1 стр. из 1

Плазменная технология

В последние годы плазменная резка и сварка являются одними из прогрессивных способов обработки металлов. При этом технология плазменной резки начала применяться в машиностроении более 40 лет назад. Следует отметить, что плазменная резка — это процесс термической резки, в котором для плавления и удаления металла используется сжатая струя высокотемпературной плазмы (ионизированного газа), поступающая из канала сопла плазмотрона.

Первые промышленные аппараты плазменной резки были водоинжекционного типа. В качестве плазмообразующего газа использовался азот или смесь азота и водорода (Н35). Для охлаждения сопла в месте его максимальной тепловой нагрузки подается вода (в аксиальном и радиальном направлении), которая как бы впрыскивается в столб дуги. При этом вода рассматривается как виртуальное сопло, защищающее медное сопло и концентрирующее энергию дуги. В дальнейшем в водоинжекционном процессе в качестве плазмообразующего газа начал использоваться кислород. Отмечаются некоторые преимущества кислородной плазмы перед азотной плазмой. Так, при резке низкоуглеродистой стали обеспечивается повышение скорости резки (без образования окалины), образуются более прямоугольные кромки разреза и др.

 Одним из основных параметров плазменной резки является сила тока плазменной дуги. В настоящее время практическая верхняя граница тока кислородной плазмы составляет 360 A (при большей силе тока сокращается срок службы деталей). А водоинжекционные сопла как правило снабжены керамическим наконечником, который направляет струю воды, изолирует медное сопло и защищает наконечник резака от брызг расплавленного металла. Однако впрыск воды приводит не только к повышению внутренней температуры плазменной струи, но и к ее гашению и охлаждению.

 Более высокую точность и скорость резки обеспечивает плазменная резка с использованием двух газов: плазмообразующего и защитного, который охлаждает наконечник резака и помогает улучшить качество реза. Это достигается за счет выдувания расплавленного материала из разреза, а в некоторых случаях — химического взаимодействия с разрезаемым материалом.

В данном процессе могут использоваться несколько комбинаций плазмообразующего и защитного газов, например, кислород и воздух, воздух и воздух.

 Разновидностями плазменной резки с использованием двух газов является точная плазменная резка и сухая резка плазмой высокой плотности. В технологии точной плазменной резки специальная геометрия сменных деталей (электродов, сопла и металлического защитного наконечника) увеличивает завихрение плазменного газа и обеспечивает большее сжатие плазменной дуги, приводящее к большей плотности плазмы и повышению точности реза. Сухая резка плазмой высокой плотности отличается от традиционной технологии плазменной резки силой тока и геометрией сменных деталей. В большинстве аппаратов силу тока можно непрерывно изменять в диапазоне от 100 до 300 A, а некоторые аппараты могут работать при токе до 600 A. При этом инверторные силовые блоки обеспечивают более равномерный постоянный ток и могут управляться с помощью микропроцессора. В данном случае пульсации выходного тока сводятся до минимума, что приводит к продлению срока службы сменных деталей и более гладкой поверхности разреза. Это важно, если учесть, что к недостаткам технологии сухой резки плазмой высокой плотности относятся сокращение срока службы сменных деталей и высокие эксплуатационные расходы.

 Кроме того, сменные детали для сухой резки больше по размеру и имеют более сложную конструкцию, чем традиционные детали. Продлить срок службы сменных деталей также можно, используя в качестве плазмообразующего газа азот и воздух или смесь кислорода и азота в момент зажигания дуги (в данном случае азот химически менее активен, чем кислород или воздух). При этом сопла сухих резаков имеют удлиненный конический профиль для выполнения косых срезов. Сухая кислородная плазма высокой плотности используется в основном для резки листов низкоуглеродистой стали толщиной от 0,25 до 1,25 дюйма на больших портальных установках. В частности, такая резка используется на судостроительных заводах, а также производителями металлоконструкций, стальных заготовок, вагонов, грузовиков, прицепов и др.

 Следует отметить, что на практике наиболее распространенным плазмообразующим газом является воздух. В настоящее время специалисты считают воздушно-плазменную резку металлов перспективной вследствие простоты, надежности, безопасности и экономичности по сравнению с другими методами резки металлов. При этом обеспечивается высокая скорость резки. Так, для листов металла малых и средних толщин скорость плазменной резки в 2–3 раза выше скорости традиционной газовой резки.

