Содержание
- Основные параметры настройки режимов плазменной резки
- Выбор силы тока дуги
- Выбор сопла и его влияние на процесс резки
- Давление плазмообразующего газа
- Скорость резки и её влияние на качество
- Плазмообразующие газы для различных металлов
- Таблицы режимов резки
- Типичные дефекты и ошибки при настройке
- Стандарты качества резки
- Часто задаваемые вопросы
Плазменная резка металла представляет собой высокотехнологичный процесс термической обработки, основанный на использовании высокотемпературной плазменной дуги. Качество реза, производительность оборудования и срок службы расходных материалов напрямую зависят от правильной настройки технологических параметров.
Основные параметры настройки режимов плазменной резки
Технологический режим плазменной резки определяется комплексом взаимосвязанных параметров, которые должны соответствовать толщине обрабатываемого материала, его физическим свойствам и требуемому качеству реза. К основным регулируемым параметрам относятся сила тока плазменной дуги, напряжение дуги, скорость перемещения плазмотрона, давление и расход плазмообразующего газа, геометрические характеристики сопла и факельный зазор между соплом и поверхностью металла.
Плазменная резка является термическим процессом, в котором применяется сжатая электрическая дуга. Газы диссоциируют в дуге и частично ионизируются, создавая плазменный столб дуги с высокой температурой и кинетической энергией. Температура плазмы достигает 20000-30000 градусов Цельсия, что обеспечивает расплавление и выдувание материала из зоны реза.
Правильная настройка режимов позволяет обеспечить стабильное горение дуги, минимальную ширину реза, перпендикулярность кромок, отсутствие грата и шлака на поверхности реза. Несоблюдение технологических параметров приводит к повышенному износу расходных материалов, образованию дефектов резки и снижению производительности оборудования.
Выбор силы тока дуги
Сила тока плазменной дуги является определяющим параметром, который напрямую влияет на максимально доступную толщину разрезаемого металла, скорость резки и срок службы электрода и сопла. Каждый комплект расходных материалов имеет номинальное значение тока, указанное производителем.
При резке металла рекомендуется устанавливать рабочий ток дуги на уровне 90-95 процентов от номинального значения для используемого комплекта расходников. Работа на токах, превышающих номинальные, приводит к резкому сокращению срока службы электрода и сопла, перегреву плазмотрона и возможному выходу оборудования из строя.
Эмпирические формулы для подбора тока
Для углеродистой стали: I = 3-4 А на 1 мм толщины металла
Для нержавеющей стали: I = 7-8 А на 1 мм толщины металла
Для алюминия: I = 4-5 А на 1 мм толщины металла
Практический пример
Для резки углеродистой стали толщиной 20 мм потребуется ток дуги приблизительно 60-80 А. При использовании сопла с номинальным током 100 А рабочий ток следует установить на уровне 80-95 А для обеспечения оптимального качества реза и долговечности расходников.
Увеличение силы тока приводит к росту температуры плазмы и энергетической мощности дуги, что обеспечивает эффективное плавление металла большей толщины. Однако чрезмерное повышение тока вызывает расширение плазменной струи, увеличение ширины реза и ускоренное разрушение электрода.
Выбор сопла и его влияние на процесс резки
Сопло плазмотрона является критическим элементом, который формирует и направляет плазменную дугу. Диаметр выходного отверстия сопла напрямую определяет концентрацию энергии плазменной дуги, качество реза и допустимые значения рабочего тока. Диаметр сопел обычно колеблется от 0,6 до 10 мм в зависимости от применения.
