Плазменные труборезы

О плазме, как способе обработки

Плазма – ионизированный газ, содержащий заряженные частицы, обладающий возможностью электропроводности. Плазмообразующие составляющие это активный газ, который может быть кислородом или газовой смесью (воздушно-плазменная резка) или состоять из инертных газов, к которым относится азот, аргон, водород. Плазмотрон – прибор, создающий разряд дуги в котором происходит нагревание газов с последующей ионизацией. Степень нагревания (повышение температуры) определяет уровень ионизации. Температура потока может доходить до отметки + 60000 С.

Принцип работы плазменной резки металлопроката заключается в закреплении его на плазменорезном станке. Между ним и форсункой появляется КЗ, возбуждающее электродугу. Поджог может выполняться вместо основной дуги дежурная. Электродуга появляется при функционировании осциллятора при показателях силы тока до 60 ампер. Для получения горения под давлением на сопло направляется газ, а действие электричества превращает его в плазму. Она с высокой скоростью (от 500 до 1500 м/сек) выходит из плазмотрона.

Технология газоплазменного реза заключается в расплавлении и выдувании металла при каждом движении резака.

Чего мы не знали о ручном труборезе?

Ручной труборез для стальных труб или любого другого материала работает исключительно за счет мускульной силы человека. С одной стороны, это хорошо, ведь весь процесс непосредственно контролируете вы, и никаких нештатных ситуаций произойти не может, разве что рука дрогнет. В то время как у электрических машин имеется масса узлов, которые могут выйти из строя, постоянно надо их чистить и следить за техническим состоянием. Да и в работе можно испортить трубу лишь из-за перебоя в напряжении сети или минутных неполадок мотора или передвигающей ленты и т.д.

С другой стороны, не всякую трубу возьмет человеческая сила, даже несмотря на то, что в ручном устройстве используется система рычагов для искусственного увеличения прикладываемой силы. Но на бытовом уровне тяжело себе представить вид работ, в котором бы трубы имели такой диаметр или материал, что взять их сможет только автономная машина с мощным двигателем. Поэтому все же ручной вариант этого приспособления в быту справится со всеми возможными видами работ, только нужно правильно выбрать модель, ведь разнообразие велико.

Можно сказать еще о некоторых особенностях работы с этим агрегатом. Современные труборезы очень удобные, все навесные аксессуары и рукоятка сделаны максимально эргономичными, чтобы работник не уставал, а рез получался аккуратным и ровным. Кстати, точность и отсутствие кривизны являются визитной карточкой практически всех разновидностей ручных труборезов, только очень халатная подделка из разряда «за 5 копеек» может действительно испортить даже самое крепкое изделие. Конечно, мы не исключаем и некоторую «косорукость» рабочего, но это редкий случай в таком виде деятельности.

Работа с ручным агрегатом осуществляется в удобном для вас темпе, поэтому срез получается без каких-либо зазубрин и не нуждается в зачистке перед дальнейшим использованием трубы. Также конструкции всех подобных инструментов (при условии, что вы правильно подобрали модель именно под свою задачу) позволяют не гнуть профиль трубы, так что геометрии портить вам не придется. И последний козырь – малогабаритность, эти приспособления могут осуществлять свою задачу одинаково хорошо и в узком проходе или углу, и в просторном зале.

Преимущества ручных и электротруборезов

Инструмент для резки металлопластиковых труб может быть 2 видов:

• ручным;
• электрическим.

Ручной труборез работает за счет мускульной силы того, кто им пользуется. Его можно применять в любых условиях, никакой привязки к наличию электропитания, ограничений времени работы в зависимости от емкости аккумулятора и прочих неудобств, связанных с использованием электроинструмента, нет.

Однако, никто не станет спорить, что при больших объемах работы ручного инструмента может быть недостаточно. Особенно это касается толстостенных металлопластиковых труб большого диаметра. Конечно, в строительстве на бытовом уровне такие материалы встречаются редко, но для профессионального сантехника это вполне реальная ситуация.

