ООО КамАвтоМет

+7 (351) 340-40-45

+7 (351) 340-41-45

Россия, г. Челябинск
улица: Пушкина, 8 оф. 2
График работы: Пн-Пт 09:00-18:00

Технологии резки

В процессе резки происходит разделение исходного материала (например, стального листа) на части или получение из него деталей определенной формы. Способы обработки материалов подразделяются на две основные группы:

с механическим воздействием - разрезание ножницами, распиливание, сверление, фрезерование, штамповка и др.;
с воздействием струи или термическим воздействием.

Способы резки, относящиеся ко второй группе, можно разделить на следующие виды:

1. Газовая резка
o кислородная;
o кислородно-флюсовая;
o резка кислородным копьем
2. Газоэлектрическая резка
o воздушно-дуговая;
o кислородно-дуговая
3. Резка методом электрической эрозии
4. Плазменная резка
o плазменно-дуговая;
o резка плазменной струей
5. Лазерная или газолазерная резка
6. Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом
7. Гидро- и гидроабразивная резка
8. Криогенная резка

Первые шесть видов также называют термическими способами резки.

В способах газовой резки источником нагрева металла является газовое (кислородное) пламя, а источники электрической энергии не используются. При кислородной резке металл удаляется из зоны реза в результате его сгорания в струе чистого кислорода и выдувания этой струей образовавшихся оксидов.

При кислородно-флюсовой резке в область реза подается специальный порошок-флюс, облегчающий процесс резки за счет термического, химического и абразивного воздействия. При кислородно-копьевой резке необходимая температура создается в результате сгорания металлического копья (трубы), через которое продувается струя кислорода.

В способах газоэлектрической резки нагрев и плавление металла выполняются источником электрической энергии, а удаление расплава из зоны реза - газовой струей.

Технология обработки методом электрической эрозии основана на разрушении поверхностных слоев металла в результате внешнего воздействия электрических зарядов.

При плазменно-дуговой резке электропроводный материал плавится за счет теплоты плазменной дуги и струи, и выносится последней из области реза. При резке плазменной струей дуга имеет косвенное действие, и материал может быть неэлектропроводным. Его плавление и удаление расплава из зоны реза осуществляется высокоскоростной плазменной струей.

Газолазерная резка заключается в нагреве и разрушении материала лазерным лучом с удалением расплава струей вспомогательного газа. Для ряда материалов в качестве вспомогательного газа применяется кислород, поддерживающий горение материала. В результате реакции окисления выделяется дополнительная теплота, усиливающая действие лазерного луча.

Лазерный луч может использоваться только для нагрева участка поверхности металла до температуры примерно 1000°С, при которой начинается процесс окисления металла, а затем на участок поверхности подается сверхзвуковая струя чистого кислорода. Такой способ получил название кислородной резки с поддержкой лазерным лучом (LASOX).

При гидрорезке (водоструйной резке) разрушение материала происходит под действием тонкой высокоскоростной струи воды. Ее скорость может превышать скорость звука в разы. При гидроабразивной резке в струю воды добавляются частицы абразива (высокотвердого материала, применяющегося для обработки изделий), что увеличивает ее разрушительную силу.

Одной из весьма перспективных технологий обработки материалов в будущем считается криогенная резка. Струя жидкого азота («криогенный нож») с температурой от -150°С до -179°С, испускаемая под давлением от сотен до тысяч атмосфер, способна разрезать даже прочные материалы.

Каждая технология резки имеет свои преимущества, недостатки и оптимальную область применения.

Таблица. Сравнительная характеристика кислородной, плазменной, лазерной и гидроабразивной резки

Параметр	Вид резки
Параметр	кислородная	плазменная	лазерная	гидроабра-зивная
Типичная область применения	металлы и их сплавы, кроме нержавеющей стали, алюминия, меди, латуни; бетон и железобетон (кислородно-флюсовая резка)	металлы и другие электропроводные материалы (плазменно-дуговая резка); различные неэлектропроводные материалы (резка плазменной струей)	почти любые материалы	почти любые материалы
Характерная толщина металла (мм)	до 1500-2000 и больше	до 100-150 обычно до 50-100	до 40 обычно до 6-20	до 300
Типичная ширина реза (мм)	до 10	2-7	0,1-1	от 0,5-1
Качество	низкое	среднее	высокое	очень высокое
Производи-тельность резки металла (без пакетной резки)	предварительный подогрев; медленная скорость с постепенным снижением на средних и больших толщинах	быстрый прожиг; очень высокая скорость при малых и средних толщинах обычно с резким снижением при увеличении толщины	очень высокая скорость при малых толщинах обычно с заметным снижением при увеличении толщины, продолжительный прожиг больших толщин	очень медленная скорость с постепенным снижением на средних и больших толщинах
Зона термического влияния	большая	большая	средняя	минимальная
Стоимость оборудования	низкая	средняя	высокая	высокая
Стоимость обслуживания	низкая	высокая	высокая	высокая

Кислородная резка

Кислородная резка заключается в сгорании разрезаемого металла в кислородной струе и удалении этой струей образовавшихся оксидов.

Технология кислородной резки

Разрезаемый металл предварительно нагревается подогревающим пламенем резака, которое образуется в результате сгорания горючего газа в смеси с кислородом. При достижении температуры воспламенения металла в кислороде, на резаке открывается вентиль чистого кислорода (99-99,8%) и начинается процесс резки. Чистый кислород из центрального канала мундштука, предназначенный для окисления разрезаемого металла и удаления оксидов, называют режущим в отличие от кислорода подогревающего пламени, поступающего в смеси с горючим газом из боковых каналов мундштука.

Струя режущего кислорода вытесняет в разрез расплавленные оксиды, которые, в свою очередь, нагревают следующий слой металла, способствуя его интенсивному окислению и т. п. В результате разрезаемый лист подвергается окислению по всей толщине, а расплавленные оксиды удаляются из зоны резки под действием струи режущего кислорода.

Техника кислородной резки

Поверхность разрезаемого листа следует очистить от окалины, краски, масла, ржавчины и грязи. Особое внимание уделяется очистке поверхности листа от окалины, поскольку она препятствует контакту металла с пламенем и струей режущего кислорода. Для этого требуется незначительный прогрев поверхности стали подогревающим пламенем резака, в результате которого окалина отскакивает от поверхности. Прогрев следует выполнять узкой полосой по линии предполагаемого реза, перемещая пламя со скоростью, приблизительно соответствующей скорости резки.

