Плазмова різка

Для ефективної обробки ряду металів часто використовується плазмова різка, принцип роботи якої полягає у застосування плазмової дуги.

➤Технологія плазмового різання металу Нас цікавить процес різання плазмовою дугою у світовій практиці "ховається" під абревіатурою PAC. Під плазмою розуміють високотемпературний іонізований газ, який може проводити електрострум. А плазмова дуга формується в агрегаті під назвою плазмотрон зі звичайної електричної.

Переваги і недоліки плазмового різання

Сам принцип роботи плазмового різання зумовлює переваги цієї технології перед газовими методиками обробки неметалевих і металевих виробів. До головних достоїнств використання плазмового обладнання можна віднести наступні факти:

➤універсальність технології: практично всі відомі матеріали можна різати за допомогою плазмової дуги, починаючи від чавуну і міді і закінчуючи алюмінієвими і сталевими холоднокатаными листами;

➤висока швидкість операції для металів середньої і малої товщини;

➤рези виходять по-справжньому якісними і високоточними, що нерідко дає можливість не проводити додаткову механічну обробку виробів;

➤мінімальне забруднення повітря;

➤відсутність необхідності виконувати попереднє прогрівання металу для різання, що дозволяє зменшувати (і суттєво) час пропалювання матеріалу;

➤висока безпека виконання робіт, обумовлена тим, що для різання не потрібні балони з газом, які є потенційно вибухонебезпечними.

Варто зазначити, що за деякими показниками газові технології визнаються більш доцільними, ніж плазмова різка. До недоліків останньої зазвичай відносять:

➤складність конструкції плазмотрона і його дорожнечу: природно, це збільшує ➤собівартість виконання кожної операції;

➤відносно малу товщину різання (до 10 сантиметрів);

➤високий рівень шуму в процесі обробки, який виникає з-за того, що з плазмотрона газ    вилітає на навколозвуковою швидкістю;

➤необхідність високоякісного і максимально грамотного технічного обслуговування агрегату;

➤підвищений рівень виділення шкідливих речовин при застосуванні в якості плазмоутворюючого складу азоту;

➤неможливість підключення до одного плазмотрону двох різаків для ручної обробки металів.

Ще один мінус описаного  виду обробки полягає в тому, що відхилення від перпендикулярності реза допускається не більше, ніж на кут від 10 до 50 градусів (конкретна величина кута залежить від товщини виробу). Якщо збільшити рекомендований показник, відзначається значне розширення ріжучої області, а це стає причиною необхідності частої заміни використовуваних матеріалів.

Тепер ви знаєте, що таке плазмова різка, і прекрасно орієнтуєтеся у всіх її особливостях.

Принцип роботи повітряно-плазмової установки

Будь-яка установка для повітряно-плазмового різання, переносна або промислова, працює за наступним принципом. При запуску пристрою між електродом його різака (плазмотрона) і металом, що розрізається або соплом того ж різака утворюється електрична дуга, звана чергової та має температуру до 5000 °C. Відразу після цього в сопло під тиском подається газ.

В результаті температура дуги зростає до 20 000 °C, що, в свою чергу, призводить до іонізації газу і перетворення його в низькотемпературну плазму (по-іншому високотемпературний газ). Газова струмінь продовжує нагріватися від дуги, і її іонізація при цьому зростає, що завершується підвищенням температури плазми до 30 000 °C. У цей момент відбувається електричний пробій через струмінь газу (плазми), який в іонізованому стані при такій температурі перетворюється в провідник між оброблюваним металом і електродом плазмотрона.

Тобто запалюється інша електрична дуга, так звана робоча. Чергова при цьому відразу відключається. Повітряно-плазмова установка переходить в робочий режим. При цьому швидкість виходу плазми з сопла різака може досягати 500-1500 м/с. Іонізована струмінь газу яскраво світиться, потрапляючи на заготівлю в місці реза, розігріває її локально і плавить, як показано на відео.

Гази, що використовуються для створення плазми:

➤повітря;

➤азот;

➤кисень;

➤аргон;

➤водень;

➤водяна пара.

У всіх плазмових установках застосовують видалення з поверхні виконуваного реза розплавлених частинок металу і охолодження сопла. Це проводиться потоком газу або рідини. Потужні стаціонарні промислові установки здатні розрізати метал товщиною до 200 мм.

Основні типи обладнання і види апаратів для ручного різання

Все обладнання ділиться на пристрої непрямого дії, призначений для різання безконтактним способом, і прямої дії – для контактної. Перший тип застосовують в основному для обробки різних неметалевих матеріалів. У них чергова дуга утворюється між соплом і електродом плазмотрона.

Обладнання прямої дії застосовують для різання різних металів і їх сплавів. При роботі разрезаемая заготівля підключається до плюсового виходу плазмового пристрою, стаючи частиною його електричної схеми. Всі апарати для ручного різання металів є пристроями другого типу – прямої дії. У них для створення плазми, охолодження сопла і охолодження поверхні реза зазвичай використовують повітря, що подається з балона або від компресора. Інверторні апарати бувають і трансформаторні.

Перші, порівняно з другими, компактні, естетичні, споживають менше електроенергії і мало важать, що важливо при роботах на виїзді. У них також вище на 30 % ККД і більш стабільна електрична дуга. Однак інвертори менш потужні і досить чутливі до перепадів напруги в мережі. Трансформатори більш надійні і довговічні, не бояться стрибків харчування і їх можна використовувати для різання металів більшої товщини.

