Преимущества и недостатки услуг плазменной резки

Процесс плазменной резки — это процесс обработки листового металла. Он стал одним из самых популярных и широко используемых термических процессов резки в промышленном производстве. Способность точно и быстро резать все проводящие металлы делает его универсальным выбором для множества применений. Однако, как и любой процесс, плазменная резка имеет свои преимущества и ограничения.

Преимущества плазменной резки

Скорость резки

Одно из самых значительных преимуществ процесса плазменной резки — это его очень высокая скорость резки. Плазменные системы могут выполнять прямые резы со скоростью более 100 дюймов в минуту на тонком металле толщиной менее 1/4". Это примерно в 2-3 раза быстрее, чем такие процессы, как кислородно-газовая резка или лазерная резка. Высокая скорость достигается за счёт того, что плазменная струя плавит очень узкую ширину реза — всего от 1/16" до 1/8".

Плазма сохраняет более высокие скорости резки и на толстых стальных листах, чем другие методы. Скорость резки достигает 30–40 дюймов в минуту на мягкой стали толщиной 1" при использовании плазменных резаков с высоким током. Эта производительность делает плазменную резку идеальной для производств с высоким объемом и резки толстых материалов.

Качество реза

Плазменная резка обеспечивает безупречные и точные края реза с гладкой поверхностью, требующей минимальной последующей обработки. Меньшая зона термического воздействия и окисление от плазменной дуги создают квадратный, плотный рез с минимальным прилипанием шлака. Это преимущество перед другими методами термической резки.

Суженная колонна плазменной дуги, проходящая через сопло горелки, обеспечивает отличное качество реза. Она концентрирует тепло в интенсивную струю, которая чисто плавит металл. Можно получить детали и формы с высокой точностью резки с минимальной необходимостью последующей очистки.

Возможности резки по толщине

Услуги плазменной резки обеспечивают способность резать толстые металлы, недостижимую другими методами, кроме кислородно-газовой резки. Плазменные резаки с высоким током в диапазоне 80–200 ампер могут надежно резать мягкую сталь толщиной от 1/4" до 2" за один проход. При многократных проходах и фасках можно резать материалы толщиной более 6".

Сосредоточенная плазменная дуга позволяет теплу проникать в более толстые материалы и обеспечивать надежный полный разрез. Операторы не должны беспокоиться о толщине металла, ограничивающей лазерную или гидроабразивную резку.

Низкая стоимость процесса

Общие эксплуатационные расходы плазменной резки относительно невысоки по сравнению с другими методами резки. Основным расходным материалом является сжатый воздух или азот, а также периодическая замена деталей горелки, таких как электроды и сопла. Однако эти затраты значительно ниже, чем затраты на газ для лазера или абразивные материалы для гидроабразивной резки.

Стоимость оборудования для плазменных систем также находится на нижнем уровне среди промышленного режущего оборудования. Даже высокопроизводительные автоматизированные плазменные столы стоят разумно по сравнению с лазерными или гидроабразивными системами с аналогичной мощностью резки. Экономическая эффективность этой технологии делает её доступной для большинства производственных предприятий.

Универсальность резки

Плазменные резаки могут резать все электрически проводящие металлы: от мягкой и нержавеющей стали до алюминия, латуни и медных сплавов. Также эффективно режут окрашенные или ржавые металлы и материалы с некоторыми поверхностными загрязнениями. Такая универсальность поддерживает широкий спектр производственных и ремонтных задач.

Плазменная дуга концентрируется в узкий столб, что позволяет резать мелкие и сложные узоры, выполнять пробивку отверстий или гравировку металла. Можно создавать прецизионные детали с детализированными контурами и критически важными допусками.

Ограниченная зона термического воздействия

Плазменная струя концентрирует тепло в узкой зоне на поверхности материала. Это означает, что зона термического воздействия с каждой стороны линии реза очень мала. Сосредоточенный столб плазмы минимизирует деформацию и разрушение металла, которые наблюдаются при кислородно-газовой или абразивной резке.