Влияние диаметра сопла на параметры резки
Сопла с малым диаметром выходного отверстия обеспечивают высокую концентрацию энергии и узкую плазменную дугу, что подходит для резки тонких материалов и выполнения высокоточных работ. Сопла с большим диаметром позволяют работать с более высокими токами и резать толстые материалы, но при этом снижается точность реза и увеличивается его ширина.
| Диаметр сопла, мм | Рабочий ток, А | Толщина металла (углеродистая сталь), мм | Область применения |
|---|---|---|---|
| 0,8-1,0 | 30-40 | до 6 | Тонколистовой металл, высокоточная резка |
| 1,1-1,3 | 40-70 | 6-12 | Металл средней толщины |
| 1,4-1,5 | 70-100 | 12-20 | Толстолистовой металл |
| 1,6-1,7 | 100-130 | 20-32 | Резка толстых заготовок |
Ширина реза при плазменной резке составляет приблизительно 1,5-2 диаметра выходного отверстия сопла. При увеличении силы тока или снижении скорости резки ширина реза возрастает. Для получения точных размеров вырезаемых деталей необходимо учитывать коррекцию траектории перемещения плазмотрона на величину, равную половине ширины реза.
Давление плазмообразующего газа
Давление плазмообразующего газа является одним из ключевых параметров, влияющих на качество реза, срок службы электрода и сопла, а также на стабильность процесса резки. Оптимальное давление обеспечивает надлежащее охлаждение плазмотрона, формирование стабильной плазменной дуги и эффективное удаление расплавленного металла из зоны реза.
Рекомендуемые значения давления
Для воздушно-плазменной резки стандартный диапазон рабочего давления составляет 4,5-6,5 бар (0,45-0,65 МПа). Конкретное значение давления определяется типом используемого оборудования, толщиной разрезаемого металла и требуемым качеством реза. Источник питания для плазменной резки подает напряжение без нагрузки в диапазоне между 240 и 400 В.
| Толщина металла, мм | Давление воздуха, бар | Давление воздуха, МПа |
|---|---|---|
| 1-6 | 4,0-4,5 | 0,40-0,45 |
| 6-12 | 4,5-5,0 | 0,45-0,50 |
| 12-20 | 5,0-5,5 | 0,50-0,55 |
| 20-50 | 5,5-6,5 | 0,55-0,65 |
Влияние отклонений давления
При повышенном давлении газа возникают проблемы в начале процесса резки, затрудняется зажигание дуги, уменьшается срок службы электрода вследствие повышенного охлаждения катодного пятна. При пониженном давлении плазмотрон охлаждается недостаточно, что может привести к раздвоению дуги, перегреву и разрушению сопла.
Скорость резки и её влияние на качество
Скорость перемещения плазмотрона является критически важным параметром, определяющим качество поверхности реза, угол скоса кромок, образование шлака и грата. Оптимальная скорость резки представляет собой баланс между производительностью процесса и требуемым качеством обработки.
Признаки правильной скорости резки
При правильно выбранной скорости резки поток искр из-под детали направлен под углом 15-20 градусов в сторону, противоположную направлению движения плазмотрона. Угол между верхней и нижней кромками реза не превышает 3-5 градусов, количество грата и шлака минимально, поверхность кромки получается чистой и требует минимальной механической обработки.
Последствия неправильной скорости
При слишком низкой скорости резки плазменная струя начинает расширяться, что приводит к увеличению ширины реза, образованию наплывов и грата на нижней кромке, появлению большого количества брызг на верхней поверхности детали. Происходит нерациональный расход плазмообразующего газа и перегрев металла.
При чрезмерно высокой скорости резки дуга не успевает проплавить металл по всей толщине, загибается назад, что вызывает деформацию кромок вырезаемой детали. На нижней кромке образуются небольшие твердые бусинки шлака, которые трудно удалить. Может произойти непрорез металла.
Эмпирическая формула для расчета скорости резки
V = K × (I / S)^0,6
где V - скорость резки (м/мин), I - ток дуги (А), S - толщина металла (мм), K - коэффициент материала (0,8-1,2 для различных сталей)
| Толщина углеродистой стали, мм | Ток дуги, А | Скорость резки, мм/мин |
|---|---|---|
| 3 | 40 | 2000-2500 |
| 6 | 80-100 | 1500-1800 |
| 10 | 100-130 | 1000-1200 |
| 15 | 130-160 | 700-900 |
| 20 | 160-200 | 500-700 |
| 30 | 200-250 | 300-400 |
| 50 | 300-400 | 150-250 |
Факельный зазор
Расстояние между срезом сопла и поверхностью разрезаемого металла называется факельным зазором. Этот параметр влияет на устойчивость и плотность плазменной дуги, перпендикулярность кромок реза. Оптимальный факельный зазор составляет 1,5-10 мм в зависимости от толщины металла и режима резки.
