Режимы плазменной резки металла

Технология воздушно-плазменной резки

Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл – анод).

Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

Для возбуждения рабочей дуги (электрод – разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом – так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга – рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.

Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа – воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.

Рис. 1 Схема подключения плазмотрона к аппарату плазменной резки.


Рис. 2 Фазы образования рабочей дуги
а – зарождение дежурной дуги; б – выдувание дежурной дуги из сопла до касания с поверхностью
разрезаемого листа; в – появление рабочей (режущей) дуги и проникновение через рез металла.

Технология воздушно-плазменной резки.
Для обеспечения нормального процесса воздушно-плазменной резки необходим рациональный выбор параметров режима. Параметрами режима являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение дуги, скорость резки, расстояние между торцом сопла и изделием и расход воздуха. Форма и размеры соплового канала обуславливают свойства и параметры дуги. С уменьшением диаметра и увеличением длины канала возрастают скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, её напряжение и режущая способность. Срок службы сопла и катода зависят от интенсивности их охлаждения (водой или воздухом), рациональных энергетических, технологических параметров и величины расхода воздуха.
При воздушно-плазменной резке сталей диапазон разрезаемых толщин может быть разделён на два – до 50 мм и выше. В первом диапазоне, когда необходима надёжность процесса при небольших скоростях резки, рекомендуемый ток 200-250 А. Увеличение силы тока до 300 А и выше приводит к возрастанию скорости резки в 1,5-2 раза. Повышение силы тока до 400 А не даёт существенного прироста скоростей резки металла толщиной до 50 мм. При резке металла толщиной более 50 мм следует применять силу тока от 400 А и выше. С увеличением толщины разрезаемого металла скорость воздушно-плазменной резки быстро падает.
Максимальные скорости резки и сила тока для различных материалов и толщины, выполненные на 400 амперной установке приведены в таблице ниже.

Таблица 2. Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла.

Максимальная скорость резки (м/мм)
металла в зависимости от его толщины, мм

Параметры плазменной резки

Существуют определенные параметры, определяющие процесс плазменной резки. На него влияют многие факторы, в том числе факельный зазор (зазор межу листом и соплом), состав плазмообразующего газа, скорость перемещения резака, сила тока дуги. Причем одни из них напрямую зависят от других.

Плазмообразующий газ

Считается, что в ручной плазморезке наиболее эффективно в качестве плазмообразующего газа использовать обычный воздух. И это отлично – ведь что может быть доступнее и дешевле? Вот только воздушная смесь хорошо зарекомендовала себя при раскрое листов толщиной до 25 мм. Причем использование воздуха приводит к азотированию кромки. Такое явление наблюдается при насыщении кромки реза входящим, в состав воздуха, оксида азота.

При автоматической плазменной резке, как правило, применяют двойной газ. Листы толщиной +/-25 мм раскраивают с помощью водяного тумана (дополнительного газа) и азота (основного). К сожалению, на более тонких листах водяной пар достаточно интенсивно охлаждает рез. При этом не обеспечивается прогрев близлежащих участков металла. В результате на нижней поверхности образуется шлак, а кромка получается слишком грубой.

Читать еще:  Заточка дисковых фрез по металлу

Для раскроя листов толще, чем 25 мм, большинство производителей плазменных резок рекомендуют использовать водород или аргон в качестве основного газа, а двуокись углерода или азот – как дополнительный. Применение водородно-азотистой смеси приводит к минимизации нитрирующего эффекта.

Углекислый газ значительно дороже азота. Но он незаменим, когда необходимо получить чистые кромки и максимально уменьшить вредные испарения, сопровождающие процесс резки металла.

Следует отметить, что процесс раскроя стальных листов зависит не только от выбора плазмообразующих газов. Важное значение здесь играет оптимальное давление, под которым находится газ. От этого параметра зависит срок службы сопла и качество реза.

