Плазменная резка металла — метод, который используется в промышленности уже несколько десятков лет. Первоначально таким способом резали в основном нержавеющую и черную сталь, а также алюминий. Однако сегодня этот метод позволяет быстро разрезать все материалы, проводящие электричество, на что повлияло развитие технологий. Что такое плазма и как с ее помощью резать металл?
Что такое плазменная резка?
Плазма — это ионизированное вещество, которое часто называют четвертым состоянием материи. По структуре она похожа на газ, но отличается от него более высокой ионизацией частиц. Плазма проводит электричество, что связано с большим количеством ионов с разным зарядом и свободных электронов. Ее сопротивление уменьшается с повышением температуры (что отличает ее от металлов). В зависимости от силы протекающего в ней тока можно выделить три состояния плазмы:
- черный ток — не излучается видимый свет с очень низкой интенсивностью,
- светоотдача — бывает при большей интенсивности, такое явление можно наблюдать в люминесцентных лампах,
- образование электрической дуги — возникает при увеличении силы тока и превышении предельного значения. Это свойство используется при сварке и плазменной резке.
Как выглядит плазменная резка? Этот процесс включает плавление и выталкивание металла из разреза с помощью высококонцентрированной плазменной электрической дуги. Она имеет высокую кинетическую энергию и разгорается между отрезанным элементом и плавким электродом. Плазма производится с помощью специальной горелки. Через раскаленную дугу пропускается поток сжатого газа, что приводит к ее ионизации, поток плазмы создается за счет высокой концентрации мощности, а за ее концентрацию отвечает установленное в горелке сопло. Стенки сопла охлаждаются, что приводит к сужению столба дуги.
Плазменная резка происходит с использованием очень высокой температуры в ядре дуги (от 10 000 до 30 000 К) и высокой скорости потока плазмы. В результате разрезаемый материал плавится и выдувается из расплава. Воздух обычно используется в качестве плазменного газа, но в случае оборудования большой мощности используются:
- водород,
- аргон,
- углекислый газ,
- азот,
- соответствующие смеси (аргон-гелий и аргон-водород).
С помощью плазмы можно резать такие материалы, как легированная и углеродистая сталь, латунь, чугун, медь или алюминий и его сплавы.
В чем преимущества и недостатки плазменной резки?
Метод плазменной резки имеет ряд существенных преимуществ. Одним из важнейших является возможность достижения очень высокой скорости работы, зачастую даже в 7 раз превышающей скорость кислородно-газовой резки. Также очень важно, чтобы при плазменной резке материала его поверхность не нагревалась до очень высоких температур и не было риска значительного изменения его структуры. Другими преимуществами плазменной резки являются:
- хорошее качество разрезаемой поверхности,
- небольшой режущий зазор,
- возможность быстро пробить материал,
- легкая автоматизация процессов,
- возможность точного раскроя по шаблону,
- широкий диапазон толщины реза от 0,5 мм до 160 мм,
- возможность резки материалов по диагонали и по вертикали.
Хотя плазменная резка — современный и эффективный метод, он не лишен недостатков. Процесс резки материала сопровождается очень сильным шумом, создаваемым резаком, а также выделяется большое количество дыма и газов (хотя это можно устранить, выполняя плазменную резку под водой). Оператор устройства также подвергается воздействию УФ-излучения. Из-за того, что края материала нагреваются плазмой, часто бывает трудно удержать их перпендикулярно. Верно, что структурные изменения происходят не на всей поверхности вырезаемого элемента, но иногда они могут наблюдаться в зоне реза.