Перед кислородной резкой металл нагревается с поверхности в начальной точке реза до температуры его воспламенения в кислороде. После пуска струи режущего кислорода и начала процесса окисления металла по толщине листа резак перемещают по линии реза.

Как правило, прямолинейная кислородная резка стальных листов толщиной до 50 мм выполняется вначале с установкой режущего сопла мундштука в вертикальное положение, а затем с наклоном в сторону, противоположную направлению резки (обычно на 20-30º). Наклон режущего сопла мундштука в сторону ускоряет процесс окисления металла и увеличивает скорость кислородной резки, а, следовательно, и ее производительность. При большей толщине стального листа резак в начале резки наклоняют на 5º в сторону, обратную движению резки.

Кислородно-флюсовая резка

Кислородно-флюсовая резка была разработана для резки материалов, которые плохо поддаются кислородной резке. К ним относятся чугун, легированные стали, цветные металлы и др. Кислородно-флюсовая резка отличается от обычной кислородной резки тем, что помимо подогревающего пламени и струи режущего кислорода в зону реза подается порошок флюса, который обеспечивает процесс резки за счет термического, химического и абразивного действия.

Таблица. Состав флюса для резки различных материалов

Разрезаемый материал	Состав флюса
Высоколегированная хромистая и хромоникелевая сталь	Железный порошок (100%)
	Кварцевый песок (100%)
	Доломитизированный известняк (100%)
	Двууглеродистый натрий (98-99%), фосфористый кальций (1-2%)
Чугун	Железный порошок (100%)
	Кварцевый песок (100%)
	Доломитизированный известняк (100%)
Цветные металлы, огнеупоры, бетон	Железный порошок (35-90%), алюминиевый порошок (10-65%)
Цветные металлы, огнеупоры, бетон	Железный порошок (50-55%), алюминиевый порошок (20-40%), азотнокислый натрий (5-30%)

В последние годы в связи с развитием плазменной резки кислородно-флюсовая резка находит ограниченное применение. Основная область ее использования - в металлургии и тяжелом машиностроении при обрезке прибылей литья, резке слябов и блюмов в холодном состоянии, обрезке от горячего слитка мерных заготовок и др.

Резка кислородным копьем

Кислородное копье представляет собой стальную трубку, через которую пропускается кислород. Процесс резки кислородным копьем представлен на рисунке ниже.

Рабочий конец кислородного копья предварительно нагревается до температуры 1350-1400°С с помощью постороннего источника нагрева: сварочной дуги, подогревающего пламени резака или пламенем сварочной горелки. После воспламенения копья посторонний источник нагрева убирается. В результате подачи кислорода рабочий конец копья начинает интенсивно гореть, достигая температуры 2000°С. Для повышения тепловой мощности кислородного копья внутрь трубки, как правило, помещают стальной пруток или другой профиль.

Кислородное копье прижимают к поверхности прожигаемого материала. Углубив рабочий конец копья в материал, повышают давление кислорода до необходимой рабочей величины, периодически выполняя копьем возвратно-поступательные (с амплитудой 10-20 см) и вращательные (на угол 10-15° в обе стороны) движения. При прожигании отверстия торец копья необходимо постоянно прижимать к материалу, отрывая его лишь на короткое время при возвратно-поступательном движении. Образуемые шлаки выносятся давлением в зазор между трубкой копья и стенкой прожигаемого отверстия.

В результате получаются отверстия приблизительно круглой формы. Диаметр отверстия составляет 30-90 мм и зависит преимущественно от диаметра кислородного копья, а также наличия возвратно-поступательных и вращательных движений копьем.

Резка кислородным копьем возможна во всех пространственных положениях. Для прожигания отверстий в стали в качестве копья может использоваться стальная водо-газопроводная трубка с диаметром проходного сечения 10 и 15 мм с заложенной внутрь нее низкоуглеродистой проволокой диаметром 4 и 5 мм.

Прожигание отверстий в чугуне применяется в металлургическом производстве при образовании шпуров в чугунных зашлакованных массивах, подлежащих разрушению во взрывных ямах для переплавки.

Производительность резки кислородным копьем чугуна крайне низка. Скорость прожигания отверстия диаметром 50-60 мм составляет не более 50 мм/мин при расходе кислорода около 35 м³ на 1м отверстия и 25 м трубок.

Особенность прожигания отверстий в бетоне и железобетоне состоит в том, что для поддержания материала в месте контакта с копьем в расплавленном состоянии копье необходимо прижимать к обрабатываемому бетону с силой до 300-500Н, преодолевая сопротивление густо плавких шлаков. Последнее вызвано тем, что бетон, состоящий из окислов (Аl₂О₃, СаО и SiO₂), кислородной струей не окисляется и теплоты не выделяет, в связи с чем при удалении от его поверхности горящего конца копья быстро застывает. В связи с этим прожигать отверстия в бетоне и других неметаллических материалах следует без возвратно-поступательных движений копья, совершая им лишь периодически вращательные движения на угол 10-15° в обе стороны.

В некоторых случаях для повышения эффективности процесса резки вместе с кислородом в копье подается железный порошок. В этом случае возможно не только прожигание отверстий, но и разделительная резка стали и бетона. Например, с помощью копьевой резки прожигались отверстия в бетонной плите, на которой был установлен реактор Чернобыльской атомной станции. Отверстия были необходимы для размещения датчиков, контролирующих температуру, радиационный фон и другие параметры в разрушенном реакторе.

Воздушно-дуговая резка

Воздушно-дуговая резка заключается в расплавлении металла по линии реза электрической дугой и принудительном удалении сжатым воздухом образующегося под действием дуги расплава. Схема воздушно-дуговой резки представлена на рисунке.

Рисунок. Воздушно-дуговая резка и зажимы электрододержателя (справа)

Воздух подается вдоль неплавящегося электрода (обычно угольного или графитового) и в специальном электрододержателе. Электрическая дуга, как правило, горит на постоянном токе обратной полярности. Наилучшая производительность воздушно-дуговой резки достигается при диаметре электрода 6-12 мм, силе сварочного тока 300-1500А, напряжении на дуге 30-40В, давлении воздуха 4-7 кг/см², расходе воздуха 20-30 м³/ч. Горение дуги отличается низкой устойчивостью, частыми обрывами.

Воздушно-дуговая резка тем эффективнее, чем меньше скорость износа электрода. Поэтому целесообразно использовать электроды, покрытые защитно-разгружающим слоем из меди или композиции на основе алюминия.