Инструмент позволяет сэкономить время и силы работника. Кроме того, исключается человеческий фактор, когда «не дожал», «не проверил» или глазомер подвел

Электрический труборез с аккумулятором – настоящее спасение в условиях нарезки в промышленных масштабах. В случае с электроинструментом человек только наносит отметку, где должен быть произведен рез, затем закрепляет деталь так, чтобы отметка на трубе и в окошке трубореза совпали максимально точно, затем включает питание и получает аккуратный, идеально ровный отрезок.

Разумеется, дело здесь не только в удобстве. Стоимость аккумуляторного трубореза для металлопластиковых труб превышает стоимость ручного инструмента в разы. Никому не охота переплачивать, если, конечно, вы не будете использовать прибор в профессиональной деятельности едва ли не ежедневно.

Опросник для подбора установки плазменной резки

Мы рассмотрели основные узлы плазменных машин и особенности, которые нужно учитывать при подборе данного вида оборудования. В заключении я представляю вашему вниманию краткий список вопросов, ответ на которые поможет вам подобрать оптимальный для вас станок:

• Какой тип металла вы будете раскраивать?
• Какова минимальная и максимальная толщина резки?
• На какой максимальной толщине вам необходима врезка (прошивка)?
• Какие требования к чистоте и точности реза?
• Нужно ли вырезать окружность, диаметр которой равен или меньше толщины листа?
• Нужно ли осуществлять рез под углом?
• Какой размер листа вы планируете резать?
• Сколько часов в сутки планируется эксплуатировать установку?
• Какое количество деталей необходимо раскраивать в смену/месяц/год?
• Какие есть ограничения по производственным площадям?
• Какие есть ограничения по электрической сети?
• На какой бюджет вы рассчитываете?

Ответ на эти вопросы и определит технические параметры для подбора подходящей установки.

Рис. 3 Установка плазменной резки от турецкого производителя

Типы плазморезов:

По типу резки:	По типу используемого газа:	По типу поджига дуги:	По типу охлаждения:
Для ручной резки	Плазмотроны на сжатом воздухе	С контактным поджигом	С воздушным (газовым) охлаждением
Для автоматической резки	Плазмотроны на аргоне, кислороде, азоте или их смесях	С пневмоподжигом (PN)	С жидкостным охлаждением
		С высокочастотным поджигом (HF)

• Для ручной резки. Используются для работ в небольших производствах, мастерских, станциях технического обслуживания, гаражах, личном хозяйстве и т.д. Даже инвертор небольшой мощности позволяет ручным резаком быстро и эффективно резать металл толщиной до 30 мм. Можно резать листовой металл, трубы, различные детали и конструктивные элементы.
• Для автоматической резки. Используются в станках стационарного типа для автоматического раскроя листового металла или профильных труб. В работе обычно управляются с помощью ЧПУ. Комплектуются мощными инверторами зачастую с несколькими сменными плазмотронами и соплами.

По типу используемого газа:

• Плазмотроны на сжатом воздухе. Наиболее распространенный вид плазморезов. К их достоинствам относятся простота, низкая стоимость оборудования и расходных материалов (электроды, сопла), простота в управлении, высокая эффективность и универсальность. Могут использовать обычный или очищенный сжатый воздух.
• Плазмотроны на аргоне, кислороде, азоте или их смесях. Используются в работах более сложных систем больших производств на стационарных раскройных станках для резки меди, алюминия и их сплавов. Требуют более точной настройки.

