Плазменная резка — это процесс разрезания электропроводящих материалов с помощью ускоренной струи горячей плазмы . Типичные материалы, разрезаемые плазменной горелкой , включают сталь , нержавеющую сталь , алюминий , латунь и медь , хотя можно резать и другие проводящие металлы. Плазменная резка часто используется в производственных цехах, ремонте и реставрации автомобилей , промышленном строительстве , а также на операциях по утилизации и утилизации . Благодаря высокой скорости и точности резки в сочетании с низкой стоимостью плазменная резка широко используется от крупномасштабных промышленных приложений с числовым программным управлением (ЧПУ) до небольших мастерских для любителей.
Основной процесс плазменной резки включает в себя создание электрического канала перегретого электрически ионизированного газа, то есть плазмы, от самого плазменного резака через обрабатываемую заготовку, таким образом образуя замкнутую электрическую цепь обратно к плазморезу через заземляющий зажим . Это достигается за счет подачи сжатого газа (кислорода, воздуха, инертного и других веществ в зависимости от разрезаемого материала) через сфокусированное сопло на высокой скорости к заготовке. Затем внутри газа образуется электрическая дуга между электродом, расположенным рядом с газовым соплом или встроенным в него, и самой заготовкой . Электрическая дуга ионизирует часть газа, тем самым создавая электропроводящий канал плазмы. Когда электричество от резака проходит вниз по этой плазме, оно выделяет достаточно тепла для плавления заготовки. В то же время большая часть высокоскоростной плазмы и сжатого газа выдувает горячий расплавленный металл, тем самым отделяя, то есть прорезая заготовку.
Плазменная резка — эффективный способ резки как тонких, так и толстых материалов. Ручные резаки обычно могут резать стальные пластины толщиной до 38 мм (1,5 дюйма), а более сильные резаки с компьютерным управлением могут резать сталь толщиной до 150 мм (6 дюймов). [ нужна цитата ] Поскольку плазменные резаки создают очень горячий и очень локализованный «конус» для резки, они чрезвычайно полезны для резки листового металла изогнутой или наклонной формы.
Дуги генерируются в три этапа. Искра высокого напряжения на короткое время ионизирует воздух внутри головки горелки. Это делает воздух проводящим и позволяет сформировать «пилотную дугу». В головке горелки формируется вспомогательная дуга, при этом ток течет от электрода к соплу внутри головки горелки. На этом этапе вспомогательная дуга начинает сжигать сопло, являющееся расходной деталью. Затем воздух выдувает плазму из сопла в сторону изделия, обеспечивая путь тока от электрода к изделию. Когда система управления обнаруживает ток, протекающий от электрода к заготовке, она разрывает электрическое соединение с соплом. Затем ток течет от электрода к заготовке, и дуга образуется вне сопла. После этого можно продолжить резку, не сжигая сопло. Срок службы сопла ограничен количеством зажиганий дуги, а не временем резки.
Плазменная резка выросла из плазменной сварки в 1960-х годах и стала очень продуктивным способом резки листового металла и пластин в 1980-х годах. [1] Он имел преимущества перед традиционной резкой «металл по металлу», заключаясь в отсутствии металлической стружки, точном разрезе и получении более чистой кромки, чем кислородно-топливная резка . Ранние плазменные резаки были большими, медленными и дорогими и, следовательно, предназначались для повторения схем резки в режиме «массового производства».
Как и в случае с другими станками, технология ЧПУ (компьютерное числовое управление) применялась на станках плазменной резки в конце 1980-х - 1990-х годах, что давало машинам плазменной резки большую гибкость для резки различных форм «по требованию» на основе набора запрограммированных инструкций. в числовое управление станка. [2] Однако эти станки плазменной резки с ЧПУ обычно ограничивались резкой моделей и деталей из плоских листов стали, используя только две оси движения (так называемая резка XY).
Надлежащая защита глаз и лицевые щитки необходимы для предотвращения повреждения глаз, называемого дуговым глазом , а также повреждения от мусора. Рекомендуется использовать зеленый оттенок линз №5. OSHA рекомендует оттенок 8 для тока дуги менее 300 А, но отмечает, что «эти значения применимы там, где фактическая дуга четко видна. Опыт показал, что более легкие фильтры можно использовать, когда дуга скрыта заготовкой». [3] Компания Lincoln Electric, производитель оборудования для плазменной резки, утверждает: «Обычно приемлемы темные оттенки от №7 до №9». Другой производитель Longevity Global, Inc. предлагает более конкретную таблицу для защиты глаз при плазменно-дуговой резке при более низкой силе тока: [ нужна ссылка ]
Также рекомендуется использовать кожаные перчатки, фартук и куртку во избежание ожогов искрами и горячим металлом. [4]
Очень важно работать в чистом помещении, где нет легковоспламеняющихся жидкостей, материалов и газов. Искры и горячий металл от плазменного резака могут быстро вызвать пожар, если они не изолированы от легковоспламеняющихся предметов. В определенных ситуациях плазменные резаки могут посылать горячие искры на расстояние до 1,5 метров (5 футов). Операторы машин обычно не замечают начавшегося пожара, поскольку находятся за защитными масками. [5]
Плазменные резаки используют несколько методов зажигания дуги. В некоторых устройствах дуга создается при контакте горелки с заготовкой. Некоторые резаки используют высоковольтную высокочастотную цепь для зажигания дуги. Этот метод имеет ряд недостатков, в том числе риск поражения электрическим током, сложность ремонта, обслуживания искрового разрядника и большое количество радиочастотных излучений. [6] Плазменные резаки, работающие рядом с чувствительной электроникой, такой как оборудование с ЧПУ или компьютеры, запускают вспомогательную дугу другими способами. Сопло и электрод находятся в контакте. Сопло является катодом , а электрод – анодом . Когда плазменный газ начинает течь, сопло выдувается вперед. Третий, менее распространенный метод — емкостной разряд в первичную цепь через кремниевый управляемый выпрямитель .
