Что такое плазморез, его устройство и принцип действия

Вернуться ко всем статьям

В переводе с греческого плазма означает «оформленное вещество», что очень точно передает характер данного агрегатного состояния. Плазмой становится газ, подвергнутый сильному нагреванию и ионизации. В результате газовый поток теряет свою аморфность и хаотичность, приобретая уникальную совокупность свойств: электропроводность, супервысокую температуру и скорость. Эти качества плазмы стали базой для особой технологии обработки металлов, инструментом которой является плазменная дуга.

Плазменная сварка в работе

Сегодня в разных областях промышленного и бытового применения плазменная сварка значительно потеснила традиционные сварочные техники. Свои преимущества среди термических способов обработки имеет и плазменно-дуговая резка. Кроме того, высокотемпературная плазма используется в таких видах работ, как строжка, пайка, напыление и наплавка. А обеспечивает все эти операции плазморез — устройство для тех, кто и варит, и режет.

Конечно, функциональный диапазон любого аппарата зависит от технических данных конкретной модели. Чтобы разобраться, каким может быть плазморез, как он работает и в чем преимущества плазменной технологии, рассмотрим все составляющие более детально.

Для чего нужны плазморезы?

С помощью этих устройств осуществляют крой листовой стали, особенно деталей сложной формы. Сверхвысокая температура дуги позволяет резать жаропрочные сплавы из никеля, молибдена и титана. Плазменным резаком можно прожигать фигурные отверстия и формировать края изделий. Поэтому плазморезы востребованы в таких областях, как приборостроение и ювелирное дело, в создании конструкций, требующих точных соединений, четких и аккуратных контуров. Кроме того, высокотемпературной плазмой можно резать не только металлы и их сплавы, но и материалы с низкой электропроводностью, например, бетон или камень.

С помощью плазморезов можно выполнять высокоточную сварку и пайку. Современные плазменные аппараты позволяют работать с легированными и углеродистыми сталями и чугуном, сваривать алюминий и цветные металлы. Для сварки добавляют присадочную проволоку, а вместо воздуха используют инертный газ.

Преимущества и недостатки работы с плазменной дугой

Плюсы
  • Нет ограничений по видам металлов: черные, цветные, тугоплавкие сплавы и т. д.
  • Возможна обработка неметаллических изделий.
  • Высокая скорость разрезания и сквозного прожига.
  • Небольшой локализованный нагрев снижает вероятность деформации разрезаемых деталей.
  • Возможно выполнение сложного фигурного реза без ограничения форм.
  • Чистота кромок разрезанных деталей, необходимость дополнительной обработки минимальна или отсутствует.
  • Возможна максимальная точность реза по намеченным контурам.
  • При сварке плазменной дугой формируется тонкий и ровный шов.
  • Простота освоения и использования оборудования.
Минусы
  • Относительно небольшая допустимая толщина реза: у самых мощных аппаратов она составляет не более 8—10 см.
  • Необходимость сохранять строго перпендикулярное положение по отношению к поверхности (допустимо отклонение на 10—50°).

Как устроен плазморез

Устройство для плазменной обработки состоит из трех основных компонентов:

  • источника питания;
  • плазмотрона;
  • компрессора.

Компактными и при этом эффективными источниками питания для плазморезов профессионального и бытового класса являются инверторы, выдающие постоянный ток необходимого напряжения. Достоинствами инверторных аппаратов являются простота и удобство эксплуатации, стабильность горения дуги.

Инверторный плазморез

Плазмотрон иначе называют плазменной горелкой или плазменным резаком. Это рабочий орган плазмореза. Здесь поток сжатого воздуха, входя в электрическую дугу, преобразуется в струю плазмы, которой и осуществляется резка или сварка. Конструктивными элементами плазмотрона являются электрод, сопло и завихритель воздушного потока.

Электрод является возбудителем электрической дуги. В зависимости от способа плазменной обработки в качестве электрода применяют вольфрамовый стержень или медный водоохлаждаемый электрод с циркониевой или гафниевой вставкой. Цирконий и гафний при воздействии высоких температур образуют тугоплавкую оксидную пленку, предохраняющую электрод от разрушения. Электроды — это расходный материал плазмореза, частота их замены зависит от интенсивности работы, вида и толщины обрабатываемых материалов.

Сопло плазмотрона формирует поток плазмы. Поэтому от его длины и конфигурации зависит и скорость плазменной дуги, и качество кромок разрезанных деталей. Сопло также является расходным элементом, требующим периодической замены.

Компрессор — источник сжатого воздуха, подаваемого в плазмотрон с необходимым уровнем давления.

Источник питания, компрессор и плазмотрон в единое устройство соединяют соответствующие шланги и кабели.

Как это работает?

При включении источника тока между катодом и анодом в сопле плазмотрона возникает электрическая дуга. Одновременно с этим от компрессора нагнетается сжатый воздух. Механизм завихрения, расположенный в плазмотроне, направляет его в сопло. Войдя в электрическую дугу, воздушный поток ионизируется и превращается в плазму. Проход через сопло увеличивает температуру и скорость плазменной дуги до сверхвысоких показателей, что позволяет легко и быстро разрезать или сварить любой материал.

Возникшая при включении устройства дуга называется дежурной — она поддерживает устройство в режиме активации. При поднесении плазмотрона к поверхности обрабатываемого изделия дуга замыкается между электродом и металлом и становится режущей. Ею и осуществляют резку. За счет высокой температуры и скорости процесс происходит быстро, разрез получается ровный, а кромки разрезанных деталей аккуратными.