По типу поджига дуги:

• Контактные. В контактных плазмотронах соплом нужно дотронуться на поверхности рабочей детали для формирования дуги. Такой тип поджига у бытовых инверторов небольшой мощности.
• Пневмоподжиг. Инверторы с пневмоподжигом формируют стартовую (дежурную) дугу внутри плазмотрона, без контакта сопла с поверхностью детали или высокачастотного разряда, который может нанести вред электронике станка с ЧПУ.
• Высокочастотный (HF) поджиг. В данном случае дуга возбуждается при помощи входящего в состав источника тока устройства – осциллятора. Дуга образовывается, только когда имеется высокочастотный электрический разряд между поверхностями заготовки и соплом плазмотрона (при этом поверхности между собой не соприкасаются). Стартовая дуга инициируется по команде сварщика внутри поверхности плазмотрона между электродом и внутренней поверхностью сопла с помощью тока высокой частоты. Рабочая дуга автоматически поджигается от стартовой каждый раз при поднесении плазмотрона к поверхности детали и гаснет по команде сварщика или при увеличении этого расстояния.

По типу охлаждения:

• С воздушным (газовым) охлаждением. Сопло плазмореза охлаждается поступающим воздухом или рабочим газом.
• С жидкостным охлаждением. Жидкостное охлаждение плазмореза используется в высоконагруженных промышленных резаках с большими токами от 150 А.

Преимущества и недостатки резки плазмой

К очевидным преимуществам плазменно-дуговой резки можно отнести следующие:

• Установки для плазменной резки имеют меньшую стоимость по сравнению с лазерными.
• Плазморезка может справиться с толщиной металла, недостигаемой для лазера.
• Нарезанию плазмой поддаются практически все металлы, проводящие ток (медь, сталь, латунь, чугун, титан и т.д).
• Толщина реза плазменной установки зависит от типа станка и его наконечников. Аппараты с минимальной толщиной реза снижают процент потери металла и увеличивают концентрацию потока плазмы.
• Дополнительная обработка реза не нужна.
• Безопасность плазменной установки. Ее конструкция не предполагает баллонов со сжатым газом, которые могут стать причиной пожара или взрыва.
• Вмешательство обслуживающего персонала при автоматической резке сводится к минимуму.

Минусов у плазморезов не так и много:

Если нужно разрезать металл толщиной более 200 мм, придется прибегнуть к другим видам резки.
Нужно обращать пристальное внимание на угол отклонения. Он не должен составлять более 50 градусов.
К одному аппарату невозможно подключить два резака.

Техника плазменной резки металла

Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:

• алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;
• меди толщиной до 80 мм;
• легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;
• чугуна толщиной до 90 мм.

Резак располагают максимально близко к краю разрезаемого металла. После нажатия на кнопку выключателя резака вначале зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга, и начинается процесс резки. Расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника резака должно оставаться постоянным. Дугу нужно направлять вниз и обычно под прямым углом к поверхности разрезаемого листа. Резак медленно перемещают вдоль планируемой линии разреза. Скорость движения необходимо регулировать таким образом, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемого металла. Если их не видно с обратной стороны, значит металл не прорезан насквозь, что может быть обусловлено недостаточным током, чрезмерной скоростью движения или направленностью плазменной струи не под прямым углом к поверхности разрезаемого листа.

Для получения чистого разреза (практически без окалины и деформаций разрезаемого металла) важно правильно подобрать скорость резки и силу тока. Для этого можно выполнить несколько пробных разрезов на более высоком токе, уменьшая его при необходимости в зависимости от скорости движения

При более высоком токе или малой скорости резки происходит перегрев разрезаемого металла, что может привести к образованию окалины.

Плазменная резка алюминия и его сплавов толщиной 5-20 мм обычно выполняется в азоте,  толщиной от 20 до 100 мм – в азотно-водородных смесях (65-68% азота и 32-35% водорода), толщиной свыше 100 мм – в аргоно-водородных смесях (35-50% водорода) и с применением плазматронов с дополнительной стабилизацией дуги сжатым воздухом. При ручной резке в аргоно-водородной смеси для обеспечения стабильного горения дуги содержание водорода должно быть не более 20%.

Воздушно-плазменная резка алюминия, как правило, используется в качестве разделительной при заготовке деталей для их последующей механической обработки. Хорошее качество реза обычно достигается лишь для толщин до 30 мм при силе тока 200 А.

