Плазменная резка

Плазменная резка стали — механизированный способ раскроя листового проката толщиной до 100 мм. Кроме черной стали, раскраивают цветные металлы и сплавы: титан, медь, алюминий. Преимущество технологии — высокое качество кромок, универсальность, производительность и безопасность. Используют плазменную резку для труб и объемных конструкций, изготовленных из листовой стали и цветного проката.

Отечественные и зарубежные нормативы

Государственный документ, который определяет технические требования и критерии качества, — ГОСТ 14792-80. При ремонте импортного оборудования (или производстве деталей на экспорт) используют регламент ISO 9013:2017.

Международный стандарт содержит критерии качества термической резки металлопроката. В отечественном и зарубежном документе использован одинаковый принцип подхода, в ISO больше уточнений. Международное обозначение процесса плазменной резки — аббревиатура PAW.

Термический раскрой металла включает операции:

• отделения части от целого изделия;
• прорезания пазов в конструкциях.

Норматив на плазменно-дуговую резку распространяется на сталь обыкновенного качеств и все виды высоколегированных материалов. В документе указан алюминий и сплавы толщиной 5-60 мм.

Как оценить качество услуги плазменной резки?

Для определения показателя используют два критерия: точность и чистоту кромки. Второй параметр включает зону термического влияния, шероховатость, отклонение от перпендикулярности. Норматив устанавливает обязательное условие — качество поверхности реза контролируют после удаления грата и шлака.

Стоимость плазменной резки определяется классом соответствия. Погрешность размеров и чистота кромки зависит от соблюдения технологии, правильной настройки оборудования, квалификации специалиста.

Для перечисленных показателей установлены свои класса качества (по три оценки):

• точности реза;
• ЗТВ;
• шероховатости;
• отклонения от перпендикулярности.

Подробнее о каждом критерии.

Точность плазменной резки

Принадлежность изделия к классу качества зависит от толщины материала и габаритов проката.

Класс точности PAW	Толщина металла, мм	Предельные отклонения при размере листа металла, мм
		2500-5000	1500-2500	500-1500	<500
3	5-60	±2,5	±2,0	±1,5	±1,0
2	31-60	±3,5	±3,0	±2,5	±2,0
	5-30	±4,0	±3,5	±3,0	±2,5
1	31-60	±5,0	±4,5	±4,0	±4,0
	5-30	±4,5	±4,0	±3,5	±3,5

Норматив устанавливает величину предельного отклонения от прямолинейности, равную половине указанных в таблице значений. Требование относится к заготовкам, вырезаемым из целого листа.

Отдельный пункт ГОСТ гласит: для контроля качества плазменной резки используют инструмент с погрешностью не более 0,5 мм.

Отклонение поверхности от перпендикулярности

После разделения металла на части остается вертикальный и наклонный рез. Внешний вид кромок — скос сверху или снизу. Иногда в толще металла — посередине — образуется местное углубление в виде дуги.

Госстандарт устанавливает радиус оплавления кромки при тепловой резке — менее 2 мм.

При разработке технологического процесса используют таблицу соответствия класса качества и толщины металла при плазменной резке.

Класс качества при отклонении от перпендикулярности	Допускаемая погрешность при толщине заготовки, мм
	61-100	31-60	13-30	5-12
3	не определена	4,0	3,0	2,3
2		1,6	1,2	1,0
1		0,7	0,5	0,4

Зона термического влияния

Параметр ЗТВ применяют только для раскроя плазменной резкой. Стандарт относит к браку изделия с трещинами в зоне оплавленного металла.

Классы качества при определении ЗТВ	Допускаемые отклонения при толщине алюминиевого сплава, мм
	31-60	13-30	5-12
3	3,2	1,6	0,8
2	1,6	0,8	0,4
1	0,4	0,2	0,1

ГОСТ содержит примечания:

• для углеродистых сплавов обыкновенного качества нормы термического влияния удваивают;
• площадь оплавления включают в ЗТВ;
• для аустенитных сталей (ГОСТ 5632-2014) отклонения уменьшают в два раза.

Шероховатость поверхности реза PAW

Стандарт рекомендует измерять параметр на участке длиной 8 мм по 10 выбранным точкам. Место контроля зависит от толщины (S) металла:

• S < 60 мм — посередине;
• S > 60 мм — в двух точках: на расстоянии 10 мм от верхней и нижней кромки. 

Таблица демонстрирует взаимосвязь между классом качества плазменной резки листа и степенью шероховатости.

Класс шероховатости PAW	Допускаемая величина углублений и впадин при толщине метала, мм
	61-100	31-60	13-30	5-12
3	Не определена	0,630	0,320	0,200
2		0,320	0,200	0,100
1		0,070	0,060	0,050

ГОСТ допускает наличие отдельных дефектов, которые не превышают величины из таблицы.

Отдельной строкой указывают количество и размеры углублений. Технолог выбирает показатели в зависимости от условий эксплуатации. Значения относятся к раскрою проката на части и образованию отверстий в целом изделии. 

