Плазменная резка металла: технология, оборудование, преимущества

Плазменная резка металла как бизнес

Плазменная резка в течение последних нескольких лет стала активно использоваться как на крупном производстве, так и в небольших частных мастерских. Плазменный резак обеспечивает точную и качественную резку, которая выполняется относительно быстро и при низких затратах. Благодаря этим качествам плазморез с ЧПУ может стать хорошим вложением для развития собственного бизнеса.

Плазменная резка и ее преимущества

Плазменная резка – процесс резки электропроводящих материалов с использованием плазменной электрической дуги при температуре до +30 000 °C.

Первое преимущество использования плазменного резака – нет необходимости подготавливать устройство к началу работы, например, нагревать горелку или материал, который необходимо разрезать. Плазменный резак сразу готов к использованию и обеспечивает высокую эффективность, достигая очень высоких скоростей обработки материала. Например, производительность плазменного резака с ЧПУ в сравнении с кислородно-газовым методом выше почти в семь раз, что кардинально влияет на эффективность работы.

Резак может использоваться для резки различных материалов и особенно металлов различной толщины. Стандартный диапазон толщины составляет от 0,5 мм до 160 мм. Плазменный резак характеризуется, прежде всего, высокой точностью резки и способностью обработки материала вертикально и под углом. Резак минимально влияет на структуру разрезаемого материала, что обусловлено чрезвычайно узкой зоной резания и низким нагревом. Устройство очень быстро пробивает материал, гарантируя небольшой разрыв и минимальную потерю материала, а края и поверхность остаются гладкими и без лишних дефектов.

Что можно вырезать плазморезом для дома

Развитие технологии плазменной резки и специализированного оборудования позволило расширить область применения плазменной резки. Первоначально технология использовалась главным образом для резки таких материалов как черная и нержавеющая сталь, алюминий, но со временем стала применяться и для более твердых металлов – легированной стали и титана. Используя плазморез в собственном небольшом бизнесе, можно изготавливать:

Элементы декоративных или нагруженных металлоконструкций (например: врата, заборы, балконы).

Мангалы и камины.

Металлическая мебель, фурнитура и элементы интерьера для современных видов дизайнов оформления дома или офиса.

Межэтажные лестницы для дома.

Вывески и наружная реклама.

Запчасти к навесному оборудованию для промышленной и сельскохозяйственной техники, а также детали для с/х машин и промышленного оборудования.

Технология плазменной резки под управлением ЧПУ на компьютере имеет широкий спектр применения и дает возможность изготавливать самые разные изделия, в частности высокоточную продукцию.

Плазморезный станок с ЧПУ для домашнего бизнеса

Покупка плазменного резака для молодой компании станет хорошим вложением с высокой перспективой прибыли. Стоимость плазморезных станков с ЧПУ начинается от 600$. Но их технические характеристики весьма скромные. Например, максимальная толщина обрабатываемого металлического листа. Поэтому возьмем в расчеты бизнес-плана среднюю стоимость комплекта производственного оборудования около 2000$ без учета расходов на расходные материалы. Приблизительный расчет:

начальные вложения (плазморез + ежемесячные расходы) – 3000 USD;
ежемесячный доход – 1000-1300 USD;
срок окупаемости – 5-7 месяцев.

Этот расчет приведен для станка в стандартной комплектации с его эксплуатацией в рамках восьмичасового рабочего дня. Усредненный расчет по пунктам без учета стоимости самого оборудования:

зарплата оператора плазмореза с ЧПУ – 15 USD в день;
аренда помещения под оборудование (минимум 40 кв. м.) – 140 USD в месяц;
затраты на электроэнергию: источник плазмы (9 кВт/час), компрессор (3 кВт/час), станок (4 кВт/час) и прочее (5 кВт/час) – 21 кВт/час * 0,7 (КПД) * 0,06 USD/кВт * 8 ч = 7 USD в день.
расходные материалы (сопла, электроды и пр.) – 40 USD в месяц.