Щоб правильно вибрати апарат для різання металів, слід точно визначити те коло робіт, для яких його передбачається використовувати. А саме: з якими заготовками треба буде працювати, якої товщини, з якого металу, яка очікувана інтенсивність завантаження пристрою.

Різка своїми руками – почнемо з основ

Перш, ніж приступати до роботи, слід подбати про заходи безпеки. Треба переконатися, що напруга живильної мережі саме те, на яке розрахований апарат (380 В або 220 В), а провідники мережі та її захист витримають навантаження, створювану пристроєм. Потім треба подбати про добротному заземлення робочої підставки або столу, оточуючих металевих предметів і розетки (зробіть це своїми руками!).

Потрібно перевірити, що силові кабелі і апарат повітряно-плазмового різання в ідеальному робочому стані і не мають пошкоджень. Підключати обладнання до мережі слід через УЗО (пристрій захисного відключення). Щоб уберегти себе від травмування та можливих профзахворювань, працювати треба в спеціальній екіпіровці:

➤щитку або окулярах зварника, мають скло із затемненням 4-5 класу;

➤в рукавичках, куртці та штанях з щільного матеріалу, добре закривають тіло;

➤у закритому взутті;

➤бажано в респіраторі або масці.

Підключивши своїми руками всі елементи пристрою, згідно з інструкцією до нього, слід встановити апарат в такому місці і таким чином, щоб його корпус добре охолоджувався і на нього не потрапляли бризки розплавленого металу. Під'єднання до обладнання компресора або балона зі стисненим газом повинно бути виконано через масло - і влагоотделитель. Ці речовини, потрапивши в камеру плазмотрона, можуть привести до його поломки і навіть вибуху.

Необхідно відрегулювати тиск газу, що подається в плазмотрон – воно повинно відповідати характеристикам апарату. При надлишковому тиску деякі деталі плазмотрона можуть прийти в непридатність, а при недостатньому – потік плазми буде нестабільним і часто тремтячим. Коли необхідно різати ємності, де раніше зберігалися горючі або легкозаймисті матеріали, їх слід ретельно очистити. Якщо на поверхні заготовки, яку треба обробити, є масляні плями, окалина або іржа, їх краще видалити, так як при нагріванні вони можуть виділяти отруйні пари.

Щоб різ виходив рівним, без напливів і окалини, як це показано на відео, потрібно правильно підібрати швидкість різання і силу струму. У представлених нижче таблицях наведені оптимальні значення цих параметрів для різних металів та їх товщин.

При відсутності досвіду підібрати швидкість переміщення різака своїми руками буде складно. Тому спочатку рекомендується орієнтуватися на наступне: вести плазмотрон слід так, щоб з протилежного оброблюваної боку металу були видні вилітають іскри, як це показано на відео. Відсутність іскор буде свідчити про те, що плазма ще не розрізала заготівлю наскрізь. У той же час слід мати на увазі, що занадто повільне переміщення різака чинить негативний вплив на якість різу – на кромках металу з'являються напливи і окалина. Крім того, плазма може нестабільно горіти і навіть гаснути.

Як правильно користуватися апаратом?

Спочатку запалюють електричну дугу. Перед цим треба продути плазмотрон повітрям, тим самим видаливши з нього сторонні частинки і випадковий конденсат. Для цього натискаємо, а потім відпускаємо кнопку запалювання дуги. В апарата при цьому запускається режим продувки. Почекавши близько 30 секунд, натискаємо і вже утримуємо кнопку запалювання. Між наконечником сопла плазмотрона і електродом повинна запалитися чергова дуга. Горить вона, як правило, 2 секунди. За цей час треба запалити робочу (основну) дугу.

Вона повинна утворитися автоматично в результаті процесів, описаних вище, але щоб це сталося, плазмотрон необхідно тримати досить близько від поверхні металу, але ні в якому разі не торкатися його.

Після загоряння робочої дуги чергова гасне, а з сопла плазмотрона починає виникати потік ріжучої плазми, як це показано на відео, і можна починати різання. Якщо з першого разу робочу запалити дугу не вдалося, відпускаємо кнопку запалювання і натискаємо її знову для нового циклу. Робоча дуга може не запалюватися з наступних причин:

➤у подаючого повітря недостатній тиск;

➤плазматрон зібраний неправильно;

➤інші неполадки.

Також буває, що робоча дуга гасне в процесі роботи. Найчастіше це трапляється через недотримання потрібного відстані між поверхнею металів і плазмотроном, а також коли зношений електрод останнього.

Дотримання відстані між поверхнею металів і плазмотроном при різанні своїми руками є не менш складним завданням, ніж витримування потрібної швидкості обробки. Оптимальна відстань складає всього 1,6–3 мм. Працюючи руками, постійно утримувати різак на такій висоті досить складно, тим більше, що торкатися поверхні металу плазмотроном не можна. Руку періодично збиває дихання або мимовільні рухи тіла, і рез в результаті виходить нерівним. Щоб дотримуватися потрібну відстань, користуються спеціальними упорами (як показано на відео), які надягають на сопло.

При різанні своїми руками також слід звертати увагу на кут, під яким треба тримати плазмотрон щодо металу. Він повинен бути строго перпендикулярний поверхні заготовки. В залежності від виду оброблюваного металу допускаються відхилення від прямого кута в 10-50°. Коли заготовка дуже тонка, плазмотрон можна вести під незначним кутом, інакше тонкий метал в процесі різання буде сильно деформований.

При повітряно-плазмового розкрою також важливо пам'ятати, що в процесі роботи розплавлений метал не повинен потрапляти на кабелі, шланги та сопла плазмотрона. 

І головне – необхідно дотримувати техніку безпеки.