Что такое пилотная дуга на плазморезе
Резка металла с помощью плазмореза
Содержание:
Плазменная резка получила широкое распространение в различных отраслях производства, ведь с ее помощью можно разрезать практически любые токопроводящие металлы: от алюминия и нержавейки до углеродистой стали и титана. Этот метод используют как на крупных предприятиях, так и в небольших частных мастерских. Овладев основными приемами плазменной резки, Вы сможете легко выполнять прямые и фигурные резы, делать проемы и отверстия в металлических заготовках, выравнивать кромки листов и выполнять более сложные работы. Впервые работая с плазморезом, хочется, чтобы результат оправдал ожидания. Но, к сожалению, не у всех начинающих резчиков это получается. Для примера приведем наиболее распространенный случай из практики. Пользователь работает с купленным недавно плазморезом. Но почему-то возникают проблемы: то дуга нестабильная, то пламя гаснет, то аппарат вовсе отключается. Возникает подозрение – некачественный ток в центральной электросети. Пока время уходит на поиск и устранение неполадок, работа стоит. А на самом деле причина может быть в другом. Сколько раз случалось, когда пользователи во всем винили центральную проводку, а на деле оказывалось, что было неправильно выставлено давление воздуха или сила тока. Чтобы такого не случилось, при работе с плазморезом нужно учесть множество нюансов.
Освоить азы технологии плазменной резки не так сложно, главное – детально во всем разобраться. Мы расскажем обо всем по порядку. А начать нужно с вопроса безопасности проведения работ. Ведь от соблюдения правил зависит Ваше здоровье.
Что нужно знать о безопасности?
Сначала перечислим факторы, которые представляют опасность при работе с аппаратом плазменной резки: электрический ток, высокая температура, ультрафиолетовое излучение, раскаленный металл. Чтобы защитить себя, нужно работать в специальной экипировке. Глаза должны быть защищены очками или щитком сварщика (стекла 4 или 5 класса затемнения), руки – перчатками, ноги – штанами из плотной ткани и закрытой обувью. Стоит отметить, что при работе с резаком образуется газ с примесями озона, водорода и частиц металла. Наиболее опасными являются окислы марганца, соединения кремния и хрома, окись титана, которые представляют угрозу не только для легких, но и для других внутренних органов. Чтобы не вдыхать эти вредные пары, нужно обеспечить в помещении хорошую вентиляцию, а на лицо надевать защитную маску.
Что касается электробезопасности, то нужно соблюдать несколько обязательных требований:
Ответственный подход и соблюдение мер безопасности помогут Вам избежать травм, а также снизить риск получения профессиональных заболеваний.
Как подготовить аппарат к работе?
Подробный алгоритм подключения плазмореза к электросети и источнику сжатого воздуха Вы найдете в инструкции, поэтому мы не будем заострять внимание на этом этапе. Лучше обозначим наиболее важные аспекты, которые напрямую влияют на качество выполнения работ.
Аспект 1: Установите аппарат таким образом, чтобы к его корпусу был обеспечен доступ воздуха для охлаждения. Это позволит трудиться продолжительное время и избежать отключений оборудования в связи с перегревом. При этом на него не должны попадать капли расплавленного металла и какие-либо жидкости.
Аспект 2: Позаботьтесь о подаче качественного воздуха от пневмосети или компрессора. Установите влагомаслоотделитель, чтобы частицы масла и воды не попали в резак. В противном случае увеличится износ расходных материалов, а также может прийти в негодность сам плазмотрон. Убедитесь, что давление подаваемого воздуха соответствует параметрам аппарата плазменной резки. При недостаточном давлении дуга будет нестабильна (появятся наплывы и шлак в месте реза), а при избыточном могут прийти в негодность важные рабочие элементы.
Аспект 3: Тщательно подготовьте заготовку перед тем, как ее резать. Если на поверхности есть краска или ржавчина, нужно ее счистить, чтобы при нагреве металла не выделялись ядовитые пары. Кроме того, не рекомендуется резать без предварительной очистки резервуары и емкости, в которых были горючие вещества.