Ведущие производители плазменного оборудования

Одним из лидирующих отечественных предприятий в области разработки, производства и поставки оборудования для воздушно-плазменной резки металлов является компания ООО «Фактор» (ООО «КСТ-Авиа», Москва). Компанией разработаны и производятся аппараты воздушно-плазменной резки металлов марки ПУРМ. Они могут резать различные металлы и сплавы, а именно: сталь (в том числе нержавеющую и высоколегированную), чугун, медь, латунь, бронзу, алюминий, титан и другие толщиной от 1 до 100 мм.

Специалисты компании отмечают, что в настоящее время аппарат воздушно-плазменной резки ПУРМ-320 является самым мощным из выпускаемых в мире аппаратов с воздушным охлаждением плазмотрона. Он предназначен для разделительной резки любых металлов и сплавов толщиной до 80 мм, а аппарат ПУРМ-320 A/ВА — до 70 мм. При этом ПУРМ-320 ВА имеет водяное охлаждение плазмотрона, что существенно увеличивает ресурс катода (электрода, а анодом является разрезаемый металл).

Наиболее мощным аппаратом, является ПУРМ-400 В, который предназначен для резки металлов и сплавов толщиной до 100 мм. Аппарат оснащен автономной системой охлаждения плазмотрона водой и может работать в двух режимах (на половинную и полную мощность), что позволяет экономить электроэнергию.

Все аппараты ПУРМ могут использоваться для работы в полевых условиях (в том числе в регионах Крайнего Севера) при температурах от –30 0C до +40 0C и при высокой влажности.

Следует отметить, что аппараты ПУРМ-160 А, 180 МА, 320 А/ВА имеют плавную регулировку тока и могут использоваться на машинах термической резки, в том числе с числовым программным управлением (ЧПУ). В частности, таким оборудованием является пятикоординатная машина термической резки металлов (ПМТР) «Вертикаль», выпускаемая ООО «КСТ-Авиа».

С ее применением вырезаюся заготовки сложной конфигурации с высокой точностью и качеством поверхности реза.

Другая шарнирно-консольная машина термической резки (ШКМТР) «Стрела-ПЛ» была разработана в 2005 г. и заменила использованные ранее в бывшем СССР шарнирно-консольные машины серии «АСШ». Машина «Стрела-ПЛ» предназначена для вырезки деталей из листового металлопроката по шаблону (с помощью магнитного копировального устройства) или с применением циркулярного устройства. Она представляет собой колонну с поворотной траверсой, вдоль которой перемещается каретка с резаком. ШКМТР «Стрела-ПЛ» обеспечивает также высокую скорость перемещения резака (до 6 м/мин.) и более высокую точность воспроизведения заданного контура.

фирмой ООО «Промтехкомплекс» (г. Новосибирск) разработан автоматизированный комплекс плазменной резки металлов, представляющий собой координатный стол, на портале которого в зависимости от толщины раскраиваемого материала помещается определенный тип режущей головки (плазмотрона). Раскрой металла производится с помощью плазмотрона при температуре от 15 тыс. до 30 тыс. 0C (низкотемпературная плазма). При этом в результате ионизации газа (или газовой смеси) электрическим зарядом возникает плазменная струя. Под действием термической и кинетической энергии ионизированного газового потока (плазмы) разрезаемый металл плавится и стекает по отводному каналу. Резка металла происходит в процессе передвижения портала и режущей головки.

 Управление плазмотроном осуществляется с помощью ЧПУ нового поколения, соединенного с персональным компьютером (первые разработки подобных машин с ЧПУ были начаты в бывшем СССР в 80-е гг. прошлого века). На автоматизированном комплексе раскрой листов стали и цветных металлов выполняется с высокой точностью резки и позиционирования.

Полный цикл производства станков воздушно-плазменного раскроя металла — от конструкторских разработок до изготовления и тестовых испытаний — осуществляет отечественная компания «Мастер-Маш» (Москва). В течение двух последних лет компания выпускает станки Master Cut PR 3000/1500 и PR 6000/1500, предназначенные для воздушно-плазменного раскроя листового металла. Эти станки оснащены источниками плазменной резки типа Hypertherm Powermax 1 000CE/1250CF (США) и имеют рабочую зону 3 000х1 500 мм и 6 000х1 500 мм.

Толщина разрезаемого материала составляет: для стали прочностью 400 Н/кв. мм — до 12 мм, нержавеющей стали прочностью 650 Н/кв. мм — до 9 мм. При этом плазменный стол может комплектоваться необходимым количеством разматывателей и правильно-подающим устройством.

