Как работает плазменная резка металла: температура, газ и электрическая дуга
Плазменная резка металла работает так: электрическая дуга ионизирует поток газа, превращая его в плазму с температурой от 10 000 до 30 000 градусов Цельсия, эта струя расплавляет металл в точке воздействия, а скоростной поток выдувает расплав, формируя ровный рез. Метод подходит для сталей, алюминия, меди и других токопроводящих материалов толщиной от 0,5 до 150 мм.
Формирование плазменной дуги
Внутри плазмотрона находится вольфрамовый катод и сопло-анод. При включении источник питания подаёт высокочастотный искровой разряд между ними — это зажигает вспомогательную дугу. Затем основная дуга переносится на разрезаемый металл: деталь подключена к положительному полюсу источника, и электроны движутся от катода через газ к заготовке. Газ, проходя через дугу, нагревается до состояния плазмы: атомы теряют электроны и становятся ионами. Плазма покидает сопло со скоростью до 800 м/с.
Роль плазмообразующего газа
Выбор газа определяет качество реза и сферу применения. Воздух как самый доступный и дешёвый вариант используется для резки углеродистой стали: стоимость раза в три ниже, чем при работе с чистым кислородом или азотом, но кромка получается чуть более окисленной. Азот применяют для нержавеющей стали и алюминия: он защищает кромку от окисления. Кислород даёт чистый и быстрый рез по углеродистой стали толщиной до 25 мм. Смеси аргона с водородом применяют для прецизионной резки толстого алюминия, когда важна гладкость кромки без последующей механической обработки.
Параметры процесса и качество реза
Ток дуги, скорость перемещения плазмотрона и высота сопла над листом напрямую влияют на геометрию реза. При токе 100 А и скорости 1500 мм/мин сталь толщиной 10 мм режется с шириной реза около 2–3 мм. Отклонение скорости на 20% приводит к изменению угла наклона кромки: слишком медленное движение даёт обратный скос, слишком быстрое оставляет незавершённый рез. Современные станки с ЧПУ регулируют высоту автоматически, контролируя напряжение дуги: при приближении сопла к металлу напряжение падает, система поднимает плазмотрон.
Применение в промышленности
В машиностроении, судостроении и металлоконструкциях плазменная резка конкурирует с лазерной и гидроабразивной. Её главное преимущество — высокая производительность при работе с толстым металлом (свыше 20 мм) при относительно низкой стоимости оборудования. Портальные плазменные станки с рабочим полем 6 на 2 метра широко используются на российских заводах металлоконструкций. Расходные элементы (электрод и сопло) заменяют примерно каждые 1–4 часа работы в зависимости от тока и типа материала.
