Плазменная резка - Plasma cutting
Плазменная резка - это процесс резки электропроводящих материалов с помощью ускоренной струи горячей плазмы . Типичные материалы, разрезаемые плазменным резаком, включают сталь , нержавеющую сталь , алюминий , латунь и медь , хотя можно разрезать и другие проводящие металлы. Плазменная резка часто используется в изготовлении магазинов, ремонт автомобилей и восстановлении , промышленном строительство , а также спасание и слом операций. Благодаря высокой скорости и точности резки в сочетании с низкой стоимостью плазменная резка находит широкое применение от крупномасштабных промышленных приложений с ЧПУ до небольших магазинов для любителей.
Базовый процесс плазменной резки включает создание электрического канала перегретого, электрически ионизированного газа, то есть плазмы из самого плазменного резака, через обрабатываемую деталь, таким образом образуя законченную электрическую цепь обратно в плазменную резку через зажим заземления . Это достигается с помощью сжатого газа (кислород, воздух, инертный газ и другие, в зависимости от разрезаемого материала), который с высокой скоростью направляется через сфокусированное сопло к заготовке. Электрическая дуга затем формируется в газе, между электродом вблизи или встроен в газовое сопло и самой заготовки. Электрическая дуга ионизирует часть газа, тем самым создавая токопроводящий канал для плазмы. Когда электричество от резака проходит по плазме, она выделяет достаточно тепла, чтобы расплавить заготовку. В то же время большая часть высокоскоростной плазмы и сжатого газа выдувает горячий расплавленный металл, тем самым разделяя, то есть прорезая заготовку.
Плазменная резка - это эффективный способ резки как тонких, так и толстых материалов. Ручные резаки обычно могут резать стальную пластину толщиной до 38 мм (1,5 дюйма), а более мощные резаки с компьютерным управлением могут резать сталь толщиной до 150 мм (6 дюймов). Поскольку плазменные резаки производят очень горячий и очень локализованный «конус» для резки, они чрезвычайно полезны для резки листового металла криволинейной или угловой формы.
Дуги создаются в три этапа. Искра высокого напряжения на короткое время ионизирует воздух в головке резака. Это делает воздух проводящим и позволяет образоваться «вспомогательной дуге». Пилотная дуга образуется внутри головки горелки, при этом ток течет от электрода к соплу внутри головки горелки. Пилотная дуга сжигает сопло, расходную часть, на этом этапе. Затем воздух выдувает плазму из сопла по направлению к изделию, обеспечивая путь тока от электрода к изделию. Когда система управления обнаруживает ток, протекающий от электрода к изделию, она прерывает электрическое соединение с соплом. Затем ток течет от электрода к изделию, и дуга образуется за пределами сопла. После этого можно продолжить резку, не сжигая сопло. Срок службы сопла ограничен количеством зажиганий дуги, а не временем резки.
История
Плазменная резка выросла из плазменной сварки в 1960-х годах и стала очень продуктивным способом резки листового металла и листов в 1980-х годах. Он имел преимущества перед традиционной резкой «металл против металла» в том, что не производил металлической стружки, давал точные срезы и производил более чистую кромку, чем газокислородная резка . Ранние устройства плазменной резки были большими, несколько медленными и дорогими и поэтому, как правило, предназначались для повторяющихся схем резки в режиме «массового производства».
Как и в случае с другими станками, технология ЧПУ (числовое программное управление) применялась к станкам плазменной резки в конце 1980-х - 1990-х годах, что дало станкам плазменной резки большую гибкость для резки различных форм «по запросу» на основе набора инструкций, которые были запрограммированы. в числовое управление станка. Однако эти станки плазменной резки с ЧПУ обычно ограничивались резкой лекал и деталей из плоских стальных листов с использованием только двух осей движения (называемой резкой XY).
