Для контактов:

+7(495) 162-2742
+7(495) 109-3687
+7(495) 669-9492

СТАТЬИ / Плазменная резка металла

Разделы:


	Плазменная резка металла

	Газовая резка металла

	История знаменитых металлоконструкций

	Металлообработка

	НПП РУСМЕТ

	Металлоизделия

Резка металла плазменной струей

Плазма — одно из состояний вещества, в котором нейтральные и возбужденные атомы имеют также и ионизированные атомы и электроны. Принципиальная схема установки плазменной резки металла смотрите на рисунке, где (а) схема плазменной резки и (б) ВАХ; 1- источник тока, 2- сопло плазматрона, 3 – электрод плазматрона, 4 – вспомогательная дуга, 5 - лист разрезаемого металла, 6 –сопротивление.
В зависимости от плазматрона, давления в камере и мощности источника плазмы, плазменный поток выбрасывается с различной скоростью (в среднем при 1000° С скорость соответствует 6000 м/с). Чтобы рассчитать среднюю скорость плазменного потока нужно воспользоваться формулой, v = 1,3*10**4*(T/A)**1/2, где T- абсолютная температура плазмы, A — атомный вес вещества. Плазменная резка выполняется с высокой производительностью, получаемой гладкой поверхностью с малой шероховатостью и неглубокой зоной термического и химического влияния. На установках плазменной резки металла легко режутся следующие типы металлов; вольфрам, титан, молибден, высоколегированные стали, постоянные магниты, нержавеющий металл, тантал, цветной металл, сплавы цветного металла, керамику, чугун, твердый сплав, кварц, ферриты и другие труднообрабатываемые материалы. ВАХ (вольтамперная характеристика приведена на рисунке).
Примером применения первых советских плазменный установок может явиться внедрение на Электростальском электрометаллургиче¬ском заводе им. Тевосяна поточная линия плазменной резки. Плазменная резка стальных звездочек диаметром 1000 миллиметров из листового металла толщиной 10 миллиметров, собранной в пакет, производят по копиру при токе 500 А. Экономическая эффективность применения этого метода составила очевидна в сравнении с фрезерной обработкой. Поверхность разрезки, после плазменной резки, не требует последующей механической обработки.
Трубопрокатный завод в городе Челябинск, Заводы «Лентрублит» в городе Санкт-Петербург и Новомосковский металлургический завод применяют плазменную резку при массовом производстве спирально- шовных труб диаметром достигающим 2500 миллиметров.

Технико-экономические показатели
Плазменную резку материалов выполняют с использованием плазменной установки, которая обеспечивает ежегодную экономию ресурсов в заготовительном и производственном процессах. На плазменной установке режутся стальные заготовки из легированной стали толщиной до 200 миллиметров и из меди и ее сплавов толщиной до 100 миллиметров. Плазменную установку обслуживает один рабочий-резчик. На первых установках плазменной резки использовались головки типа Т-12 с принципиально раздельной подачей рабочих газов. В качестве источника питания плазматрона используют три однофазных трансформатора типа ТСД-1000-4 с напряжением холостого хода 360 В. Рабочий ток имеет регулировки в диапазоне от 400 до 900 Ампер и производятся дросселями трансформаторов и балластными реостатами типа РБ-300, которые включены в основную цепь. В качестве дросселя насыщения применяют вторичную обмотку трансформатора ТСД-1000-4. Блок-выпрямитель составлен из двенадцати кремниевых диодов типа ВКД-200.
В плазменной установке, с красивым названием «Фиалка», температура рабочего газа от 4000 до 6000° С градусов по Цельсию; а мощность установки от 5 до 15 кВт. Широкое применение получали и микроплазменная установка типа МПУ-РУ. Экономический эффект от внедрения этой установки в советское время 70-х годах составляло 50—80 тыс. руб в год; и плазменная установка выпускается серийно. Скорость разрезки плазмой металлической заготовки толщиной 25 миллиметров из углеродистой стали достигает 83 мм/с; заготовки толщиной металлического листа 12,5 мм достигает 41 мм/с и скорость резания заготовки толщиной 25 мм составляет 21 мм/с. Вольфрамовые заготовки толщиной 4,1 миллиметров режут со скоростью 15 мм/с, а алюминиевые заготовки толщиной 6,35 мм — со скоростью 460 мм/с. Газы, применяемые в качестве рабочей среды в плазматронах, это такие как:

