при использовании аргона с водородом — плазменные резаки с осевой стабилизацией.
Во всех случаях процесс резки листа может начинаться или с кромки, или с середины листа.

Резка с середины листа, в свою очередь, может производиться, начиная с кромки предварительно просверленного отверстия, диаметр которого не должен быть менее 6 мм, или после пробивки металла непосредственно плазменной дугой. Предварительное сверление отверстий применяется лишь при резке металла большой толщины, когда невозможно пробить металл плазменной дугой, так как сверление отверстий связано с потерями времени и с неудобством выполнения работы, особенно при резке на стационарных машинах. При ручной резке стали, меди и сплавов на медной основе сверление отверстий обычно применяют при толщине более 40 мм, а при резке алюминиевых сплавов — более 50 мм. При резке переносными машинами и на стационарных машинах предварительное сверление отверстий производится при толщине разрезаемого металла более 28 мм для всех металлов.
Пробивка металла плазменной дугой является наиболее сложной операцией плазменной резки, которая значительно влияет на итоговую цену плазменной резки металла.

Капли расплавленного металла в момент пробивки выдуваются режущей струей из кратера, образующегося в листе, и загрязняют наружную поверхность сопла и кожуха резака. В некоторых случаях они могут создать сплошной мостик между соплом и разрезаемым листом, что приводит к образованию двойной дуги. Для предотвращения этого явления резак в момент пробивки должен быть поднят над листом на 20—25 мм, т. е. значительно выше, чем при резке. С другой стороны, для надежного соприкосновения с разрезаемым листом факела вспомогательной дуги, обеспечивающего возбуждение режущей дуги, резак должен быть удален от листа перед началом резки на 10—12 мм. В связи с этим приходится возбуждать дугу при опущенном резаке, а затем приподнимать его после возникновения прямой дуги и вновь опускать в рабочее положение после того, как металл будет пробит струей плазмы насквозь.
При ручной резке и резке переносными машинами приподнимание резака для пробивки производится вручную, а момент окончания пробивки и начала опускания резака определяется визуально по появлению сквозного отверстия. При резке на стационарных машинах приподнимание и опускание резака на время пробивки металла может также производиться оператором машины вручную путем нажатия кнопок па пульте управления машины, а момент окончания пробивки определяется визуально. Однако современные стационарные машины имеют несложные реле времени, при помощи которых резак автоматически приподнимается для осуществления процесса пробивки и опускается в рабочее положение для начала перемещения по траектории резания.

При автоматической пробивке ее осуществление контролируется не визуально» а по времени, затрачиваемом на пробивку металла определенной толщины. При этом под временем пробивки понимается промежуток времени от начала возбуждения режущей дуги до начала движения резака по заданной траектории.

В этом промежутке с помощью автоматики машина осуществляет возбуждение режущей дуги, приподнимание резака в начале пробивки отверстия и опускание его после окончания пробивки. Продолжительность остановки резака при пробивке металла задается в зависимости от толщины разрезаемого металла.

В случае выполнения пробивки непосредственно на линии контура детали при машинной резке требуется очень точная регулировка времени пробивки. При недостаточной выдержке металл не пробивается на всю толщину и прорезается уже в процессе движения резака. В результате этого в начале реза у нижней кромки остается участок не прорезанного металла. При чрезмерно продолжительной остановке резака диаметр пробитого отверстия превышает ширину реза. На кромке детали остается выхват, ухудшающий внешний вид и затрудняющий последующую сварку.

Подбор оптимальной продолжительности времени пробивки для каждой толщины листа значительно усложняет процесс регулирования системы управления дугой перед резкой. Кроме того, незначительное изменение внешних условий, например изменение напряжения питающей сети, давления сжатого воздуха, расстояния между резаком и металлом, приводит к тому, что ранее установленная выдержка оказывается для данных условий неправильной и в точке пробивки образуется или непрорез, или слишком большое отверстие. В связи с этим рекомендуется продолжительность пробивки устанавливать таким образом, чтобы обеспечить надежное проплавление металла, а пробивку производить в стороне от контура вырезаемой детали (на отходе). Практически при резке стали толщиной 6—20 мм можно использовать одну выдержку времени, равную приблизительно 2 с.

