Одна из задач, которая стояла перед инженерами-разработчиками комплексов для плазменной резки, — научить установку обрабатывать листовой и профильный прокат не только под прямым углом, но и с формированием фаски. Такая технология появилась давно, но востребована массово совсем недавно: сразу несколько производителей предлагают оснастить комплекс 3D головкой. Помимо стандартных рабочих осей такая головка может отклоняться более чем на 45° от вертикали, так что умеет вырезать материал под углом до этой отметки. Это качество оборудования в совокупности со специализированным программным обеспечением и компьютерной системой с визуализацией в 3D помогает проектировать сложные трубные конструкции.

Другое направление, в котором идет модернизация плазменных установок, — минимизация зависимости качества резки от мастерства и опыта оператора. Результатом совместной работы инженеров-системотехников, поставщиков ЧПУ-оборудования и CAD-программ стала интегрированная технология для плазменной резки. Ее основное преимущество — меньшая степень вмешательства человека. Система анализирует тип и толщину материала, использует эти данные для раскладки деталей и выводит наиболее оптимальную технику захода-выхода на рабочую траекторию, а также другие параметры резки. Американская компания Hypertherm, являющаяся ведущим мировым производителем интегрированных систем, сообщает, что за счет увеличение скорости резки производительность такого оборудования оказывается в 3 раза выше производительности лазера для толщин от 10 мм и выше.

Впрочем, даже без всех этих нововведений плазменная резка пользуется популярностью у металлургов.

«Плазменная резка используется практически на любых типах предприятий: от небольших частных фирм, занятых изготовлением металлоконструкций, до крупных судостроительных заводов, где габарит листа может достигать 4,5х16 м, а длина судна достигает 200 метров. Спрос на плазменную резку повышается год от года, заказчики предпочитают либо плазменные решения, либо машины комбинированного типа газ/плазма. С учетом роста промышленного производства этот спрос будет только расти», — уверен начальник отдела продаж систем резки ООО «ЭСАБ» Станислав Мартьянов (г. Москва).

Плазмой, которая в данном случае является режущим инструментом, физики называют частично или полностью ионизированный газ. Ионизация газа происходит при его нагревании — ее степень напрямую зависит от температуры. Некоторые ученые считают плазму четвертым агрегатным состоянием вещества — вдобавок к жидкому, твердому и газообразному.

Аргон, азот, водород, кислород, и углекислый газ — вот основные газы, которые используются для плазменной резки металла.  Газ, а точнее, смесь газов, выбирается в зависимости от типа металла и сложности работы. Именно грамотный выбор определяет качество реза, параметры нагрева, наличие наплывов на готовом изделии — особенно на срезах. Причем, чем толще металл, тем внимательнее стоит отнестись к выбору смеси. 

Например, для резки алюминия и его сплавов применятся азот. Если толщина металлического изделия больше 20 мм, к азоту начинают примешивать водород. Азотно-водородная смесь, нужно отметить, является наиболее распространенным соединением для плазменной резки цветных металлов. Именно с помощью этих газов — в разных пропорциях — режут латунь и медь. А вот черные металлы чаще всего режутся с помощью кислорода или воздуха.

«Выбор газа во многом зависит от требуемого качества реза и вида детали. Например, точные отверстия 1:1 можно резать только смесью кислорода и азота. Если требования к качеству реза невысокие, можно использовать сжатый воздух как наиболее экономичный вариант», — добавляет  Станислав Мартьянов.

Вообще же, аппарат плазменной резки способен справиться практически с любыми металлами (в том числе окрашенным, ржавым и грязным). Существуют, правда, некоторые ограничения, связанные с химическим составом металла, например высокопрочные стали или стали с высоким содержанием углерода могут потребовать предварительного подогрева.