Чем больше факельный зазор, тем больше угол наклона кромки реза. При чрезмерно малом зазоре возрастает риск контакта сопла с разрезаемым листом, что приводит к преждевременному выходу из строя сопла и электрода. Для поддержания постоянного факельного зазора современные станки оборудуются автоматическими системами контроля высоты плазмотрона.
Плазмообразующие газы для различных металлов
Выбор плазмообразующего газа оказывает определяющее влияние на качество реза, скорость обработки и экономические показатели процесса. Различные газы обеспечивают специфические характеристики плазменной дуги и подходят для обработки определенных типов материалов.
Сжатый воздух
Воздух является наиболее доступным и экономичным плазмообразующим газом для ручной и автоматической резки. Воздушная плазма хорошо зарекомендовала себя при резке углеродистой стали толщиной до 50 мм, алюминия до 120 мм, меди до 80 мм. Главное преимущество воздуха - универсальность и низкая стоимость. К недостаткам относится насыщение кромки реза оксидом азота (азотирование кромки), что может быть нежелательно для некоторых применений.
Азот
Азот обеспечивает чистый рез нержавеющей стали и цветных металлов, продлевает срок службы электрода и других деталей плазмотрона. Азот применяется при резке нержавеющих сталей, алюминия толщиной 5-20 мм, меди толщиной 5-15 мм. Скорость резки при использовании азота ниже, чем при воздушной плазме, но качество поверхности реза выше.
Кислород
Кислород используется преимущественно для резки углеродистых сталей толщиной до 40-50 мм. Обеспечивает высокую скорость резки и хорошее качество поверхности. Применяется в смеси с водой или как основной газ при двухгазовой резке.
Аргон и водород
Смеси аргона с водородом применяются для резки толстых листов нержавеющей стали (более 20 мм), алюминия толщиной от 20 до 100 мм, меди и медных сплавов. Аргоно-водородные смеси содержат 35-50 процентов водорода. Для алюминия толщиной более 100 мм используются аргоно-водородные смеси с дополнительной стабилизацией дуги сжатым воздухом.
Азотно-водородные смеси
Смеси азота с водородом (65-68 процентов азота и 32-35 процентов водорода) применяются для резки алюминия толщиной от 20 до 100 мм. Использование водородно-азотистой смеси минимизирует нитрирующий эффект на кромках реза.
| Обрабатываемый материал | Толщина, мм | Плазмообразующий газ | Особенности применения |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь | до 50 | Воздух, кислород | Универсальное применение |
| Нержавеющая сталь | до 20 | Азот | Чистая кромка без окисления |
| Нержавеющая сталь | 20-50 | Азот-водород | Высокое качество реза |
| Алюминий | 5-20 | Азот, воздух | Средние толщины |
| Алюминий | 20-100 | Азот-водород | Толстолистовой металл |
| Алюминий | более 100 | Аргон-водород | С дополнительной стабилизацией |
| Медь, латунь | 5-15 | Азот, воздух | Средние толщины |
| Медь | более 15 | Аргон-водород | Требуется мощная дуга |
Таблицы режимов резки
Ниже приведены ориентировочные режимы воздушно-плазменной резки для различных материалов и толщин. Конкретные параметры могут отличаться в зависимости от модели оборудования, типа плазмотрона и требований к качеству реза.
