Разрезать металл — воздухом? Почему бы и нет…

в 13:00, , рубрики: DIY, diy или сделай сам, ruvds_статьи, Блог компании RUVDS.com, воздух, газы, плазма, физика, Читальный зал

Разрезать металл — воздухом? Почему бы и нет… - 1


Во все времена, с самого момента своего появления, металл был окружён различными проблемами: начиная от его добычи и заканчивая последующей обработкой. Особенно эта проблема усугубилась в период промышленной революции, когда всё более возрастающий темп жизни побуждал производства подстраиваться под него и искать такие способы обработки, которые бы позволяли производству быть конкурентоспособным в условиях рыночной среды.

Многие, особенно те, кто имеет возраст достаточно немолодой, могли застать в изобилии встречающиеся в наших городах различные газовые резаки, которые, как правило, использовались водопроводчиками и коммунальными службами, для ремонта и подведения труб отопления.

image
Источник картинки: www.metistr.ru

Проблема резаков, однако, заключается в том, что для резки металлов с использованием такого способа, требуется использование дорогостоящих и опасных газов. Кроме того, эти газы необходимо каким-то образом транспортировать, определённым образом складировать.

Разрезать металл — воздухом? Почему бы и нет… - 3

Источник картинки: ballon74.ru

Всё это делает процесс резки достаточно проблемным. Однако, есть способ гораздо более высокотехнологичный и экономичный, который широко распространился (особенно в бытовом плане), в последнее время. Именно о нём мы и поговорим в этой статье.

Газовые резаки, в своей сущности, работают по одному и тому же принципу: металл нагревается в струе пламени газового резака, после чего он частично сгорает/частично выдувается, из зоны резания.

Частным случаем этого способа резания является «резка кислородным копьём». Способ заключается в том, что кончик кислородного копья (которое представляет собой стальную трубку), разогревается горелкой, после чего открывается подача кислорода.

Кислород, поступающий прямо внутрь «копья», позволяет кончику копья активно гореть, благодаря чему идёт постоянное поддержание температуры в зоне контакта копья и разрезаемой заготовки. При использовании метода кислородного копья, возможно проделывать отверстия в металлических заготовках, толщиной до 2 метров. При этом, само копьё активно сгорает и его расход составляет до 25 диаметров того отверстия, которое проделывается с его помощью.

Кроме того, кислородное копьё часто используют не только для проделывания отверстий, но и для разрезания заготовок большого диаметра. Сам процесс выглядит более чем впечатляюще:

Однако, прочитав всё вышесказанное, у читателя возникнет закономерный вопрос: если любая работа по проделыванию отверстий, либо разрезанию металла является настолько энергоёмкой и затратной в плане расхода газов, каким же образом можно осуществлять эту работу без затрат драгоценного газа? Для этого и пригодится аппарат плазменной резки.

Несмотря на то, что бытовые аппараты плазменной резки распространились совсем недавно (отправной точкой можно считать 2006 год, когда и появились портативные аппараты), как средство обработки металла они известны достаточно давно. Отправной точкой своей истории они могут считать 1929 год, с момента открытие факта ионизации газов, в газоразрядных трубках, физиками из США — И.Ленгмуром и Л.Тонко.

А уже с середины прошлого века плазменная резка, базирующиеся на открытии этих двух физиков, широко распространилась для целей металлообработки.

Суть плазменной резки заключается в том, что в электрическую дугу подаётся сжатый газ, имеющий давление в несколько атмосфер. После продувки дуги – газом, он приобретает температуру до 30 000 градусов Цельсия (и более, если используется дополнительно водяной пар) и превращается в плазму.

imageИсточник картинки: www.srbu.ru

Разрезать металл — воздухом? Почему бы и нет… - 5

Источник картинки: www.met-all.org

Такая огромная температура газа позволяет с лёгкостью резать металлы с достаточно большой скоростью.

Здесь мы подошли к самому главному: при работе аппаратов плазменной резки может быть использован обычный атмосферный воздух!

Именно это качество и делает плазморезы такими экономичными и малопроблемными, по сравнению с классическими газовыми резаками: ведь не используются никакие опасные газы, требующие аккуратного обращения и соответствующего хранения, и в качестве рабочего тела выступает обычный воздух!

Конечно, использование воздуха это только один из видов плазменной резки, в зависимости от целей могут применять как азот, так и аргон, и другие газы.

Одним из самых важных элементов аппарата для плазменной резки является плазмотрон — именно он отвечает за то, насколько эффективно и какие именно типы обрабатываемых изделий будут доступны конкретному устройству.

С электрической точки зрения (зажигания дуги плазмореза) плазмотроны бывают 2 типов: прямого действия и косвенного действия.

imageИсточник картинки: www.purm.ru

Плазморез прямого действия действует по принципу зажигания высокочастотной пилотной дуги, которая позволяет «выдуть» струю плазмы, которая касается обрабатываемой заготовки. После того, как плазма коснулась заготовки, пилотная (поджигающая) дуга погасает и зажигается основная, которая уже позволяет обрабатывать заготовку (плазма является проводником электричества, практически ничем не отличающимся от самого металла, поэтому дуга горит прямо «сквозь» плазму).