Качество поверхности реза и прилегающего к ней металла невысокое. В поверхностном слое и на кромках глубиной 0,1-0,3 мм может наблюдаться повышение содержания углерода, в связи с чем могут появляться трещины. Для уменьшения науглероживания необходимо по возможности не касаться электродом раскаленного металла. После воздушно-дуговой резки необходимо выполнять тщательную зачистку поверхностей щеткой до металлического блеска и производить осмотр для установления отсутствия поверхностных дефектов.

Воздушно-дуговая резка обычно используется для поверхностной обработки (строжки) или в качестве разделительной резки в лом сталей, алюминия, меди, титана.

Кислородно-дуговая резка

При кислородно-дуговой резке дуга горит между плавящимся электродом и разрезаемым металлом. Сварочный электрод трубчатый и по каналу внутри электрода подается режущий кислород. Дуга обеспечивает нагрев металла, а кислород, интенсивно окисляя железо, обеспечивает его сгорание и выдувание из зоны реза (см. рисунок).

Широкое распространение кислородно-дуговая резка получила для резки металла под водой. Используются два вида электродов: стальной трубчатый и карборундовый. Стальной электрод имеет диаметр 5-6 мм, внутренний канал диаметром 1,5-2 мм. Длина электрода 350-400 мм. Время горения такого электрода - 1 минута.

Электроды из карборунда получили название керамических (см. рисунок). Он имеет длину 250 мм, время горения составляет около 15 мин. Керамические электроды имеют большой диаметр: 15-18 мм.

Рисунок. Сечение электродов для кислородно-дуговой резки:
А - стальной трубчатый электрод;
Б - керамический (карборундовый) электрод.
(1 - металлическая оболочка; 2 - покрытие; 3 - стальная трубка; 4 - канал для кислорода; 5 - водонепроницаемое покрытие; 6 - карборундовый стержень)

Держатели электродов имеют специальную конструкцию, обеспечивающую подвод кислорода к электроду, его открытие и закрытие, высокие электроизоляционные свойства.

Кислородно-дуговую резку применяют для резки черных и цветных металлов толщиной до 120 мм, на глубинах до 100 м. Сила тока 200-350А, давление кислорода 3-10 бар (в зависимости от толщины).

Возможна полуавтоматическая кислородно-дуговая резка. В этом случае проволока обдувается кислородом концентрично.

Плазменная резка

Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей.

Общепринятые обозначения

PAC - Plasma Arc Cutting - резка плазменной дугой

Технология плазменной резки

Плазма представляет собой ионизированный газ с высокой температурой, способный проводить электрический ток. Плазменная дуга получается из обычной в специальном устройстве - плазмотроне - в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа. Различают две схемы:

плазменно-дуговая резка и
резка плазменной струей.

Рисунок. Схемы плазменной резки

При плазменно-дуговой резке дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом (дуга прямого действия). Столб дуги совмещен с высокоскоростной плазменной струей, которая образуется из поступающего газа за счет его нагрева и ионизации под действием дуги. Для разрезания используется энергия одного из приэлектродных пятен дуги, плазмы столба и вытекающего из него факела.

При резке плазменной струей дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, а обрабатываемый объект не включен в электрическую цепь (дуга косвенного действия). Часть плазмы столба дуги выносится из плазмотрона в виде высокоскоростной плазменной струи, энергия которой и используется для разрезания.

Плазменно-дуговая резка более эффективна и широко применяется для обработки металлов. Резка плазменной струей используется реже и преимущественно для обработки неметаллических материалов, поскольку они не обязательно должны быть электропроводными.

Более подробная схема плазмотрона для плазменно-дуговой резки приведена на рисунке ниже.

Рисунок. Схема режущего плазмотрона

В корпусе плазмотрона находится цилиндрическая дуговая камера небольшого диаметра с выходным каналом, формирующим сжатую плазменную дугу. Электрод обычно расположен в тыльной стороне дуговой камеры. Непосредственное возбуждение плазмогенерирующей дуги между электродом и разрезаемым металлом, как правило, затруднительно. Поэтому вначале между электродом и наконечником плазмотрона зажигается дежурная дуга. Затем она выдувается из сопла, и при касании изделия ее факелом возникает рабочая режущая дуга, а дежурная дуга отключается.

Столб дуги заполняет формирующий канал. В дуговую камеру подается плазмообразующий газ. Он нагревается дугой, ионизируется и за счет теплового расширения увеличивается в объеме в 50-100 раз, что заставляет его истекать из сопла плазмотрона со скоростью до 2-3 км/c и больше. Температура в плазменной дуге может достигать 25000-30000°С.

Фото. Плазменная резка металла

Электроды для плазменной резки изготавливают из меди, гафния, вольфрама (активированного иттрием, лантаном или торием) и других материалов.

Фото. Сопла (в разрезе) для плазменной резки - медное (слева) и медное с вольфрамовой вставкой компании Thermacut (справа)

Количество тепла, необходимое для выплавления реза (эффективная тепловая мощность q_р), поступает из столба плазменной дуги и определяется выражением:

q_р = V_р·F·γ·c·[(T_пл-T₀)+q]·4,19,

где V_р - скорость резки (см/с);
F - площадь поперечного сечения зоны выплавляемого металла (см²);
γ - плотность металла (г/см³);
с - теплоемкость металла, Дж/(г·°С);
Т_пл - температура плавления металла (°С);
T₀ - температура металла до начала резки (°С);
q - скрытая теплота плавления (°С).

Произведение V_р·F·γ определяет массу выплавляемого металла за единицу времени (г/с). Для заданной толщины металла имеется определенное числовое значение эффективной тепловой мощности q_р, ниже которого процесс резки невозможен.

Скорость потока плазмы, удаляющего расплавленный металл, возрастает с увеличением расхода плазмообразующего газа и силы тока и уменьшается с увеличением диаметра сопла плазмотрона. Она может достигать около 800 м/с при силе тока 250А.