Толщина металла является фактически единственным ограничителем для аппарата плазменной резки. Данный вид обработки экономически целесообразен для резки алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм, меди толщиной до 80 мм, легированных и углеродистых сталей толщиной до 150 мм, чугуна толщиной до 90 мм. Минимальная толщина, с которой может работать плазма — 0,8 мм. Поскольку современная промышленность чаще всего работает с листами толщиной до 25 мм, «плазма» оказывается наиболее предпочтительным вариантом. Если сравнивать этот метод с той же кислородно-плазменной резкой, то скорость работы плазменного аппарата оказывается в 2-12 раз выше — в зависимости от толщины металла. Таким образом удается вырезать большее количество деталей за то же время и производительность станка или целого производства заметно увеличивается. 

В списке операций резки заметное место занимает сквозной прожиг металла. Здесь плазменная резка также демонстрирует высокую скорость, особенно на малых толщинах. 15-миллиметровую сталь плазма может прожечь за 2 секунды. Лазер демонстрирует приблизительно такие же показатели, а вот при кислородно-газовой резке на эту операцию придется потратить около 30 секунд, ведь металл необходимо предварительно нагреть до температуры почти 1000 °С. 

Что же касается качества резки, то здесь необходимо учитывать сразу несколько факторов. Особенность плазменной резки состоит в том, что в первом приближении  режущая часть плазменной струи представляет собой конус с углом 2-5° и «косина реза» неизбежна. Правда, при изготовлении крупных деталей это практически незаметно. Определенные сложности возникают при вырезании отверстий: может оказаться, что нижняя кромка меньше верхний — особенно на больших толщинах (на детали толщиной 20 мм разница может составить 1 мм). Поскольку при данном способе присутствует кратковременный термический обжиг кромки разрезаемого металла, на деталях появляется небольшая окалина, которая, легко удаляется если технологические режимы, конечно, не были нарушены. Однако при раскройке листового проката далеко не всегда требуется ювелирная точность, поэтому эти недочеты не препятствуют активному распространению плазменной резки. 

div style="text-align: justify;">Одна из задач, которая стояла перед инженерами-разработчиками комплексов для плазменной резки, — научить установку обрабатывать листовой и профильный прокат не только под прямым углом, но и с формированием фаски. Такая технология появилась давно, но востребована массово совсем недавно: сразу несколько производителей предлагают оснастить комплекс 3D головкой. Помимо стандартных рабочих осей такая головка может отклоняться более чем на 45° от вертикали, так что умеет вырезать материал под углом до этой отметки. Это качество оборудования в совокупности со специализированным программным обеспечением и компьютерной системой с визуализацией в 3D помогает проектировать сложные трубные конструкции.

Другое направление, в котором идет модернизация плазменных установок, — минимизация зависимости качества резки от мастерства и опыта оператора. Результатом совместной работы инженеров-системотехников, поставщиков ЧПУ-оборудования и CAD-программ стала интегрированная технология для плазменной резки. Ее основное преимущество — меньшая степень вмешательства человека. Система анализирует тип и толщину материала, использует эти данные для раскладки деталей и выводит наиболее оптимальную технику захода-выхода на рабочую траекторию, а также другие параметры резки. Американская компания Hypertherm, являющаяся ведущим мировым производителем интегрированных систем, сообщает, что за счет увеличение скорости резки производительность такого оборудования оказывается в 3 раза выше производительности лазера для толщин от 10 мм и выше.

Впрочем, даже без всех этих нововведений плазменная резка пользуется популярностью у металлургов.

«Плазменная резка используется практически на любых типах предприятий: от небольших частных фирм, занятых изготовлением металлоконструкций, до крупных судостроительных заводов, где габарит листа может достигать 4,5х16 м, а длина судна достигает 200 метров. Спрос на плазменную резку повышается год от года, заказчики предпочитают либо плазменные решения, либо машины комбинированного типа газ/плазма. С учетом роста промышленного производства этот спрос будет только расти», — уверен начальник отдела продаж систем резки ООО «ЭСАБ» Станислав Мартьянов (г. Москва).

Плазмой, которая в данном случае является режущим инструментом, физики называют частично или полностью ионизированный газ. Ионизация газа происходит при его нагревании — ее степень напрямую зависит от температуры. Некоторые ученые считают плазму четвертым агрегатным состоянием вещества — вдобавок к жидкому, твердому и газообразному.