Столы с защитной и жидким охлаждением

На промышленных станках под ламелями часто располагают поддон с охлаждающей жидкостью. В нее попадает раскаленный металл при резке. В то же время, стол может быть и без поддона. Тогда под рабочей поверхностью устанавливается специальный короб. Он защищает конечности мастера от ожогов и механических повреждений, но создает пожароопасную ситуацию, и риск задымления в рабочем помещении.

https://youtube.com/watch?v=nfkAdokMJ6w

Если вы планируете использовать станок для разовых работ, можно ограничиться и коробом. Но если резка металла является основным занятием — то без поддона с водой не обойтись. Чистить такой стол тяжелее, но его эксплуатация значительно безопаснее и комфортнее. А поскольку вся электроника находится над конструкцией, возможные протечки не несут опасности станку.

Устройство аппарата для резки плазмой

По своей сущности плазмотрон представляет собой генератор плазмы. Это надёжное и компактное устройство, в котором легко регулируется пуск, мощность и остановка рабочих режимов.

Плазмотрон состоит из конструктивных элементов:

Кожух.
Корпус фторопластовый.
Электродный узел.
Механизм закрутки воздушного потока.
Втулка изоляционная.
Электрод.
Гайка сопла.
Сопло.

Основными расходными материалами прибора являются сопло и электрод. Они изнашиваются с одинаковой интенсивностью, поэтому менять их следует одновременно. Несвоевременная замена повлияет на качество реза и приведёт к износу остальных элементов устройства.

Кожух применяется для защиты прибора от металлической пыли и брызг металла. Кожух и плазмотрон периодически необходимо чистить от загрязнений.

Основные элементы

Друг от друга станки отличаются предназначением, устройством, способом размещения обрабатываемого листа и способом управления. Управляется станок компьютерной программой, которая автоматически контролирует необходимые параметры:

мощность;
угол наклона резака;
напряжение на выходе и др.

Современное оборудование высокопроизводительно, а конструкция при этом не особо сложная. Основные элементы машин следующие:

плазмотрон с системой подачи газа;
рабочий стол;
система управления высотой горелки;
система ЧПУ.

Иногда используется один плазмотрон, иногда — несколько.

Как работает плазменная резка

устройство плазменной резки

Плазма представляет собой ионизированный газ, который обладает электропроводностью и содержит в себе заряженные частицы. В качестве плазмообразующих могут использоваться активные газы (кислород или смесь газов — воздух) и неактивные газы (водород, аргон, азот). Их нагревание и ионизация при помощи дугового разряда происходят в плазмотроне. Чем выше поднимется температура газа, тем больше он будет ионизирован. Температура плазменного потока достигает до 6000 градусов по Цельсию.

Чтобы осуществить плазменную резку пластин металла, сперва нужно их надежно закрепить на станке. Затем между обрабатываемым материалом и форсункой происходит короткое замыкание, в результате которого зажигается электрическая дуга. Чтобы зажечь основную дугу, может использоваться дежурная. Она образуется при помощи осциллятора и имеет силу тока 25-60 А. Затем под большим давлением в сопло подается газ, который под воздействием электричества превращается в плазму, которая выходит из аппарата со скоростью 500 – 1500 м/с. Технология плазменной резки металла предполагает, что металл в области разреза расплавляется и выдувается во время перемещения резака.

плазмотрон

Знаете ли вы, что принцип плазменной резки металла несколько отличается для каждой из ее разновидностей? Это обстоятельство стоит учитывать, так как грамотный подбор инструментов и материала – залог энергоэффективности проводимых работ.