Плазмообразующие газы

Технологические возможности процесса плазменной резки металла (скорость, качество и др.), а также характеристики основных узлов плазмотронов определяются прежде всего плазмообразующей средой. Влияние состава плазмообразующей среды на процесс резки:

за счет изменения состава среды возможно регулирование в широких пределах количества тепловой энергии, выделяющейся в дуге, поскольку при определенной геометрии сопла и данном токе состав среды задает напряженность поля столба дуги внутри и вне сопла;
состав плазмообразующей среды оказывает наибольшее влияние на максимально допустимое значение отношения тока к диаметру сопла, что позволяет регулировать плотность тока в дуге, величину теплового потока в полости реза и, таким образом, определять ширину реза и скорость резки;
от состава плазмообразующей смеси зависит ее теплопроводность, определяющая эффективность передачи разрезаемому листу тепловой энергии, выделенной в дуге;
в ряде случаев весьма значительной оказывается добавка тепловой энергии, выделившейся в результате химического взаимодействия плазмообразующей среды с разрезаемым металлом (она может быть соизмерима с электрической мощностью дуги);
плазмообразующая среда при взаимодействии с выплавляемым металлом дает возможность изменять его вязкость, химический состав, величину поверхностного напряжения;
подбирая состав плазмообразующей среды, можно создавать наилучшие условия для удаления расплавленного металла из полости реза, а также предотвратить образование подплывов на нижних кромках разрезаемого листа или делая их легко удаляемыми;
от состава среды зависит характер физико-химических процессов на стенках реза и глубина газонасыщенного слоя, поэтому для определенных металлов и сплавов некоторые плазмообразующие смеси недопустимы (например, содержащие водород и азот в случае резки титана); диапазон допустимых смесей также сужается с увеличением толщины разрезаемых листов и теплопроводности материала.

От состава плазмообразующей среды зависят и характеристики оборудования:

материал катода и конструкция катодного узла (способ крепления катода в плазмотроне и интенсивность его охлаждения);
конструкция системы охлаждения сопел;
мощность источника питания, а также форма его внешних статических характеристик и динамические свойства;
схема управления оборудованием, поскольку состав и расход плазмообразующего газа полностью определяют циклограмму формирования рабочей дуги.

При выборе плазмообразующей среды также важно учитывать себестоимость процесса и дефицитность используемых материалов.

Таблица. Наиболее распространенные плазмообразующие газы

Газ	Обрабатываемый металл
Газ	Алюминий, медь и сплавы на их основе	Коррозионно-стойкая сталь	Углеродистая и низколегированная сталь
Сжатый воздух	Для заготовительной машинной резки	Для экономичной ручной и машинной резки
Кислород	Не рекомендуется	-	Для машинной резки повышенного качества
Aзотно-кислородная смесь	Не рекомендуется	Для машинной резки с повышенной скоростью
Азот	Для экономичной ручной и машинной резки	Для ручной и полуавтоматической резки	-
Aргоно-водородная смесь	Для резки кромок повышенного качества	Не рекомендуется

Резка с применением воздуха в качестве плазмообразующей среды называется воздушно-плазменной резкой.

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 в диапазоне 3-10 мм. Дугу нужно направлять вниз 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

Разрезаемый материал	Параметры режима
Разрезаемый материал	Толщина (мм)	Диаметр сопла (мм)	Сила тока (А)	Напряже- ние (В)	Расход воздуха (л/мин)	Скорость резки (м/мин)	Средняя ширина реза (мм)
Алюминий	5-15	2	120-200	170-180	70	2-1	3
Алюминий	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
Сталь 12Х18Н10Т	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

Преимущества плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки

значительно выше скорость резки металла малой и средней толщины;
универсальность применения - плазменная резка используется для обработки сталей, алюминия и его сплавов, меди и сплавов, чугуна и др. материалов;
точные и высококачественные резы, при этом в большинстве случаев исключается или заметно сокращается последующая механическая обработка;
экономичность воздушно-плазменной резки - нет потребности в дорогостоящих газах (ацетилене, кислороде, пропан-бутане);
возможность вырезать детали сложной формы;
очень короткое время прожига (при кислородной резке требуется продолжительный предварительный прогрев);
более безопасная, поскольку отсутствуют взрывоопасные баллоны с газом;
низкий уровень загрязнения окружающей среды.

Рисунок. Скорость воздушно-плазменной резки углеродистой стали в зависимости от ее толщины и мощности дуги.

Недостатки плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки:

максимальная толщина реза обычно составляет 80-100 мм (кислородной резкой можно обрабатывать чугун и некоторые стали толщиной до 500 мм);

более дорогое и сложное оборудование;
повышенные требования к техническому обслуживанию;
угол отклонения от перпендикулярности реза не должен превышать 10-50º в зависимости от толщины детали (в противном случае существенно расширяется рез, что приводит к быстрому износу расходных материалов);
практически отсутствует возможность использования двух ручных резаков, подключенных к одному аппарату;
повышенный шум вследствие истечения газа из плазматрона с околозвуковыми скоростями;
вредные азотсодержащие выделения (при использовании азота) - для уменьшения разрезаемое изделие погружают в воду.

Плазменные резаки (плазмотроны для резки)

Плазменный резак (плазмотрон или плазменная горелка для резки) - устройство для образования плазмы при резке, подключаемое к источнику тока.

Фото. Плазменные резаки (горелки) ESAB PT-27, Hypertherm T80 для ручной плазменной резки и П3-400ВА для механизированной резки.

Основные узлы плазменного резака:

электрододержатель с электродом;
сопло, формирующее плазменную дугу или плазменную струю;
дуговая камера для образования плазмы;
изолятор, разделяющий электродный и сопловой узлы;
системы газо- и водоснабжения.

Во многих резаках также имеется узел завихрения, обеспечивающий вихревую (тангенциальную) подачу плазмообразующего газа в дуговую камеру для сжатия и стабилизации дуги.

Рисунок. Ручной плазменный резак аппарата Мультиплаз-15000

Рисунок. Конструкция плазменного резака ТД-300 для механизированной резки

Основные виды плазменных резаков

Конструктивная схема плазменного резака и оформление его элементов зависят от рабочей среды, способа ее подачи в дуговую камеру, зажигания дуги и системы охлаждения. Основные виды плазменных резаков (горелок):

для инертных (аргона, гелия) и восстановительных (азота, водорода) газов;
для окислительных газов - содержащих кислород;
двухпоточные - для инертных, восстановительных и окислительных сред;
с газожидкостной стабилизацией дуги.

Плазмотроны с водяной и магнитной стабилизацией дуги получили ограниченное применение.

Наиболее простыми являются плазмотроны для инертных (нейтральных) и восстановительных газов.

Рисунок. Плазменный резак для инертных и восстановительных газов с осевой стабилизацией дуги и водяным охлаждением

Изолированные сопловой и катодный узлы образуют дуговую камеру с формирующим каналом. В торцовой части камеры размещен вольфрамовый катод, стабилизированный окислами лантана, иттрия, тория или другими примесями, повышающими эмиссионные свойства и стойкость вольфрама против взаимодействия при высоких температурах с активными газами (кислородом, воздухом и др.). Катод изнашивается под действием теплоты, выделяющейся в катодной области дуги.

