Высокорентабельная резка металлов

Тепловую резку черных и цветных металлов и их сплавов широко применяют в различных областях промышленности. Она характеризуется высокой производительностью и точностью, а также удовлетворительным качеством кромок вырезаемых деталей.

По этой технологии полость разделительного реза образуется за счет концентрированного нагрева, создаваемого источником тепла.

Способы тепловой резки можно разделить на две группы. К первой относятся кислородная и кислородно-флюсовая, при которых происходит химическая реакция сгорания железа в струе кислорода. Ко второй группе относятся электродуговая, лазерная и плазменная. В этих случаях процесс резки осуществляется за счет использования мощного теплового внешнего источника.
Плазменной называют резку дугой прямого действия на прямой полярности, когда “минус” источника подключен к электроду. Полость реза образуется при сквозном проплавлении разрезаемого металла сжатой плазменной дугой, возбуждаемой на поверхности металла и проникающей на всю его толщину.

Иногда этот процесс называют резкой проникающей плазменной дугой. Такое определение появилось благодаря установленному перемещению анодного пятна или нескольких анодных пятен (шунтирование плазменной дуги по толщине разрезаемого металла) по лобовой стенке разреза на поверхности разрезаемого металла вниз по его толщине.

За счет сконцентрированного в анодном пятне большого количества энергии в нем происходит не только расплавление и испарение металла, но и плазмохимическая реакция.

Высота расположения анодного пятна по толщине реза зависит от режимов резки: плазмообразующих газов, источника питания, используемого плазмотрона (конструкция узла сопла и способа подачи газа) и ряда других факторов. Так, чем меньше скорость резки, тем ниже по лобовой стенке реза опускается основание дуги (анодное пятно), что позволяет разрезать достаточно большую толщину, разумеется, если источник тепла обеспечивает требуемое для этого напряжение.

Равномерность ширины реза по толшине разрезаемого металла зависит от характера передачи тепла плазменной дугой.

В поперечном сечении полость имеет форму трапеции с меньшим нижним основанием. Это можно объяснить тем, что в верхней части кроме анодного пятна в процессе резки участвует весь столб дуги, который, расширяясь книзу, теряет температуру, и расплавление нижней части металла происходит только за счет анодного пятна и остаточного давления расплава.

Требования к источникам питания определяются вольт-амперной характеристикой дуги и минимальными изменениями тока резки при значительных изменениях напряжений на дуге. Такой источник должен обладать крутоспадающей вольт-амперной характеристикой.

Главным рабочим инструментом при плазменной резке является плазмотрон. На практике широкое распространение получили плазмотроны с вихревой (тангенциальной) подачей плазмообразующего газа в канал сопла. Вихревая стабилизация дуги позволяет обеспечить наибольшую скорость, а также высокое качество среза.

Главные технологические параметры плазменной резки — это плазмообразующий газ и его расход, ток резки, напряжение на дуге, скорость резки, обеспечние качества кромок и создание безопасных условий труда. Выбор плазмобразующего газа или среды (смеси) определяется используемой аппаратурой, маркой и толщиной разрезаемого металла. Газ оказывает существенное влияние на изменение фазового и химического состава металла, кромку реза и механические свойства. Азот, воздух, кислород, вода (пар) или их смесь дают возможность расширить область использования плазменой резки и существенно удешевляют этот процесс.

Применение электродов, работающих в активных средах, позволяет брать сжатый воздух из заводских магистралей, что открывает путь к широкому внедрению в производство воздушно-плазменной резки малоуглеродистых сталей взамен кислородной. Но если детали из таких сталей предназначены для сварки, то их необходимо вырезать с помощью кислорода или воздуха с добавкой воды в качестве плазмообразующего газа, так как при воздушно-плазменной резке происходит насыщение кромок азотом, а при сварке именно он и служит источником порообразования.

Азот или смесь азота с водородом используют в качестве плазмообразующего газа при резке меди и аустенитных сталей; аргон с водородом или метан помогают получить чистые кромки при резке алюминия. Воду применяют распыленную или в виде пара, иногда ее добавляют к аргону или азоту, что обеспечивает мощность плазменной дуги и влияет на выбор скорости резки.

Напряжение дуги обуславливает ширину реза и глубину его проникновения в толщу металла. Оно зависит от расстояния между соплом и разрезаемым металлом, а также от расхода плазмообразующего газа. Скорость резки определяет производительность, характер скоса кромок и их физико-химическое состояние, ширину реза и величину зоны термического влияния.

Качество кромок зависит от равномерности перемещения плазмотрона и всех вышеперечисленных параметров резки. Для уменьшения скоса кромок необходимо установить расстояние между соплом и разрезаемым листом не более 4 мм, то есть снизить напряжение на дуге.

При плазменной резке необходимо обеспечить безопасность условий труда. Для этого нужна эффективная вентиляция или возможность резки над водяной ванной так, чтобы нижняя кромка металла омывалась водой. Вода не только служит поглотителем отходов резки, но и вносит свои коррективы в технологию и влияет на качество и физико-химические свойства кромок.

Благодаря своей производительности, возможности добиться максимальной точности, а также экономической эффективности технология плазменной резки в последнее время получает все большее распространение.