Помните, что правильно проведенные подготовительные работы являются гарантией эффективности использования плазменной резки. Теперь перейдем к рассмотрению самого процесса резки металла.
Как правильно подобрать силу тока?
Чтобы получить ровный и аккуратный рез, без окалины, наплывов и шлака, нужно грамотно выставить на аппарате силу тока, необходимую для разрезания конкретной заготовки. Для этого нужно знать, какая сила тока приходится на расплавление 1 мм материала. Для разных видов металла будет свое значение:
К примеру, для обработки стального листа толщиной 20 мм на аппарате нужно выставить силу тока не менее 80 А, а для работы с алюминиевым листом такой же толщины – 120 А. Но это еще не все, что нужно учесть при работе. Чтобы металл успел расплавиться в месте реза, но при этом не деформировался при тепловом воздействии плазмы, важно подобрать оптимальную скорость ведения резака. Она может быть от 0,2 до 2 м/мин., в зависимости от выставленной силы тока, толщины заготовки и вида металла, Конечно, первое время новичку будет сложно измерить скорость и подобрать наиболее подходящую, это придет с опытом. А на первое время запомните простое правило: ведите горелку так, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемой заготовки. Если их не видно – металл разрезан не насквозь, скорость большая. Но слишком медленное ведение резака, особенно при высокой силе тока, может стать причиной образования окалины, угасания дуги и ухудшению качества реза.
Как разжигать плазменную дугу?
Прежде чем приступать к резке, нужно сделать продувку резака газом. Для этого нажмите и отпустите кнопку поджига на резаке, плазмотрон перейдет в режим продувки. Выждите не меньше 30 секунд, прежде чем зажигать дугу, за это время из резака должен удалиться конденсат и инородные частицы. После этого можно нажимать на кнопку розжига – появится дежурная или, как ее называют, пилотная дуга. Как правило, пилотная дуга горит не более 2 секунд. Поэтому за это время должна зажечься рабочая дуга. У разных моделей плазморезов это происходит по-разному, в зависимости от типа поджига. Различают:
После зажигания рабочей дуги, пилотная гаснет. Если Вам не удалось с первого раза получить рабочую дугу, то нужно отпустить кнопку на резаке и вновь нажать ее – это будет новый цикл. Дуга может не разжигаться из-за недостаточного давления воздуха в пневмосистеме, неправильной сборки плазмотрона или неполадок в работе электроэлементов. Выключите аппарат, проверьте правильность подключения и давление на входе. Еще раз попробуйте осуществить розжиг.
Также стоит помнить, что в процессе резки рабочая дуга может гаснуть. Это может случиться по причине износа электрода, но чаще всего проблемы возникают при несоблюдении расстояния между резаком и деталью. Естественно, это сказывается на скорости выполнения работ и на качестве реза.
Как поддерживать расстояние между горелкой и металлом?
Бывают аппараты плазменной резки, которые рассчитаны на разрезание металла с упором на сопло, то есть, вплотную к заготовке – соблюдать расстояние не нужно. Но большинство моделей оборудования для этого не предназначено – сопло будет быстро изнашиваться, резак будет отключаться. Для них оптимальным расстоянием между заготовкой и соплом будет 1,6-3 мм. Если превысить его, то дуга будет затухать, придется поджигать ее снова – аккуратного реза не получится. Особенно важно поддерживать одинаковое расстояние при выполнении кропотливых работ, например, фигурной резки. Чтобы удерживать зазор, многие пользователи устанавливают на резак специальную дистанционную направляющую, и опираются ею на заготовку, а не соплом.
Не забывайте, что держать резак нужно таким образом, чтобы сопло было перпендикулярно заготовке. Угол отклонения не должен превышать 10-50 градусов, иначе рез будет неаккуратным. Если Вы режете металлическую заготовку, толщина которой не превышает 25% от максимально допустимой производителем, держите горелку не перпендикулярно поверхности, а под небольшим углом. Так Вы сможете избежать сильной деформации тонкого металла. При этом следите, чтобы расплавленный металл не попадал на сопло резака.