Катоды из вольфрама обычно изготавливают в виде стержней диаметром 3-6 мм и длиной 50-150 мм или коротких цилиндрических вставок диаметром 2-3 мм и длиной 5-6 мм. В плазменных резаках со стержневым вольфрамовым катодом, закрепляемым в зажимах или цангах, рабочая среда, как правило, подается соосно катоду. Рабочую часть катодного стержня заостряют для фиксации катодного пятна дуги. За счет соосной (аксиальной) подачи газа дуга может быть растянута на большую длину при меньшем рабочем напряжении, что важно для ручной плазменной резки и резки толстого металла.

Широко распространены машинные и ручные плазменные резаки с гильзовыми катодами.

Рисунок. Плазменный резак с гильзовым катодом, вихревой стабилизацией дуги и водяным охлаждением

Вставка из тугоплавкого материала запрессовывается в канал гильзы-катодержателя из меди или другого теплопроводного металла. Хвостовик гильзы интенсивно охлаждается воздухом или водой, что улучшает условия охлаждения катода и увеличивает срок службы катодной вставки. Торец гильзовых катодов обычно плоский. Дуга стабилизируется с помощью закрученного потока газа. Вихрь фиксирует катодную область дуги в центре торца вставки. Активное пятно дуги изнашивает вставку с образованием постепенно углубляющейся полости. Диаметр и глубина полости зависят от интенсивности ввода теплоты в катод и теплопередачи охлаждающей среде.

Гильзовые катоды получили широкое применение в плазменных резаках, использующих в качестве рабочей среды сжатый воздух. Катодные вставки из тугоплавких металлов - циркония и гафния - при высоких температурах образуют в основании дуги стабильную тугоплавкую пленку из окислов и нитридов, которая защищает чистый металл от испарения. Такие катоды называют пленочными или пленкозащитными. Существование катодного пятна обусловлено высокой эмиссионной способностью и низким электрическим сопротивлением пленки из окислов и нитридов при высоких температурах. Регулярный износ катодных вставок происходит за счет испарения оксидно-нитридного расплава, а разовый, более существенный, - при зажигании дуги из-за разрушения пленки от термического удара.

Фото. Электроды с гафниевой вставкой для плазмотрона

Плазменные резаки с пленочными катодами также применяются для резки в среде кислорода. При этом стойкость катодов несколько ниже.

Для вихревой (тангенциальной) подачи плазмообразующего газа в дуговую камеру плазменного резака используют завихрительные устройства. В простейшем случае функции завихрителя выполняются корпусом плазмотрона, и рабочий газ поступает в дуговую камеру по каналам, выведенным по касательной к ее стенкам. Эффективно применение завихрительных колец или шайб из жаростойкой керамики, размещаемых перед входом в сопло. Их недостатком является невысокая прочность керамики. В качестве завихрителя может выступать и само сопло. Рациональна конструкция завихрителя, выполненного в виде винтовой резьбы на наружной поверхности электрододержателя, который плотно устанавливается в гнезде корпуса плазменного резака.

Фото. Вихревое кольцо и винтовая резьба электрододержателя, используемые в плазменных резаках для завихрения газа.

При резке в окислительных средах также используют плазмотроны с пустотелым (полым) цилиндрическим катодом из меди, интенсивно охлаждаемым водой. Плазменный резак имеет систему вихревой стабилизации дуги. Катод является распределенным - под действием вихря катодное пятно быстро перемещается по внутренней поверхности цилиндрического катода, не разрушая его.

Двухпоточные плазмотроны снабжены двумя соосными соплами - внутренним и наружным (защитным колпаком). Газ, поступающий во внутреннее сопло, условно называют первичным, в наружное - вторичным или дополнительным. Первичный и вторичный газы могут иметь разный состав, назначение и расход. В качестве электродов применяются как вольфрамовые, так и пленкозащитные катоды.

В двухпоточных плазмотронах со стержневым вольфрамовым катодом первичный газ (азот или аргон), подаваемый во внутреннее сопло, защищает вольфрамовый электрод от окисления. В наружное сопло поступает рабочий окислительный газ - воздух или кислород. Рабочая часть катода может располагаться в полости под внутренним соплом или между соплами. При первой схеме в плазму превращается в основном защитный газ, а окислительный газ используется преимущественно для стабилизации дуги. Во втором случае возможно получение плазменного потока с высоким содержанием кислорода.

Рисунок. Двухпоточные плазмотроны со стержневыми вольфрамовыми катодами - с расположением рабочей части катода под внутренним соплом (слева) или между соплами (справа)

Пленкозащитные катоды, к примеру, используются в плазменных резаках Hypertherm (серий HSD, HT, HPR и др.). При этом защитный (дополнительный) газ обеспечивает следующие функции:

защиту плазменного резака от брызг расплавленного металла при пробивке отверстия;
препятствие образованию «двойной» дуги;
дополнительное обжатие дуги, что увеличивает ее удельную энергетическую плотность, делает рез более тонким и уменьшает оплавление на острых углах;
способствует формированию практически перпендикулярного реза с острой верхней кромкой без оплавления и отсутствующим либо незначительным гратом снизу.

Рисунок. Плазменный резак Hypertherm с пленкозащитным катодом, предназначенный для работы с плазмообразующим и защитным газами

Достаточно распространены плазменные резаки с газожидкостной стабилизацией дуги. Их формирующая система обычно аналогична инертно- или восстановительно-газовым, активно-газовым или двухпоточным плазмотронам, с тем отличием, что сопловой узел снабжен системой каналов для подачи воды в сжатый столб дуги. Для стабилизации дуги также используют двухфазные газожидкостные потоки, которые вводят преимущественно по схеме двухпоточного плазмотрона. Количество воды, стабилизирующей дугу, устанавливают таким, чтобы вода полностью испарялась. При газожидкостной стабилизации дуги увеличивается концентрация энергии в столбе дуги и повышаются ее режущие свойства. За счет подачи жидкости в формирующее сопло улучшаются условия его охлаждения. При резке с применением водовоздушной стабилизации стальные кромки меньше насыщаются азотом, чем при воздушно-плазменной резке.

Помимо плазменных резаков с газожидкостной стабилизацией дуги используют плазмотроны с водяной завесой и газожидкостной системой охлаждения. В резаках с водяной завесой с помощью системы водяных каналов вокруг столба дуги формируется водяная оболочка. Вода охлаждает кромки обрабатываемого металла, что сводит к минимуму зону термического влияния. Снижается уровень шума, выделения аэрозолей и излучения при резке.