Аналоговые плазменные резаки, которым обычно требуется мощность более 2 киловатт, используют мощный трансформатор сетевой частоты. Инверторные плазменные резаки преобразуют сетевое питание в постоянный ток, который подается в высокочастотный транзисторный инвертор в диапазоне от 10 до 200 кГц. Более высокие частоты переключения позволяют использовать трансформаторы меньшего размера, что приводит к уменьшению габаритов и веса.
Первоначально в качестве транзисторов использовались МОП-транзисторы , но в настоящее время все чаще используются IGBT . При использовании параллельных МОП-транзисторов, если один из транзисторов активируется преждевременно, это может привести к каскадному выходу из строя четверти инвертора. Более позднее изобретение, IGBT, не подвержено такому отказу. IGBT обычно можно найти в сильноточных машинах, где невозможно параллельно подключить достаточное количество MOSFET-транзисторов.
Топология режима переключения называется автономным прямым преобразователем с двумя транзисторами. Несмотря на то, что некоторые инверторные плазменные резаки легче и мощнее, некоторые инверторные плазменные резаки, особенно без коррекции коэффициента мощности , не могут работать от генератора (это означает, что производитель инверторного блока запрещает это делать; это справедливо только для небольших и легких портативных генераторов). Однако более новые модели имеют внутреннюю схему, которая позволяет устройствам без коррекции коэффициента мощности работать от генераторов легкой энергии.
Некоторые производители плазменной резки изготавливают столы для резки с ЧПУ , а некоторые имеют встроенный в стол резак. Столы с ЧПУ позволяют компьютеру управлять головкой резака, производя чистые и острые резы. Современное плазменное оборудование с ЧПУ способно выполнять многоосную резку толстых материалов, открывая возможности для выполнения сложных сварочных швов, которые в противном случае невозможны. Для более тонкого материала плазменная резка постепенно заменяется лазерной резкой , главным образом из-за превосходных возможностей лазерного резака по вырезанию отверстий.
Плазменные резаки с ЧПУ применяются в сфере отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Программное обеспечение обрабатывает информацию о воздуховодах и создает развертки для резки на режущем столе плазменной горелкой. Эта технология значительно увеличила производительность в отрасли с момента ее внедрения в начале 1980-х годов.
Плазменные резаки с ЧПУ также используются во многих мастерских для создания декоративных изделий из металла. Например, коммерческие и жилые вывески, настенные рисунки, адресные вывески и уличное садовое искусство.
В последние годы произошло еще большее развитие. Традиционно столы резки станков были горизонтальными, но теперь доступны вертикальные станки плазменной резки с ЧПУ, обеспечивающие меньшую занимаемую площадь, повышенную гибкость, оптимальную безопасность и более быструю работу.
Существует три основные конфигурации плазменной резки с ЧПУ, и они во многом различаются формами материалов перед обработкой и гибкостью режущей головки.
Это наиболее распространенная и традиционная форма плазменной резки с ЧПУ. Изготовление плоских профилей, где кромки среза расположены под углом 90 градусов к поверхности материала. Мощные станки плазменной резки с ЧПУ сконфигурированы таким образом и способны резать профили из металлической пластины толщиной до 150 мм. [ нужна цитата ]
Опять же, это процесс изготовления плоских профилей из листового или листового металла, однако с введением дополнительной оси вращения режущая головка станка плазменной резки с ЧПУ может наклоняться, проходя по обычной двумерной траектории резки. В результате кромки обрезаются под углом, отличным от 90 градусов к поверхности материала, например, под углами 30-45 градусов. Этот угол непрерывен по всей толщине материала. Обычно это применяется в ситуациях, когда разрезаемый профиль должен использоваться как часть сварного изделия, поскольку наклонная кромка является частью подготовки к сварке. Когда подготовка сварного шва применяется в процессе плазменной резки с ЧПУ, можно избежать вторичных операций, таких как шлифовка или механическая обработка, что снижает затраты . Возможность угловой резки трехмерной плазменной резки также может быть использована для создания потайных отверстий и фасок на профилированных отверстиях.
Используется при обработке труб, труб или любых длинных секций. Головка плазменной резки обычно остается неподвижной во время подачи заготовки и вращается вокруг своей продольной оси. [ нужна цитация ] Существуют некоторые конфигурации, в которых, как и при трехмерной плазменной резке, режущая головка может наклоняться и вращаться. Это позволяет выполнять угловые разрезы по толщине трубы или секции, что обычно используется при изготовлении технологических трубопроводов, где на разрезанной трубе может быть предусмотрена подготовка под сварку вместо прямой кромки.
За последнее десятилетие производители плазменных горелок разработали новые модели с меньшим соплом и более тонкой плазменной дугой. Это обеспечивает почти лазерную точность кромок плазменной резки. Некоторые производители объединили прецизионное управление с ЧПУ с этими горелками, чтобы позволить производителям производить детали, требующие минимальной обработки или не требующие ее вообще.
Плазменные горелки когда-то были довольно дорогими. По этой причине их обычно можно было найти только в профессиональных сварочных мастерских и хорошо укомплектованных частных гаражах и магазинах. Однако современные плазменные горелки дешевеют и теперь доступны многим любителям менее 300 долларов. Старые устройства могут быть очень тяжелыми, но при этом портативными, в то время как некоторые новые устройства с инверторной технологией весят совсем немного, но при этом равны или превосходят мощности старых. [ нужна цитата ]
