Ручной плазменный аппарат: типы, преимущества и недостатки, области применения

Плазменный аппарат – специализированное устройство для воздушно-плазменной разделительной резки сталей разных марок. В зависимости от разновидности оборудования с его помощью можно резать заготовки толщиной до 100 мм. Пользуется особым спросом при раскрое нелегированных и низколегированных металлов благодаря большой скорости реза и минимальной зоне термического влияния.

Составляющие аппарата для резки плазменной струей

Конструктивно устройство для раскроя металлопроката плазменной дугой состоит из таких компонентов:

• Источник питания – основное оборудование, необходимое для подачи рабочего напряжения и тока для пилотной и режущей дуги. В зависимости от разновидности устройства его напряжение (без нагрузки) может находиться в диапазоне от 240-400 В.

Фото 1. Источник питания

• Плазмотрон (он же ручной плазменный резак) – специализированный прибор, который предназначен для выработки плазмы и создания плазменной дуги. В его конструкцию также включены основные расходные элементы – сопло и катод. Их срок службы зависит рабочих параметров процесса резания, количества поджигов дуги, времени ее действия, интенсивности охлаждения и т.д.

Рисунок 2. Внешний вид ручного плазменного резака

• Кабель-шланговый пакет – служит для подачи плазменного газа, напряжения, тока и охлаждающего вещества (при его наличии в конструкции аппарата) к плазмотрону.

Рисунок 3. Внешний вид кабель-шлангового пакета

Также к аппарату требуется подвести плазмообразующий газ от баллона или магистрального трубопровода. Для резания применяются активные и неактивные газы (сжатый воздух, азот, аргоноводородная, азотоводородная смесь и т.д.). Оптимальная разновидность газа выбирается в зависимости от разрезаемого металла. В бытовых условиях часто используют компрессор для выработки сжатого воздуха.

Сфера применения

В современном мире плазменная технология занимает одну из лидирующих позиций в области разделительной резки плавлением. Аппараты широко применяют практически во всех отраслях промышленности – строительная, нефтегазовая, металлургия, тяжелое машиностроение, металлообработка и изготовление металлоконструкций и т.д.

Особым спросом ручные плазменные резаки пользуются на металлургических заводах. В строительстве обычно применяются инверторные аппараты, которые благодаря малому весу и габаритам легко перемещать в пределах строительной площадки и поднимать на высоту.

Фото 4. Плазменная резка в заводских условиях

В авиа, автомобиле и судостроительных отраслях чаще применяются установки с ЧПУ, которые вырезают заготовки заданных размеров и конфигурации в автоматическом режиме.

Виды плазменных аппаратов

Оборудование для плазменной резки ручным способом производится нескольких типов:

• Инверторные аппараты – модели, которые отличаются небольшими размерами и малым весом. Предназначены в основном для раскроя металла небольших толщин – как правило, не более 20 мм. Продолжительность включения (время непрерывной работы без перегрева) составляет до 60 % (т.е. из 10-минутного рабочего цикла они могут работать только 6 минут, а 4 минуты нужно для охлаждения). Однако они характеризуются повышенной энергоэффективностью и высоким КПД, удобны при выполнении работ на высоте и в полевых условиях.

Фото 5. Внешний вид инвертора

• Трансформаторные аппараты – характеризуются большой мощностью, что позволяет резать листовой металл толщиной до 100 мм. Повышенная продолжительность включения (80-100 %) позволяет непрерывно эксплуатировать оборудование даже на протяжении нескольких рабочих смен. К недостаткам можно отнести большие габариты и вес, поэтому они относятся к классу стационарного оборудования.

Фото 6. Аппарат трансформаторного типа

Также плазменные резаки для разделительной резки металлов классифицируют по разновидности поджига дуги:

• Косвенного действия – поджиг дуги осуществляется между соплом (выступает в качестве анода) и электродом (играет роль катода), разрезаемая заготовка в процессе зажигания дуги не участвует. Обычно применяется для резания неэлектропроводных материалов.
• Прямого действия – здесь в качестве катода выступает электрод плазмотрона, а роль анода играет разрезаемый металлопрокат, между которыми и возбуждается плазменная дуга. Используется для раскроя всех электропроводных материалов.

Рисунок 7. Дуга прямого и косвенного действия

Как работает плазменное устройство

Ручные плазменные аппараты используются для раскроя всех электропроводных материалов – конструкционные металлы, стали с различным содержанием легирующих элементов, медные, алюминиевые сплавы и т.д. Наиболее эффективны при работе с материалами относительно небольшой толщины (до 40 мм), поскольку процесс отличается высокой скоростью резания и минимальным выделением тепловой энергии, что позволяет исключить деформацию вырезаемых заготовок.

Традиционная плазменная резка представляет собой процесс разделительного резания методом плавления, при котором дуга образуется между тугоплавким электродом и разрезаемым металлом и обжимается при прохождении через сопло. Плазмообразующий газ в дуге частично дисоциируется и ионизируется, поэтому обладает электропроводностью. За счет повышенной плотности и температуре плазма расширяется в объеме и с большой скоростью движется к металлической заготовке.

Рисунок 8. Принцип раскроя плазменной струей

Сам процесс начинается с розжига дежурной дуги между катодом и соплом за счет подачи высокого напряжения к плазменному резаку для резки металлов. Она способствует частичной ионизации, подготавливая пространство между плазмотроном и заготовкой. При ее контакте с металлом (анодом) автоматически повышается мощность и образуется режущая дуга.