Безопасность
Надлежащая защита глаз и маска необходимы для предотвращения повреждения глаз, называемого дуговым глазом, а также повреждения от мусора. Рекомендуется использовать линзы зеленого оттенка №5. OSHA рекомендует оттенок 8 для тока дуги менее 300 А, но отмечает, что «Эти значения применяются там, где реальная дуга четко видна. Опыт показал, что более легкие фильтры могут использоваться, когда дуга скрыта заготовкой». Lincoln Electric, производитель оборудования для плазменной резки, говорит: «Обычно приемлемы темные оттенки от # 7 до # 9». Другой производитель, Longevity Global, Inc., предлагает эту более специфичную таблицу для защиты глаз при плазменной резке при более низких значениях силы тока:
| Текущий | Минимальный оттенок
(ANSI Z87.1 +) |
|---|---|
| 0–20 А | # 4 |
| 20–40 А | # 5 |
| 40–60 А | №6 |
| 60–80 А | # 8 |
Также рекомендуется использовать кожаные перчатки, фартук и куртку, чтобы предотвратить ожоги от искр и горячего металла.
Очень важно работать в чистой зоне, свободной от легковоспламеняющихся жидкостей, материалов и газов. Искры и горячий металл от плазменного резака могут быстро вызвать возгорание, если они не изолированы от легковоспламеняющихся предметов. Плазменные резаки в определенных ситуациях могут посылать горячие искры на расстояние до 5 футов. Оператор машины, как правило, не замечает возникшего пожара, поскольку находится за защитной маской. Примите меры предосторожности, чтобы убедиться, что на вашем рабочем месте нет опасности возгорания.
Способы запуска
Плазменные резаки используют несколько способов зажигания дуги. В некоторых устройствах дуга создается при контакте резака с обрабатываемой деталью. В некоторых резаках для зажигания дуги используется цепь высокого напряжения и высокой частоты. Этот метод имеет ряд недостатков, включая риск поражения электрическим током, сложность ремонта, обслуживания искрового разрядника и большое количество радиочастотного излучения. Плазменные резаки, работающие рядом с чувствительной электроникой, такой как оборудование с ЧПУ или компьютеры, запускают вспомогательную дугу другими способами. Сопло и электрод соприкасаются. Сопло - это катод , а электрод - анод . Когда плазменный газ начинает течь, сопло выдувается вперед. Третий, менее распространенный метод - емкостной разряд в первичную цепь через кремниевый выпрямитель .
Инверторные плазменные резаки
Аналоговые устройства плазменной резки, обычно требующие более 2 киловатт, используют тяжелый трансформатор сетевой частоты. Инверторные аппараты плазменной резки преобразуют сетевое питание в постоянный ток, который подается на высокочастотный транзисторный инвертор в диапазоне от 10 кГц до примерно 200 кГц. Более высокие частоты переключения позволяют использовать трансформатор меньшего размера, что приводит к уменьшению габаритов и веса.
Первоначально в качестве транзисторов использовались полевые МОП-транзисторы , но сейчас все чаще используются IGBT . При использовании параллельно подключенных полевых МОП-транзисторов, если один из транзисторов активируется преждевременно, это может привести к каскадному отказу одной четверти инвертора. Более позднее изобретение, IGBT, не подвержено этому режиму отказа. IGBT обычно можно найти в сильноточных машинах, где невозможно параллельное соединение достаточного количества MOSFET-транзисторов.
Переключатель режима топологии называется двойной транзистор офф-лайн вперед преобразователя. Хотя некоторые инверторные устройства плазменной резки более легкие и более мощные, они не могут работать от генератора , особенно без коррекции коэффициента мощности (это означает, что производитель инверторного блока запрещает это делать; это действительно только для небольших легких портативных генераторов). Однако более новые модели имеют внутреннюю схему, которая позволяет устройствам без коррекции коэффициента мощности работать на легких генераторах энергии.
Методы резки с ЧПУ
Некоторые производители плазменных резаков создают столы для резки с ЧПУ , а у некоторых резак встроен в стол. Столы с ЧПУ позволяют компьютеру управлять головкой резака, производя чистые и острые пропилы. Современное плазменное оборудование с ЧПУ способно выполнять многоосевую резку толстого материала, что позволяет создавать сложные сварные швы, которые в противном случае были бы невозможны. Для более тонких материалов плазменная резка постепенно заменяется лазерной резкой , в основном из-за превосходных возможностей лазерного резака для вырезания отверстий.
