Способы плазменной резки

Способы плазменной резки постоянно улучшаются. Основная цель, которая ставится при проработке усовершенствований, состоит в уменьшении загрязнения окружающей среды, повышении производительности резки и в улучшении качества кромки реза. Конечной целью является создание двух плоскопараллельных ровно обрезанных поверхностей, которые перед передачей их на следующий этап технологической цепочки требуют минимальной окончательной обработки, либо вовсе в ней не нуждаются.

В зависимости от того, какой материал требуется разрезать, какова толщина этого материала, а также исходя из характеристик, обеспечиваемых источником питания, делается выбор из многочисленных вариантов выполнения плазменной резки.

Эти варианты, главным образом, различаются по конструкции применяемого плазменного резака, по системе подачи материала и по материалу, из которого выполнен электрод. На рис. 8 даётся общее представление различных опций, которые могут быть предусмотрены в конструкции плазменного резака.

Рисунок 8: Исполнения плазменных резаков

• Традиционная плазменная резка/ стандартная плазменная резка

• Плазменная резка с вторичной средой

• Плазменная резка с вторичным газом

• Плазменная резка с вторичной водой

• Плазменная резка с впрыскиванием воды

• Плазменная резка с повышенным обжатием

3.1 Традиционная резка

В стандартных машинах плазменной резки резак относительно прост, его конструкцией предусматривается использование только одного вида газа – режущего газа. В качестве режущих газов обычно применяют азот, кислород или смесь аргона с водородом (рис. 9).

Плазменная дуга обжимается только по внутреннему диаметру сопла, поверхности реза, характерные для этого метода имеют скос. Обычно плазменный газ проходит вокруг электрода, касаясь его. В зависимости от скорости резки охлаждение резака производится либо воздухом, либо водой. Поставляемые системы традиционной плазменной резки способны резать металл толщиной до 160 мм.

3.2 С вторичной средой

Вторичная среда создаётся вокруг плазменной дуги, для того чтобы вокруг неё была особая атмосфера. В качестве вторичной среды может использоваться либо вода, либо определённый вид газа (рис. 10).

Плазменная резка с использованием воды в качестве вторичного экрана – это ещё один вариант плазменной резки с вторичной средой. Водяной экран выпускается струёй, разрываемой плазменной дугой. Благодаря восстановительному действию водорода, выделяющегося в ходе данного процесса, получаемая поверхность приобретает металлический блеск. Таким образом, плазменная резка с использованием водяного экрана является предпочтительным методом при работе с алюминием и высоколегированными сталями толщиной до 50 мм (рис. 10).

Рисунок 10: Резка со вторичной струей

Резка с вторичным газом

Подача вторичного газа вокруг плазменной дуги позволяет добиться ещё большего её обжатия и создания вокруг неё особой атмосферы. Благодаря этому повышается плотность энергии, качество реза и скорость резки. Если установить экранирующий колпачок определённым образом, то можно исключить возможность повреждения системы коротким замыканием и двойной дугой и, тем самым продлить срок службы расходных деталей. Обычно такую защитную среду называют также «вторичный газ», «экранирующий газ», «защитный газ» или «газ, образующий завихрения». Поставляемые машины, в которых применяется данный способ, в настоящее время способны резать листовой металл толщиной до 75 мм (рис. 11).

Рисунок 11: Сухая резка со вторичным газом

3.3 С впрыскиванием воды

При этом методе плазменная дуга подвергается дальнейшему обжатию за счёт впрыскивания воды, производящегося в радиальном направлении вокруг этой дуги. Испаряется только незначительная часть воды. Остальное количество воды охлаждает сопло и изделие. Охлаждение изделия впрыскивающейся водой, а также высокая скорость резки обеспечивает отсутствие поводок при резке, малое количество грата и, кроме того, продлевает срок службы расходных деталей. Методы резки с впрыскиванием воды подразделяются на два типа, различающихся по способу впрыскивания воды: радиальное впрыскивание и вихревое впрыскивание. При вихревом впрыскивании одна кромка реза получается почти вертикальной, тогда как другая скошена приблизительно на 5 – 8 градусов (рис. 12).