Детали подвергаются меньшему термическому повреждению и деформации, что снижает потребность во вторичной механической обработке или шлифовке. Сварка рядом с зоной реза становится проще, поскольку свойства материала вне линии реза остаются неизменными — в целом уменьшается количество отходов материала и труда.

Портативность и конструкция

По сравнению с альтернативами, такими как лазерные или гидроабразивные резаки, плазменные системы легкие и компактные. Ручные горелки позволяют оператору поднести резак к изделию, а не наоборот. Работа на месте гибкая, подходит для ограниченных пространств или наружных условий резки.

Расходные детали горелки и прочный дизайн плазменных резаков также делают их хорошо приспособленными для строительных площадок и тяжелых производственных работ по резке. Они выдерживают больше грязи, вибраций, погодных воздействий и грубого обращения по сравнению с другими точными режущими инструментами.

Недостатки плазменной резки

Ограничения для сильно отражающих металлов

Плазменная дуга зависит от электрической проводимости для резки материала. Однако такие металлы, как алюминий, латунь и медь, имеют сильно отражающую поверхность, из-за чего трудно поддерживать хороший контакт между плазменной дугой и заготовкой. Дуга склонна «отскакивать», а не проникать в материал, что может привести к неравномерному резу.

Для этих металлов разработаны специальные методы плазменной резки, но обычно они включают более низкие скорости резки. Результаты всё равно должны соответствовать удобству резки мягкой стали. Для алюминия и медных сплавов предпочтительнее использовать лазерную резку для лучшей производительности.

Ограничения при резке тонких материалов

Хотя плазма может резать толстые материалы, при резке хрупких металлов толщиной менее 1/8" существуют ограничения. Высокое давление газа и сила дуги выдувают эти тонкие материалы. Точная резка также становится затруднительной на тонких листах.

Альтернативные процессы, такие как лазерная или гидроабразивная резка, лучше подходят для тонких листов металла. Плазменную резку следует ограничивать толщиной 1/8" и выше для достижения наилучших результатов.

Удаление поверхностных покрытий

Перед началом плазменной резки необходимо удалить краску, порошковое покрытие, эпоксидную смолу и другие отделочные материалы с поверхности в зоне реза. Эти покрытия изолируют металл от хорошего электрического контакта с плазменной дугой. По пути реза необходимо очистить 6-8" полоску до голого металла.

Поверхностные покрытия также вносят загрязнения в прорезь, что снижает качество реза. Вторичная очистка увеличивает время и стоимость по сравнению с резкой по голому металлу.

Возможности точности резки

Хотя плазменная резка достаточно точна для многих применений, процесс не может сравниться с возможностями точности лазерной или гидроабразивной резки. Эти процессы обеспечивают более узкие прорези и более стабильную геометрию реза. Обычно плазма удерживает допуски в пределах +/- 0,005" до 0,020", в зависимости от толщины материала.

Для сверхточных деталей, требующих допусков резки в пределах +/- 0,005" и минимальной зоны термического воздействия, плазма не является идеальным выбором. Незначительный, но заметный конический эффект прорези и тепловые воздействия ограничивают максимально возможную точность.

Снижение скорости резки на толстых материалах

Как упоминалось ранее, плазменная резка достигает очень высоких скоростей на тонких металлах. Однако при резке стальных плит толщиной более 1" скорость резки значительно падает до 10–30 дюймов в минуту, в зависимости от толщины реза и силы тока.

Хотя эти скорости резки толстых металлов всё ещё быстрее альтернативных методов, это означает меньшую производительность плазмы для тяжелых производственных задач с использованием толстых стальных плит. Это может стать ограничением для предприятий, работающих с большими толщинами.

Коническая форма реза

Все термические процессы резки вводят некоторую степень конусности прорези, при которой ширина входа реза немного уже ширины выхода. Это вызвано трением стенок материала, которые сужаются по мере углубления прорези. При плазменной резке конусность обычно составляет 1–3 градуса.