Помните, что сопло и электрод являются оснасткой, которая подвержена наибольшему износу при выполнении работ. Своевременно заменяйте эти элементы, согласно требованиям инструкции. Тогда во время плазменной резки будет обеспечена стабильная дуга, не будет наплывов и шлака на обрабатываемой поверхности – рез будет аккуратным и ровным.
Надеемся, что наша статья была Вам полезна, и эту информацию Вы будете успешно применять на практике. Подробнее о том, как использовать плазменную резку, Вы узнаете из инструкции конкретной модели аппарата. Соблюдая все правила Вы быстро «набьете руку» и будете справляться как с простыми работами, например, нарезкой профиля или металлических листов, так и с более сложными – вырезанием отверстий и различных фигур.
Разновидности аппаратов плазменной резки
Аппараты для плазменной резки заслуженно пользуются большой популярностью как среди профессионалов, так и среди домашних мастеров. С помощью плазменных резаков можно работать почти с любыми металлами или иными материалами, проводящими электричество. Подробнее здесь: https://jasic.ua/category/svarochnoe-oborydovanie/apparaty-dlya-plazmennoy-rezki.
Как же происходит сам процесс плазменной резки? В сопло аппарата под давлением подается инертное вещество, которое, проходя через горелку, превращается в высокотемпературную плазму.
Благодаря такой технологии аппараты для плазменной резки хорошо справляются с тугоплавкими и цветными металлами, с черными металлами и многими другими видами материалов.
Основной критерий для выбора аппарата плазменной резки — это толщина металла, которую он способен прорезать. Обычно этот параметр указывается относительно стали, но изредка встречается и обозначение для нержавейки.
Также аппараты плазменной резки различаются по способам поджига дуги. Существует три вида:
Поджиг пилотной дугой. В аппаратах такого типа вначале начинает работать дуга низкой мощности, которая расположена на втором контуре. Далее, с помощью подачи сжатого воздуха дуга перебрасывается на разрезаемый материал, где и замыкает главный контур. Такие аппараты лучше всего подойдут для работ с различными металлическими сетками и решетками.
Поджиг высокой частотностью. В данных аппаратах дуга возникает во время элктроразряда между плазмотроном и обрабатываемым материалом. Эти аппараты довольно универсальны и наиболее часто встречаются на рынке.
Поджиг при контакте. Во время него плазменная дуга появляется при непосредственном прикосновении к обрабатываемому материалу. Это бюджетное решение, чаще всего оно встречается на аппаратах с маленькой силой тока. При контактном поджиге детали плазмотрона быстро изнашиваются. Сегодня эта технология используется всё реже.
Какие же преимущества есть у аппаратов плазменной резки?
В первую очередь, это высочайшая точность работ. Даже неопытный мастер сможет разрезать металл без наплывов на краях.
Аппараты плазменной резки являются весьма безопасными. Риск возникновения пожара при их использовании сводится к минимуму. Достаточно лишь обеспечить отсутствие взыроопасных и легковоспламеняемых веществ.
При плазменной резке полностью отсутствует деформация материала.
Единственным недостатком аппаратов для плазменной резки является их высокая цена.
Плазменная резка. Как выбрать то, что нужно именно Вам?
Добрый день, друзья!
Сегодня хотелось бы поговорить о плазморезах.
Отвечу честно на самые часто задаваемые вопросы: «Заменит ли он болгарку?», «Что экономичнее? Плазморез или УШМ?» Начнем с того, что это два разных инструмента для разных целей! Это тоже самое, что сравнить циркулярную пилу и лобзик!
Если пилите только по прямой, то Ваш лучший друг УШМ. Если же Вам нужно вырезать узор или круг, или волну, то болгаркой, мягко говоря, Вы замучаетесь это делать., а плазморезом вы сделаете это за пару минут.
Цена расходных материалов на УШМ и на плазморез не сильно отличается. Однако, оснастка плазмореза (сопло и катод) «живут» дольше быстро приходящих в негодность дисков для болгарки.
