Если возникает необходимость резать плазмой алюминий, два первых вопроса, которые вы можете себе задать формулируются следующим образом: является ли плазма подходящей технологией для резки этого металла и если да, то как лучше всего её использовать, чтобы быстро получить чистый и качественный рез.
Уже давно известно, что плазма представляет собой прекрасное решение для резки стали, однако свойства алюминия имеют множество отличий, среди которых такое немаловажное, как температура плавления. Итак, является ли плазма, разрезающая сталь, правильным выбором при работе с алюминием?
Да! Плазменный процесс представляет собой быстрый, доступный и лёгкий способ выполнения резки. За последние два десятилетия технология претерпела невероятные усовершенствования, поэтому применение правильно выбранного оборудования и газовых смесей, а также понимание нюансов процесса и требований, необходимых для резки алюминия, сегодня позволит добиться отличных результатов.
Как и другие металлы, алюминий обладает своими уникальными характеристиками, определяющими, какие меры должны быть приняты и какие действия следует исключить, чтобы плазменная резка была эффективной.
В данной статье мы предоставим точные объяснения, почему плазма прекрасно подходит для резки алюминия. Мы сделаем это, ответив на восемь наиболее часто задаваемых по этой теме вопросов, что, как мы надеемся, поможет вам добиться самых лучших результатов.
1. Можете ли вы резать алюминий с помощью аппарата плазменной резки?
Да, как и в случае с другими металлами, обладающими электропроводимостью, резка алюминия плазмой не только возможна, она весьма эффективна.
Для непосвященных, плазменная резка – это процесс, при котором струя ионизированного газа с высокой скоростью проходит через отверстие. Газ после предварительного нагрева и электрической ионизации образует замкнутую цепь через резак и провод заземления.
Такой ионизированный газ называется плазмой. Чем больше ему передаётся электрической энергии, тем горячее становится плазменная дуга. Эта дуга способна расплавить металл, а газ сдувает жидкий материал, тем самым создавая рез в нужном месте. Данный процесс прекрасно работает и с алюминием.
Но… Я слышал, что плазменная резка не позволяет выдержать жёсткие допуски в случае изделий из алюминия и после неё поверхность металла нуждается в зачистке, которую довольно сложно выполнить.
Такие высказывания имеют место из-за неверных представлений, сформировавшихся на основании тех результатов, которые давали машины, выпущенные в 1980-е и ранние 90-е годы.
Технология плазменной резки прошла серьёзнейшую эволюцию.
В наши дни усовершенствованный процесс, обеспечиваемый как дорогими, так и бюджетными системами, кардинально изменил ситуацию.
Поставляемая компанией Hypertherm система XPR, относящаяся к верхнему ценовому сегменту, предоставляет разнообразные процессы и комбинации параметров резки, что гарантирует отличные результаты при работе с алюминиевыми изделиями разных толщин. Применение данной системы с газом двух видов обеспечивает производителям лучшую возможность контроля, позволяет им выполнить более чистый рез с большей скоростью.
В системах с двумя газами режущий газ используется совместно с защитным газом. Защитный газ способствует фокусировке и направлению плазмы, а также улучшению качества реза и получающихся поверхностей.
При использовании разных комбинаций режущего и защитного газа получаются разные результаты. Например, использование воздушной плазмы и воздуха в качестве защитного газа является экономичной комбинацией, обеспечивающей при теперешнем уровне технологий чистый и быстрый рез.
Применение азотной плазмы и водяной защиты (если ваш станок имеет водяной стол, являющийся обязательным условием такой комбинации) даёт очень высококачественный рез и способствует продлению срока службы расходников.
Аргон-водородная плазма и азот в качестве защитного газа является превосходным решением, когда требуется обрабатывать изделие из алюминия большой толщины.
Важно отметить, что речь идёт не только о дорогостоящих машинах, подобных системам XPR. Более дешёвые решения, такие как аппараты Powermax производства Hypertherm, в которых для образования плазмы используется воздух, способны выполнять резку приемлемого качества при разных толщинах алюминиевых изделий, в том числе и при работе с тонколистовым материалом. Какой из факторов влияет на качество в большей степени?
Единственным фактором, имеющим первостепенное значение, является способность вашего аппарата плазменной резки использовать идеальные газы при идеальном уровне давления и скорости резки!
Если газы выбраны правильно, вы можете, обрабатывая алюминий, получить поверхность без окалины и превосходные края
Дешёвые системы воздушно-плазменной резки приспособлены только для работы со сжатым воздухом, из-за чего качество кромок не получается настолько безупречным, как при использовании промышленных систем, в которых может применяться такая специальная газовая смесь как аргон-водород.
