Плазменная резка — альтернативный газовой и лазерной резке способ обработки металлов, композитов и пластиков. О ней известно не так много. Людям, которые не интересуются металлообработкой, плазменная резка кажется чем-то фантастическим. И, конечно, дорогим. Специалисты не всегда спешат заменить привычный газовый резак или точный лазер не слишком понятным плазмотроном. В основном потому, что не слишком хорошо понимают разницу между ними и плазменным резаком. Давайте разберемся, как функционирует плазморез, почему он эффективен и чем лучше привычных аппаратов для резки газом и лазером.

О плазменной резке: струя плазмы вместо резака

Разрезать или прорезать металл можно несколькими способами. Самый доступный — механический. Его виды:

• ручной — используются пила, стамеска или долото из твердого материала, с задачей они вполне могут справиться;
• гидроабразивный — удается получить более точный рез, металл или пластик разрезается под воздействием сильной направленной струи воды, которая содержит абразивный материал.

Термические способы резки тоже делят на несколько видов:

• газокислородный — работает за счет окисления металла (взаимодействия с кислородом) и нагрева;
• лазерный — металл режется за счет быстрого нагрева;
• плазменный — за нагрев и разрушение металла здесь отвечает плазма.

Плазмой называют газ, который состоит из атомов/молекул, не имеющих заряда и массы заряженных частиц. Это электроны и ионы. У ионов может быть как положительный, так и отрицательный заряд. В целом плазма нейтральна: ионы с разным зарядом уравновешивают друг друга. Но электричество плазма вполне может проводить: не забываем, что кроме ионов в ней есть и электроны. Электропроводимость — одно из свойств плазмы, благодаря которому можно использовать ее для резки металла.

Кроме способности проводить электрический ток плазма характеризуется:

• очень высокой, до 30 тыс. °C, температурой;
• большой скоростью — она почти в 4 раза выше скорости звука.

На практике свойства плазмы позволяют моментально нагревать металл до очень высоких значений. Причем делается это точечно, на минимальной площади, значит толщина разреза в металле будет небольшой, а точность реза — высокой.

Поднять температуру в зоне реза до десятков тысяч градусов удается не сразу. Начальная температура плазмы — не более 5 тыс. °C: выше нагреть газ электродуга из плазмореза не способна. Даже для обработки цветных мягких металлов этого очень мало. Дополнительные порции газа, которые поступают к электродуге, позволяют в шесть раз поднять температуру.

Плазменная резка: как это работает

Высокая скорость подачи газа усиливает электродугу. Температура плазмы на выходе становится в разы выше. Пламя, которое дает горение кислородно-пропановой смеси, до этого уровня дотянуть не может.

Поскольку нагревается участок обработки быстро, прорезается металл за секунды. Поэтому даже высокой теплопроводности материала не хватит, чтобы нагретый участок вырос больше, чем нужно. А это повышает не только точность, но и аккуратность реза.

Подготовка к работе плазменного резака (плазмореза) выглядит так:

• плазмотрон подключается к сети — полупрофессиональные аппараты работают от обычной сети в 220 вольт, для промышленных агрегатов нужна сеть с напряжением 380 вольт, иначе нормально функционировать они не будут;
• одна из составляющих плазмотрона, пара «катод-анод», между которыми появляется электрическая дуга, начинает «работать»;
• компрессором в рабочую зону плазмотрона нагнетается газ;
• в теле плазменного резака газ обрабатывается — ему придется ускорение, направление движения тоже меняется с прямого на вихревое (здесь движение газа напоминает полет пули — прямо, но с одновременным вращением вокруг своей оси);
• под действием электрического тока газ разогревается и, после ионизации, переходит в состояние плазмы — появляется так называемая дежурная дуга, которая горит в течение всего времени работы.

Резка плазмотроном происходит следующим образом:

• рабочая часть резака, сопло, приближается к поверхности металла;
• между ними появляется электродуга;
• объемы и скорость газа, который выходит из плазмотрона, увеличиваются;
• участок металла моментально нагревается, происходит разрушение материала и образуется разрез;
• удалив рабочую часть от поверхности мы оставляем в плазмотроне только дежурную дугу.

Дежурная дуга поддерживает нагрев газа до минимальной температуры примерно в 5 тыс. градусов. Она не выключается вплоть до окончания работы.

Плазмотрон может работать и как сварочный аппарат: только нагревает он не металл заготовки, а кусок присадочного материала. Температура для сварки требуется, как правило, несколько ниже, чем для реза, а газ в рабочую область подается инертный.