Плазменная резка меди может осуществляться в азоте (при толщине 5-15 мм), сжатом воздухе (при малых и средних толщинах), аргоно-водородной смеси. Поскольку медь обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью, для ее обработки требуется более мощная дуга, чем для разрезания сталей. При воздушно-плазменной резке меди на кромках образуются легко удаляемые излишки металла (грат). Резка латуни происходит с большей скоростью (на 20-25%), с использованием таких же плазмообразующих газов, что и для меди.

Плазменная резка высоколегированных сталей эффективна только для толщин до 100 мм (для больших толщин используется кислородно-флюсовая резка). При толщине до 50-60 мм могут применяться воздушно-плазменная резка и ручная резка в азоте, при толщинах свыше 50-60 мм – азотно-кислородные смеси.

Резка нержавеющих сталей толщиной до 20 мм может быть выполнена в азоте, толщиной 20-50 мм – в азотно-водородной смеси (50 % азота и 50 % водорода). Также возможно использование сжатого воздуха.

Плазменная резка низкоуглеродистых сталей наиболее эффективна в сжатом воздухе (особенно для толщин до 40 мм). При толщинах свыше 20 мм разрезание может осуществляться в азоте и азотно-водородных смесях.

Для резки углеродистых сталей используют сжатый воздух (как правило, при толщинах до 40-50 мм), кислород и азотно-кислородные смеси.

Таблица. Ориентировочные режимы воздушно-плазменной резки металла

Разрезаемыйматериал	Параметры режима
Толщина(мм)	Диаметрсопла(мм)	Силатока(А)	Напряже-ние (В)	Расходвоздуха(л/мин)	Скоростьрезки(м/мин)	Средняяширинареза(мм)
Алюминий	5-15	2	120-200	170-180	70	2-1	3
30-50	3	280-300	170-190	40-50	1,2-0,6	7
Медь	10	3	300	160-180	40-60	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
Сталь12Х18Н10Т	5-15	3	250-300	140-160	40-60	5,5-2,6	3
10-30	160-180	2,2-1	4
31-50	170-190	1-0,3	5

Физика плазмы

Технология плазменной резки металла отдает главную женскую роль нашей любимой электрической дуге. Он формируется между электродом и соплом. Иногда вместо электрода выступает металл, который нужно разрезать. Разберемся, что такое плазменная резка.

Начало процесса – включение источника электрического питания и подача тока высокой частоты в плазменный резак. Источник питания включается автоматически после нажатия тумблера розжига в аппарате.

Сначала формируется так называемая промежуточная дуга – она имеет временный характер и соединяет электрод с наконечником сопла резака. Нагревается эта дежурная дуга до уровня температуры около 8000°С.

Это важный момент общего процесса плазменной резки – нужно помнить, что настоящая дуга между электродом и металлом образуется не сразу, а через ее промежуточный вариант.

Следующий этап процесса – поступление воздуха из компрессора, который обычно прилагается к аппарату резки металла. Компрессор подает воздух в сжатом виде. Этот воздух поступает в камеру плазмотрона, в котором находится и уже раскалена временная электрическая дуга.

Дуга нагревает сжатый воздух, объем которого при нагреве увеличивается во много раз. Дополнительно к нагреву и увеличению объема воздух начинает ионизироваться и трансформироваться в настоящий проводник электрического тока. Он превращается в ту самую плазму

Малый диаметр сопла дает возможность разгонять поток этой раскаленной плазмы до огромных скоростей, с которыми струя вылетает из аппарата. Скорость потока может достигать трех метров в секунду.

Схема работы плазменной резки.

Температура воздуха – запредельная, вплоть до 30 000°С. При этих условиях электрическая проводимость воздуха – плазмы практически равна проводимости разрезаемого металла.

