Плазменная резка меди и ее сплавов: нюансы процесса

Плазменная резка меди возможна только при повышенной мощности дуги, поскольку, в отличие от других металлов, она и ее сплавы обладают высокой теплопроводностью. Данная технология является достаточно востребованной, особенно в сфере переработки вторичного сырья.

Помимо повышения мощности плазменной дуги, есть и другие нюансы при резке меди и ее сплавов. Например, в некоторых случаях применяется воздушно-плазменная резка. Об этих и других нюансах мы расскажем в нашей статье.

Что такое плазменная резка

Сначала следует понять, что такое плазменная обработка материалов.

В разных производственных сферах широко распространено использование плазморезов. С их помощью легко разрезать почти любой металл, который может проводить ток, начиная с нержавейки и алюминия и заканчивая титаном и углеродистой сталью. Такой метод применяют и небольшие мастерские, и крупные промышленные предприятия.

Плазма – это ионизированный высокотемпературный газ, который проводит электрический ток. С помощью такого специализированного приспособления, как плазматрон, происходит сжатие обычной дуги и вдувание в нее соответствующего газа. В итоге получается плазменная дуга.

Существует два варианта резки:

• плазменно-дуговая;
• с помощью плазменной струи.

При плазменно-дуговой резке дуга возникает между металлической заготовкой и неплавящимся электродом (прямое действие дуги). Столб дуги соединен с высокоскоростным потоком плазмы, Он формируется из поступающего газа благодаря его нагреванию, ионизации под действием дуги. Энергия приэлектродного пятна дуги, плазмы столба и вытекающего из него факела применяется для разрезания.

Плазменно-дуговая обработка подходит для материалов, которые проводят ток. Во время процесса горение дуги идет между электродом и металлом. Ее столб соединяется с плазменным потоком, который возникает в результате притока газа, его нагревания, ионизации. Газ продувается через сопло и давит на дугу со всех сторон. Она наделяется проникающими свойствами и способствует усиленному образованию плазмы. За счет высокой температуры газа скорость истечения становится очень большой, и активное влияние плазмы на обрабатываемую поверхность повышается. При этом газ выдувает металлические капли из области прожига.

При резке плазменной струей дуга возникает между соплом устройства и электродом. Материал, который подвергается обработке, в электрическую цепь не входит (вторичное действие дуги).

Данный способ вырезания изделий используется для неэлектропроводных материалов. Во время работы горение дуги идет между соплом плазменного устройства и электродом. Заготовка, из которой выкраивают элементы, в электрическую цепь не включается. В работе используется плазменная струя.

Первый метод обработки болванок – наиболее результативный и массово применяется в работе. Второй способ не так популярен и в основном подходит для обработки неметаллических поверхностей, так как они не проводят электрический ток.

Технология плазменной резки

О совокупности процессов плазменной обработки металлических заготовок можно сказать, что:

1. Резка с помощью плазмы подходит для всех металлов, у которых толщина не превышает 220 мм.
2. Результат будет виден после того, как воспламенится плазмообразующий газ вследствие появления искры между неплавящимся электродом и наконечником распылителя. После возгорания газа сразу происходит его ионизация, и он превращается в плазму. Скорость выхода очень высокая – до 1 500 м/с.
3. Узкое выходное отверстие способствует тому, что поток плазмообразующего носителя ускоряется. Струя плазмы за счет своей высокой скорости на выходе выдает температуру приблизительно +20 000 °С. Направленный узкий поток прожигает металлическую заготовку, при этом область вокруг реза нагревается несущественно.

Плазменно-дуговая резка – это замыкание поверхности заготовки в проводящий контур. При другом способе обработки (посредством плазменной струи) металлических деталей в рабочей схеме плазменного агрегата процесс происходит при помощи косвенного формирования высокотемпературной составляющей. Материал болванки в проводящий контур не включается.

Применение плазменно-дуговой резки:

• изготовление изделий с различной конфигурацией;
• вырезание проемов, отверстий любых диаметров в деталях;
• производство элементов для штамповки, механической обработки, сварки;
• обрабатывание края промежуточных заготовок;
• нарезание прутков, труб, профилей и пр.;
• очищение литых болванок.

Какие газы используются при плазменной резке

Резка металлических заготовок с помощью плазмы – это процесс проплавления и очищения от расплава за счет теплоты, которую выделяет плазменная дуга. Плазмообразующая среда влияет на качество и скорость обработки материала, на размер газонасыщенного слоя и вид физико-химических процессов по краю среза.

Для изготовления деталей из меди, алюминия и их сплавов применяют газы, которые способствуют образованию плазмы:

• кислород;
• азот;
• аргоно-водородная смесь;
• азотно-кислородная смесь;
• сжатый воздух.

Внимание! Некоторые марки металлов нельзя обрабатывать неподходящей плазмообразующей смесью. Например, для резки титановых заготовок недопустимо применять средство, в составе которого есть азот либо водород.

Газы, которые применяются в плазмотроне, можно формально разделить на плазмообразующие и защитные.

Для собственных потребностей (сила тока дуги до 200 А, толщина металла не более 50 мм) используют сжатый воздух. Он может быть плазмообразующим и защитным газом. В остальных случаях (в промышленности) применяют смеси, сложные по составу, содержащие водород, гелий, аргон, азот или кислород.

Плазмообразующие газы, получившие наибольшее распространение

Воздушно-плазменная резка – это обработка материала, где воздух выступает в роли плазмообразующей субстанции.

Нюансы плазменной резки меди и ее сплавов

Для меди и ее сплавов характерна хорошая теплопроводность. В связи с этим мощность дуги должна быть выше, чем при резке материалов из стали. Для образования плазмы можно воспользоваться азотом, атмосферным воздухом либо аргонно-водородной смесью. При воздушно-плазменной резке меди на месте реза появляется хрупкий стекловидный грат, который легко можно удалить. Данный тип обработки предпочтительнее для медных заготовок средней и малой толщины. Для разрезания латунных болванок (сплава меди и цинка) подходят такие же рабочие газы, что и для меди. Однако на латунной поверхности скорость процесса выше на 20–25 % (по сравнению с медной).

Приблизительные режимы, используемые при воздушно-плазменной резке металлов:

Толщина медной болванки, подходящей для резки плазмой, не должна превышать 5 мм. Скорость процесса при этом будет невысокой, так как мягкий металл имеет особое строение. Наибольшая рабочая зона – 8000х2500 мм.

Цена плазменной резки заготовок из меди рассчитывается за метр. Причем чем толще материал, тем дороже будет стоимость услуга. К примеру, за метр листа толщиной 1 мм – 13 руб., а толщиной 5 мм – 148 руб.

Какие еще технологии применяются для резки меди

Медь можно резать и при помощи лазера. Алгоритм работы лазерной установки состоит в следующем: направленный луч высокой плотности формирует большой энергетический импульс, который разрушает металл.

При резке материала его разрушение может быть двух видов:

• испарение;
• плавление.

Преимущества использования лазерного станка для обработки медных заготовок:

• Монохроматичность – частота и длина волны неизменны, что дает возможность быстро и точно направить луч. В результате контуры изделия получаются идеальными.
• Когерентность – волновые колебания, протекающие в луче, имеют одинаковую частоту, что позволяет многократно увеличить общую излучаемую мощь.
• Отходы материала незначительны (благодаря тому, что луч довольно тонкий).
• Заготовки не имеют деформации (за счет бесконтактной обработки).
• Область теплового воздействия маленькая.
• Рентабельность.

Преимущества плазменной резки меди

К плюсам плазменной резки можно отнести:

• скорость обработки металлических заготовок с небольшой толщиной намного выше;
• можно применять для различных материалов, таких как медь, алюминий, сталь, чугун и пр.;
• срез выполняется точно и за счет его высокого качества почти или совсем не требуется применения дальнейших механических процессов;
• экономия средств – использовать дорогостоящие газы (кислород, ацетилен) необязательно;
• можно получить изделия любой конфигурации;
• процесс прожига занимает минимальное количество времени по сравнению с кислородной резкой;
• безопасность на более высоком уровне, так как нет взрывоопасных газовых баллонов;
• вред для окружающей среды – минимальный.

Минусы плазменной резки меди (по сравнению с газовым способом обработки материала):

• Наибольшая толщина реза, как правило, 80–100 мм (кислородная резка позволяет обрабатывать чугун, определенные стали с величиной в поперечнике до 500 мм).
• Оборудование выше по стоимости и сложности применения.
• Особые требования к ТО.
• 10–50° – это максимально допустимый угол смещения от перпендикулярности реза, зависит от толщины заготовки. Если не выполнять данное условие, то рез становится шире. В итоге – быстрый износ расходников.
• За редким исключением нельзя использовать два ручных резака, которые подключены к общему агрегату.
• Высокий уровень шума, который возникает в результате выхода газа из плазмотрона со скоростью, близкой к звуковой.
• Ядовитые пары, содержащие азот (если применять этот газ). Для снижения концентрации выделений во время разрезания заготовку опускают в воду.

Плазменная резка меди является эффективным способом обработки медных заготовок, толщина которых не превышает 200 мм. Также данный метод подходит для всех материалов, которые способны проводить электрический ток: титана, стали, чугуна, латуни, сплавов. Алгоритм работы плазменного агрегата состоит в следующем – тонкая струя ионизированного газа плавит болванку и место среза сразу очищается от расплавленных частиц металла.

За прошедшие 15 лет спрос на плазморезы не снизился. Они так же востребованы, как и гидроабразивное и лазерное оборудование.