Механизированная система плазменной резки XPR300
2. Какой метод резки лучше всего подходит для алюминия?
Плазменная резка алюминия способна предоставить значительные преимущества по сравнению с лазерной обработкой, особенно, если речь идёт о материале большой толщины. Лазер прорежет металл толщиной до 25 мм, в то время как с помощью плазмы можно перерезать алюминиевый лист толщиной 160 мм. Плазма более выгодна и в финансовом отношении, так как для этого процесса требуются меньшие расходы на оборудование и эксплуатацию.
Лазер может обеспечить самую высокую точность. Неоспоримо, что он позволяет вырезать очень мелкие элементы. Тем не менее, та высокая точность, которую обеспечивает лазерная резка, может иметь решающее значение для аэрокосмической промышленности или для проектов, в которых применяются очень мелкие детали. Качество резки, обеспечиваемое плазмой, является приемлемым для различных отраслей промышленности в большинстве случаев применения.
| Показатель | Плазменная резка | Лазерная резка |
|---|---|---|
| Точность | ✓ | |
| Диапазон толщин разрезаемого материала | ✓ | |
| Стоимость оборудования | ✓ | |
| Эксплуатационные расходы | ✓ | |
| Сложность в управлении | ✓ |
3. Может ли ваш аппарат плазменной резки перерезать толстолистовой алюминий?
Вне зависимости от ваших потребностей, осознание того, что плазменная резка алюминия может эффективно производиться при разных толщинах, добавляет уверенности.
На более ранних этапах системы плазменной резки не позволяли гарантировать неизменно хорошие результаты при варьировании толщин. Для современных систем не представляет сложности резать алюминиевый лист толщиной 38 мм (пробивка) или 50 мм с заходом от края.
В наиболее современных системах XPR производства Hypertherm применяется запатентованный процесс VWI (продуваемый плазмообразующий газ и водяной пар в качестве защитного газа), который даёт непревзойдённые результаты при резке широкого диапазона толщин листового алюминия.
При обработке листов большей толщины выбор газовой смеси (обычный состав аргон, водород, азот) с большей силой тока и высокой скоростью резки позволит получить очень гладкую поверхность, ускорив и упростив процесс.
Если возникает необходимость обработать алюминиевый лист самой большой толщины, то аппарат Hypertherm HPR800XD способен выполнить пробивку при толщине 75 мм и резку с заходом с края листа толщиной до 160 мм!
Такой невероятный прорыв в технологии плазменной обработки даёт возможность рассматривать плохие результаты, которые имели место при использовании данного процесса ранее, как историю давно минувших дней.
4. Какой газ подходит для резки алюминия?
Если рассматривать воздушно-плазменную систему, то определить предпочтения не составляет труда – вы будете применять для резки чистый, сухой воздух (который, конечно же на 78% состоит из азота) в качестве плазмообразующего. Это позволит вырезать изделия вполне приемлемого качества, работая с широким диапазоном толщин. Воздух является наиболее экономичным газом, однако поверхность после резки с его использованием получается шероховатой и покрывается оксидом алюминия. Системам плазменной резки промежуточного (напр., MaxPro200) или промышленного (напр., XPR300) уровня отдают предпочтение многие производственники, потому что они обеспечивают лучшие результаты при обработке алюминия. Использование более экзотических смесей газа часто позволяет добиться высокого качества поверхности реза. Двухгазовые системы, также лучше приспособлены для вырезания элементов, готовых к сварке без дополнительной обработки, поскольку в процессе не используется кислород. Промышленные системы (напр., XPR300) лучше всего подходят для алюминиевых деталей, так как позволяют получить высококачественные поверхности реза без окалины при работе с широким диапазоном толщин.
Ниже кратко описаны особенности различных плазмообразующх газов, проявляющиеся при обработке изделий из алюминия аппаратами плазменной резки.
| Плазменный газ / защитный газ | ✓ За | ✗ Против |
|---|---|---|
| Воздух / Воздух | Дешевле, хорошее качество резки и скорость | Более грубая поверхность реза, большее отклонение от перпендикулярности |
| N2 / воздух | Дешевле | Более грубая поверхность реза, большее отклонение от перпендикулярности |
| N2 / N2 | Дешевле | Более грубая поверхность реза, большее отклонение от перпендикулярности |
| N2 / CO2 | Немного быстрее, выше качество реза | Более грубая поверхность реза, большее отклонение от перпендикулярности |
| H35 / N2 | Более широкий диапазон обрабатываемых толщин, меньшее отклонение от перпендикулярности поверхности реза | Сложности с обеспечением газом, более дорогостоящий вариант |
| H35-N2 / N2 | Более широкий диапазон обрабатываемых толщин, меньшее отклонение от перпендикулярности поверхности реза | Сложности с обеспечением газом, возможность использования только при наличии консоли Auto-gas |
Рекомендации:
Рассматривать различные плазмообразующие газы имеет смысл только если вы имеете двухгазовую или многогазовую систему.
