Технология плазменной резки быстро приобретает популярность по всему миру. Причины этого очевидны.

Плазменная резка имеет несколько ключевых преимуществ перед газовой, что значительно повышает её продуктивность.

По сравнению с другими методами  лазерная резка обладает рядом неоспоримых преимуществ:

• отсутствие при лазерной резке механического воздействия на обрабатываемый материал;
• сфокусированное лазерное излучение регулируемой мощности — идеальный инструмент, обеспечивающий качественную гладкую поверхность кромки реза любого материала независимо от его теплофизических свойств;
• точность фокусирования лазерной головки - 0,01 мм, поэтому можно достичь высокой точности взаимного расположения элементов заготовки;
• лазерную резку можно применять и на деталях малой жесткости и деталях, которые легко деформируются;
• лазерный луч имеет малый диаметр (0,15 мм), это дает возможность создать отверстие диаметром от 0,50 мм;
• высокая производительность процесса лазерной резки обеспечивается за счет большой мощности лазерного излучения;
• получается качественный срез, который не требует дополнительной обработки;
• можно изготовить изделие любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала.

                            

                                                         Основные условия резки металлов

 

 Кислородной резке подвергаются только те металлы и сплавы, которые удовлетворяют следующим основным условиям:

1.    Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Лучше всех металлов и сплавов этому требованию удовлетворяют низкоуглеродистые стали, температура воспламенения которых в кислороде около 1300°С, а температура плавления около 1500°С. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается повышением температуры воспламенения в кислороде с понижением температуры плавления. Поэтому с увеличением содержания углерода кислородная резка сталей ухудшается.

3.    Количество теплоты, которое выделяется при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы поддерживать непрерывный процесс резки. При резке стали около 70% теплоты выделяется при сгорании металла в кислороде и только 30% общей теплоты поступает от подогревающего пламени резака.

4.    Образующиеся при резке шлаки должны быть жидкотекучими и легко выдуваться из места реза.

5.    Теплопроводность металлов и сплавов не должна быть слишком высокой, так как теплота, сообщаемая подогревающим пламенем и нагретым шлаком, будет интенсивно отводиться от места реза, вследствие чего процесс резки будет неустойчивым и в любой момент может прерваться.

При резке стали сгорание железа в кислороде протекает по реакциям:

• Fe+0,5O2=FeO+269 МДж/кмоль,
• 2Fe+1,502=FeA+272 МДж/кмоль,
• 3Fe+2,0O2=Fe3O4+276 МДж/кмоль.

Из уравнений следует, что на сгорание 1 кг железа расходуется 0,38 кг или 0,27 дм3 кислорода, или на 1 см3 железа расходуется 2,1 дм3 кислорода. Действительный расход кислорода при резке выше, так как от 30 до 50% кислорода режущей струи тратится на удаление шлака из реза.

Форма выходных каналов режущих сопл в мундштуках: а — со ступенчатым расширением, 6 — без расширения на выходе, в — с плавным расширением на выходе

В начале газовой резки подогрев осуществляется только подогревающим пламенем. Кроме того, подогревающее пламя на всем протяжении реза подогревает переднюю верхнюю кромку разрезаемого металла впереди струи режущего кислорода до температуры воспламенения, обеспечивая тем самым непрерывность процесса резки. Мощность подогревающего пламени зависит от толщины и химического состава разрезаемого металла и сплава. Мощность подогревающего ацетиленокислородного пламени для низкоуглеродистой стали в зависимости от ее толщины составляет:

Толщина разрезаемой стали, мм...... 3—25  25—50  50—100 100—200 200—300
Мощность пламени, м3/ч ..................0,3—0,4 0,4—0,5 0,5—0,6 0,6—0,7 0,7—0,8

Чем меньше толщина разрезаемой стали, тем большую роль играет подогревающее пламя. При резке сталей толщиной до 5 мм 80% общего количества теплоты составляет теплота подогревающего пламени. С увеличением толщины разрезаемого металла роль подогревающего пламени в передаче теплоты снижается. При резке сталей толщиной 25 мм подогревающее пламя передает металлу 29% теплоты, остальная теплота получается за счет реакций окисления железа. Максимальная температура пламени находится на расстоянии 2—3 мм от конца ядра, поэтому для наиболее эффективного нагрева расстояние от конца ядра до поверхности разрезаемого металла должно составлять 2—3 мм. Подогревающее пламя надо регулировать на несколько повышенное содержание кислорода, так как слегка окислительное пламя обеспечивает интенсивный нагрев и улучшает качество реза.

 

Сжигание металла и удаление продуктов сгорания из реза осуществляется струей режущего кислорода. Количество кислорода, проходящего через сопло мундштука, зависит от конструкции сопла, давления кислорода и скорости истечения струи. При газовой резке требуется определенное количество кислорода. Недостаток его приводит к неполному сгоранию железа и неполному удалению оксидов, а избыток кислорода охлаждает металл. Количество кислорода, необходимое для полного окисления разрезаемого металла, определяется количеством сжигаемого металла и средним расходом на его сжигание.

Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости окисления металла по всей толщине. Скорость окисления зависит от скорости истечения кислородной струи. Струя режущего кислорода должна обеспечивать равномерную ширину реза по всей толщине разрезаемого металла. Расход кислорода на выдувание образующихся в результате резки оксидов из узкого реза должен быть большим, чем из широкого. Это происходит из-за того, что при узком резе происходит большая сцепляемость образующихся в процессе резки шлаков с кромками, а при увеличении ширины реза удаляемость шлаков облегчается.

Характеристика режущей струи кислорода зависит от формы (профиля) каналов сопла мундштука и их размеров, давления кислорода перед соплом, расхода кислорода в единицу времени, давления внутри сопла и скорости истечения.

При толщине разрезаемого металла от 10 до 350 мм наиболее широкое распространение получили сопла со ступенчатым расширением на выходе. Эти-сопла применяют при давлении кислорода от 0,3 до 1,2 МПа. При давлении режущего кислорода на входе в сопло до 0,3 МПа применяют простое цилиндрическое сопло без расширения на выходе. Эти сопла нашли применение при резке металла толщиной до 10 мм и свыше 350 мм. Наименьшие потери давления режущего кислорода обеспечивают мундштуки, сопла которых имеют плавное расширение на выходе.

Давление кислорода выбирают в зависимости от толщины разрезаемого металла и конструкции сопла.

На качество разрезаемых кромок большое влияние оказывает чистота режущего кислорода. От чистоты кислорода зависит его удельный расход и производительность резки. В техническом кислороде содержится от 0,2 до 2% азота, аргона и других примесей. С понижением чистоты кислорода интенсивность окисления железа замедляется, продолжительность резки и расход кислорода возрастают. Для компенсации пониженной чистоты кислорода приходится увеличивать его расход или уменьшать скорость резки. При понижении чистоты кислорода на 1 % удельный расход кислорода возрастает на 25—30%, а продолжительность резки — на 10—15%. Чистота кислорода влияет на качество разрезаемых кромок. При кислородной резке наиболее хорошие результаты можно получить при чистоте кислорода 99,7%.