Так, если давление повышено, в начале процесса не удается получить качественной кромки. При пониженном же давлении наблюдается недостаточное охлаждение плазмотрона. А это приводит к раздвоению дуги и разрушению сопла. В таблице ниже показано, как действуют различные газы на процесс резания металлов:

Наименование газа Вид обрабатываемого металла Достоинства Недостатки
Воздух
  • Нержавеющая сталь
  • Углеродистые стали
  • Удобно резать
  • Доступная стоимость
  • Идеальный рез
  • Нитрирование кромок
  • Окисление поверхности
  • Быстрое выгорание электрода
Азот, N2
  • Углеродистые стали
  • Алюминий
  • Нержавейка
  • Большой ресурс электрода
  • Легко режутся оба металла
  • Нитрирование реза
Водород-аргон, Ar-H2
  • Алюминий
  • Нержавейка
  • Качественный рез для листов, толще 12,7 мм
  • Дороговизна, не применяется для углеродистых сталей
Кислород, О2
  • Углеродистые стали
  • Рез чист
  • Нитрирование кромок отсутствует
  • Наибольшая скорость резания
  • Быстрый износ электрода

Ток дуги

От этого параметра напрямую зависит толщина раскраиваемого металла и срок эксплуатации сопла и электродов. Каждый комплект сопло-электрод имеет свое значение номинального тока. При резке металла на плазменной установке допустимый ток дуги составляет до 95% от номинального. Увеличивая ток дуги, необходимо синхронно увеличивать размер выходного диаметра сопла.

Факельный зазор

От данного параметра зависит:

  • перпендикулярность образуемых
    кромок;
  • плотность плазменной дуги;
  • ее устойчивость.

Чтобы избежать кромочных дефектов, необходимо выдерживать постоянным факельный зазор. Уменьшение его величины приведет к преждевременному сгорания и электрода, и дорогостоящего сопла. Особенно опасным является контакт сопла и листа, когда факельный зазор равен нулю. Чтобы избежать разрушения сопла по этой причине,
плазменные установки, выпускаемые компанией «ТеплоВентМаш», оборудованы датчиками контроля высоты. Такие стабилизаторы позволяют автоматически поддерживать оптимальный, заданный оператором, факельный зазор.

Скорость плазменной резки

Именно скорость перемещения резака определяет качество реза. От нее зависит присутствие шлака под листом и на сложность его удаления. Если скорость невелика, возникнет перерасход плазмообразующего газа. А на нижней части листа появится легко удаляемый «низкоростный» шлак.

При повышенной скорости перемещения сопла линия реза становится волнистой. На нижней же части листа появляется плохо отделимый «высокорослый» шлак.

Идеальной скоростью резания листового металла считается такое перемещение резака, при котором угол отставания между прорезанием верхней и нижней кромок не превышает 5 градусов.

Угол наклона кромок и ширина реза

ГОСТ 14792-80 определяет четыре главнейших параметра, влияющих на качество раскроя листового металла. К ним относятся:

  • линейное отклонение;
  • неперпендикулярность торцовой
    поверхности;
  • её шероховатость;
  • зона термического воздействия.

На точность и качество реза определяющее влияние оказывает угол наклона кромок и ширина реза. А вот форма кромок и размеры реза зависят от тока и напряжения дуги, скорости перемещения плазмотрона и расхода плазмообразующего газа.

На ширину реза влияют ток дуги и размер выходного отверстия в сопле. Стоит хоть немного увеличить эти параметры, как тут же ширина реза увеличится. Чтобы оценить ширину шва, можно увеличить диаметр выходного отверстия в сопле в 1,5 раза.

Для получения точных размеров вырезаемых заготовок, необходимо сдвинуть плазмотрон «в металл» на полуширину реза. Если
купить станок плазменной резки с ЧПУ, это произойдет автоматически. В нашем оборудовании встроены специальные корректоры (или компенсаторы реза). Они устанавливают эквидистантную траекторию перемещения инструмента.

Вырезаемая деталь будет меньше положенного (если рез широк) из-за частичного разрушения электрода, повышенного тока дуги, завышенного факельного зазора, низкой скорости резки или уменьшенный расхода плазмообразующего газа.

Причиной узкого реза (и, соответственно, больших размеров заготовки) являются малый факельный зазор, пониженная дуга тока, перерасход плазмообразующего газа и завышенная скорость перемещения резака.

Читать еще:  Какой краской покрасить мангал из металла

Углом наклона кромок считают угол, образованный перпендикуляром к поверхности листа и обработанной плоскостью. Если подвод плазмообразующего газа тангенциальный, правая и левая кромки реза отличаются углами наклона. Закручивание газового потока по часовой стрелке приводит к тому, что, по ходу движения плазмотрона угол правой кромки составит от 1 до 3 градусов, а левой – от 3 до 8. Если угол кромки превышает 5 градусов, следует пересмотреть параметры резки.