Лично я не представляю свою жизнь без плазмореза, т.к вижу для себя целый ряд преимуществ в работе с ним: скорость, удобство, безопасность, возможность художественного реза.
Раньше цена на данное оборудование была заоблачной и не каждый мог себе это позволить, однако, прогресс не стоит на месте и сейчас можно приобрести аппарат по цене от 14 тыс. руб.
Бесспорно, есть и более дешевые китайские аналоги на том же «AliExpress», но как показывает печальный опыт, скупой платит дважды, и покупать модели дешевле 13-14 тыс.руб все-таки не стоит.
Что касается самого плазмореза, то, говоря простым языком, это по сути сварочный аппарат, но с более высоким напряжением на выходе источника. В зависимости от типа плазмотрона источник создает дугу между его катодом и соплом либо между его катодом и разрезаемой заготовкой. Сквозь эту дугу, в свою очередь, подается сжатый воздух, что приводит к образованию направленного потока плазмы высокой температуры. Во время реза узкая струя плазмы выплавляет металл на небольшом участке детали. Температурные деформации заготовки при этом минимальные.
На данный момент есть множество вариантов от домашнего до профессионального использования аппарата с возможность подключения к ЧПУ. При выборе аппарата нужно исходить из Ваших потребностей: толщина металла для резки, частота использования и т.д.
По способу возбуждения дуги можно выделить 4 основных:
1) касанием
2) высокочастотный
3) пневмоподжиг
4) с пилотной дугой
Разберем каждый по отдельности.
3) Пневмоподжиг. Если Вы подбираете плазморез к ЧПУ станку, то это Ваш выбор. Основная «фишка» данного способа находится в плазмотроне. До начала реза катод прижат к соплу. После подачи воздуха, под действием давления катод отводится назад. В этот момент образовывается дуга и начинается рез. Такой вид поджига не создает помех, а значит не влияет на электрическую часть ЧПУ станков и весьма долговечен.
Для каждого плазмореза существует свой вид плазмотрона. И заменить их можно только плазмотроном такого же вида, например 60-й плазмотрон можно заменить только 120-ым (он рассчитан на рез при 120 А), т.к они оба с пневмо поджигом, но нельзя заменить на Р80, т.к. у него нет такой функции. И тогда у Вас либо вообще ни чего не получится, либо сожжете плазмотрон, а в самых худших вариантах можете и повредить источник.
За более подробной консультацией Вы всегда можете обратиться к любому из наших менеджеров в удобной для Вас форме (по телефону, почте или в чате компании). Мы с удовольствием ответим на все Ваши вопросы и поможем подобрать оптимальный для вариант.
Для начала о внешних характеристиках.
Вес аппарата составляет 23кг, и о габаритах явно не скажешь, что аппарат компактный.
Сетевой кабель питания представляет собой трёхжильный кабель в резиновой изоляции, с сечением 2,5мм^2 и в длину почти 3м.
Вместо стандартного переключателя на 220В за включение аппарата отвечает двухпозиционный поворотный тумблер.
Стоит отметить, что в данном инверторе установлен мощный 4-х роликовый механизм подачи. Это позволяет использовать горелку бОльшей длины, не в ущерб равномерности подачи проволоки. Также, такой механизм минимизирует деформацию алюминиевой проволоки при её протяжке по каналу горелки. Однако, о корректной сварке алюминия, всё же говорить не приходится, поскольку аппарат не оснащён функцией двойного импульса.
Подключение газа в данном инверторе реализовано следующим образом:
На задней стенке аппарата вместо штуцера выходит резьба М16х1.5 (В комплекте с аппаратом поставляется шланг, опрессованный заводским способом, длиной 3м) Таким образом, подключение газа к аппарату происходит через резьбовое соединение, т.е. напрямую к редуктору/регулятору, что является надёжнее (чем хомуты, например).
Для начала о внешних характеристиках.
Вес аппарата составляет 23кг, и о габаритах явно не скажешь, что аппарат компактный.