При ручной резке плазменной струей электрод и детали сопла, даже если источник питания отключен, соединены. Если нажать триггер, через этот контакт пойдет постоянный ток, который также запустит поток плазменного газа. Электрод и сопло разомкнутся только тогда, когда давление плазменного газа будет оптимальным. Затем возникнет электрическая искра, и под действием высоких температур образуется плазма. Электрический ток переместится на контур, охватывающий электрод и разрезаемый металл. Если триггер отпустить, подача тока и воздуха прекратится.
При высокоточной резке плазменной струей электрод и детали сопла не соприкасаются. Для их изоляции предназначен завихритель. Когда включается источник тока, начинается предварительная подача газа в плазмотрон. Вспомогательная дуга в это время служит для питания сопла (подключение к «+» потенциалу) и электрода (подключение к «-» потенциалу). Затем вырабатывается высокочастотная искра, и ток от электрода к соплу идет уже через образованную плазму. Плазменная струя начинает разрезание металла, и контур тока переходит от электрода на обрабатываемую поверхность. После этого источник тока устанавливает оптимальную силу тока, происходит регулировка потока газа.

Зная, как работает аппарат плазменной резки, а также специфику работ, которые вам предстоят, можно собрать устройство плазменной резки своими руками, благо инструкции для этого широко представлены на просторах интернета. Наиболее подходящий для преобразования механизм — сварочный инвертор. Бытовым плазморезом можно не только разрезать металл, но и произвести плазменную сварку.

Техника плазменной резки металла

Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:

алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;
меди толщиной до 80 мм;
легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;
чугуна толщиной до 90 мм.

Резак располагают максимально близко к краю разрезаемого металла. После нажатия на кнопку выключателя резака вначале зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга, и начинается процесс резки. Расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника резака должно оставаться постоянным. Дугу нужно направлять вниз и обычно под прямым углом к поверхности разрезаемого листа. Резак медленно перемещают вдоль планируемой линии разреза. Скорость движения необходимо регулировать таким образом, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемого металла. Если их не видно с обратной стороны, значит металл не прорезан насквозь, что может быть обусловлено недостаточным током, чрезмерной скоростью движения или направленностью плазменной струи не под прямым углом к поверхности разрезаемого листа.

Для получения чистого разреза (практически без окалины и деформаций разрезаемого металла) важно правильно подобрать скорость резки и силу тока. Для этого можно выполнить несколько пробных разрезов на более высоком токе, уменьшая его при необходимости в зависимости от скорости движения

При более высоком токе или малой скорости резки происходит перегрев разрезаемого металла, что может привести к образованию окалины.

Плазменная резка алюминия и его сплавов толщиной 5-20 мм обычно выполняется в азоте, толщиной от 20 до 100 мм — в азотно-водородных смесях (65-68% азота и 32-35% водорода), толщиной свыше 100 мм — в аргоно-водородных смесях (35-50% водорода) и с применением плазматронов с дополнительной стабилизацией дуги сжатым воздухом. При ручной резке в аргоно-водородной смеси для обеспечения стабильного горения дуги содержание водорода должно быть не более 20%.

Воздушно-плазменная резка алюминия, как правило, используется в качестве разделительной при заготовке деталей для их последующей механической обработки. Хорошее качество реза обычно достигается лишь для толщин до 30 мм при силе тока 200 А.

Плазменная резка меди может осуществляться в азоте (при толщине 5-15 мм), сжатом воздухе (при малых и средних толщинах), аргоно-водородной смеси. Поскольку медь обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью, для ее обработки требуется более мощная дуга, чем для разрезания сталей. При воздушно-плазменной резке меди на кромках образуются легко удаляемые излишки металла (грат). Резка латуни происходит с большей скоростью (на 20-25%), с использованием таких же плазмообразующих газов, что и для меди.

Плазменная резка высоколегированных сталей эффективна только для толщин до 100 мм (для больших толщин используется кислородно-флюсовая резка). При толщине до 50-60 мм могут применяться воздушно-плазменная резка и ручная резка в азоте, при толщинах свыше 50-60 мм — азотно-кислородные смеси.

Резка нержавеющих сталей толщиной до 20 мм может быть выполнена в азоте, толщиной 20-50 мм — в азотно-водородной смеси (50 % азота и 50 % водорода). Также возможно использование сжатого воздуха.

