Выберите:     Тип резки:
Максимальная толщина резки, мм:
Толщина резки / толщина прожига, мм:

Бренды

Заказать звонок

Нажимая на кнопку Отправить, я даю согласие на обработку персональных данных

Отправить

Экономически эффективный процесс

В статье описаны варианты процесса плазменной резки, которые применяются в настоящее время. Приведены характеристики вариантов, детально описаны режущие устройства и циклы, сравниваются преимущества и недостатки. Даны пояснения по разграничению с лазерной резкой, рассматривается экономическая эффективность ацетиленокислородной, плазменной и лазерной установок.


Оглавление:

Введение
Традиционная резка
С использованием дополнительной среды
Режущие газы
Сроки службы сопел и электродов
Преимущества и недостатки
Сравнение с лазерной резкой
Экономические соображения
 

Плазменная резка при использовании дополнительной среды

Экономическое обоснование применения того или иного метода термической резки определяется в том числе соотношением скорости резки и толщины разрезаемого металла.


Рисунок 1: Скорости термической резки


1 - Лазер мощностью 0,5 кВт 2 - Лазер мощностью 1,8 кВт 3 - Лазер мощностью 3,0 кВт 4 - Подводная плазменная резка (260 А) 5 - Ацетилено-кислородная резка


Введение

Плазменная резка – это термический процесс, который благодаря чрезвычайно концентрированному приложению энергии обеспечивает высокие скорости резки и поэтому является экономически эффективным применительно к мягким и низколегированным сталям. По сравнению с ацетилено-кислородной резкой потребление энергии является значительно меньшим, поэтому обработанные детали являются достаточно точными, в худшем случае наблюдаются незначительные коробления и деформации. В известной мере плазменная резка конкурирует с лазерной и ацетилено-кислородной. На рис. 1 дано сравнение скоростной резки в упомянутых процессах в зависимости от толщины листов. Показано, что при плазменной резке могут достигаться более высокие скорости при достаточно высоком качестве резки.

За последние годы плазменная резка существенно усовершенствована. Имеется различие между резкой в атмосфере (сухие резы) и резкой под водой. Существует разговорный термин «прецизионная плазменная резка», который фирмы применяют без пояснений, хотя обычно имеется в виду использование дополнительной среды.

До конца 80-х годов установки для плазменной резки с инжекцией воды и для подводной резки считались вполне современными и экономичными. Вскоре за ними последовали существенно усовершенствованные установки для сухой плазменной резки, где сначала в качестве режущего газа использовался воздух, затем кислород. Усовершенствования касались не только увеличения срока службы электродов, но и существенного повышения скорости резки. Сухая резка была отработана до такой степени, что в новых установках она стала наиболее предпочтительной.

Традиционная плазменная резка

При традиционной плазменной резке дуга ограничена только соплом с подачей плазменного газа, который поступает в V-образные канавки с вписанными углами приблизительно от 6о до 10о. Как правило, резка осуществляется в атмосфере. Дуга (плазменная дуга прямого действия) возникает между неплавящимся электродом (катодом) и заготовкой (анодом). В редких случаях она возникает между электродом и соплом, тогда она называется «плазменная дуга непрямого действия». Такой процесс используется почти исключительно вручную применительно к тонким листам или непроводящим материалам.


Плазменная резка при использовании дополнительной среды

Резка при использовании дополнительной среды является дальнейшим усовершенствованием в том отношении, что с помощью этой среды ограничивается длина плазменной дуги. При толщине листа порядка 3 мм параллельность обработанных поверхностей при использовании кислорода в качестве режущего газа сопоставима с этим показателем при лазерной резке (с кислородом). Более того, возможно получение параллельных поверхностей при резке листов толщиной до 8 мм. Если в качестве режущего газа используется азот, обработанные поверхности получаются очень гладкими, но несколько выпуклыми.

Плазменная резка при использовании дополнительной среды может применяться не только в атмосфере (сухая резка), но и под водой. Если в качестве дополнительной среды используется газ,осуществляется обычная сухая резка. Такой подход широко применяется в настоящее время, особенно на тех предприятиях, где получают профильные поверхности почти любых размеров (без ограничений, которые налагает ванна с водой). Кроме того, вода, которая попадает между плазмой и экранирующим соплом, может использоваться как дополнительная среда. В случае резки высоколегированных сталей и алюминия предпочитают использовать в качестве дополнительной среды воду.