Сетевой кабель питания представляет собой трёхжильный кабель в резиновой изоляции, с сечением 2,5мм^2 и в длину почти 3м.
Вместо стандартного переключателя на 220В за включение аппарата отвечает двухпозиционный поворотный тумблер.
Стоит отметить, что в данном инверторе установлен мощный 4-х роликовый механизм подачи. Это позволяет использовать горелку бОльшей длины, не в ущерб равномерности подачи проволоки. Также, такой механизм минимизирует деформацию алюминиевой проволоки при её протяжке по каналу горелки. Однако, о корректной сварке алюминия, всё же говорить не приходится, поскольку аппарат не оснащён функцией двойного импульса.
Подключение газа в данном инверторе реализовано следующим образом:
На задней стенке аппарата вместо штуцера выходит резьба М16х1.5 (В комплекте с аппаратом поставляется шланг, опрессованный заводским способом, длиной 3м) Таким образом, подключение газа к аппарату происходит через резьбовое соединение, т.е. напрямую к редуктору/регулятору, что является надёжнее (чем хомуты, например).
Принципы
2.1 Нечто большее, чем просто одно из состояний вещества?
Как правильно понимать источники плазменной резки? Плазма представляет собой нагретый до высокой температуры газ, обладающий электропроводимостью, который состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц, а также возбужденных и нейтральных атомов и молекул. Между процессами диссоциации, ионизации и рекомбинации, присущими плазменному состоянию, устанавливается динамический баланс. В результате плазма электрически нейтральна. В физике плазму часто называют четвёртым состоянием вещества. В природе плазменное состояние вещества, обусловленное высокими температурами, имеет место внутри солнца и других звёзд. Молния также является примером перехода вещества в плазменное состояние, происходящий под действием сил электрического поля большой величины.
| Рисунок 1: Плазма — четвертое состояние вещества |
 |
Для того чтобы создать плазму для технических потребностей, газ либо сильно разогревается с помощью источника тепла, либо подвергается действию сильного электрического поля, так чтобы перевести его в ионизированное состояние.
2.2 Принцип плазменной резки
Плазменная резка – это процесс термической резки, при котором плазменная дуга обжимается, проходя через сопло. Дуга прямого действия, которая возникает, когда электрический ток протекает от неплавящегося электрода (катода) на изделие (анод), используется для резки материалов, обладающих электрической проводимостью. Эта форма плазменной резки является наиболее часто используемой. В случае дуги косвенного действия, она создаётся между электродом и соплом. Даже если используется режущий газ, в состав которого входит кислород, тепловой эффект плазменной дуги преобладает. Таким образом, данный метод не рассматривается как процесс кислородной резки, а скорее как резка путём плавки.
Плазменные газы в дуге частично подвергаются диссоциации и ионизации, что делает их электропроводящими. Благодаря высокой плотности энергии и температуре плазма расширяется и движется по направлению к изделию со скоростью, которая в три раза превышает скорость звука.
Благодаря рекомбинации атомов и молекул на поверхности изделия потреблённая энергия сразу же высвобождается и усиливает тепловой эффект воздействия плазменной дуги на изделие. В плазменной дуге температура доходит до 30 000 К. В сочетании с высокой кинетической энергией плазменного газа такая температура обеспечивает чрезвычайно высокую скорость резки всех материалов, обладающих электрической проводимостью, которая зависит от толщины материала.
Для начала процесса резки в первую очередь зажигается пилотная дуга между соплом и электродом путём подачи высокого напряжения. Эта низкоэнергетическая пилотная дуга подготавливает пространство между плазменным резаком и изделием, вызывая частичную ионизацию. Когда пилотная дуга контактирует с изделием (резка с лёта), благодаря автоматическому увеличению мощности зажигается основная плазменная дуга.
| Рисунок 2: Принцип плазменной резки с помощью дуги прямого действия |
 |
Металлический материал плавится и частично испаряется благодаря тепловой энергии дуги и плазменного газа. Расплавленный металл выдувается из реза под действием кинетической энергии плазменного газа. В отличие от кислородной резки, при которой около 70% тепловой энергии вырабатывается благодаря сгоранию железа, в процессе плазменной резки энергия, требующаяся, для того чтобы расплавить материал в резе создаётся только под действием электричества.