Известные компании ЗАО «Мидасот-Т» (Москва) и ЗАО «Электрик-МИКС» (Санкт-Петербург) предлагают отечественным предприятиям мобильные установки для ручной и механизированной резки в полевых, монтажных и цеховых условиях типа УПР 1210. Установки оснащены пневматикой фирмы SMC Corporation (Япония) и блоком подготовки воздуха (влагомаслоотделителем). Предусмотрена также раздельная регулировка давления плазмообразующего и охлаждающего воздуха. Данное оборудование предназначено для резки нержавеющей стали, алюминия, меди и ее сплавов. Кроме того, предлагаются установки воздушно-плазменной резки УПР-51 и УПР-2010 (с диапазоном регулирования тока, соответственно, 25–40 А и 90–200 А), а также установка с водяным охлаждением АПР-406 (диапазон 100–400 А). Водяное охлаждение позволяет увеличить срок службы быстроизнашиваемых деталей и обеспечивает высокую скорость резки.

Следует отметить, что ЗАО «Электрик-МИКС» является генеральным дистрибьютором ОАО «Завод Электрик», авторизованным дистрибьютором известной американской компании The Lincoln Electric Company. На российском рынке представлен аппарат для плазменной резки PRO-CUT 80, производимый этой компанией. Данный аппарат обеспечивает высокое качество резки металлов толщиной до 25 мм (при выходном токе 85 А) и имеет простую конструкцию с небольшими габаритами (348х419х724 мм) и весом (43 кг). Источник питания аппарата PRO-CUT 80 и горелка PCT 80 защищены 6-ю патентами. В конструкции горелки используется технология «Двойная закрутка», что обеспечивает быстрый переход от «дежурной» к основной резательной дуге и возможность выполнения строжки (важно для аппарата небольшого размера). С помощью такой горелки вторичное поджигание дуги происходит в пределах 50 м/сек. Специалисты отмечают, что другие горелки не обладают такими возможностями. При этом сменные детали, изготовленные по технологии VorTech, образуют плотную плазменную дугу, обеспечивающую высокую скорость и мощность резки.

Аппараты воздушно-плазменной резки МПУ-2У3 и МПУ-103У3 выпускает ОАО Уральское производственное предприятие «Вектор» (ОАО УПП «Вектор»). В частности, передвижная установка МПУ-103У3 предназначена для резки черных и цветных металлов, а также нержавеющей стали толщиной от 0,2 до 25 мм.

Современные плазменные генераторы (плазмотроны) производит фирма ЗАО «Орион Гринева» (Санкт-Петербург). Выпускаемый фирмой плазмотрон ПМР-74 применяется для механизированной воздушно-кислородной плазменной резки токопроводящих материалов и широко используется для раскроя листов с диапазоном толщин от 4 до 100 мм. Для аналогичной резки материалов предназначен также плазмотрон ПР-502. Специалисты отмечают, что по техническим характеристикам, форме и посадочным размерам он полностью взаимозаменяем с плазмотроном ПВР-402, используемым в машиностроении. Изменения, введенные в конструкцию плазмотрона ПР-502, позволили значительно упростить работу оператора по его обслуживанию.

При этом для плазмотрона ПР-502 использован электрод ЭП-05 и сопло СПР-3, а для ПМР-74 — соответственно, ЭП-03 и СПР-6.

Для работы плазмотронов ПМР-74 и ПР-502 могут быть использованы различные источники питания плазменной дуги (в том числе типа АПР-402, АПР-403, Киев-4М и др.). При необходимости эти плазмотроны используются на специальных машинах термической резки (типа «Кристалл», «Гранат», «Енисей» и др.).

Известная компания ОАО «Мультиплаз» (Москва) разрабатывает, производит и реализует портативные универсальные плазменные аппараты, предназначенные для резки, сварки, пайки и термической обработки металлов, а также других материалов. При этом производство плазмотронов осуществляется по уникальной технологии (по лицензионному договору). В частности, фирмой разработан портативный плазменный аппарат «Мультиплаз-2500 М» (заменивший снятую с производства модель «Мультиплаз-2500»), серийный выпуск которого осуществляется с октября 2005 г. Аппарат состоит из плазменной горелки и блока питания и, по информации специалистов, не имеет аналогов. В случае выполнения процесса резки в качестве плазмообразующей среды используется водяной пар (в горелку заливают примерно 70 г воды, которой достаточно на 20–30 мин. непрерывной работы). С помощью «Мультиплаз-2500 М» можно резать металлические и неметаллические (негорючие) материалы, в том числе некоторые типы стали толщиной до 10 мм. Этот легкий аппарат (вес порядка 6,5 кг) применяется в жилищно-коммунальном комплексе, авторемонтных мастерских, при монтаже и ремонте трубопроводов, в атомной промышленности и т. д.