Настоящая конечная дуга появляется мгновенно, как только поток плазмы достигает и касается поверхности металла. Временная дуга, в свою очередь, автоматически выключается. Металл начинает плавится точно в месте среза.

Жидкие металлические капли сразу же сдуваются струей сжатого воздуха. Это и есть принцип плазменной резки. Как видите, все просто, логично и понятно.

Классификация видов плазменной резки

Виды плазменной резки будут зависеть от среды, в которой проводятся работы по металлу:

Простой

Главное отличие способа – ограниченность электрической дуги. Для резки используется электрический ток и воздух. Иногда вместо воздуха применяются газ в виде азота. Если металлически лист тонкий – всего несколько миллиметров, процесс можно сравнить с лазерным разрезанием.

В разрезах получаются очень ровные кромки, не требующие дальнейшей доработки.

С применением защитного газа

При этом способе вместо воздуха используются защитные газы, которые превращаются в плазменный поток после преобразования в плазмотроне. Качество срезов в данном случае значительно повышается благодаря отличной защите процесса от воздействия окружающей среды.

Газ для плазменной резки не представляет из себя ничего необычного: это может быть водород или аргон – «газовая классика».

С водой вместо воздуха

Отличны способ со многими преимуществами, одно из которых – отсутствие необходимости в дорогостоящей и громоздкой системе охлаждения.

Существуют и другие критерии классификации плазменной резки. К примеру, виды резки бывают разделительными и поверхностными. Первый из них используется чаще.

Еще один параметр – способ резки. Один вид – резка дугой, в котором разрезаемый металл выступает в качестве элемента электрической цепи. Другой вид – резка струей, когда электрическая дуга соединяет электроды, а не металлическую заготовку.

Плазменные резаки представлены на рынке в самых разнообразных вариантах, так что их можно классифицировать по маркам, производителям и многим другим техническим и торговым параметрам.

Виды и назначение плазморезов

Прежде чем понять, как выбрать плазморез, необходимо изучить существующие виды приборов. В зависимости от области применения они подразделяются:

• Инверторные. Обладают способностью резать металл толщиной 30 мм.
• Трансформаторные. Разрезают металл толщиной 80 мм.

Они подразделяются:

• Контактные. При работе необходим контакт плазмы с металлом. Толщина его может быть до 18 мм.
• Бесконтактные. В этом случае металл может быть большой толщины и контакта с ним не требуется.

В зависимости от потребляемой энергии также есть свои разновидности. Это приборы:

• Бытовые. Работают от сети 220 Вт.
• Плазморез промышленный. Работает от трехфазной сети 380 Вт.

Выводы и полезное видео по теме

Как работает хомутный труборез: подробная видео-инструкция о том, как пользоваться ручным труборезом, оснащенным хомутной защелкой. Надежный агрегат обладает хорошей мощностью и справляется с деталями диаметром от 32 до 365 мм. Используют его не только в стационарных помещениях, но и под водой, в котлованах большой глубины или местах, где недопустимы повышенные шумы (жилые дома, трубные эстакады и пр.).

Резка стальных труб роликовым труборезом: в видео наглядно показан процесс нарезки стального трубного материала диаметром от 3 до 150 мм роликовым агрегатом. Ручная модель хорошо справляется с разовыми работами, а электроприводная подходит для более масштабных ремонтно-монтажных мероприятий.

Разъемный труборез для стали в работе: как работает со стальными трубами разъемный режущий аппарат, отлично видно в этом ролике. У прибора имеется полезная функция, позволяющая осуществить частичную вырезку трубопровода даже без доступа к торцевой части системы. Прибор снабжен электро- или пневмоприводом и обеспечивает максимальную точность среза при использовании для работы минимального пространства вокруг трубы.

Зная все вышеописанные нюнсы, подобрать оптимальную модель трубореза не составит никакого труда. За дополнительной консультацией перед покупкой стоит обратиться к сотрудникам магазина. Они подробно расскажут о предлагаемых моделях и опишут все плюсы и минусы изделий различных брендов.