Тепловая энергия дуги и плазменного газа вызывает плавление и частичное испарение разрезаемого материала. Далее расплавленный металл выдувается из зоны реза высокоскоростным потоком плазмы. При этом энергия, необходимая для плавления материала вырабатывается только за счет электричества.

Оборудование для плазменной резки металла

Кроме основных составляющих, для полноценной и эффективной работы оборудования также требуется наличие таких элементов и материалов:

• Система циркуляции охладителя – необходимость эффективного охлаждения плазмотрона обусловлена повышенными тепловыми нагрузками, возникающими в процессе плазменного раскроя. Резаки, которые работают с током 100 А и более, обычно оборудуют системой водяного охлаждения. Для бытовых и полупрофессиональных устройств достаточно воздушного охлаждения.
• Рабочий стол – является стабильной основой для размещения разрезаемого металлопроката. Его габариты подбираются с учетом размеров листов, которые чаще всего будут резаться.
• Система вытяжки – служит для удаления вредных выделений, которые наблюдаются при резании металла.
• Плазменный газ – выбирается в зависимости от разновидности разрезаемого материала.

Преимущества и недостатки резки плазмой

Технология плазменного раскроя имеет много разных преимуществ перед другими способами резки плавлением:

• Быстрый прожиг материала и большая скорость резания – при работе с тонколистовым металлом практически в 10 раз выше, чем при воздушно-кислородной резке аналогичных заготовок.
• Минимальная деформация заготовок, вырезаемых из тонколистового металла – обеспечивается благодаря высокой скорости реза и минимальной зоне термического влияния.
• Максимальная точность – достигается за счет минимальной ширины реза и возможности использования разных приспособлений, позволяющих автоматизировать процесс и получить деталь с предельно точными размерами и формой.
• Универсальность – с помощью аппарата можно выполнять как прямолинейный, так и фигурный раскрой практически любых материалов, проводящих электрический ток.
• Предельно высокое качество реза – процесс вырезания заготовок струей плазмы характеризуется минимальным количеством шлака и окалины, поэтому кромки металлических деталей обычно не требуют дополнительной обработки перед сварочными работами.
• Возможность резки таких материалов, как чугун, титан, а также другие цветные металлы и их сплавы.

Фото 9. Резание тонколистового металлопроката

К недостаткам можно отнести только удорожание себестоимости процесса при разделительном резании металлов большой толщины – свыше 60 мм. Также при работе ручными аппаратами следует учитывать, что качество и стабильность резки будет напрямую зависеть от правильности выбора рабочих параметров – силы тока, зазора между соплом и заготовкой, вида используемого газа.

Резка плазменной струей – примеры

Ручными аппаратами для плазменной резки можно вырезать заготовки разных форм и размеров. Сегодня выпускаются разнообразные приспособления и шаблоны для облегчения работы и получения деталей определенных конфигураций и размеров.

Возможности ручных резаков с применением дополнительных устройств:

• Вырезание круглых деталей максимально точной формы.

Фото 10. Использование шаблона для получения круглых деталей разных диаметров

• Резание листа под заданным углом.

Фото 11. Шаблон для резания заготовки с одновременным скосом кромки

• Вырезание деталей с отличными от 90° углами.

Фото 12. Магнитная направляющая для поддержания заданного угла реза

• Высокоточный прямолинейный рез.

Фото 13. Направляющая для высокоточной прямолинейной резки

• Ведение резака с постоянным зазором между соплом и металлом для максимально качественного реза.

Фото 14. Использование роликов для соблюдения постоянного зазора

Как вырезать заготовку круглой формы

Чтобы вырезать круглую деталь или отверстие в листовом прокате ручным плазменным резаком, важно обеспечить точный контроль движения. При этом качество реза будет тем ниже, чем меньше диаметр заготовки. Минимальным соотношением диаметра окружности к толщине металлопроката, в котором она вырезается, является 1,5, но качество реза здесь будет довольно низким.

Фото 15. Вырезание круглой детали с помощью специального шаблона

Достичь высокого качества поможет следующее:

1. Использование специального шаблона для вырезания круглых деталей и поддержание постоянного зазора между соплом и заготовкой.
2. Снижение скорости резания – это позволяет минимизировать деформацию дуги и существенно снизить величину скоса кромки.
3. Прожиг металла под точным углом 90°.
4. Старт резания с центра окружности в том случае, если нужно вырезать отверстие в детали.
5. Продолжение движения по выполненному резу без выведения резака при завершении резки.

Стоит ли доверять отечественному производителю

Оборудование для ручной плазменной резки выпускают разные компании. Однако на отечественном рынке лидирующие позиции занимают аппараты марки ПУРМ. Они разработаны и изготовлены с учетом суровых российских условий эксплуатации, эффективно работают во всех регионах РФ – даже в условиях крайнего севера.

Фото 16. Разные виды аппаратов марки ПУРМ

Оборудование этого производителя заслужило доверие потребителей благодаря надежности, высокой производительности, энергоэффективности и возможности интенсивной эксплуатации в любых производственных условиях. Весомым преимуществом является невысокая цена по сравнению с аналогичными аппаратами зарубежных брендов.