Остались вопросы? Задайте их нашим специалистам!

Отправьте заявку и наш менеджер свяжется с вами в течение 3 минут!

Режимы плазменной резки

На возможности плазменной резки, напрямую воздействует правильно выбранный режим. Он определяет не только производительность выполняемых процессов, но и качество реза. Влияет на угол скоса кромок и образование грата.

Выбор правильного режима

Правильная организация подачи тока играет важную роль. Она предопределяется техническими характеристиками плазмотрона и используемым режимом резки. Неправильно выбранный режим резки может привезти к двойному дугообразованию (когда дуга горит с электрода на сопло, а с сопла на металл). Это разрушает сопло и электрод, также деформирует края вырезаемой заготовки. Чтобы правильно выбрать режим, следует знать некоторые показатели. В первую очередь, его выбор зависит от:

  • типа разрезаемого материала;
  • диаметра сопла;
  • толщины разрезаемого листа;
  • средней ширины реза;
  • силы тока;
  • напряжения;
  • скорости резки.

Для ориентирования в выборе режима можно воспользоваться данными из нижеприведенной таблицы. В ней представлены средние параметры, на примере воздушно-плазменной резки.

Тип разрезаемого металла Толщина(мм) Диаметр сопла(мм) Сила тока А Скорость резки(м/мин) Средняя ширина реза(мм)
Сталь 1-10 0,9-1,1 40-60 2-0,2 1-1,3
10-15 1,4 60-90 1,8-0,3 1,5-1,8
15-20 2,7 90- 140 1,5-0,5 1,8-2,2
20-25 1,9 100-150 1,2-0,15 2-2,5
Алюминий 1-15 1,4 60-90 1,5-0,5 1,5-2
10-30 1,7 90-140 1,2-0,5 2-2,5
20-40 1,9 100-150 0,5-0,1 2,5
Медь 10 3 300 3 3
20 1,5 3,5
30 0,7 4
40 0,5 4,5
50 0,3 5,5
60 3,5 400 0,4 6,5

С учетом поставленных задач для плазменной резки, показатели могут быть изменены. После того, как необходимые параметры выставлены, следует проверить работу аппарата. Для этого надо сделать пробный надрез с завышенной силой тока. Так можно отрегулировать скорость раскроя и силу тока.

Эффективная резка различных металлов

При плазменной резке также следует обращать внимание на выбор газов, при помощи которых осуществляется обработка разных видов металла. Для резки алюминия и сплавов используется азот. А если ширина листа более 20 мм, то азотно-водородные смеси, свыше 100 мм аргоно-водородные. Для алюминия воздушно-плазменная резка применяется в качестве разделительной, для производства заготовок. Которые в дальнейшем подвергнутся механической обработке.

Резка меди может проводиться в: азоте, аргоно-водородной смеси и сжатом воздухе. Для обработки меди требуется мощная дуга, так как она обладает теплопроводностью. Что касаемо плазменной резки высоколегированных сталей, то для толщины 60 мм эффективно применять ручную в азоте и воздушно-плазменную. Свыше 60 мм – азотно-кислородные смеси. Нержавеющие стали обрабатываются: до 20 мм – в азоте, свыше – в азотно-водородной смеси. Возможно применение сжатого воздуха. Его используют и для резки углеродистых сталей.

Технология и выбор параметров режима плазменной резки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек – в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки – в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Материалы

Рабочие плазмообразующие среды должны обеспечивать:

  • эффективное формирование режущей дуги
  • получение высококачественных кромок реза
  • эффективную передачу разрезаемому металлу тепловой энергии, заимствованной в столбе дуги
  • длительную работу формирующих элементов плазмотрона
  • получение дополнительной энергии для резки за счет экзотермических реакций
  • экономичность и безопасность работы.

Рабочие среды наиболее широко используются в виде технических газов: азота, аргона, водорода, кислорода, сжатого воздуха и др.

Рабочую среду выбирают с учетом ее свойств (табл. 27.3) и свойств обрабатываемого материала. Инертные газы обеспечивают получение наиболее чистых поверхностей реза, что особенно важно для резки цветных металлов. Двухатомные газы улучшают передачу энергии дуги разрезаемому металлу за счет механизма диссоциации — рекомбинации. Кислородсодержащие среды повышают энергетическую эффективность резки металлов, экзотермически реагирующих с кислородом, что обеспечивает для них наиболее высокую производительность резки.