Выбор используемого плазменного газа зависит от того, какой материал требуется разрезать. Например, одноатомный газ аргон и/или двухатомные газы, такие как водород, азот, кислород и смеси этих газов, а также очищенный воздух, используются в качестве плазменного газа и режущего газа.
Резаки могут иметь как водяное, так и газовое охлаждение. В зависимости от того, где используются процессы плазменной резки, различают процессы, выполняемые над водой и на ней, а также такие, которые производятся под поверхностью воды.
2.3 Оборудование для плазменной резки
2.3.1 Источник питания для плазменной резки
Источник питания для плазменной резки подаёт рабочее напряжение и ток резки для основной и вспомогательной дуги. Напряжение источника питания для плазменной резки без нагрузки находится в диапазоне между 240 и 400 В. В состав источника питания входит система зажигания пилотной дуги (вспомогательной плазменной дуги), назначение которой состоит в возбуждении основной плазменной дуги. Для того чтобы это выполнить сначала зажигают плазменную дугу косвенного действия, используя импульсы высокого напряжения. Назначение данной дуги состоит в ионизации пространства между соплом и изделием, что позволяет возбудить основную плазменную дугу.
| Рисунок 3: Пример установки для плазменной резки |
 |
Источники питания для плазменной резки либо имеют круто падающую кривую вольтамперной характеристики (рис. 6), либо постоянную токовую характеристику (рис. 7), в связи с чем при удлинении дуги мощность резки изменяется незначительно или остаётся неизменной.
| Рис.6: Источник питания для плазменной резки с крутоубывающей (крутопадающей характеристикой) кривой напряжения и тока | Рис.7: Источник питания для плазменной резки с постояноой токовой характеристикой (вертикальнок падение) |
 |  |
2.3.2 Электрод и сопло плазменного резака
Повышение эффективности плазменной резки в большой степени зависит от конструкции плазменного резака. Чем плотнее плазменная дуга обжимается, тем выше скорость резки и качество кромки реза.
Важнейшими деталями плазменного резака являются плазменное сопло и электрод. Как плазменное сопло, так и электрод являются быстроизнашивающимися деталями. Неправильный подбор, либо неверное использование сопла или электрода могут значительно сократить срок их службы и повредить резак.
Срок службы электрода в значительной степени определяется силой тока резки, количеством зажиганий, а также типом используемого плазменного газа. Кроме того, управление газом и мощностью вначале и в конце резки, а также рассеяние тепла от электрода также играет ключевую роль. Обычно используются электроды стержневой формы из вольфрама, а также имеющие форму пальца из циркония или гафния, которые можно сделать заострёнными или плоскими. Ввиду того, что они подвержены эрозии, электроды из вольфрама могут применяться только с инертными плазменными газами и их смесями, а также с газами с низкой реакционной способностью и восстановительными плазменными газами. При использовании чистого кислорода, либо плазменных газов, в состав которых входит кислород, электроды будут служить значительно дольше, если они будут изготовлены из циркония или гафния. Эти материалы естественным образом формируют защитный слой, плавящийся при более высокой температуре (табл. 1), и, к тому же, они заключены в основную оболочку, обладающую очень большой теплопроводностью, которая интенсивно охлаждается. Если в плазменной резке используется кислород, увеличения срока службы электрода можно добиться, подавая два газа: процесс зажигания проводится с использованием газа с низкой окислительной способностью, а сам процесс резки с использованием кислорода.
Ключевые факторы, влияющие на срок службы сопла:
Водяное охлаждение является более интенсивным. Воздушное охлаждение требует большего количества газа.
Таблица 1: Типовые величины для расходных деталей, применяемых с плазменными резаками
Материал
Усл.
обозн-ие
Температура
плавл. [°C]
Используемый
газ
Теплопроводность
при 20°С [Вт/м·К]