Плазменная резка при инжекции воды применяется также при обработке мягких и низколегированных сталей. Тангенциальная инжекция воды образует водяной колокол, и давление пара служит дополнительным ограничением плазменной дуги, так же как при использовании дополнительного газа. Процесс плазменной резки при инжекции воды часто применяется при резке под водой. На рис. 2 представлен пример реализации принципа применения газовых резаков в некоторых процессах.

Рисунок 2: Схематичное представление плазменных резаков

а) обычный резак 


в) плазменный резак с использованием дополнительного газа

с) плазменный резак с инжекцией воды

При резке с использованием дополнительной среды (газа или воды) с обеих сторон прорези при толщине резки примерно до 8 мм получаются почти параллельные обработанные кромки. Некоторые изготовители машин режут даже листы толщиной до 12 мм. При соответствующем повороте резака возможно и при прямых резах получать «хорошую сторону» и «плохую сторону» (прорезь с одним уклоном).

Увеличенные плотности тока получаются при использовании специальных резаков, когда вращение газа еще больше ограничивает плазменную дугу. Это рассматривается как плазменная резка с увеличенным ограничением. Принцип вращения газа и применение многоступенчатых резаков при парциальном нагнетании газа оказались эффективными при резке листов примерно до 30 мм. В этом случае одна обработанная поверхность почти отвечает требованиям перпендикулярности относительно другой (как при лазерной резке) без необходимости поворота режущей головки.


Режущие газы, применяемые при плазменной резке

При плазменной резке, когда обрабатываются мягкие и низколегированные стали, предпочтительным режущим газом является кислород, При этом расплавленное железо имеет пониженную вязкость, благодаря чему разжиженный материал легче удаляется из прорези. В результате образуются кромки почти без заусенцев. Более того, преимуществом использования кислорода яв-ляется исключение повышенного содержания азота в обработанных кромках.

Азот также используется как режущий газ. При этом, с одной стороны, при равной толщине листа резка выполняется при меньшей силе электрического тока и благодаря этому при меньших термических нагрузках на электрод, срок службы которого увеличивается. С другой стороны, листы большей толщины могут разрезаться и в том случае, когда нагрузка не уменьшается. Однако следует иметь в виду, что в этом случае возможно увеличение содержания азота в обработанной кромке, что может отрицательно сказаться при выполнении последующей обработки. Как дешевый плазменный газ используется воздух, но по сравнению с использованием кислорода он имеет ряд недостатков, в том числе уменьшение сроков службы электродов и сопел и повышение содержания азота на обработанных кромках.


Сроки службы сопел и электродов

Часто ставится вопрос о сроках службы режущих сопел и электродов, в том числе применительно к перерывам в рабочих циклах из-за переналадок. Практика показывает, что износ как сопел, так и электродов не очень зависит от процессов, а определяется в основном числом резов и потребляемой мощностью. При нормальной работе до того, как качество резов изменяется настолько, что необходимо заменять сопло, выполняют примерно 400-600 резов. Как правило, срок службы электродов, используемых в настоящее время, вдвое превышает срок службы сопел.


Преимущества и недостатки плазменной резки

Детальное описание плазменной резки в различных вариантах приведено в документах DVS 2107 Technical Bulletin. Преимущества и недостатки сухой плазменной резки и резки под водой приведены в табл. 1. Принятие решения о выборе того или другого варианта резки зависит от конкретных условий работы, которые очень специфичны для различных предприятий.

Таблица 1: Преимущества и недостатки плазменной резки

Преимущества Недостатки
Сухая плазменная резка
Простые манипуляции.
Хорошая наблюдаемость за ходом резки Использование на листах толщиной от 0,5 до 40 мм.
Повышение скорости резки по сравнению с резкой под водой.
Большая гибкость в отношении размена начального листа Сниженные затраты на повторяющиеся процессы по сравнению с резкой под водой.
Необходимость в сложных системах экстрагирования.
Высокий уровень шума при резке.
Необходимость в дополнительном защитном устройстве от. ультрафиолетового излучения
Плазменная резка под водой
Меньшее выделение пыли.
Существенно меньший уровень шума Нет необходимости в специальных средствах защиты от ультрафиолетового излучения.