Режимы резки углеродистой стали
| Толщина металла, мм | Сила тока, А | Напряжение дуги, В | Скорость резки, м/мин | Диаметр сопла, мм |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 40 | 100-110 | 2,0-2,5 | 1,0 |
| 6 | 80 | 120-130 | 1,5-1,8 | 1,2 |
| 10 | 120 | 140-150 | 1,0-1,2 | 1,4 |
| 15 | 150 | 150-160 | 0,7-0,9 | 1,5 |
| 20 | 200 | 160-170 | 0,5-0,7 | 1,6 |
| 25 | 220 | 170-180 | 0,4-0,5 | 1,7 |
| 30 | 250 | 180-190 | 0,3-0,4 | 1,8 |
Режимы резки нержавеющей стали
| Толщина металла, мм | Сила тока, А | Плазмообразующий газ | Скорость резки, м/мин |
|---|---|---|---|
| 3 | 50-60 | Азот | 1,8-2,2 |
| 6 | 100-110 | Азот | 1,2-1,5 |
| 10 | 140-150 | Азот | 0,8-1,0 |
| 15 | 170-180 | Азот | 0,6-0,7 |
| 20 | 200-220 | Азот-водород | 0,4-0,5 |
Режимы резки алюминия
| Толщина металла, мм | Сила тока, А | Плазмообразующий газ | Скорость резки, м/мин |
|---|---|---|---|
| 5 | 70-80 | Азот, воздух | 2,0-2,5 |
| 10 | 120-130 | Азот, воздух | 1,5-1,8 |
| 20 | 180-200 | Азот-водород | 0,8-1,0 |
| 50 | 300-350 | Азот-водород | 0,3-0,4 |
| 100 | 450-500 | Аргон-водород | 0,15-0,20 |
Типичные дефекты и ошибки при настройке
Качество плазменной резки зависит от правильности настройки всех технологических параметров. Несоблюдение режимов резки приводит к образованию характерных дефектов, которые можно диагностировать и устранить путем корректировки параметров.
Образование шлака и грата
Шлак представляет собой затвердевший расплавленный металл и оксиды металла, приставшие к нижней части поверхности реза. Грат - это наплывы металла вдоль кромки реза. Образование значительного количества шлака может быть вызвано слишком низкой или чрезмерно высокой скоростью резки.
При медленной резке образуется наплыв шлака вдоль нижней кромки, рез становится слишком широким, появляется чрезмерное количество брызг на верхней поверхности. При высокой скорости резки вдоль нижнего края собираются мелкие твердые капли шлака, которые особенно трудно удалить.
Неперпендикулярность кромок
Отклонение поверхности реза от перпендикулярности (конусность) возникает при неправильном факельном зазоре, несоответствующей скорости резки или чрезмерном износе расходных материалов. Плазменная дуга имеет форму факела, поэтому размер верхней кромки отличается от размера нижней кромки. Приемлемым считается угол конусности около 3-4 градусов.
При слишком большом факельном зазоре угол наклона кромки увеличивается. При чрезмерно высокой скорости резки дуга загибается назад, вызывая деформацию кромок. Изношенное сопло с овальным отверстием также приводит к неперпендикулярности реза.
Растяжение и отклонение дуги
Растяжение дуги может происходить в начале и конце реза, если дуга должна отклониться от прямой перпендикулярной траектории для вхождения в контакт с металлом. Это может привести к прожигу боковой стенки сопла. При пуске на краю заготовки плазменную дугу необходимо зажигать строго по центру над краем заготовки.
Повреждение расходных материалов при пробивке
Пробивка металла плазменной дугой является наиболее сложной операцией, которая значительно влияет на срок службы расходников. Распространенной ошибкой является пробивка при недостаточной высоте плазмотрона над металлом. Это приводит к тому, что расплавленный металл выплескивается из лунки и попадает на сопло и защитные колпачки, разрушая эти детали.
Рекомендуется устанавливать высоту пробивки в 1,5-2 раза больше толщины заготовки. После пробивки высота опускается до рабочего факельного зазора.