Аргон, азот, водород, кислород, и углекислый газ — вот основные газы, которые используются для плазменной резки металла.  Газ, а точнее, смесь газов, выбирается в зависимости от типа металла и сложности работы. Именно грамотный выбор определяет качество реза, параметры нагрева, наличие наплывов на готовом изделии — особенно на срезах. Причем, чем толще металл, тем внимательнее стоит отнестись к выбору смеси. 

Например, для резки алюминия и его сплавов применятся азот. Если толщина металлического изделия больше 20 мм, к азоту начинают примешивать водород. Азотно-водородная смесь, нужно отметить, является наиболее распространенным соединением для плазменной резки цветных металлов. Именно с помощью этих газов — в разных пропорциях — режут латунь и медь. А вот черные металлы чаще всего режутся с помощью кислорода или воздуха.

«Выбор газа во многом зависит от требуемого качества реза и вида детали. Например, точные отверстия 1:1 можно резать только смесью кислорода и азота. Если требования к качеству реза невысокие, можно использовать сжатый воздух как наиболее экономичный вариант», — добавляет  Станислав Мартьянов.

Вообще же, аппарат плазменной резки способен справиться практически с любыми металлами (в том числе окрашенным, ржавым и грязным). Существуют, правда, некоторые ограничения, связанные с химическим составом металла, например высокопрочные стали или стали с высоким содержанием углерода могут потребовать предварительного подогрева.

Толщина металла является фактически единственным ограничителем для аппарата плазменной резки. Данный вид обработки экономически целесообразен для резки алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм, меди толщиной до 80 мм, легированных и углеродистых сталей толщиной до 150 мм, чугуна толщиной до 90 мм. Минимальная толщина, с которой может работать плазма — 0,8 мм. Поскольку современная промышленность чаще всего работает с листами толщиной до 25 мм, «плазма» оказывается наиболее предпочтительным вариантом. Если сравнивать этот метод с той же кислородно-плазменной резкой, то скорость работы плазменного аппарата оказывается в 2-12 раз выше — в зависимости от толщины металла. Таким образом удается вырезать большее количество деталей за то же время и производительность станка или целого производства заметно увеличивается. 

В списке операций резки заметное место занимает сквозной прожиг металла. Здесь плазменная резка также демонстрирует высокую скорость, особенно на малых толщинах. 15-миллиметровую сталь плазма может прожечь за 2 секунды. Лазер демонстрирует приблизительно такие же показатели, а вот при кислородно-газовой резке на эту операцию придется потратить около 30 секунд, ведь металл необходимо предварительно нагреть до температуры почти 1000 °С. 

Что же касается качества резки, то здесь необходимо учитывать сразу несколько факторов. Особенность плазменной резки состоит в том, что в первом приближении  режущая часть плазменной струи представляет собой конус с углом 2-5° и «косина реза» неизбежна. Правда, при изготовлении крупных деталей это практически незаметно. Определенные сложности возникают при вырезании отверстий: может оказаться, что нижняя кромка меньше верхний — особенно на больших толщинах (на детали толщиной 20 мм разница может составить 1 мм). Поскольку при данном способе присутствует кратковременный термический обжиг кромки разрезаемого металла, на деталях появляется небольшая окалина, которая, легко удаляется если технологические режимы, конечно, не были нарушены. Однако при раскройке листового проката далеко не всегда требуется ювелирная точность, поэтому эти недочеты не препятствуют активному распространению плазменной резки. 

Производители аппаратов для плазменной резки нередко характеризуют данный метод как самый современный и универсальный. При определенных обстоятельствах они действительно могут заменить альтернативные технологии, однако едва ли можно назвать «плазму» панацеей. 

Если сравнивать плазму с лазерной резкой, то преимущества последней начинают проявляться при работе с металлами толще 6 мм: и по скорости, и по энергетическим затратам плазма оказывается лидером. С тонким металлом плазма тоже может управиться, но качество деталей при этом окажется заметно ниже. 