Меньше деформации листов из-за охлаждения листов

Нет возможности наблюдать за процессом резки.
Невозможна оптимизация параметров в процессе резки.
Сложные процессы обработки и удаления воды.
Коррозия после резки.
В некоторых случаях более шероховатая кромка реза.
В основном применяются горелки для резки листов более 8 мм

Что касается капиталовложений, то один из ведущих производителей установок для плазменной резки считает, что нет значительного различия между двумя процессами. Стоимость системы экстрагирования при одном виде резки уравновешивается затратами на ванну и манипуляции с водой при резке под водой. Уровень воды падает и следует учитывать необходимость удаления отстоя.

Что касается самого процесса резки, то сухая и подводная обработка в принципе отличаются незначительно. Режущий и завихряющийся газ создают почти идентичную атмосферу в зоне резки в результате давления газа. Если не считать крышку для завихряющегося газа, быстроизнашиваемые детали одинаковы для обоих процессов. Поэтому трудно рекомендовать критерии для выбо-ра, когда предпочтительна сухая плазменная резка и когда резка под водой. Преимуществами резки под водой являются существенно более низкий уровень шума и значительно более низкая эмиссия ультрафиолетового излучения, как и меньшее выделение пыли. Кроме того, может давать положительный эффект дополнительное охлаждение листов окружающей водой. Более интенсивное рассеивание тепла в зоне резки позволяет в значительной мере исключить деформации в обработанных деталях. Одним из положительных факторов при сухой резке является возможность обработки более толстых листов, чем при резке под водой, где толщина ограничивается примерно 40 мм. Что касается качества и производительности, преимущества на стороне сухой резки. Поэтому почти 90% производителей продукции предпочитают в настоящее время сухую плазменную резку.

Сравнение с лазерной резкой

По своим техническим характеристикам и достижимым скоростям резки плазменная резка эффективна в особенности для прямых резов, например для зачистки кромок и разрезания листов на мерные отрезки по длине. Кроме того, применение плазменной резки экономически эффективно, когда обрабатываются профили, при этом, необходимо обеспечить фиксацию обрабатываемой стороны листа, а противоположная сторона располагается на отходах металлов. Еще одним преимуществом является возможность обработки по сравнению с лазерной резкой значительно более широкого по толщине диапазона листов при достаточно хорошем качестве. Путем установки соответствующего сопла можно резать листы под углом для последующей сварки, что осуществляется более эффективно по сравнению с лазерной резкой. В отличие от лазерной резки, плазменная обычно используется для получения листовых деталей с незначительными дефектами поверхностей, при незначительных окалине, ржавчине и загрязнителях. Таким образом, отсутствуют факторы, серьезно влияющие на качество резки. В отличие от плазменной, лазерная резка обеспечивает получение более точных по перпендикулярности кромок и более узких прорезей применительно к характерному для процесса диапазону листов по толщине. Более концентрированный тепловой поток позволяет нагревать более узкую зону и минимизировать, таким образом, деформации при резке. Кроме того, определенным преимуществом является точность получаемых профилей, особенно при образовании вырезов, мелких геометрических поверхностей и четко очерченных уголков (без дополнительных проходов) в толстых листах. Когда обрабатываются загрунтованные и оцинкованные детали и детали с другими покрытиями, лазерная резка сопровождается меньшим оплавлением защитных покрытий. Сроки службы сопел при лазерной резке значительно более продолжительны, чем при плазменной.

Экономические соображения

Преимуществом плазменной резки, по сравнению с лазерной, являются значительно меньшие капитальные затраты. Это выражается в расходах на метр длины резки. На рис. 4 представлены данные по расходам на метр длины резки при лазерной, плазменной и ацетилено-кислородной обработке, причем в каждом случае используется по одному режущему инструменту на установку. Данные относительно хорошо совпадают с обстоятельными расчетами.