Плазменные резаки с ЧПУ специализируются на производстве систем вентиляции и кондиционирования . Программное обеспечение обрабатывает информацию о воздуховодах и создает плоские узоры, которые будут вырезаны на столе для резки плазменным резаком. Эта технология значительно повысила производительность в отрасли с момента ее внедрения в начале 1980-х годов.
Плазменные резаки с ЧПУ также используются во многих мастерских для создания декоративных металлоконструкций. Например, коммерческие и жилые вывески, настенное искусство, адресные вывески и садовое искусство на открытом воздухе.
В последние годы произошло еще большее развитие. Традиционно столы для 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.
Конфигурации плазменной резки с ЧПУ
Существует три основных конфигурации плазменной резки с ЧПУ, и они в значительной степени различаются формами материалов перед обработкой и гибкостью режущей головки.
2-х мерная / 2-х осевая плазменная резка
Это наиболее распространенная и традиционная форма плазменной резки с ЧПУ. Изготовление плоских профилей, кромки среза которых расположены под углом 90 градусов к поверхности материала. Таким образом сконфигурированы мощные станки плазменной резки с ЧПУ, позволяющие резать профили из металлических листов толщиной до 150 мм.
3-х мерная / 3+ осевая плазменная резка
Опять же, процесс производства плоских профилей из листового или листового металла, однако с введением дополнительной оси вращения режущая головка станка плазменной резки с ЧПУ может наклоняться, пока она проходит по обычному двухмерному пути резки. Результатом этого является обрезка кромок 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 угловая кромка является частью подготовки к сварке. Когда подготовка к сварке применяется во время процесса плазменной резки с ЧПУ, можно избежать вторичных операций, таких как шлифовка или механическая обработка, что снижает затраты. Возможность трехмерной плазменной резки под углом также может использоваться для создания отверстий с потайной головкой и снятия фаски профильных отверстий.
Плазменная резка труб и секций
Используется при обработке трубы, трубы или любой формы длинного сечения. Головка плазменной резки обычно остается неподвижной, пока заготовка проходит через нее и вращается вокруг своей продольной оси. В некоторых конфигурациях, как и при трехмерной плазменной резке, режущая головка может наклоняться и вращаться. Это позволяет делать угловые разрезы по толщине трубы или секции, что обычно используется при изготовлении технологических трубопроводов, где разрезанная труба может быть снабжена подготовкой к сварке вместо прямой кромки.
Новая технология
В последнее десятилетие производители плазменных резаков разработали новые модели с меньшим соплом и более тонкой плазменной дугой. Это обеспечивает точность, близкую к лазерной, на кромках плазменной резки. Некоторые производители объединили прецизионное ЧПУ с этими резаками, чтобы позволить производителям изготавливать детали, требующие минимальной обработки или не требующие никакой обработки.
Первоначально в качестве транзисторов использовались полевые МОП-транзисторы, но сейчас все чаще используются IGBT. При использовании параллельно подключенных полевых МОП-транзисторов, если один из транзисторов активируется преждевременно, это может привести к каскадному отказу одной четверти инвертора. Более позднее изобретение, IGBT, не подвержено этому режиму отказа. IGBT обычно можно найти в сильноточных машинах, где невозможно параллельное соединение достаточного количества MOSFET-транзисторов.
Расходы
Когда-то плазменные горелки были довольно дорогими. По этой причине их обычно можно было найти только в профессиональных сварочных мастерских и в очень хорошо оснащенных частных гаражах и магазинах. Однако современные плазменные горелки становятся дешевле и теперь доступны для многих любителей - менее 300 долларов. Старые устройства могут быть очень тяжелыми, но все же портативными, в то время как некоторые новые с инверторной технологией весят совсем немного, но при этом равны или превышают возможности старых.
Смотрите также
- Резка угольной дугой
- Лазерная резка
- Список статей по плазме (физике)
- Плазменная сварка
- Водоструйный резак
- Сварка