Сопло плазменного резака предназначено для формирования режущей дуги. Форма и размеры соплового канала определяют параметры и свойства дуги. При уменьшении его диаметра и увеличении длины повышаются скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, ее напряжение и режущая способность. Чем дольше сохраняются форма и размеры сопла, тем дольше срок его службы.

Сопло является наиболее теплонапряженным элементом плазмотрона. Чтобы между стенками соплового канала и плазменным потоком в столбе мощной дуги (с температурой 10000-20000° С и выше) присутствовал слой сравнительно холодного газа, силу тока и расход газа выбирают в соответствии с диаметром и длиной сопла. Наилучший материал для изготовления сопел - медь высокой чистоты, имеющая высокую теплопроводность и относительно низкую стоимость. В большинстве случаев для охлаждения сопел применяется система водяных каналов. При резке маломощными дугами охлаждение сопла горелки может быть газовым.

Аппараты ручной плазменной резки металла

При ручной плазменной резке в комплект установки входят горелка-плазмотрон (плазменный резак) и источник питания (аппарат плазменной резки). Плазмообразующий газ может поступать от встроенного в аппарат компрессора (сжатый воздух), от магистрали или баллона (сжатый воздух, азот и др.).

Рисунок. Общая схема подключения аппарата ручной плазменной резки (со встроенным компрессором)

Подавляющее большинство источников питания для плазменной резки работает на постоянном токе прямой полярности (у плазмотронов постоянного тока наиболее высокий КПД мощности). Переменный ток используется в ряде случаев, например, для разрезания алюминия и его сплавов.

Аппараты плазменной резки должны обеспечивать максимальную стабильность рабочего тока при колебаниях напряжения. В связи с этим они имеют крутопадающую или вертикальную внешнюю вольт-амперную характеристику. Крутопадающая внешняя характеристика, изображенная на рисунке ниже, формируется за счет использования дросселей насыщения, применения схем тиристорного управления, а также схем, работающих по принципу резонанса напряжения в трехфазных цепях, поэтому для плазменной резки в большинстве случаев используются специальные выпрямители.

Рисунок. Внешняя статическая характеристика источника тока и вольт-амперная характеристика режущей дуги

Источники (выпрямители) плазменной резки подразделяются на трансформаторные и инверторные. Трансформаторные (традиционные) аппараты получили такое название за счет используемых в них низкочастотных трансформаторов. Они имеют гораздо большую массу и габариты, однако при этом могут обладать и более высокой мощностью. Такие аппараты применяются для механизированной и ручной резки различных толщин.

Инверторы плазменной резки имеют небольшую массу и габариты (поскольку в них не применяются тяжелые низкочастотные трансформаторы), низкое потребление энергии, но в то же время они ограничены по максимальной мощности (сила тока, как правило, не превышает 70-100 А). Они обычно используются для резки сравнительно небольших толщин.

Таблица. Аппараты плазменной резки металла

Марка	Назначение
Hypertherm Powermax 190c (со встроенным компрессором)	Инверторы ручной воздушно-плазменной резки
Мультиплаз-7500, Мультиплаз-15000
ESAB OrigoCut 35i, OrigoCut 36i, PowerCut 650, PowerCut 875, PowerCut 1500
Lincoln Electric Pro Cut 25, Pro Cut 55, Pro Cut 80, Invertec PC60, Invertec PC100
Telwin Tecnica Plasma 18, Plasma 31, Plasma 34 Kompressor (со встроенным компрессором), Technology Plasma 41, Technology Plasma 54 Kompressor (со встроенным компрессором), Superior Plasma 60HF, Superior Plasma 90HF
Hypertherm Powermax 30	Инвертор ручной плазменной резки в среде сжатого воздуха или азота
ESAB LPH 35 Handy Cut, LPH 50 Power Cut, LPH 80 Power Cut, LPH 120 Power Cut	Аппараты ручной воздушно-плазменной резки
Telwin Superplasma 62/2, Superplasma 120/3 HF, Enterprise Plasma 160HF	Аппараты ручной воздушно-плазменной резки
АПР-40, АПР-60, АПР-90, АПР-91, АПР-140, АПР-150, Energocut-180, Energocut-320, Energocut-400 (концерн «Энерготехника»)	Аппараты и установки воздушно-плазменной резки (ручной и механизированной)
ПУРМ-140, ПУРМ-160, ПУРМ-180МА, ПУРМ-320, ПУРМ-320ВА, ПУРМ-400ВА (ООО «Фактор»)
УПР-51, УПР-1210
Cebora 3100, 6060/T, 9060/T, Prof70, Prof122, Prof162
Hypertherm Powermax 45, Powermax 1000, Powermax 1250, Powermax 1650	Инверторы плазменной резки (ручной и механизированной) в среде сжатого воздуха или азота

Инверторные выпрямители ESAB предназначены для воздушно-плазменной резки сталей, алюминия и других металлов.

Фото. Инверторы плазменной резки ESAB PowerCut 650 (слева) и PowerCut 875 (справа)

Таблица. Технические характеристики некоторых инверторных моделей ESAB для резки

Наименование	Марка
Наименование	OrigoCut 35i	PowerCut 650	PowerCut 875	PowerCut 1500
Напряжение питания (В/Гц)	230 / 50	230 / 50 400 / 50	230 / 50 400 / 50	400 / 50
Максимальный ток (А) / ПВ	35 / 35% 27 / 60% 21 / 100%	40 / 40%	60 / 60%	90 / 60%
Диапазон регулирования тока (А)	15-35	10-40	20-60	20-90
Толщина реза углеродистой стали (мм)	10 (12)	16 (19)	22 (32)	38 (40)
Толщина реза нержавеющей стали (мм)	6 (8)	12 (16)	15 (22)	20 (29)
Толщина реза алюминия (мм)	10 (12)	16 (20)	22 (32)	38 (40)
Масса (кг)	9	25	40	43

Инверторные аппараты Hypertherm применяются для плазменной резки сталей, алюминия и других материалов.