Плазменная резка низкоуглеродистых сталей наиболее эффективна в сжатом воздухе (особенно для толщин до 40 мм). При толщинах свыше 20 мм разрезание может осуществляться в азоте и азотно-водородных смесях.

Для резки углеродистых сталей используют сжатый воздух (как правило, при толщинах до 40-50 мм), кислород и азотно-кислородные смеси.

Таблица. Ориентировочные режимы воздушно-плазменной резки металла

Разрезаемыйматериал	Параметры режима
Толщина(мм)	Диаметрсопла(мм)	Силатока(А)	Напряже-ние (В)	Расходвоздуха(л/мин)	Скоростьрезки(м/мин)	Средняяширинареза(мм)
Алюминий	5-15	2	120-200	170-180	70	2-1	3
30-50	3	280-300	170-190	40-50	1,2-0,6	7
Медь	10	3	300	160-180	40-60	3	3
20	1,5	3,5
30	0,7	4
40	0,5	4,5
50	0,3	5,5
60	3,5	400	0,4	6,5
Сталь12Х18Н10Т	5-15	3	250-300	140-160	40-60	5,5-2,6	3
10-30	160-180	2,2-1	4
31-50	170-190	1-0,3	5

Как выбрать плазморез

Перед покупкой данного устройства оцените такие его характеристики:

Универсальность. Некоторые аппараты подходят как для раскроя металла, так и для сварки штучным электродом, аргонодуговой сварки. Однако нужно понимать, что многофункциональность часто негативно отражается на качестве операций и уровне производительности. Универсальные устройства для плазменной резки редко справляются с материалом, толщина которого превышает 11 мм.

Сила тока. При большей силе тока сильнее нагревается дуга, а значит, на резку уходит меньше времени. Кроме того, можно раскраивать детали большей толщины

Поэтому перед покупкой важно понимать, что вы собираетесь делать при помощи данного устройства, с какими деталями работать. Для обработки стали не толще 20 мм подойдет аппарат с силой тока 20 А

Для более толстых листов нужна большая мощность – в пределах 40–60 А. У используемых в промышленности устройств данный параметр составляет 200 А и выше.

Тип электросети. Бытовые аппараты работают даже от сети 220 В, но нужно быть готовым к тому, что сила тока в них редко превышает 40 А. Промышленным устройствам требуется сеть 380 В.

Продолжительность включения (ПВ). Данный показатель устанавливается в процентах и фиксирует время, в течение которого плазморез может работать. За основу берется рабочий цикл в 10 минут. То есть если ПВ равен 70 %, значит, устройство после 7 минут работы должно остывать 3 минуты. При показателе 40 % аппарат может работать до 4 минут, а потом ему понадобится 6 минут перерыва. Также можно встретить аппараты с ПВ, равным 100 %, они способны работать без остановки, так как в них используется водяное охлаждение.

Компрессор. Данный элемент системы может быть встроенным или отдельно подключаемым. Для использования в быту более удобны аппараты со встроенным компрессором. Однако у них есть недостаток – низкая мощность. Для профессиональной работы придется обзавестись отдельным компрессором. Его задача состоит в том, чтобы обеспечивать плазмотрон постоянным давлением сухого воздуха. Не допускаются пульсации, а уровень давления должен быть подобран под требования устройства.

Удобство. За это свойство отвечает достаточная длина кабель-шлангового пакета. Если устройство будет использоваться только в домашних условиях, для упрощения работы лучше выбрать модель небольших размеров.

Выбор плазмореза с ЧПУ для домашнего производства

Каким критериям стоит уделять наибольшее внимание при выборе перед покупкой недорогого плазмореза для домашнего производства изделий из листового металла? Перед принятием решения о покупке необходимо:

Указать производителю тип и толщину металла, который будет способен резать инструмент.
Узнать можно ли работать плазморезом на морозе (для большинства моделей при морозе необходимо аппарат и компрессор помещать в теплое помещение).
Определить тип резки – плазменно-дуговая или резка плазменной струей:

Также важные технические параметры и характеристики устройства:

Скорость резки плазмотрона под управлением ЧПУ

Этот параметр определяет производительность плазменного резака. Скорость резки зависит от типа и толщины материала относительно удельного напряжения плазменной электрической дуги. Естественно, чем выше скорость резания, тем эффективнее будет резак.