«Как правило, применение деталей получаемых лазерной резкой, до 30% не требует такой ювелирной точности, да и при повышении толщин деталей скорости резки лазерными комплексами резко снижаются при ухудшении качества кромок. При таких условиях возникает вопрос о приобретении еще одного лазерного комплекса. Но становится очевидно, что новый комплекс равнозначен золотому молотку для забивания гвоздей. Именно тогда и вспоминают, что существует процесс-аналог лазерной резки, а именно современные микроплазменные комплексы. Современное оборудование с высококачественной системой микроплазменной резки ведущих мировых производителей без особого труда обеспечивает требуемую для предприятия производительность, качество деталей да еще и при снижении прямой себестоимости метра реза.

Следует отметить, что 100%-ой заменой лазерной резки микроплазма пока быть не может. Для принятия решения необходимо либо точно определить номенклатуру деталей, которые допустимо получать микроплазменной резкой, либо снижать требования без ущерба для конечного изделия», — говорит директор ООО «Автогенмаш» Владимир Кольченко (г. Тверь).

Сравнение кислородно-газовой и плазменной резки также говорит в пользу последней, когда речь идет именно о резке высокоуглеродистой, нержавеющей стали, цветных металлов и сплавов. Заменить газ при выполнении операций нагрева или гнутья металла плазма, конечно, не может, но зато резка этим способом проходит и быстрее, и безопаснее.

Мощным конкурентом «плазмы» могла бы стать гидроабразивная резка, которая выполняется очень тонкой струей воды, поданной под большим давление (до 200 атмосфер). Такой способ гарантирует ровный срез, металл при работе нагревается лишь до 90 °С, толщина в 10 см воде не помеха. Но высокая стоимость оборудования является сдерживающим фактором на пути водяной популярности.

Учитывая все вышесказанное, дать общий комментарий относительно того, какой способ резки является наиболее экономически выгодным, непросто. Приходится брать в расчет слишком много факторов: качество реза, точность обработки детали и объем работ, который придется выполнять механизму. 

«Стоимость плазменной машины зависит от опций, габаритов листа и колеблется от 100 000 до 300 000 евро. Для оборудования водоабразивной резки нужен дорогой насос высокого давления и специальный абразив, стоимость таких машин достигает 400 000 евро. И, наконец, лазерные системы — наиболее дорогие: их стоимость может достигать 1 000 000 евро.

Что касается эксплуатационных затрат, необходимо учитывать стоимость энергии, газа, расходных материалов, абразивов и расходы на сервисное обслуживание. Эксплуатационные затраты на плазменную систему являются минимальными и обычно составляют приблизительно 15 долларов в час. Стоимость эксплуатации лазерной системы немного выше — обычно составляет примерно 20 долларов в час. Наиболее высокая стоимость эксплуатации характерна для системы резки водяной струей, обычно составляющая около 30 долларов в час», — комментирует Станислав Мартьянов, опираясь на данные американских источников.  

Кроме того, специалисты утверждают, что для того чтобы быстро нарастить мощности и освоить плазменную технологию, предприятию со сформированным парком техники необязательно покупать новое оборудование — достаточно модернизировать старое. 

«Самым распространенным решением является не приобретение новых МТР (машин термической резки) с плазменной оснасткой, а выполнение глубокой модернизации существующих портальных МТР с дооснащением плазменными системами резки. В результате такого подхода удается не только сохранить производственные мощности по технологии автогенной резки, но и получить на тех же площадях современную высокопроизводительную технологию вырезки деталей с качеством мирового уровня. Конечно, следует признать, что не всякая старая МТР сможет соответствовать новейшим МТР по точности наведения, но как показывает практика, последние советские образцы МТР 1990-х годов после глубокой модернизации не сильно отстают от новых МТР. Причина этого в том, что конструктивно МТР различных производителей за последние 15 лет не изменились, т. е. можно говорить о том, что принципиально портальные МТР сформировались как класс оборудования, например как токарные или фрезерные станки», — объясняет Владимир Кольченко.