Плазменная резка

Раздел ГРНТИ: Сварка
Ширшов И.Г., Котиков В.Н.
Машиностроение, 1987 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка

РЕЗКА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Листовой прокат из стали всех марок, алюминия и его сплавов мо­жет разрезаться методом плазменной резки с использованием ручных резаков, переносных машин, а также на стационарных машинах с цифро­вым, фотоэлектронным и линейным управлением. Резка производится ду­гой прямого действия при прямой полярности.
Перед началом плазменной машинной резки необходимо проверить состояние оборудования и убедиться в его исправности. Установить рас­ход плазмообразующей среды по таблице режимов. Проверить действие системы охлаждения плазменного резака. Задать необходимую скорость резки по таблице режимов и программу резки. Прежде чем приступить к вырезке деталей, следует проверить режимы резки на пробной планке из того же металла и той же толщины, что и разрезаемый металл.
При использовании в качестве плазмообразующей среды воздуха, азота, воздуха с водой, кислорода и кислорода с водой следует применять плазменные резаки с вихревой стабилизацией дуги, а при использовании аргона с водородом — плазменные резаки с осевой стабилизацией.
 
Во всех случаях процесс резки листа может начинаться или с кромки, или с середины листа.
Резка с середины листа, в свою очередь, может производиться, начи­ная с кромки предварительно просверленного отверстия, диаметр которого не должен быть менее 6 мм, или после пробивки металла непосредственно плазменной дугой. Предварительное сверление отверстий применяется лишь при резке металла большой толщины, когда невозможно пробить металл плазменной дугой, так как сверление отверстий связано с потерями времени и с неудобством выполнения работы, особенно при резке на ста­ционарных машинах. При ручной резке стали, меди и сплавов на медной основе сверление отверстий обычно применяют при толщине более 40 мм, а при резке алюминиевых сплавов — более 50 мм. При резке переносными машинами и на стационарных машинах предварительное сверление отвер­стий производится при толщине разрезаемого металла более 28 мм для всех металлов.
 
Пробивка металла плазменной дугой является наиболее сложной опе­рацией плазменной резки.
Капли расплавленного металла в момент пробивки выдуваются ре­жущей струей из кратера, образующегося в листе, и загрязняют наруж­ную поверхность сопла и кожуха резака. В некоторых случаях они могут создать сплошной мостик между соплом и разрезаемым листом, что при­водит к образованию двойной дуги. Для предотвращения этого явления резак в момент пробивки должен быть поднят над листом на 20—25 мм, т. е. значительно выше, чем при резке. С другой стороны, для надеж­ного соприкосновения с разрезаемым листом факела вспомогательной дуги, обеспечивающего возбуждение режущей дуги, резак дол­жен быть удален от листа перед началом резки на 10—12 мм. В связи с этим приходится возбуждать дугу при опущенном резаке, а затем приподнимать его после возникновения прямой дуги и вновь опускать в рабочее положе­ние после того, как металл будет пробит струей плазмы насквозь.
 
При ручной резке и резке переносными машинами приподнимание ре­зака для пробивки производится вручную, а момент окончания пробивки и начала опускания резака определяется визуально по появлению сквоз­ного отверстия. При резке на стационарных машинах приподнимание и опускание резака на время пробивки металла может также производить­ся оператором машины вручную путем нажатия кнопок на пульте управ­ления машины, а момент окончания пробивки определяется визуально. Однако современные стационарные машины имеют несложные реле време­ни, при помощи которых резак автоматически приподнимается для осу­ществления процесса пробивки и опускается в рабочее положение для начала перемещения по траектории резания.
При автоматической пробивке ее осуществление контролируется не визуально, а по времени, затрачиваемом на пробивку металла определен­ной толщины. При этом под временем пробивки понимается промежуток времени от начала возбуждения режущей дуги до начала движения ре­зака по заданной траектории.
В этом промежутке с помощью автоматики машина осуществляет возбуждение режущей дуги, приподнимание резака в начале пробивки отверстия и опускание его после окончания пробивки. Продолжитель­ность остановки резака при пробивке металла задается в зависимости от толщины разрезаемого металла.
 
В случае выполнения пробивки непосредственно на линии контура де­тали при машинной резке требуется очень точная регулировка времени пробивки. При недостаточной выдержке металл не пробивается на всю тол­щину и прорезается уже в процессе движения резака. В результате этого в начале реза у нижней кромки остается участок непрорезанного металла. При чрезмерно продолжительной остановке резака диаметр пробитого отверстия превышает ширину реза. На кромке детали остается выхват, ухудшающий внешний вид и затрудняющий последующую сварку.
Подбор оптимальной продолжительности времени пробивки для каж­дой толщины листа значительно усложняет процесс регулирования систе­мы управления дугой перед резкой. Кроме того, незначительное изменение внешних условий, например изменение напряжения питающей сети, давле­ния сжатого воздуха, расстояния между резаком и металлом, приводит к тому, что ранее установленная выдержка оказывается для данных усло­вий неправильной и в точке пробивки образуется или непрорез, или слиш­ком большое отверстие. В связи с этим рекомендуется продолжительность пробивки устанавливать таким образом, чтобы обеспечить надежное проплавление металла, а пробивку производить в стороне от контура выре­заемой детали (на отходе). Практически при резке стали толщиной 6—20 мм можно использовать одну выдержку времени, равную приблизительно 2 с; расстояние от места пробивки до контура вырезаемой детали при плаз­менной резке зависит от толщины детали следующим образом:
Толщина разрезаемого металла, мм.....       15        16—20    21—30    31—50
Расстояние от места пробивки, мм......        5—6       6—7       7 8       20—25
 
Однако и в данных условиях продолжительность пробивки не следует делать слишком долгой, так как отверстие становится настолько большим, что для обеспечения контакта между металлом и столбом плазменной дуги последний должен сильно искривиться. Это приводит к соприкосновению столба дуги со стенкой сопла, в результате чего происходит либо сраба­тывание системы автоматической защиты сопла, либо оплавление его сте­нок, либо отрыв дуги.
Плазменную резку алюминия и его сплавов следует выполнять в среде аргона с водородом. Допускается резка в среде азота, воздуха, воздуха с водой и кислорода с водой.
 
Большим преимуществом аргона является способность устойчиво под­держивать плазменную дугу при небольших напряжениях и малом токе. В связи с этим аргон применяется, главным образом, при ручной резке лис­тов из алюминиевых сплавов сравнительно небольшой толщины (до 12— 20 мм). Недостатком аргона является относительно малая проплавляю­щая способность плазменной струи и, как следствие, наименьшая по срав­нению со всеми другими газами скорость резки. Однако при ручной рез­ке физиологические возможности резчика ограничивают скорость ведения процесса. В связи с этим при резке тонколистового алюминия малая проплавляющаяся способность аргоновой плазмы практически не оказы­вает влияния на производительность резки.
Добавка к аргону водорода резко повышает скорость резки. Однако во­дород, диссоциируя на атомы в приэлектродной области, отнимает у элек­трода значительное количество теплоты, т. е. оказывает на дугу гасящее действие. Он может охладить катодное пятно настолько, что термоэлек­тронная эмиссия прекратится и дуга прервется. Зажечь плазменную дугу в атмосфере водорода при тех же напряжениях и токе вспомогательной дуги, которые применяются в существующих установках, не удается. В связи с этим возбуждение дуги производят в среде аргона и только после получения режущей дуги добавляют к аргону водород. Соотношение между аргоном и водородом зависит от вида резки и толщины разреза­емого металла.