Если вы режете толстолистовой алюминий (более 12 мм) следует отдать предпочтение аргону и водороду.
Если вы режете тонколистовой алюминий (менее 12 мм), то для получения лучших результатов следует применять азот в качестве плазмообразующего газа в сочетании с CO2, используемым для защиты. При необходимости сократить расходы используйте дополнительно воздух. Его стоимость меньше, а качество реза при использовании воздуха хорошее.
Если это позволяет ваша система, водяная защита обеспечит наилучшее качество краёв и продлит срок службы расходников.
Диапазон толщин обрабатываемого материала:
Как было отмечено выше, применяя плазму, вы можете резать алюминиевый лист толщиной до 160 мм. В следующей таблице содержатся данные о диапазонах толщин резки алюминиевых изделий при различных комбинациях газа и силы тока.
| Плазменный газ / защитный газ | 45A | 130A | 200А | 260A | 400А | 600А | 800A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Воздух / Воздух | 1,2 - 6 | 6–25 | 10–20 | * | * | * | * |
| N2 / воздух | * | * | * | 6–50 | 12–50 | * | * |
| N2 / N2 | * | * | 8–20 | * | * | 40 - 80 | * |
| H35 / N2 | * | 8–25 | 8–20 | 6–50 | 20 - 80 | 40–100 | 50–160 |
| H35-N2 / N2 | * | 6–20 | 8–20 | 6–50 | 12 - 80 | * | * |
5. Какие опасности создаются при резке алюминия плазмой?
Применение плазмы для резки любых металлов предполагает соблюдение требований техники безопасности с целью предупредить внештатные ситуации, связанные с использованием электроэнергии, не допустить пожаров, защитить оператора, контролировать дым и регулировать шум. Тем не менее, работа с алюминием сопряжена с некоторыми особыми рисками. Следует учитывать, что алюминиевая пыль не должна смешиваться с пылью, создающейся при резке малоуглеродистой стали (например, в системе фильтрации) так как это может привести к спонтанному нагреву. Такое явление имеет место нечасто, однако может произойти термическая реакция, в ходе которой алюминиевая пыль взаимодействует с оксидами железа из малоуглеродистой стали. Данное взаимодействие является экзотермической химической реакцией. По этой причине осторожное обращение с фильтрующими системами и контроль мест проведения работ имеет первостепенное значение. Следующим в списке является опасность, связанная с использованием водяного стола. Если алюминиевое изделие вырезается плазменным аппаратом на водяном столе, создаётся угроза взрыва из-за выделяющегося водорода. Такая угроза существует только тогда, когда обрабатываемое изделие помещается в ванну или камеру и погружается под воду. При контакте алюминия с водой могут выделяться пузырьки газообразного водорода, которые собираясь под погружённым в воду листом, находящимся на разделочном столе, создают опасное скопление водорода, могущего загореться от плазмы и стать причиной поломки оборудования или ущерба здоровью оператора. Риск при вырезании изделий малых размеров не велик, так как они погружаются в воду только на короткое время, но следует быть очень осторожными, когда вы имеете дело с большой площадью поверхности, находящейся под водой длительный период времени. Уменьшить опасность можно, используя в вашем водяном столе аэратор. Проконсультируйтесь у производителя вашего стола перед тем, как приступить к резке алюминия, чтобы удостовериться, что водяной стол, вытяжная система для отвода дыма, а также другие составные части системы плазменной резки спроектированы с учётом возможности обработки алюминия.
6. Когда не следует применять плазменную резку, имея дело с алюминием?
Алюминиевый лист и плита в большинстве случаев может успешно разрезаться с помощью плазмы, однако имеется несколько важных исключений.
Первое исключение относится к анодированному алюминию. Если алюминий имеет анодное покрытие, нанесенное с целью увеличения толщины естественной оксидной плёнки на поверхности, то такое покрытие будет повреждено вблизи зоны резки из-за высокой температуры, при которой протекает процесс плазменной обработки.