Рисунок 4: Сравнение затрат на резку на длине в один метр применительно к различным процессам термической резки

1 - Ацетилено-кислородная резка 2 - Лазерная резка 3 - Плазменная прецизионная резка 4 - Плазменная традиционная резка


Расчетные капитальные вложения составляют 375000 евро для лазерной резки, 135000 евро для плазменной и 100000 евро на ацетилено-кислородную установку с тремя резаками. Таким образом, затраты на лазерную установку в 2,8 выше, чем на плазменную. Пример показывает, что нет существенного различия в капитальных затратах, по сравнению с расчетными. Эта тенденция справедлива и сегодня. Поскольку расходы на метр длины резки, как один из рассматриваемых показателей экономической эффективности существенно зависят от капитальных затрат и коэффициентов использования установок, трудно обобщать соответствующие отчеты. Однако можно рассмотреть следующую тенденцию. График на рис. 4 показывает, что, поскольку капитальные затраты на плазменную резку значительно ниже затрат на лазерную и поскольку скорости плазменной резки довольно высоки, то плазменная резка имеет экономические преимущества при толщине обрабатываемых листов 3 мм и больше. Следует также иметь в виду, что при некоторых обстоятельствах предприятие должно назначать для управления установкой для лазерной резки соответственно подготовленного оператора в качестве ответственного за безопасность установки во время работы. Высокие расходы на кислородноацетиленовую резку могут быть обусловлены значительно более низкой скоростью резки по сравнению с другими процессами и необходимостью возможной последующей обработки. Однако, как наблюдается сегодня, эти расходы могут быть за счет одновременного применения нескольких резаков существенно снижены при сравнительно низких дополнительных вложениях. Это иллюстрируется еще одним примером (табл. 2), где приведены результаты опубликованных расчетов. Здесь даны расходы на час работы установки для ацетилено-кислородной резки с тремя резаками, установки для плазменной резки на 250 А и установки для лазерной резки мощностью 2,5 кВт. Учитывая вложения, приняты начальные расходы на лазерную установку в 2,6 раза более значительные, чем на плазменную. Расчеты сделаны применительно к материалу марки S235JRG2 толщиной 12 мм.
Таблица 2: Расходы на резку различных процессов резки (односменная работа, материал - сталь S235JRG2, толщина листа - 12 мм)

Затраты Размерность Установка ацетилено-кислородной резки с 3-мя резаками Установка плазменной резки, 250А, газ - О2 Установка лазерной резки, 2,5 кВт, газ - О2
Стоимость рабочей установки € (евро) 160000 175000 450000
Заираты на 1 час работы установки € / час 70,75 78,85 143,75
Скорость резки см / мин 60 200 90
Стоимость резки 1 м € / м 0,65 0,65 2,66


Как видно из табл. 2, в соответствии с описанными предпосылками и конфигурациями установок имеют место одинаковые расходы на метр длины резки для ацетилено-кислородной и плазменной резки. Следует принять во внимание, что такие расчеты всегда выполняются на основе оценок современных тенденций, но в каждом отдельном случае в значительной мере зависят от конкретных условий предприятия. Вместе с тем данный пример показывает, что плазменная резка является интересной экономической альтернативой ацетилено-кислородной или лазерной резке. На практике преимущества плазменной и лазерной резки в настоящее время используются в сочетании на одной установке. Контурная резка с жесткими требованиями по точности и резка для получения кромок под прямыми углами выполняются лазером, а плазменная резка, характеризующаяся высокой скоростью, используется при разрезании листов и получении мерных по длине листовых отрезков при менее строгих требованиях по точности. Такие установки называются «комбинированными» и все шире применяются в настоящее время.

Источник: Вегманн Х, Холтхаус М., Гестхуйзен Ф-Й.




Наши услуги

Новости

Все новости

Ваши вопросы

Все вопросы

Подписаться на новости

Задать вопрос

Нажимая на кнопку Отправить, я даю согласие на обработку персональных данных

Отправить

Наши преимущества

Собственное производство

Позволяет быть одними из лучших в данном сегменте рынка по стоимости услуг и качеству работ

Шоу-рум

Представлено оборудование в различных ценовых сегментах и с разными конструктивными особенностями

Тест-драйв

Возможность познакомиться с технологией резки, собственноручно протестировав интересующую Вас модель оборудования

Поставки от производителя

Реальные цены, минимальные сроки поставки, сохранность товара в пути

Гарантия качества

Мы поставляем только качественный, оригинальный и сертифицированный товар

Лизинговые программы

Позволят привлечь внешнее финансировать и получить значительные финансовые льготы для Вашего предприятия

Монтаж оборудования

Монтаж станков и ввод их в эксплуатацию - гарантия бесперебойной работы оборудования

Надежный сервис

Авторизованный сервисный персонал компании обеспечит оперативный отклик на Ваше обращение

Выгодные покупки

Предлагаем Вам регулярные выгодные акции и скидки