Читать еще:  Резак для труб металлических

Наибольшее применение в РФ получила резка на основе использования плазмы кислородсодержащего сжатого воздуха (воздушно-плазменная резка). Области рационального использования сред указаны в табл. 27.4.

Перспективно использование интенсифицирующих плазмообразующих сред. При воздушно-плазменной резке обогащение воздуха кислородом обеспечивает повышение производительности резки сталей без увеличения затрат энергии и способствует улучшению качества металла на кромках. Подача воды в плазменную дугу также улучшает качество заготовок из сталей и способствует повышению скорости резки. Если к плазмообразующему воздуху добавлять углеводороды, заметно возрастает скорость резки меди и ее сплавов и существенно улучшается качество заготовок.

Выбор параметров режима

Технологический процесс плазменной резки включает в себя следующие операции: врезание (с кромки листа или, при необходимости, с пробивки исходного отверстия), резку прямолинейных и криволинейных участков заданного контура и завершение реза. Основной операцией является прямолинейная резка заготовок с вертикальными кромками.

В составе назначаемых режимов и условий резки указывают рабочую плазмообразующую среду, рабочий ток, диаметр и длину сопла, расход рабочей среды, расстояние от рабочего торца плазмотрона до поверхности металла, а также рабочее напряжение дуги и скорость резки.

Ток I, напряжение U, тепловой к. п. д. η дуги, удельный вес γ, толщина δ, энтальпия плавления S разрезаемого металла, ширина реза b определяют скорость резки:

W = 0,24IUη/γbδS. (27.2)

При резке стали δ=1 см, γ = 7,8 г/см 3 , S= 13,06 кДж/г током I=300 А при U = 180 В с η = 0,3 и b=0,4 см W=4 см/с, или 2,4 м/мин. При резке в окислительных средах реакция окисления повышает скорость. При заданном режиме скорость резки можно регулировать (рис. 27.2).

Максимально возможная скорость резки на прямолинейных участках ограничивается уровнем, выше которого не достигается сквозное прорезание металла (рис. 27.2, а). При скорости ниже этого уровня металл прорезается полностью (рис.27.2, б), но качество резки характеризуется большой неперпендикулярностью кромок, шероховатостью поверхностей, большой глубиной литого участка зоны термического влияния и т. д.

С ограничением скорости резки (рис. 27.2, в, г) качество заготовок повышается, хотя затраты энергии и материалов возрастают, производительность резки снижается. При скоростях резки ниже максимальных в 1,5—2,5 раза (рис. 27.2, д) кромки реза становятся параллельными между собой и перпендикулярными к поверхности листа, шероховатость становится минимальной и вырезаемая заготовка по большей части может быть использована без дополнительной механической обработки. При дальнейшем снижении скорости резки (рис. 27.2, е) процесс и качество заготовок теряют стабильность, что неприемлемо.

Ориентировочные режимы и условия резки (для машинной прямолинейной резки) приведены в табл. 27.5, 27.6. Скорость резки на криволинейных участках (с малыми радиусами кривизны) понижают на 30—50 % во избежание искажения формы кромок в результате отставания режущей струи (аналогично газопламенной кислородной резке). Аналогично снижают скорость резки при завершении реза с целью сквозного прорезания металла на концевом участке у нижних кромок.

Если резку начинают на поверхности листа, начальное отверстие в металле пробивают вне контура детали (на отходе). При механизированной резке пробивку производят в движении машины с приподниманием и последующим опусканием плазмотрона. Пробивка производится при скорости движения машины меньшей против заданной в 1,5—2 раза.

Врезание с кромки металла или начального отверстия при толщине металла 20—30 мм не требует специальных приемов и регулировки скорости. Контроль полноты прорезания можно вести наблюдая за отклонением от вертикали факела режущей струи на выходе из листа. Вначале врезания ось и передняя граница факела отклоняются в сторону, противоположную резке, но при правильно установленной скорости передняя граница факела вскоре занимает вертикальное положение или близкое к нему. Такое положение в процессе резки свидетельствует о рациональной скорости. При слишком малой скорости весь факел ориентируется по вертикали, а его передняя граница неустойчива и отклоняется в направлении движения резака.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector