Плазморез как инструмент резки металла¶

Плазморез (аппарат плазменной резки) — устройство для термической резки электропроводящих материалов с помощью сжатой электрической дуги, которая пропускается через поток газа и формирует высокотемпературную плазму. Применяется главным образом для раскроя металлов: углеродистой и нержавеющей стали, алюминия, меди, латуни. Относится к классу оборудования для термической резки наряду с газокислородной резкой и лазерной резкой.

¶Принцип действия

В основе работы лежит преобразование электрической энергии в тепловую. Между электродом (катодом) и разрезаемым металлом (анодом) зажигается дуга. Через сопло под давлением подаётся газ — воздух, азот, аргон, кислород или их смеси. Газ обжимает дугу, ионизируется и переходит в состояние плазмы с температурой в столбе дуги порядка 10 000–30 000 °C. Плазма расплавляет металл, а её поток выдувает расплав из зоны реза, образуя узкий проплав.

Ключевая особенность — механическое сжатие дуги узким каналом сопла, за счёт чего повышается плотность тока и температура, а рез получается узким и относительно чистым.

¶История

Плазменную резку разработали в середине XX века в СССР. В 1950-х годах в Институте металлургии имени А. А. Байкова АН СССР под руководством В. С. Кузнецова и в других организациях велись работы по созданию плазмотронов. В 1960-х годах метод начал применяться в промышленности, а с развитием инверторной техники в 1990–2000-х годах появились компактные и недорогие аппараты для ручной резки.

¶Классификация

По способу применения:

• Ручные плазморезы — портативные аппараты с плазменной горелкой, удерживаемой оператором вручную.
• Портальные и стационарные машины — установки с ЧПУ для раскроя листового металла.
• Промышленные комплексы — высокомощные системы для толстого металла и высокой производительности.

По типу источника питания:

• Трансформаторные — тяжёлые, рассчитаны на большую мощность.
• Инверторные — лёгкие, с высоким КПД и стабильной дугой; наиболее распространены в быту и малом производстве.

По роду тока различают аппараты постоянного тока (для большинства металлов) и переменного (для алюминия и некоторых сплавов).

¶Устройство

Основные узлы:

• Источник питания — формирует постоянный или переменный ток нужной величины.
• Плазмотрон (горелка) — содержит электрод, сопло, каналы подачи газа и охлаждения.
• Система подачи газа — компрессор или баллон с редуктором.
• Система охлаждения — воздушная или водяная, особенно для мощных аппаратов.
• Блок управления — регулирует ток, давление газа, защиту от перегрева.

Электроды изготавливают из гафния, циркония или меди с вставками; сопла — из меди, иногда с покрытием.

¶Характеристики

Основные параметры:

Качество реза зависит от тока, скорости перемещения горелки, расхода и типа газа, состояния расходников.

¶Применение

Плазморезы используют в металлообработке, машиностроении, строительстве, судостроении, при демонтаже конструкций, в ремонтных и кузовных работах, в художественной ковке и обработке металла. Возможна резка под водой для снижения шума и задымления.

Преимущества по сравнению с газовой резкой: высокая скорость, узкий рез, меньшая зона термического влияния, возможность резать нержавеющую сталь и цветные металлы, которые плохо поддаются газокислородной резке.

¶Безопасность и ограничения

Плазменная резка сопровождается ярким излучением, шумом, выделением дыма и аэрозолей. Требуются защитная маска, вентиляция, средства защиты слуха и кожи. Ограничения: невозможность резки диэлектриков, износ расходников, зависимость от источника газа и электропитания.

¶Источники

• Институт металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАН, публикации по плазменным технологиям.
• Технические руководства производителей оборудования для плазменной резки.
• Учебные пособия по технологии металлов и сварке.