Кроме того, компанией «Мультиплаз» разработаны и представлены на внутреннем рынке два новых специализированных аппарата для воздушно-плазменной резки «Мультиплаз-7500» и «Мультиплаз-15000» (номинальная мощность, соответственно, до 7,5 и 15 кВт, расход сжатого воздуха — 250 и 480 л/мин.). Эти аппараты (фото 3) по техническим характеристикам конкурируют с импортными аналогами и обеспечивают высокие скорости воздушно-плазменной резки при ее высоком качестве (отсутствие коробления, наплывов, грата и т. д.). Они применяются в различных отраслях при операциях раскроя металла и др.

На российском рынке широко представлено оборудование для плазменной резки, производимое украинскими компаниями. Так, продукцию известной украинской компании ОАО «Зонт» (бывший «Автогенмаш», г. Одесса), представляет фирма ООО «Автогенмаш» (г. Тверь) с 2001 г. Потребителям предлагаются портальные машины с ЧПУ для микроплазменной резки тонколистового металла серии «Метеор», современные машины термической резки с плазменно-кислородной оснасткой «Комета 2М» и т. д.

Другая одесская компания НПП «Техмаш» предлагает различные плазменные системы и технологии, в том числе с использованием обычной плазменной резки (применяется один газ, обычно воздух, или азот), резки с раздельной подачей двух газов (плазмообразующего и защитного), резка плазмой высокой плотности (высокая точность и качество реза), а также подводной плазменной резки. Применение плазменной резки под водой используется для плазмы большой мощности с током более 100 А. При подводной резке лист металла погружается в воду на 50–90 мм, и процесс резки происходит при погруженном в воду резаке. При этом происходит значительное уменьшение уровня шума от плазменной дуги, поглощение вырабатываемого дыма и ультрафиолетового излучения. Подводная плазменная резка получила большое распространение в связи с повышением требований к экологической чистоте производства. Однако при этом процессе скорость реза уменьшается на 10–20%, причем отсутствует визуальный контроль со стороны оператора за качеством реза.

Мобильный агрегат воздушно-плазменной резки «Мавр-150» предлагает украинская компания ОАО «Артем-Контакт», которая является дочерним предприятием Государственной акционерной холдинговой компании «Артем» (ГАХП «Артем», г. Киев). Этот агрегат предназначен для ручной или автоматизированной резки низкоуглеродистых и нержавеющих сталей, алюминия и других металлов в широком диапазоне толщины (до 50 мм) с регулированием мощности от 50 до 150 А.
На российском рынке оборудования для плазменной резки представлена также продукция ведущих зарубежных компаний. Так, ООО «Абикор Бинцель Сварочная Техника» (Москва) является дочерней фирмой известной группы предприятий Abicor Binzel (Германия) и предлагает для отечественных предприятий плазменные резаки Abiplas Cut мощностью от 70 до 150 А.

В качестве плазмообразующего и охлаждающего газа во всех процессах резки используется сжатый воздух. Надежная конструкция и оптимальное охлаждение обеспечивают длительный срок эксплуатации резака как в ручном, так и в автоматическом режиме. Наряду с воздушными резаками, фирма представляет плазменный резак жидкостного охлаждения Abiplas Cut мощностью до 200 А (при 100% ПВ). Резаки Abiplas Cut имеют современный дизайн, отличаются высокой эффективностью и качеством резки.

Современные системы плазменной резки MultiCam, плазменные станки серий 1 000, 3 000 и 6 000 представляет на российском рынке фирма We R. Supply (Москва), которая является эксклюзивным дистрибьютором компании MultiCam. Следует отметить, что станки серии 6 000 разработаны специально для промышленного раскроя металлов, имеют высокую производительность (максимальная скорость резки — 423 мм/сек.) и позволяют работать с тяжелыми крупногабаритными листами.

 Кроме того, на отечественном рынке предлагается оборудование для плазменной резки других известных зарубежных фирм: SAF–AirLiguide Welding и ElmaTech (Германия) Carbonini и Telwin (Италия) и т. д. Большинство рассмотренного оборудования было представлено компаниями и фирмами на международных специализированных выставках Weldex/Сварка, Mashex/Машиностроение и др.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!