Фото. Инверторные аппараты плазменной резки Hypertherm Powermax 30 (слева) и Powermax 1250 (справа)

Таблица. Технические характеристики некоторых инверторов Hypertherm для резки

Наименование	Марка
Наименование	Powermax 190c	Powermax 30	Powermax 1250	Powermax 1650
Напряжение питания (В)	120, 60 Гц, 1ф. 230, 50/60 Гц, 1ф.	120-230, 50/60 Гц, 1ф.	200-600, 50/60 Гц, 1/3ф. 230-400, 50/60 Гц, 3ф.	200-600, 50/60 Гц, 3ф. 230-400, 50/60 Гц, 3ф.
Выходной ток (А)	12	15-30	25-80	30-100
ПВ при максимальном токе	35%	35%, 115 В 50%, 230В	60%, 230-600В, 3ф. 60%, 480В, 1ф. 50%, 200-208В, 3ф. 50%, 240В, 1ф. 40%, 200-208В, 1ф.	80%, 400-600В, 3ф. 70%, 230-440В, 3ф. 60%, 200-208В, 3ф.
Макс. толщина ручной резки (мм)	5	10	29	38
Рекомендуемая толщина ручной резки (мм)	3	6	22	32
Макс. толщина прожига при механизированной резке (мм)	-	-	16	19
Плазмообразующий газ	воздух от встроенного компрессора	воздух или азот	воздух или азот	воздух или азот
Габариты (длина x ширина x высота), мм	400 x 216 x 305	356 x 168 x305	586 x 271 x 498	671 x 427 x 655
Масса (кг)	20,9	9	44	61

Аппараты АПР (Energocut) производства концерна «Энерготехника» предназначены для ручной и механизированной воздушно-плазменной резки различных металлов и их сплавов (различных токопроводящих материалов).

Фото. Аппараты плазменной резки АПР-90 (слева) и АПР-150 (справа) концерна «Энерготехника»

Таблица. Технические характеристики аппаратов и установок АПР производства концерна «Энерготехника»

Аппараты и установки	Напря- жение питания (В)	Ток резки (А)	ПВ	Макс. толщина реза (мм)	Макс. толщина качеств. реза (мм)	Габариты (длина x ширина x высота), мм	Масса (кг)
АПР-40	220	25 / 35	100 / 60	8	5	320 x 400 x 625	40
АПР-60	380	40 / 60	70 / 60	18	12	535 x 320 x 625	60
АПР-90	380	60 / 90	70 / 60	30	20	535 x 320 x 625	90
АПР-91	380	60 / 100	80 / 80	35	25	550 x 420 x 820	100
АПР-140	380	70 / 130	70 / 60	45	30	550 x 420 x 820	125
АПР-150	380	50 / 100 / 150	100 / 100 / 85	50	35	640 x 420 x 820	150
Energocut-180М	380	180	100	56	40	560 x 620 x 980	240
Energocut-180МА	380	70-150 (плавная регулировка)	100	56	40	560 x 620 x 980	240
Energocut-320	380	160 / 320	100	80 (50 - автом. резка)	50	620 x 560 x 980	255
Energocut-320ВА	380	70-280 (плавная регулировка)	80	80 (50 - автом. резка)	50	620 x 560 x 980	255
Energocut-400	380	180 / 360	100	100 (70 - автом. резка)	70	1020 x 600 x 940	500
Energocut-400ВА	380	70-320 (плавная регулировка)	100	100 (70 - автом. резка)	70	1020 x 600 x 940	500

Машины плазменной резки

В комплект оборудования (машины) для механизированной плазменной резки входят:

горелка-плазмотрон (плазменный резак);
источник питания (аппарат или установка) либо система резки, состоящая из нескольких узлов;
устройство для перемещения плазменного резака или детали;
система копирования или управления процессом резки.

Машины (станки) плазменной резки различаются:

по конструктивному исполнению - стационарные и переносные;
по способу размещения обрабатываемого листа - портального, портально-консольного или шарнирного типа;
по способу управления - с фотоэлектронным (фотокопировальным), электромагнитным (магнито-копировальным) или числовым программным управлением (ЧПУ);
по виду обрабатываемой продукции - листовой и профильный прокат, трубы и т.д.;
по количеству обрабатываемых листов - одноместные, двухместные и многоместные.

На машинах портального типа обрабатываемый лист располагается под ходовой частью, называемой порталом.

Рисунок. Портальная машина плазменной резки

Плазменные резаки (их может быть несколько) установлены на каретке, которая перемещается в поперечном направлении с помощью ходового винта. Портал за счет роликов перемещается в продольном направлении по установленным на опорах рельсам. Обрабатываемый лист укладывается на раскройный стол.

Фото. Станок плазменной резки компании MultiCam портального типа

На большинстве машин портально-консольного типа обрабатываемый лист размещается под консольной частью, а на портале устанавливается копирующее устройство.

Рисунок. Портально-консольная машина

Суппорт с плазмотроном размещены на консоли, которая является продолжением хобота. На хоботе размещен ведущий механизм, осуществляющий копирование контуров разрезаемой детали с копира. В продольном направлении машина перемещается с помощью роликов по рельсам. Обрабатываемый лист размещается на раскройном столе вне портала.

Фото. Станок плазменной резки компании ZINSER портально-консольного типа

На машинах шарнирного типа обрабатываемый лист помещается под шарнирной рамой.

Рисунок. Шарнирная машина

Подвижная шарнирная рама крепится к колонне. На второй части шарнирной рамы размещаются суппорт с плазменным резаком и копирующий механизм. К консоли колонны прикрепляется копир, повторяющий по форме вырезаемую из листа деталь.

Фото. Станок плазменной резки «Контур-500» шарнирного типа

В машинах плазменной резки наибольшее распространение получили следующие способы управления: фотоэлектронное, электромагнитное и программное.

При фотоэлектронном (фотокопировальном) управлении контур детали отслеживается по чертежу с помощью фотокопировального устройства. Фотоэлемент фиксирует различную интенсивность светового потока, отражаемого от белого фона или линии чертежа. Это позволяет удерживать линии в «поле зрения» фотоэлемента и отслеживать контур чертежа. Плазмотрон повторяет движения фотоэлемента, вырезая детали в соответствии с чертежом.

Электромагнитное (магнито-копировальное) управление используется в машинах шарнирного типа. Копировальное устройство состоит из электродвигателя, редуктора, электромагнита и металлического стержня, который намагничивается электромагнитом и одновременно вращается приводом. В качестве копира используется ранее вырезанная стальная деталь. За счет электромагнитных сил стержень прижимается к стальному копиру и обкатывается вокруг него. Траекторию движения металлического стержня повторяет шарнирная рама и, соответственно, плазмотрон, обеспечивая вырезку детали необходимого контура.

Программное управление процессом резки позволяет не только вырезать детали требуемого контура, но и задавать параметры резки в зависимости от толщины металла, вида реза и т. д. Программы для вырезки различных деталей могут храниться в памяти ЭВМ или на сменных носителях информации.