Рисунок 12: Плазменная резка с впрыскиванием воды

При использовании резака с впрыскиванием воды важно производить резку изделия таким образом, чтобы сторона со скошенной кромкой находилась там, где материал имеет заострённую форму, для такого метода  лучше подходят плоские электроды. Данный метод применим исключительно к машинам подводной резки. Таким способом можно резать листовой металл толщиной от 3 до 75 мм.

3.4 Плазменная резка с повышенным обжатием

В данном варианте применяется повышенная плотность дуги, достигающаяся за счёт использования сопл с большим обжатием. Различные компании используют разные способы (некоторые из которых запатентованы) для обжатия дуги. Движение газа по кругу (рис. 13) и регулируемые сопла (рис. 14) в общем зарекомендовали себя как эффективные. Плазменная дуга, создаваемая с помощью такой системы позволяет выполнять вертикальный рез с большой точностью на листах металла толщиной от 0,5 до 25 мм. Плазменная резка с повышенным обжатием является предпочтительным методом, в случаях, когда используется вторичный газ.

Рисунок 13: Резка с повышенным обжатием

Рисунок 14: С повышенным (регулируемым) обжатием

В дополнение к описанным выше основным методам в литературе можно найти описание множества способов, являющихся собственностью компаний, при чём некоторые из них запатентованы.

В табл. 2 представлены обозначения основных вариантов, принятые в компании.

Таблица 2: Классификация обозначений основных вариантов резки, принятых в компании

(Источник: информационный листок DVS 2107)

3.5 Другие варианты резки

Подводная резка

Данный вариант обеспечивает значительное повышение безопасности в работе. Резка осуществляется на глубине приблиз. от 60 до 100 мм под поверхностью воды (рис. 15) со значительным уменьшением шума, количества пыли и аэрозольного загрязнения окружающей среды. Уровень шума находится намного ниже величины 85 дБ (А). Вода также снижает величину ультрафиолетового излучения, имеющего место в процессе резки. Разрезанные детали имеют маленькие поводки.

Рисунок 15: Резка под водой

Поскольку подводная резка требует больше энергии, чем необходимо для резки в атмосферных условиях, скорости при плазменной резке под водой ниже.

Конструкционные стали толщиной приблизительно 15 мм, а также высоколегированные стали, имеющие толщину около 20 мм обычно экономически выгоднее резать под водой.

Плазменная строжка

Плазменная строжка (рис. 16) – это процесс снятия материала с поверхности изделия с помощью плазменной дуги. Тепло, подводимое плазменной дугой, позволяет удерживать материал в расплавленном состоянии. Давление плазменной дуги помогает вытеснять расплавленный металл из зоны резки.

Рисунок 16: Плазменная строжка, выполняемая вручную

Как чистая альтернатива строжке с помощью угольной дуги, плазменная строжка применяется для исключения дефектов сварных швов или поверхностных дефектов конструкционных и высоколегированных сталей. Поскольку поверхность, подготовленная под сварку, получается гладкой, нет необходимости выполнять обработку абразивом. Подводится малое количество теплоты, и поводки практически отсутствуют. Оператор без затруднения может видеть, что он или она делает. Шум и дым, которые сопровождают плазменную строжку, намного меньше, чем в случае строжки с помощью угольной дуги.

Плазменная маркировка

Используется для маркировки вырезаемых деталей

При выполнении маркировки изделий с помощью плазменной струи изделие подвергается нагреву, что может привести к изменению внешнего вида поверхности, так как при тепловом воздействии происходит образование цветов побежалости. (Плазменная машина не производит независимого переключения на более высокую силу тока, запуская тем самым процесс резки.) Сила тока дуги имеет максимальную величину 10 ампер. В качестве плазменных газов обычно применяются аргон, азот или воздух.

Плазменная разметка

Используется для определения положения следующих деталей.

При разметке изделия плазменной струёй это изделие подвергается небольшой механической нагрузке, в результате чего на поверхности создаются выемки.

Плазменная пробивка

Используется для определения положения следующих деталей.

При пробивке изделия плазменной струёй это изделие подвергается небольшой механической нагрузке. Однако плазменный резак не передвигается по изделию, а плазменная струя направляется на его поверхность только на короткий период времени (около 1 сек.). (Плазменная машина не производит независимого переключения на более высокую силу тока, запуская тем самым процесс резки.) Сила тока дуги имеет максимальную величину 25 ампер. В качестве плазменного газа обычно применяют аргон или воздух.