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 производственных цехах, ремонте и реставрации автомобилей , промышленном строительстве , а также при утилизации и утилизации.операции. 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.
Процесс [ править ]
Базовый процесс плазменной резки включает создание электрического канала для перегретого, электрически ионизированного газа, то есть плазмы из самого плазменного резака, через обрабатываемую деталь, таким образом образуя замкнутую электрическую цепь обратно в плазменный резак через зажим заземления . Это достигается за счет сжатого газа (кислорода, воздуха, инертного газа и др. В зависимости от разрезаемого материала), который продувается через сфокусированное сопло с высокой скоростью к обрабатываемой детали. Электрическая дугазатем образуется в газе между электродом рядом с газовым соплом или встроенным в него и самой заготовкой. Электрическая дуга ионизирует часть газа, тем самым создавая токопроводящий канал для плазмы. Когда электричество от резака проходит по этой 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 - 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). [1] 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. На этом этапе вспомогательная дуга сжигает сопло, расходную часть. 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 [ править ]
Плазменная резка выросла из плазменной сварки в 1960-х годах и стала очень продуктивным способом резки листового металла и листов в 1980-х годах. [2] 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 . Первые устройства плазменной резки были большими, несколько медленными и дорогими и, следовательно, были предназначены для повторения 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. [3] Эти станки плазменной резки с ЧПУ, как правило, ограничивались резкой лекал и деталей из плоских листов стали с использованием только двух осей движения (называемой резкой XY).
Безопасность [ править ]
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 фактическая дуга четко видна. Опыт показал, что более легкие фильтры могут использоваться, когда дуга скрыта заготовкой». [4] Lincoln Electric, производитель оборудования для плазменной резки, говорит: «Обычно приемлемы темные оттенки от # 7 до # 9». Другой производитель, Longevity Global, Inc., предлагает эту более конкретную таблицу для защиты глаз при плазменно-дуговой резке при более низких значениях силы тока: [ необходима ссылка ]
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. [5]
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. [6]
Способы запуска [ править ]
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. [7] 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 [ править ]
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 и 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 [ править ]
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 площадь основания, повышенную гибкость, оптимальную безопасность и более быструю работу.
Конфигурации плазменной резки с ЧПУ [ править ]
Существует 3 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 [ править ]
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. [1]
3-х мерная / 3+ осевая плазменная резка [ править ]
Опять-таки, процесс производства плоских профилей из листового или листового металла, однако с введением дополнительной оси вращения режущая головка станка плазменной резки с ЧПУ может наклоняться, проходя 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, [1]снижение стоимости. 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 [ править ]
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. [1] 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 [ править ]
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 управление 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.
Затраты [ править ]
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. [8] 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. [ необходима цитата ]
См. Также [ править ]
- Резка угольной дугой
- Лазерная резка
- Список статей по плазме (физике)
- Плазменная сварка
- Водоструйный резак
- Сварка
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d "Что такое плазменная резка с ЧПУ?" . www.manufacturingnetwork.com . Проверено 17 ноября 2015 .
- ^ «Жизнь и времена плазменной резки» . www.thefabricator.com .
- ^ "Упрощение плазменной резки" . www.thefabricator.com .
- ^ "Защита глаз и лица. - 1910.133" . www.osha.gov . Проверено 27 сентября 2015 .
- ^ «Сварочная одежда» . AES Industrial Supplies Limited . Проверено 16 марта 2021 .
- ^ «Как использовать плазменный резак - всестороннее руководство для начинающих» .
- ^ Сакс, Раймонд; Бонарт, Э. (2005). «17». Принципы и методы сварки (Третье изд.). Нью-Йорк: McGraw_Hill. п. 597. ISBN. 978-0-07-825060-6.
- ^ см., например, онлайн-продавца Amazon.
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме плазменных резаков . |
- HowStuffWorks по плазменной резке
- Производственная сеть >> База знаний - Что такое плазменная резка с ЧПУ?
- Положение о безопасном методе работы плазменного резака