Максимальный ток резки

Сила тока плазменного резака является основным показателем его мощности, эффективности и максимальной толщины материалов, которые он способен обрабатывать. Этот показатель для плазменных резаков варьируется от 5 до 160 А. Современные плазморезы позволяют плавно регулировать силу тока в широком диапазоне.

Рабочий цикл

Это еще один чрезвычайно важный параметр устройства, определяющий темп работы. Рабочий цикл определяет, насколько быстро перегреется резак, и как скоро потребуется перерыв, чтобы снизить температуру рабочих компонентов. Рабочий цикл определяется процентом от 10 минут от времени, в течение которого устройство может работать, и времени, в течение которого оно должно перестать работать.

Рабочий цикл должен из минимум 35% работы и соответственно 65% времени простоя. Чем больше процент работы относительно простоя, тем более эффективным будет устройство. Профессиональные плазменные резаки способны работать на 60% и выше.

Параметры плазменного газа

Большинство плазменных резаков используют сжатый воздух с давлением от 4 до 7 бар. Чем выше давление, тем больше мощность плазменной струи и, следовательно, выше качество и скорость резки.

Охлаждение плазменной горелки

Охлаждение ручки – важный аспект, на который нужно обращать внимание. В большинстве плазменных резцов среднего размера рукоятка охлаждается сжатым воздухом из компрессора, тогда как в более крупных плазменных резцах промышленного типа из-за большей силы тока и выработки большего количества тепла рукоятка охлаждается жидкостью из встроенного охладителя. Благодаря данной бизнес-идее вы можете самостоятельно организовать домашнее производство широчайшего ассортимента продукции

Все что вам нужно станок компьютер и немного опыта работы в программах с векторной графикой, cad-системах, которым можно обучатся в интернет по онлайн курсам или видео-урокам. А дальше только масштабировать свой производственный бизнес. Изделия из металла отличаются надежностью и долговечностью. При нанесении на готовые металлические изделия акриловой краски их срок гарантийной эксплуатации начинается от 15-ти лет

Благодаря данной бизнес-идее вы можете самостоятельно организовать домашнее производство широчайшего ассортимента продукции. Все что вам нужно станок компьютер и немного опыта работы в программах с векторной графикой, cad-системах, которым можно обучатся в интернет по онлайн курсам или видео-урокам. А дальше только масштабировать свой производственный бизнес. Изделия из металла отличаются надежностью и долговечностью. При нанесении на готовые металлические изделия акриловой краски их срок гарантийной эксплуатации начинается от 15-ти лет.

Стандарты изготовления сварочных столов

Если вы хотите своими руками сделать максимально удобный сварочный стол, то при разработке проекта следует заострить внимание не только на его практичности, но и на безопасности оборудования, установленного на нем

Это важно, поскольку для работы последнего необходима большая сила тока

Требования, которым должен соответствовать сварочный стол, следует изучить заранее:

Оснащение вытяжкой. С ее помощью от сварочного стола отводится не только пыль, но и вредные, опасные для здоровья испарения. Эффективность вытяжного оборудования увеличивается, если дополнительно установить раструб.
Воздушные нагнетатели и место их установки. Лучше всего расположить их в торцевой части сварочного стола.
Окантовка стола медью. Такое решение дает возможность использовать край стола для отбивания шлака, который образуется во время сварки.
Монтаж удобного и качественного освещения рабочей зоны. Напряжение, равное 36 вольт, является максимальным для ламп. Схема подачи электрического тока на светильники должна включать понижающий трансформатор.
Установка блока управления питанием. Специалист должен иметь возможность быстро обесточить стол при необходимости (при аварии и прочих экстренных ситуациях).
Обеспечение конструкции поворотными кассетами. Такие поворотные ящики отлично подходят для того, чтобы хранить в них наиболее часто используемые устройства: от электродов до стальных щеток.
Место хранения оборудования. Это ящики, в которых удобно складировать редко используемые инструменты и оснастку.
Крепеж для заземления.