Второе исключение – это алюминиевый рифлёный лист для полов (также имеющий названия плита “Диамант”, “Дурбар”). Участки, выступающие над основной поверхностью листа, делают его сложным для обработки на станке плазменной резки, поскольку они оказывают влияние на регулировку высоты резака по напряжению дуги, что ухудшает качество резов или приводит к периодическим соприкосновениям с наконечником резака.
Третье исключение составляют алюминиево-литиевые сплавы. Ни в коем случае не производите резку алюминиево-литиевых сплавов в присутствии воды.
7. Можно ли применять плазму для резки алюминия на водяном столе?
Возможно вы слышали об опасности химической реакции, которая может произойти при резке плазменной листа, помещённого на водяной стол.
Опасность взрыва, возникающая при таких условиях, вполне реальна, так как при резке алюминиевого листа в водяной среде водород может собраться под этим листом.
Разогретый алюминий весьма склонен к реакции с кислородом и способен захватить некоторое количество этого газа из молекул H2O, освобождая при этом атомы водорода. Тем не менее, следует отметить, что такое выделение водорода скорее всего не причинит вреда, особенно если вы не производите резку нескольких листов за короткий промежуток времени.
С другой стороны, если вам приходиться резать алюминий каждый день, то возможно понадобиться установить воздушный коллектор на дне водяного стола для создания пузырьков воздуха в вашей водяной системе, благодаря чему водород не будет собираться под листом.
Что конкретно представляет собой система для образования пузырьков? Могу ли я её изготовить сам?
Вы можете изготовить коллектор аэрации, используя трубку из ПВХ диаметром 50 мм с отводами диаметром 25 мм для подсоединения линий. В распределительных линиях необходимо просверлить отверстия диаметром 3 мм с шагом 150 мм.
На концах распределительных линий установите заглушки, чтобы воздух поступал равномерно на все участки зоны резки.
Затем просто подсоедините коллектор к системе подачи сжатого воздуха, имеющейся в вашем цеху и настройте регулятор давления так, чтобы поток пузырьков был непрерывным.
Итак, является ли резка алюминия на водяном станке безопасным процессом?
Да. В общем резка плазменным аппаратом алюминия более безопасна, чем резка нержавеющей стали, при которой выделяется шестивалентный хром.
Тем не менее, следует всегда консультироваться с производителем стола, чтобы оценить источники опасности и принять меры для исключения угрозы взрыва, состоящие в предотвращении накапливания водорода.
Что можно сказать о сплавах алюминия?
Не режьте алюминиевые сплавы под водой или на водяном столе, если не можете предотвратить накопление водорода.
Тем не менее, принимая соответствующие меры, можно выполнять резку большинства алюминиевых сплавов на водяном столе.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Ни в коем случае не производите резку алюминиево-литиевых сплавов в присутствии воды, так как этот материал может загореться при контакте с водой.
8. Как выбрать правильный станок для резки?
При выборе оборудования и методов обработки, которые лучше всего соответствуют вашим условиям, первое, что необходимо сделать – это определить приоритеты различных потребностей. В некоторых случаях самым важным фактором является производительность, тогда как в других ситуациях на первое место выходит качество поверхности реза.
Если вам необходимо соблюдение чрезвычайно жёстких допусков, следует рассмотреть вариант использования оптоволоконного лазерного станка.
Однако, если вы ведёте поиск экономичного высокопроизводительного решения или же вам необходимо резать алюминий толщиной более 20 мм, то высокоточные станки плазменной резки с источником плазмы XPR могут оказаться именно тем, что вам необходимо. В случае если качество резки не имеет для вас решающего значения или вы только иногда выполняете резку алюминия, лучше отдать предпочтение воздушно-плазменной системе типа Powermax производства Hypertherm.
Такие системы обеспечивают хорошее соотношение качества реза и доступности. Воздушно-плазменные системы в общем случае представляют собой портативные устройства, однако их можно установить на стол станка плазменной резки с ЧПУ и эксплуатировать в более интенсивном режиме.
Наконец, выбор самого лучшего варианта для резки алюминия определяется тем, какой материал вы обрабатываете каждый день. По этой причине мы всегда рекомендуем обращаться к производителю станка плазменной или лазерной резки.
Какие бы потребности при обработке алюминиевых изделий у вас не возникали, команда наших опытных инженеров поможет вам определить подходящий станок плазменной резки, который лучше всего соответствует вашим условиям.
При условии правильного выполнения и использования соответствующего оборудования и настроек, резка алюминия с помощь плазмы является несложным процессом, который даёт превосходные результаты.