Однако и в данных условиях продолжительность пробивки не следует делать слишком долгой, так как отверстие становится настолько большим, что для обеспечения контакта между металлом и столбом плазменной дуги последний должен сильно искривиться. Это приводит к соприкосновению столба дуги со стенкой сопла, в результате чего происходит либо срабатывание системы автоматической зашиты сопла, либо оплавление его стенок, либо отрыв дуги.
Плазменную резку алюминия и его сплавов следует выполнять в среде аргона с водородом. Допускается резка в среде азота, воздуха, воздуха с водой и кислорода с водой.

Большим преимуществом аргона является способность устойчиво поддерживать плазменную дугу при небольших напряжениях и малом токе. В связи с этим аргон применяется, главным образом, при ручной резке листов из алюминиевых сплавов сравнительно небольшой толщины (до 12-20 мм). Недостатком аргона является относительно малая проплавляющая способность плазменной струи и, как следствие, наименьшая по сравнению со всеми другими газами скорость резки. Однако при ручной резке физиологические возможности резчика ограничивают скорость ведения процесса. В связи с этим при резке тонколистового алюминия малая проплавляющая способность аргоновой плазмы практически не оказывает влияния на производительность резки.

Добавка к аргону водорода резко повышает скорость резки. Однако водород, диссоциируя на атомы в приэлектродной области, отнимает у электрода значительное количество теплоты, т. е. оказывает на дугу гасящее действие. Он может охладить катодное пятно настолько, что термоэлектронная эмиссия прекратится и дуга прервется. Зажечь плазменную дугу в атмосфере водорода при тех же напряжениях и токе вспомогательной дуги, которые применяются в существующих установках, не удается. В связи с этим возбуждение дуги производят в среде аргона и только после получения режущей дуги добавляют к аргону водород. Соотношение между аргоном и водородом зависит от вида резки и толщины разрезаемого металла. При ручной резке водорода подают меньше, чем при машинной (обычно 20-35 %). По мере увеличения толщины разрезаемого металла рекомендуется увеличивать содержание водорода в смеси, доводя ее при толщинах 80—100 мм до 60—80 %.

Ориентировочные режимы плазменной резки алюминиевых сплавов

Толщина материала	Расстояние между резаком и изделием	Исходная высота прожига		Время задержки прожига	Настройки для достижения наилучшего качества резки		Настройки производительности		Ширина разреза
					Скорость резки	Напряжение	Скорость резки	Напряжение
мм	мм	мм	%	секунды	мм/мин	В	мм/мин	В	мм
2	1.5	3,8	250	0,1	7890	121	9585	134	1,3
3				0,2	4850	130	7120	129	1,5
4				0,4	3670	133	5650	129
6				0,5	2060	139	3095	132	1,6
8				0,6	1330	139	1830	136	1,7
10				0,7	860	142	1015	140	1,9
12		Пуск на краю			620	144	745	142	2
16					360	152	340	148	2,5

Плазменную резку коррозионно-стойких, жаростойких и плакированных сталей следует выполнять в среде технического азота, средах воздуха, воздуха с водой, кислорода с водой. рода с водой. При этом листы из коррозионно-стойкой стали толщиной до 20 мм разрезают с применением азота, а при толщине от 20 до 50 мм используют смесь из 50 % азота и 50 % водорода.

Ориентировочные режимы плазменной резки нержавеющих сталей

Толщина материала	Расстояние между резаком и изделием	Исходная высота прожига		Время задержки прожига	Настройки для достижения наилучшего качества резки		Настройки производительности		Ширина разреза
					Скорость резки	Напряжение	Скорость резки	Напряжение
мм	мм	мм	%	секунды	мм/мин	В	мм/мин	В	мм
2	1,5	3,8	250	0,1	5620	126	7830	134	0,6
3				0,2	3285	129	4725	129	0,9
4				0,4	1995	130	2960	129
6				0,6	1145	134	1695	132	1,1
8				0,8	605	133	1100	136	1,2
10				1,2	380	141	870	140	1,4
12		Пуск на краю			240	145	540	142	1,6
16					160	149	320	148	1,8

Плазменная резка низкоуглеродистых низколегированных и среднелегированных сталей выполняется с применением в качестве плазмообразующих сред воздуха с водой, кислорода с водой, воздуха, кислорода.