Режущая дуга

Если плазмотрон отвести в сторону, дуга опять будет гореть в дежурном режиме. При необходимости продолжить резку нужно снова установить контакт с поверхностью изделия. По окончании работы дуга гасится нажатием кнопки, но из плазмотрона еще некоторое время идет струя воздуха, охлаждающая рабочие элементы внутри сопла.

Так процесс выглядит в общих чертах. Но в разных моделях плазморезов могут быть свои особенности (способ поджига дуги, охлаждение и пр.). Рассмотрим эти нюансы далее.

Виды плазморезов

Устройства для плазменной обработки прежде всего можно разделить по главному признаку — способу управления. Получим две основные группы:

  • Ручные. В устройствах этого типа мастер действует плазмотроном вручную: держит резак на весу и ведет его по намеченному контуру. Ручные плазморезы компактны и мобильны. Разные модели таких аппаратов будут уместны на небольшом производстве или в мастерской. Продолжительность включения аппаратов ручной резки зависит от мощности и типа охлаждения. Она может составлять от 40 до 80 %.
  • Автоматизированные устройства плазменной резки представляют собой станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Это крупногабаритное стационарное оборудование, применяемое в условиях высокотехнологичного производства. Работа устройства осуществляется по заданной программе и требует только контроля оператора. Автоматизированные станки снабжены водоохлаждающим механизмом, поэтому продолжительность их включения составляет 100 %.

Основные параметры плазмореза

Сила тока — показатель, от которого напрямую зависят возможности плазмореза. Чем выше сила тока, тем сильнее будет плазменная дуга. Этим определяется, материал какой толщины будет доступен для обработки:

  • Микроплазменные аппараты выдают ток до 25 А. Диаметр сопла в этих устройствах составляет меньше 3 мм. Такое оборудование применяют для высокоточной сварки и резки тонких материалов.
  • Плазморезы, работающие на токах среднего уровня (в диапазоне 50—150 А), применяют для сварки и резки разных видов металлов. Сила тока у большинства моделей регулируется в соответствии с толщиной материала. Некоторые аппараты имеют режим малых токовых значений.
  • Оборудование, генерирующее ток свыше 150 А. Это, в основном, станки-плазморезы с ЧПУ, используемые в промышленном производстве.

Тип газа также влияет на функциональный диапазон плазмореза. По этому фактору можно выделить два типа аппаратов:

  • Плазморезы, работающие на сжатом воздухе. Это основная линейка ручных устройств бытового и полупрофессионального класса. Их главными достоинствами является простота управления, доступность расходных материалов, ремонтопригодность и универсальность.
  • Станки для плазменной сварки и резки, работающие на аргоне, кислороде, азоте или их смесях. Такие устройства, как правило, работают в условиях крупного производства, так как предназначены для более сложных видов обработки разных по фактуре и толщине материалов.

Не менее важен и способ возбуждения режущей дуги:

  • Контактный способ предусмотрен в инверторных плазморезах бытового класса. Для поджига дуги нужно коснуться плазморезом обрабатываемой поверхности. Такое устройство отличается конструктивной простотой, но придется смириться с появлением окалины на сопле.
  • В плазморезах с пневматическим типом поджига дуга образуется в момент подачи газа, без контакта с обрабатываемой поверхностью. Такой механизм максимально удобен при выполнении коротких резов. Он повышает производительность процесса и защищает сопло от быстрого износа.
  • Аппараты, в которых дуга возбуждается за счет высокочастотного импульса между катодом и анодом в сопле плазмотрона. Такой поджиг обеспечивается осциллятором. Дежурная дуга переходит в режущий режим автоматически при поднесении плазмотрона к поверхности изделия. В этом случае на поверхности не остается следов механического контакта.

Тип охлаждения — параметр, от которого зависит интенсивность и продолжительность работы плазмореза.

Воздушный тип охлаждения характерен для бытового и полупрофессионального оборудования. Такие аппараты снабжены встроенным вентилятором. Для охлаждения рабочих узлов механизма требуются периодические перерывы. Продолжительность непрерывной работы будет зависеть от мощности конкретной модели и интенсивности нагрузки.

Системой жидкостного охлаждения оснащаются более мощные аппараты, чаще всего промышленного класса. Для этого используется смесь дистиллированной воды с этиловым спиртом, циркулирующая по специальным каналам. Такое оборудование практически не имеет ограничений по продолжительности непрерывной работы.

Вид компрессора. Плазморезы бытового класса могут иметь встроенный компрессор. Такие модели не обладают большой мощностью, но они наиболее мобильны и вполне справляются с нагрузкой в небольшой мастерской. Плазморезы, предназначенные для постоянной продолжительной работы, оснащаются внешним компрессором. При выборе такого оборудования нужно иметь в виду возможности пневматической системы рабочего помещения.

Заключение

В этой статье мы разобрали, что такое плазморез и для чего он применяется. С помощью этих устройств осуществляют крой листовой стали, а сверхвысокая температура дуги позволяет резать даже жаропрочные сплавы из никеля, молибдена и титана. Плазменным резаком можно прожигать фигурные отверстия и формировать края изделий.

Такая техника пригодится в самых разных областях как для промышленного, так и для бытового применения. Получить больше информации по конкретным моделям, ответы на интересующие вопросы и купить плазморез по выгодной цене можно в нашем розничном зале или интернет-магазине geon.ru.