Помимо вышеперечисленного, сварочный стол можно сделать более удобным с помощью устройства опускания и подъема рабочей поверхности, фиксатора для ножек стола (к примеру, болты для прикручивания конструкции к полу).

Минимальная площадь сварочного стола – от 0,8 до 1 м2, причем длина и ширина столешницы должны быть примерно одинаковыми. Наиболее удобная высота конструкции – от 70 до 100 см в зависимости от планируемых работ. Регулируемая по высоте столешница поможет расширить номенклатуру выполняемых работ.

Рабочий стол

Сам стол для машин плазменной резки представляет собой жесткую конструкцию, предназначенную для укладки листов толщиной до 200 мм. В нижней части расположена система удаления дыма и частиц металла. Она состоит из секций размером примерно 500*500 мм, каждая секция может работать автономно, то есть при резке удаление отходов происходит только под задействованной в резке секцией. Такие установки наиболее энергоэффективны. При резке плазмой на больших токах выделяется очень много металлической аэрозоли, которая впоследствии превращается в металлический абразив. Поэтому узлы стола рассчитаны работать в очень жестких условиях. В столах используется специальная пылезащищенная пневматика. Все узлы легкодоступны, поэтому в случае необходимости их легко заменить. Столы шириной от 2,5 метров имеют каналы для дымоудаления с двух сторон. Рабочая поверхность стола чаще всего изготовлена из стальных пластин. Расстояние между пластинами бывает разное, его нужно выбирать исходя из размеров деталей, которые вы планируете вырезать, чтобы они не проваливались. Дополнительные пластины вы всегда сможете нарезать на самой установке. Обычно завод-изготовитель бесплатно поставляет программу раскроя таких пластин.

Рис. 2. Схема рабочего стола плазменной установки

Чаще всего рабочий стол бывает двух типов:

Рабочий стол интегрирован с координатной системой.
Рабочий стол и координатная система расположены на разных фундаментах.

Выбор конструкции установки обусловлен ограничениями по производственным площадям и максимальной толщиной металла, который планируется резать. Для металла до 10 мм подходит первый вариант, потому что он занимает меньше площади на производстве. Если же толщина металла более 10 мм, то целесообразным будет выбор второго варианта. Дело в том, что при резке больших толщин стол нагревается и со временем деформируется. Поэтому лучше будет, если направляющие будут смонтированы отдельно от рабочего стола. Типовые размеры рабочего стола обычно имеют следующую классификацию: 1500×3000 мм, 2000х6000 мм, 2000х12000 мм. Конечно, размеры стола могут быть и другими, но это уже нужно уточнять у завода-изготовителя.

Какие дефекты снижают качество плазменной резки металла

Ниже рассмотрим дефекты изделий, которые могут быть вызваны неверно установленными параметрами резки или нарушениями технологии работы на плазмотроне, а также поговорим о способах избавления от них.

Угловатость.

Этот параметр означает степень наклона среза при обработке заготовки на плазмотроне. Угловатость может появиться из-за неравномерного нагрева листа по его толщине. Дело в том, что плазменная дуга выпускает неодинаковое количество тепла по всей длине, поэтому на разной глубине проката расплавляется разное количество материала.

Окалина.

Это расплавившийся во время раскроя метал, который, затвердев, прилип к кромке изделия. Окалину также называют шлаком. Качество плазменной резки в этом смысле зависит от расходных материалов, настроек резки, чистоты воздуха в цехе – эти параметры определяют объем образующихся окалин и сложность их счищения.

Качество поверхности.

Этот параметр определяется степенью шероховатости поверхности – общим количеством неровностей, расположенных близко друг к другу в пределах лита. Иначе говоря – это степень ее гладкости. Именно она определяет важнейшие пользовательские свойства заготовки.