Хотя это не является серьезным недостатком для многих применений, конусность прорези приводит к некоторым изменениям размеров сверху вниз. Для точных резов может потребоваться компенсация программных размеров. Коничность более выражена на более толстых материалах.

Требования к закреплению

Заготовка должна быть надежно зажата или закреплена, чтобы максимизировать высокие скорости и качество резки плазмой. Любые вибрации или движение заготовки во время резки приведут к погрешностям размеров и скруглению линий реза. Снятие подложки также становится затруднительным.

Правильное закрепление требует дополнительного времени на подготовку и затрат. Системы водяных столов, которые погружают и поддерживают металл, идеальны, но требуют значительных инвестиций. Для других методов резки, таких как ручная кислородно-газовая резка, закрепление менее критично.

Отклонения пути реза

Подобно эффекту конусности, плазменная резка может вызывать небольшие колебания дуги и отклонения пути по мере углубления прорези в материал. Это может привести к смещению места выхода реза более чем на ширину прорези. Точная резка зависит от поддержания точной геометрии пути реза.

Любая нестабильность плазменной дуги или вибрации заготовки будут усилены по всей толщине материала. Хотя автоматизированные CNC-системы компенсируют большую часть отклонений, точность резки все же может пострадать.

Замена сопла и электрода

Сопло горелки и внутренний электрод являются обычными расходными деталями, которые изнашиваются при использовании. Отверстия сопла со временем разрушаются из-за прохождения горячей плазменной струи. Электроды постепенно эродируют из-за дуги, создающей плазму.

Эти детали необходимо заменять после определенного количества запусков дуги и минут резки. Сопла могут потребовать замены даже ежедневно при интенсивной эксплуатации машин. Это значительно влияет на общие эксплуатационные расходы плазменной резки.

Шум

Плазменная дуга при резке создает высокий уровень шума, в среднем около 85-95 децибел возле зоны реза. Это превышает допустимый OSHA уровень 85 дБ для длительного воздействия. Оператору системы и лицам поблизости обязательно использовать средства защиты слуха.

Необходимо учитывать потребность в средствах защиты слуха и потенциальные риски для здоровья работников из-за уровня шума. Шум также может отвлекать в цехах с несколькими одновременно работающими операциями.

Образование дыма и пыли

Плазменная дуга взаимодействует с металлом, испаряя основной материал и нагревая воздух, создавая оксидный слой. Происходит выделение значительных объемов пыли и дыма, которые должны улавливаться и фильтроваться системами вытяжки. Пыль содержит токсичные металлы, такие как хром, никель и марганец, представляя угрозу здоровью.

Установка промышленных систем удаления дыма, проектирование соответствующих кожухов и покупка фильтрующих систем являются затратными. Плохое удаление дыма приводит к распространению пыли в рабочей среде. При использовании плазмы крайне важна правильная вентиляция.

Высокие требования к силе тока

Плазменная резка требует источников питания с очень высоким током — от примерно 30 ампер для ручных горелок до 300 ампер для ЧПУ-станков. Такое постоянное потребление энергии требует мощного электроснабжения, модернизированной электропроводки, специальных разъемов для высокого тока и защиты от перенапряжений.

Обеспечение необходимой электрической инфраструктуры — это фактор затрат для предприятий, устанавливающих плазменные системы. К счастью, источники питания преобразуют входящий переменный ток во внутренний постоянный, поэтому трехфазное питание не требуется. Но емкость линий по току должна быть гарантирована.

Плазменная резка обеспечивает отличное качество реза и высокие скорости, недостижимые другими методами резки металлов. Это экономичный и универсальный производственный процесс. Однако ограничения, связанные с сильно отражающими металлами, точностью допусков, шумом и дымом, необходимо учитывать при выборе плазменного оборудования. Для многих производств преимущества в производительности перевешивают недостатки плазменных резаков.