Резка металлов выполняется двумя способами: механическим и термическим. Плазменная резка является разновидностью термического способа. Она выполняется при помощи ионизированного газа. Резка листов стали струёй плазмы широко применяется на любых производствах. Но, прежде чем изучить вопрос, нужно рассмотреть само понятие «плазмы».
Что представляет собой плазма?
Из курса физики многие помнят, что вещество может находиться в одном из трёх агрегатных состояний:
- твёрдом;
- жидком;
- газообразном.
Но существует и четвёртое состояние – это плазма. Огонь температурой несколько тысяч градусов Цельсия получается тоже благодаря плазме. Доказанный факт: плазма составляет до 99% Вселенной.
Современная жизнь не мыслима без плазмы. В каждой квартире есть хотя бы один телевизор с так называемым «плазменным» экраном. Буквально 15-20 лет назад это считалось венцом технологий, а сегодня – обыденность. Неоновые вывески рекламы, яркие люминесцентные лампы появились благодаря изучениям свойств плазмы. Ну и, конечно, современные плазменные станки с ЧПУ…
Специалисты компании Lazer Rezal подготовили полезный материал об особенностях технологии плазменной резки и её отличии от лазерной резки металла.
Сущность процесса плазменной резки
Различают два рода плазмы: изотермическая и газоразрядная. Первая образуется при нагреве газа до сверхвысокой температуры, при которой возникает термическая ионизация. Вторая образуется при электрических разрядах, возникающих в газовой среде. С повышением температуры резко возрастает кинетическая энергия, амплитуда колебаний молекул и атомов твёрдого вещества, применительно к резке – металла, увеличивается. Кристаллическая решётка постепенно разрушается, а металл переходит в жидкое, а затем и в газообразное состояние.
Резка металлов плазменной дугой прямого действия выполняется благодаря одновременно трём источникам тепла:
- пятну дуги;
- столбу дуги;
- струе плазмы.
Каждый из этих трёх компонентов вносит свою долю полезной работы в процесс плазменной резки.
Плазменно-дуговые процессы, протекающие при плазменной резке металла, возникают только при наличии газовой плазмообразующей среды. Такая среда может состоять из одно-, двух- или многокомпонентного газа. Газ выбирается исходя из характеристик сплава, т.к. разные газы имеют различную активность по отношению к металлам.
В качестве газообразующих сред обычно используется азот, аргон, кислород, смесь азота с водородом и реже – аммиак. Редкие модели станков используют в качестве плазмообразующей среды дистиллированную воду. Под воздействием электрической дуги она превращается в пар, а определённая доля – в водород и кислород. Вода выступает дополнительным компонентом к основному плазмообразующему газу.
Принцип работы плазменного резака
Плазменная резка во многом похожа на технологию лазерной резки металлов, но имеет некоторые принципиальные отличия. Механика системы и происходящие процессы, по сути, одинаковы. Плазменные резаки используют в качестве рабочей среды кислород или газы: азот, аргон, смесь азота и кислорода. Лазерные «резаки» также применяют рабочие газы. Ионизация газов сопровождается образованием плазмы.
Как правило, изначально газы вступают в контакт с электродом, а затем происходит их ионизация. При этом в зоне резки создаётся избыточное давление. Как только его величина достигнет рабочих параметров, струя плазмы направляется на поверхность металла. Металл моментально разогревается, кристаллическая решётка разрушается, сплав в зоне резки переходит в текучее, а затем и в газообразное состояние. Так выполняется плазменная резка металла.
Определяющую роль в качестве реза играет наконечник. Он концентрирует поток плазмы и направляет его в точно назначенное место. Плазма обладает электрической проводимостью, поэтому обрабатываемые металлы всегда заземляются через рабочую поверхность станка. При резке используют и вспомогательные газы. Их назначение – удаление из зоны резки частиц расплавленного металла.
Применяемые газы
Теплота, воздействующая на металл и вызывающая его расплавление, образуется за счёт горения электрической дуги в газовой среде. Скорость и качество резки определяются именно качеством плазмообразующей среды. При раскрое стали, чугуна, меди, сплавов алюминия применяются следующие газы:
- кислород;
- азот;
- водород;
- азотно-кислородная смесь;
- аргонно-водородная смесь.
Сами по себе чистые газы стоят весьма дорого, поэтому современные плазменные «резаки» работают на смеси кислорода с одним из инертных газов.
Кислород используется при раскрое низко- и среднелегированных сталей. Кислород активно вступает в реакцию с поверхностным слоем расплавленного металла. За счёт этого сталь приобретает высокую текучесть. Применение кислорода позволяет выполнять чистый рез без грата и оплавленностей на кромках. Ещё одно преимущество – отсутствие насыщения поверхности металла кислородом, что минимизирует риск возникновения пор.
Аргон – химически нейтральный инертный газ. Имеет большую атомную массу, за счёт которой активно способствует вытеснению расплава из зоны реза. Аргон обладает низкой теплопроводностью и энтальпией и считается оптимальным выбором для плазменных резаков. Однако, его стоимость на порядок выше кислорода.
Водород отличается малой атомарной массой, характеризуется высокой теплопроводностью. Водород способствует «обжатию» вытекающей дуги и высокой концентрации энергии в зоне резки. Смесь водорода с аргоном способствует быстрой передаче кинетической энергии поверхности металла. В чистом виде газ практически не используется из-за высокой стоимости и взрывоопасности.
Азот – распространённый и недорогой газ. Занимает промежуточную позицию между аргоном и водородом. Азот обеспечивает самую высокую скорость резки тонкостенных изделий и листов металла. Недостаток – активное насыщение кромок реза газовой средой, негативно сказывающееся на показателях свариваемости.
Для резки конкретного типа металла необходимо использовать определённый газ. Это базовое правило. Универсальных газов не существует.
Преимущества плазменной резки
Главное достоинства – с помощью струи плазмы можно резать все токопроводящие металлы: быстро, качественно, безопасно. К тому же плазменная резка позволяет:
- выполнять раскрой стали толщиной до 150 мм;
- получать качественный рез при толщине металла до 50 мм;
- обеспечивать минимальный «пропил» в сравнении с газовой резкой.
Скорость резки с помощью плазмы значительно выше, чем при резке кислородом.
Компания Lazer Rezal предлагает услуги плазменной резки металлов: чёрной стали, нержавеющей стали, цветных металлов. Современные станки позволяют выполнять высокоточный раскрой стали толщиной до 36 мм. Детали, полученные с помощью плазменной резки, соответствуют первому классу точности. Стоимость услуг значительно дешевле альтернативных предложений в Санкт-Петербурге.
Рекомендуем почитать