Таблица. Машины и станки плазменной резки

Марка	Назначение
«Кристалл-2,5», «Кристалл-3,2»	Портального типа с системами ЧПУ для плазменной / кислородной резки листового проката
«Вертикаль», «Нормаль»
MultiCam 6-505-Р, 6-605-Р, 6-705-Р, 6-905-Р и др.
ESAB Ultrarex UXL, Combirex, Falcon, Numorex, Suprarex
ZINSER 1215, 1425, 2315/2325, 4025/4125
MultiCam 103P, 208P, 306P, 307P, 308P, 408P и др.	Портальные с системами ЧПУ для раскроя листов
ESAB Eagle, Event	Портальные с системами ЧПУ для раскроя листов
ZINSER 1101, 1211	Портально-консольного типа с системами ЧПУ для плазменного / кислородного раскроя листового проката
«Огонек», «Контур-500»	Шарнирного типа для плазменного / кислородного раскроя листов
«Сателлит», «Орбита», "CG2-11"	Переносные для плазменной или кислородной резки труб (труборезы)

Установки плазменной резки

Для комплектации машин плазменной резки могут использоваться плазмотроны, аппараты, установки и системы различных производителей.

Значительное большинство источников питания для плазменной резки работает на постоянном токе прямой полярности (у плазменных резаков постоянного тока наиболее высокий коэффициент полезного действия мощности). В некоторых случаях, например, для обработки алюминия и сплавов на его основе, может использоваться переменный ток.

Установки плазменной резки должны обеспечивать наибольшую стабильность рабочего тока при колебаниях напряжения, быстродействие управления током, плавное регулирование и т. д. Они имеют вертикальную или крутопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику. Такая характеристика обычно формируется с помощью управляемых тиристорных выпрямителей, дросселей насыщения. Для механизированной резки применяются источники тока с продолжительностью включения (ПВ), как правило, более 70%.

Таблица. Оборудование для автоматической плазменной резки (без устройства для перемещения плазмотрона)

Марка	Назначение
Hypertherm Powermax 45, Powermax 1000, Powermax 1250, Powermax 1650	Малогабаритные аппараты для ручной и механизированной плазменной резки и строжки металла в среде сжатого воздуха или азота
АПР-150 (концерн «Энерготехника»), АПР-150К (ПКФ «Кристалл»), АПР-404, АПР-404М	Установки для ручной и механизированной воздушно-плазменной резки (для комплектации машин и станков плазменной резки металла)
ПУРМ-140, ПУРМ-160, ПУРМ-180МА, ПУРМ-320ВА, ПУРМ-400ВА (ООО «Фактор»)
Energocut 320А, Energocut 400В (концерн «Энерготехника»)
Cebora Prof70, Prof122, Prof162, 3100, 6060/T, 9060/T
Energocut 400ВА (концерн «Энерготехника»)	Установка для механизированной воздушно-плазменной резки (для комплектации машин и станков)
УПР-4011, УПР-4011-1 (ПК «Спектр Плюс»)	Установки механизированной плазменной резки в среде сжатого воздуха или кислорода. Предназначены для комплектации машин и станков
Hypertherm HPR130, HPR130XD, HPR260, HPR260XD, HPR400XD	Мультигазовые установки механизированной плазменной резки (для комплектации машин и станков)

Установки воздушно-плазменной резки АПР-150К, АПР-404 и АПР-404М применяются для ручной, механизированной или автоматической (в составе портальных машин) резки нержавеющих сталей, меди, алюминия, титана, а также др. металлов и сплавов.

Фото. Установка плазменной резки АПР-150К (слева), с плазмотроном и блоком для ручной резки (справа)

Фото. Установки плазменной резки АПР-404 (слева) и АПР-404М (справа)

Таблица. Технические характеристики установок АПР

Наименование	Установка плазменной резки
Наименование	АПР-150К	АПР-404	АПР-404М
Напряжение питания (В)	380	380	380
Потребляемая мощность (кВА)	45	125	125
Номинальный ток (А) при продолжительности включения (ПВ, %)	150 (100)	400 (100)	400 (100)
Диапазон регулирования тока (А)	25-150	200-400	80-450
Способ регулирования	плавное	плавное	плавное
Напряжение холостого хода (В)	300	300	300
Рабочее напряжение (В)	150	260	260
Максимальная толщина разделительной резки (мм)	35	100	100
Габариты (длина x ширина x высота), мм	630x570x750	880x1040x1706	880x1040x1706
Масса (кг)	150	540	540

Одним из известных производителей оборудования плазменной резки считается американская компания Hypertherm. Она выпускает широкий спектр аппаратов и установок, в том числе мультигазовые установки серий HSD, HT и HPR, в которых могут применяться определенные комбинации плазмообразующего и защитного газов.

Фото. Установки плазменной резки Hypertherm HPR130XD (слева) и Hypertherm HPR260XD (справа)

Фото. Установка плазменной резки Hypertherm HPR400XD

Таблица. Технические характеристики установок Hypertherm серии HPR, предназначенных для резки материалов из низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали и алюминия

Наименование	Установка плазменной резки
Наименование	HPR130XD	HPR260XD	HPR400XD
Трехфазное напряжение на входе	200/208 В, 50/60 Гц 220 В, 50/60 Гц 240 В, 60 Гц 380 В, 50/60 Гц 400 В, 50/60 Гц 440 В, 60 Гц (50/60 Гц для HPR400XD) 480 В, 60 Гц 600 В, 60 Гц
Напряжение на выходе	50-150 В постоянного тока	175 В постоянного тока	200 В постоянного тока
Рабочий цикл	100%	100% при 40°С при 45,5 кВт	100% при 40°С при 80 кВт
Диапазон регулирования тока (А)	30-130	30-260	30-400
Используемый плазменный газ	кислород, азот, воздух, смесь 95% азота и 5% водорода, смесь 65% аргона и 35% водорода		кислород, азот, воздух, смесь 95% азота и 5% водорода, аргон, смесь 65% аргона и 35% водорода
Используемый защитный (дополнительный) газ	кислород, азот, воздух		кислород, азот, воздух, аргон
Максимальное напряжение холостого хода	311 В постоянного тока	311 В постоянного тока	360 В постоянного тока
Толщина резки мягкой стали (мм)
без окалины	16	32	38
рабочая (прожиг)	32	38	50
максимальная (от кромки)	38	64	80
Толщина резки нержавеющей стали (мм)
рабочая (прожиг)	20	32	45
максимальная (от кромки)	25	50	80
Толщина резки алюминия (мм)
рабочая (прожиг)	20	25	38
максимальная (от кромки)	25	50	80
Габариты (длина x ширина x высота), мм	1080x570x970	1190x820x1150	1260x880x1180
Масса с резаком (кг)	317,5	567	851