Резка металла плазменной струей

азот - температура плазмы 7600 К, энтальпия плазмы 9900 ккал/кг, с КПД 60%,
смесь аргона и водорода – температура плазмы 8500 К, энтальпия плазмы 76600 ккал/кг с КПД 80%,
водород - температура плазмы 20300 К, энтальпия плазмы 51000 ккал/кг с КПД 48%,
азотно-водородная смесь - температура плазмы 14700 К, энтальпия плазмы 4600 ккал/кг с КПД 40%. Электрическая энергия плазменного потока тратиться на диссоциацию молекул и ионизацию атомов. Пример режима плазменной резки заготовок из углеродистой стали- толщина 6,4 мм, скорость резки металла 5080 мм/мин, сила тока 275 А, напряжение дуги 150 В, мощность 40 кВт, подача рабочего газа 8,5 м3/ч.
С помощью плазменной резки металла очень эффективно резать не только труднообрабатываемые материалы. Значительный экономический эффект получен от применения плазменной резки при обработке алюминия, меди и ее сплавов. Скорость плазменной разрезки листа из алюминия толщиной 6,35 мм составляет 127 мм/с; скорость плазменной разрезки листа из алюминия при толщине листа 127 мм составляет 3,3 мм/с. Скорость плазменной резки намного превышает скорость кислородной или кислородно-флюсовой резки металла. Плазменная резка может производиться как вручную, так и с помощью приспособлений или автоматизации. Резать плазмой можно металл, диэлектрики и неметаллические материалы, различные листы из алюминиевых сплавов толщиной до 125 миллиметров и стали толщиной до 100 миллиметров.
Плазменная резка хороша тем, что хорошее качество поверхности резки получается при глубине зоны термического влияния не более 0,5—0,8 миллиметров. При небольших требованиях к точности резки и задачи повышения производительности, возможно осуществлять пакетную резку металла. Скорость плазменной резки листов из углеродистой стали при толщине листа 6,35 миллиметров составляет 5000 мм/мин, а при толщине 25 миллиметров скорость плазменной резки составляет 2250 мм/мин.
Формируемые в процессе плазменной резки окалина, грат и наплывы выдуваются вместе с расплавленным металлом потоком плазменной струи. Примерные показатели скорости плазменной резки с использованием плазматрона УПР-1:
Медь – толщина 10 мм, скорость резки меди 80-150 м/ч.
Медь – толщина 60 мм, скорость резки меди 6-7 м/ч.
Алюминий - толщина 10 мм, скорость резки алюминия 300-400 м/ч.
Алюминий - толщина 60 мм, скорость резки алюминия 20 м/ч.
Нержавеющая сталь - толщина 10 мм, скорость резки нержавеющей стали 80-150 м/ч.
Нержавеющая сталь - толщина 60 мм, скорость резки нержавеющей стали 12 м/ч.
При плазменной резке меди применяют смесь состоящую из 20% аргона, 80% водорода или азота При плазменной резке алюминия используется смесь с 50% аргона, 50% водорода или чистый азот.

Резка металла плазменной струей

Оборудование для плазменной резки
Для плазменной резки тонких металлических листов с получением толщины реза шириной, равной толщине разрезаемого листа, используют плазматрон мощностью от 50 до 500 Вт; при их использовании достигается ширина плазменного реза до 0,1 мм. В плазматроне применяется вольфрамовый электрод диаметром 3—4 миллиметра и сопло диаметром 4—5 миллиметра. В процессе плазменной резки рабочий ток режущей дуги составляет 350 Ампер. Применение рабочей газовой смеси аргона с аммиаком увеличивает скорость плазменной резки, при этом увеличивается шероховатость на поверхности реза алюминиевых листов в месте плазменной резки, особенно явно это проявляется при плазменной резке листов большой толщины.
Первые плазменные установки импортного производства для плазменной резки стальных листов толщиной от 60 до 80 миллиметров и обработки цветных металлов и их сплавов толщиной до 100 миллиметров были такие как, плазменный полуавтомат АСА-500 и автомат плазменной резки УСА1В-900. При плазменной резке тонких листов скорость резания составляет 5000 мм/мин, а при плазменной резке толстых листов и листов фасонного профиля скорость соответствует 200 мм/мин.
Полуавтомат с ленточным управлением и возможностями программировать процесс резки позволяет автоматизировать плазменную резку металла. После установки ленты с программой резки металла в устройство считывания записанной программы и её запуска, плазматрон перемещается к месту врезки в лист и автоматически зажигает плазменную дугу. По окончании плазменной резки заготовки программа перемещает плазматрон в новое положение. Разрезаемые профили также программируют на пакетную плазменную резку.
Затраты на плазменную резку в среднем на порядок меньше чем расходы на дуговую резку. Расходы на плазменную резку, вместе со стоимостью выплавленного металла алюминия, дюралюминия, меди и её сплавов и легированной стали в 4—5 раз меньше стоимости на резку электродом и в два раза ниже по сравнению со стоимостью механической резки металла. Трудоемкость металлообработки с использованием метода плазменной резки металла легированных сталей на станке АСА-500 в 34 раза ниже, чем трудоемкости при использовании метода электродуговой резки металла, при этом экономиться сам обрабатываемый металл, его расход идущий в отходы уменьшается в 3 раза. Затраты времени при плазменной резки металлов на установках полуавтоматах в 12 раз меньше, чем время механической резки металла, с уменьшением величины металла, идущего в отход в два раза. Установка плазменной резки -полуавто¬мате АСА-500 может разрезать любые виды заготовки.
Для вырезки плазмой кольца из трубы, с толщиной стенки равной 51 миллиметр, из труднообрабатываемого металла, потребуется 3 мин машинного времени. Плазменная резка трубы осуще-ствлялась со скоростью резки металла 805 мм/мин при силе тока 400 Ампер и напряжении 120 Вольт. Для сравнения, вырезка такого же кольца абразивным кругом потребует 16 человеко-часов.

Чем труднее материал поддается обработке традиционными методами и средствами, тем выше технико-экономическая эффективность плазменной резки металла.

Рекомендуем прочитать статьи о плазменной резке:

Обзор рынка услуг плазменной резки металла

Модульные онлайн решения
для Вашего бизнеса.