Ориентировочные режимы плазменной резки низкоуглеродистой стали

Толщина материала	Расстояние между резаком и изделием	Исходная высота прожига		Время задержки прожига	Настройки для достижения наилучшего качества резки		Настройки производительности		Ширина разреза
					Скорость резки	Напряжение	Скорость резки	Напряжение
мм	мм	мм	%	секунды	мм/мин	В	мм/мин	В	мм
2	1,5	3,8	250	0,2	5560	128	7910	125	1,4
3				0,2	3960	128	5590	128	1,5
4				0,4	2800	128	3960	128
6				0,6	1430	130	2110	127	1,7
8				0,6	1020	133	1385	130	1,8
10				0,8	780	136	920	134	1,9
12				1,0	540	140	690	138	2,1
16				1,2	310	146	400	141	2,3
20		Пуск на краю			170	152	240	147	2,8
25					110	157	145	154	3

Необходимо отметить, что резка в широком диапазоне толщин (от 6 до 30 мм) выполняется при постоянной регулировке аппаратуры. Изменяется только скорость движения резака в зависимости от толщины разрезаемого металла. Напряжением дуги используется для контроля за правильным протеканием процесса. Выход напряжения за заданные пределы свидетельствует об отклонении какого-нибудь исходного параметра, например об изменении расхода воздуха, расстояния от резака до листа и т. п.; это является сигналом о необходимости провести проверку отдельных составляющих процесса резки. Постоянство регулировки аппаратуры является большим преимуществом плазменной резки углеродистых сталей по сравнению с кислородной резкой, так как при этом эксплуатация оборудования существенно упрощается.

В процессе резки необходимо следить за состоянием сопел и электродов; для этого следует периодически удалять с внутренней поверхности сопла налет материала электрода при помощи шлифовальной шкурки. При увеличении каналов сопл или изменении формы этих каналов сопла необходимо заменить на новые. Электрод следует заменить, когда его стержень укоротится на 2,5 — 3,0 мм. Сейчас есть возможность заказа недорогих расходных деталей, поскольку доступна доставка сборных грузов из китая. Учитывая приемлемые цены на грузоперевозки и доставку грузов появляется возможность значительной экономии.

Для уменьшения или полного устранения появления скоса кромки плазменная резка деталей должна производиться по часовой стрелке, т. с. таким образом, чтобы деталь по отношению к линии роза находилась с правой стороны. Вырезать отверстия в деталях следует против часовой стрелки.
При вычерчивании копирчертежей и составлении программ для вырезки деталей необходимо выполнять приведенные ниже условия, обеспечивающие минимальные деформации при тепловой резке.

В первую очередь следует вырезать отверстия. Вырезку деталей начинать от одной из кромок листа, последовательно переходя от одной детали к другой в направлении к противоположной кромке. При составлении карт раскроя деталей для тепловой резки рекомендуется применять совмещенные резы.

Узкие и длинные детали надо располагать вдоль продольной кромки листа, причем более длинные детали — ближе к кромке, от которой начинается резка, а более короткие — ближе к середине листа и к противоположной кромке. Вырезку следует начинать с узких и длинных деталей, расположенных у кромки.

Детали, имеющие одну кромку с вырезами, необходимо располагать этой кромкой в сторону кромки листа, от которой начинается вырезка деталей.
Начало и направление реза каждой детали должны быть такими, чтобы кромка, соединяющая деталь с основной массой листа, обрезалась в последнюю очередь.

Вырезку на стационарных машинах листовых деталей длиной свыше 5 м, шириной свыше 0,8 м следует производить с угла, начиная с длинной кромки. В программе или на копирчертеже необходимо откорректировать контур детали; для этого надо предусмотреть плавное увеличение выпуклости или уменьшение выгнутости кромки первого и третьего резов с изменением стрелки прогиба кромки первого реза на 1,5 мм, третьего реза на 1.0 мм при кислородной резке и на 0,5 мм обеих кромок при плазменной резке.

Если одна деталь занимает большую часть листа, то вырезку необходимо начинать с этой детали. При кислородной вырезке полос толщиной до 12 мм необходимо оставлять перемычки через 800 мм для ширины до 100 мм, через 1200 мм для ширины 101—200 мм, через 1800 мм для ширины 201—300 мм. через 2500 мм для ширины свыше 300 мм. При плазменной резке расстояние между перемычками должно быть увеличено в 1,5 раза, длина перемычки должна быть не менее 15 мм. Перемычки следует оставлять на обеих продольных кромках таким образом, чтобы они лежали на одной прямой, перпендикулярной к длинным кромкам листа (детали). При вырезке деталей толщиной более 12 мм перемычки не оставляются.