В плазмотронах же косвенного типа, поджигание дуги происходит за счёт разряда между катодом и соплом. Теоретически, плазмотроны такого типа позволяют обрабатывать заготовки неметаллического типа.

imageИсточник картинки: www.chipmaker.ru

Расходными деталями для плазмореза являются сопло и электрод. Ввиду того, что данные детали достаточно недороги, их замена не является какой-либо проблемой. Срок их службы достаточно индивидуален, — в сети фигурируют цифры в 500-600 резов, либо 1 комплекта на 150 метров реза и т.д.

imageИсточник картинки: www.24weld.ru

Для питания плазмореза рабочим газом обычно используют обычные бытовые компрессоры, обеспечивающие давление сжатого воздуха в 8-10 атмосфер.

По типу, плазморезы можно подразделить на инверторные и трансформаторные. Плазморезы 1 типа позволяют разрезать металл толщиной до 30 мм, в то время как 2 типа может резать металл и до 40 мм толщиной.

В любом случае, при работе с плазморезом следует смотреть на конкретные рекомендации в его паспорте, так как от плазмореза бытового типа требуется соблюдать определённые циклы работа/отдых, во избежание перегрева. Профессиональные же модели позволяют работать достаточно продолжительное время.

Ещё одним плюсом плазмореза, кроме экономичности работы, является чистый рез и высокая скорость работы. Согласно wiki, плазменная резка выигрывает у лазерной по скорости в 2-3 раза.

Кстати, ещё о скорости: экспериментаторами проводился такой опыт: брался стальной лист, толщиной 15 мм и его пытались «проткнуть» посередине — классическим газовым резаком и плазморезом. Классическому резаку для этого потребовалось 30 секунд, а плазморезу — всего 2 секунды. Впечатляющая разница!

Если же говорить об экономической составляющей, в частности о стоимости входа в такое интересное занятие, то можно сказать, что цена большей части бытовых плазморезов находится в пределах суммы до 20000 руб.

Использование такого устройства позволяет существенно упростить любую работу, связанную с фигурным вырезанием из металла разнообразных декоративных изделий:

Или же просто сократить по времени любые работы, связанные с отрезанием металлов.
Ещё одним плюсом является устранение тепловых деформаций заготовки, которые бывают при обычной газовой резке.

Несмотря на множество плюсов, присущих плазморезам, у них есть и определённый ряд минусов:

  • как правило, доступная толщина металла для разрезания плазморезом не превышает 100 мм;
  • требуется строго удерживать перпендикулярность к рабочей поверхности, так как любое отклонение от этого существенно сокращает срок службы сопла и увеличивает ширину разреза;
  • требуется большая мощность питающей сети, особенно для разрезания заготовок большой толщины.

Вероятно, именно в виду последнего фактора, в местах скопления брошенных кораблей, так называемых «кладбищах кораблей» широко распространены обычные газовые резаки, которые используются рабочими для демонтажа и утилизации устаревших морских гигантов:

Разрезать металл — воздухом? Почему бы и нет… - 9

Источник картинки: ecologia.life

Но самое интересное начинается, когда аппараты плазменной резки совмещают с различными ЧПУ станками! Здесь открывается поистине бесконечное поле для творчества.

Как правило, для создания таких станков, используется компоновка портального типа. Готовые станки достаточно широко распространены, однако их стоимость не является их сильной стороной. Так как и любые другие готовые станки, они стоят достаточно недёшево.

Ввиду всего вышесказанного, существует большое количество любителей, которые строят подобные станки для себя самостоятельно. Рискну утверждать, что станок подобного типа, построенный самостоятельно, будет иметь себестоимость менее 100.000 руб!

Так как, по сути, для него требуется только 3 привода: 2 для перемещения по координатам XY
и 3-й — для поднимания и опускания плазмореза к заготовке.

Что касается электронной части, то потребуется контроллер (например, для шаговых двигателей, если в качестве приводов используются шаговые двигатели).

Даже с учётом механической части для построения портала (непосредственно самого стола, портала, крепёжных элементов), себестоимость самостоятельно собранного устройства будет приемлемой.

Если же попытаться сравнить самодельный портальный ЧПУ-плазморез, по себестоимости с лазерным портальным раскроечным станком, предназначенным для фигурной резки металлов, снабжённым лазерной CO2 трубкой, средней мощностью в 180 ватт, — то плазменный раскроечный станок самостоятельной сборки явно выигрывает у такого покупного станка, стоимость которого может легко составлять более 1 млн. рублей.

Таким образом, при достаточно скромных затратах, можно получить в свои руки достаточно интересный промышленный актив, который позволит вам осуществлять интересные работы с металлом и делать полезные вещи для людей. Рискну предположить, что в большом количестве «городов и весей» аппараты такого типа широко не представлены и доступны, в основном, только крупным производствам, которые «выполняют заказы других крупных производств».

При этом рынок частных заказчиков остаётся в достаточной мере неохваченным. Что даёт возможность любому активному человеку, при некотором приложении рук и творческом подходе, — создать интересный бизнес, при скромных вложениях.

В качестве постскриптума: недавно, на одном из форумов промелькнула интересная идея, что плазморез может быть использован в качестве весьма эффективного импульсного источника воздуха высокой температуры, другими словами, — своеобразной «тепловой пушки», которая может импульсно создавать потоки воздуха высокой температуры, что может быть полезно, для тех или иных применений. Конечно, здесь следует решить ряд вопросов, касающихся вредности соединений, образующихся в плазме и в изобилии содержащихся в воздухе, покидающем её зону. Однако сама необычность идеи, как мне кажется, заслуживает достаточно внимательного рассмотрения.

Автор:
DAN_SEA

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js