Раздвоение дуги
Раздвоение дуги происходит при пониженном давлении газа, недостаточном охлаждении плазмотрона или загрязнении деталей резака. При раздвоении дуга горит не только между электродом и разрезаемым металлом, но и между электродом и соплом, что приводит к быстрому разрушению сопла.
| Дефект | Возможные причины | Способы устранения |
|---|---|---|
| Грат на нижней кромке | Низкая скорость резки, недостаточный ток | Увеличить скорость резки, повысить ток дуги |
| Твердые бусинки шлака | Слишком высокая скорость резки | Снизить скорость резки на 10-15 процентов |
| Непрорез металла | Чрезмерная скорость, недостаточный ток | Снизить скорость, увеличить ток |
| Широкий рез | Низкая скорость, завышенный ток | Увеличить скорость, проверить соответствие тока |
| Конусность кромок | Большой факельный зазор, износ сопла | Уменьшить зазор, заменить изношенное сопло |
| Брызги на верхней поверхности | Низкая скорость резки | Увеличить скорость резки |
| Преждевременный износ электрода | Повышенное давление газа, завышенный ток | Снизить давление, проверить соответствие тока номиналу |
| Нестабильность дуги | Низкое давление газа, загрязнение расходников | Проверить давление, очистить или заменить расходники |
Стандарты качества резки
Качество плазменной резки регламентируется национальными и международными стандартами, которые устанавливают требования к геометрическим параметрам изделий и допуски по качеству.
ГОСТ 14792-80
Стандарт распространяется на детали и заготовки, вырезаемые механизированной плазменно-дуговой резкой из листовой стали (углеродистой, высоколегированной коррозионностойкой, жаростойкой, жаропрочной) и листов алюминия и его сплавов толщиной 5-60 мм. Стандарт устанавливает точность вырезаемых деталей и показатели качества поверхности реза.
Классы вырезаемых деталей устанавливаются в зависимости от наибольших отклонений поверхности реза от перпендикулярности, шероховатости поверхности реза и значения зоны термического влияния. Зона термического влияния для плазменно-дуговой резки включает толщину зоны оплавленного металла.
ГОСТ Р ИСО 9013-2022
Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 9013:2017 и устанавливает геометрические характеристики изделий и допуски по качеству для классификации термических резов материалов, для которых применима кислородная, плазменная и лазерная резка.
Требования применимы для толщин от 0,5 до 150 мм для плазменной резки. Стандарт определяет классы качества по перпендикулярности (конусности) - пять классов, и по шероховатости поверхности реза - четыре класса. Качество кромки реза определяется следующими величинами: неровность, угловой допуск, средняя высота профиля Rz5, интервал борозд, оплавление краев вершин.
Плазменная резка с повышенным обжатием (узкоструйная плазменная резка) позволяет достичь второго-третьего квалитета по ISO 9013, что обеспечивает допуск ±0,2 мм и высокую точность повторения, сопоставимую с лазерной резкой.
Часто задаваемые вопросы
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Информация, представленная в материале, предназначена для технических специалистов и инженеров, работающих с оборудованием плазменной резки. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения изложенной информации на практике. Конкретные параметры настройки оборудования могут отличаться в зависимости от модели плазмореза, типа плазмотрона и условий эксплуатации.
Перед началом работы необходимо внимательно изучить руководство по эксплуатации конкретного оборудования, предоставленное производителем. Все работы по настройке и эксплуатации плазменного оборудования должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением требований техники безопасности и охраны труда. При возникновении сомнений в правильности настройки параметров рекомендуется обращаться к специалистам и технической поддержке производителя оборудования.
Источники
При подготовке материала использовались следующие авторитетные источники:
- ГОСТ 14792-80. Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза
- ГОСТ Р ИСО 9013-2022. Резка термическая. Классификация резов. Геометрические характеристики изделий и допуски по качеству
- ISO 9013:2017. Thermal cutting. Classification of thermal cuts. Geometrical product specification and quality tolerances
- ISO 8573-1:2010. Compressed air. Contaminants and purity classes
- Технические руководства производителей оборудования плазменной резки
- Научно-технические публикации по технологии плазменной обработки металлов
- Справочники по технологии термической резки металлов