Маркировка плазменной резки листа металла

Регламент требует указывать класс качества каждого параметра в документах: карте процесса и техническом описании оборудования. Способ обозначения PAW — четырехзначное число.

Литера «П» указывает на плазменно-дуговой способ обработки. Если один из четырех параметров не определен, ставят ноль. Пример записи: П 1203 ГОСТ 14792-80.

Расшифровка обозначения:

• «П» — деталь получена методом PAW;
• 1 — первый класс точности;
• 2 — второй класс отклонения от перпендикулярности;
• 0 — нет требований к шероховатости реза;
• 3 — третий класс зоны термического влияния.

Допуски на механическую обработку

Цена плазменной резки металла определяется размерами заготовки, классом точности и местом сбыта продукции: для отечественного потребителя или на экспорт.

Согласно ISO, допуски применяют к деталям (трубам, листам), которые отвечают одному или нескольким требованиям:

• отношение длины к ширине — менее или равно один к четырем;
• периметр (или отрезки) более или равны 350 мм.

Толщина реза, мм	Погрешность номинальных линейных размеров (х), при габаритах заготовки, мм
	2000-4000	1000-2000	315-1000	125-315	<125
≤ 10	± 1,7	± 1.6	± 1.5	± 1.4	± 1.3
> 10 ≤ 50	± 4.2	± 3.0	± 2.3	± 1.9	± 1.8
> 50 ≤ 100	± 4.9	± 3.7	± 3.0	± 2.6	± 2.5
> 100 ≤ 150	± 5.7	± 4.4	± 3.7	± 3.4	± 3.3
> 150 ≤ 200	± 6.4	± 5.2	± 4.5	± 4.1	± 4.0
> 200 ≤ 250	± 7.2	± 5.9	± 5.2	-	-
> 250	± 7.9	± 6.7	± 6.0	-	-

Для линейных размеров более 4000 мм предельные отклонения указывают на чертеже.

Регламент ISO требует соблюдения принципа плазменной резки: в каждой точке изделия должен быть припуск на механическую обработку.

Предусмотрено отдельное правило для контроля отклонений в пазах и отверстиях, расположенных параллельно. Чтобы замерить погрешность, выбирают на окружности две противоположные точки.

Таблица показывает зависимость между допусками на механическую обработку и размерами заготовки.

Параметр	Наибольший размер детали, мм
	> 2000	> 1000 ≤ 2000	> 315 ≤ 1000	≤ 315
Припуск на резку (s), мм	7	6	6	5

Документ ISO содержит таблицы с рассчитанными (готовыми) предельными отклонениями размеров. При определении числовых значений используют данные «х» и «s» (из таблиц выше) и формулы:

• для верхней границы — s +3/4 х;
• для нижнего предела — s -1/4 х.

На величину допуска влияет дальнейшая обработка металлопроката и место нахождение кромки: снаружи или внутри. Отдельной строкой международный стандарт определяет отклонения двух поверхностей, которые одновременно отвечают условиям:

• расположены на конструкции в противоположном направлении;
• место в пространстве — параллельно друг другу.

ISO рассматривает три случая:

1. одна кромка в дальнейшем подлежит обработке;
2. продукцию поставляют как есть (без дополнительных операций, связанных с очисткой кромок);
3. впоследствии два края будут обработаны механическим способом.

Численные значения «х» и «s» высчитывают по формуле или берут готовые результаты из таблиц.

Транспортировка конструкций

Международный регламент уделяет особое внимание отверстиям без механической обработки и с грубой отделкой:

• сквозным пазам;
• полостям в основании крупных деталей;
• углублениям для транспортировки труб, листов, профилей.

Стандартные размеры приведены в таблице ниже.

Толщина листа, мм	Диаметр отверстий, мм
	Максимум	Минимум
> 50 ≤ 80	70	40
> 30 ≤ 50	50	20
> 10 ≤ 30	40	16
≤ 10	40	10

Если чертеж содержит указание о механической обработке, ISO не рекомендует применять термическую резку для проходов номинальным диаметром менее 70 мм,

Дополнительные требования касаются отверстий и пазов, предназначенных для зенкования.

Технология плазменной резки

В обычном состоянии воздух работает как изолятор: не проводит электрический ток. При нагреве газа до температуры 5000-30000 °C увеличивается плотность положительных и отрицательных зарядов. Количество частиц быстро сравнивается. Ионизируемый воздух начинает проводить ток.

Рабочая часть оборудования — плазмотрон, который состоит из сопла и кабель-шлангового пакета. Устройство подключают к аппарату подачи газа.

Разновидности электрической дуги — прямого и косвенного действия. В первом случае обрабатываемая деталь попадает в зону электрического разряда. Плазматроны косвенного действия применяют с материалами, которые не проводят ток, например, при плазменной резке нержавейки. Электрическая дуга образуется у сопла резака.

Внутри плазмотрона находится электрод. Когда аппарат выполняет полезное действие, между катодом и наконечником образуется дежурная дуга. Через кабель к системе подключен источник поставки сжатого газа: компрессор, баллоны.  В сопло подают воздух давлением 6-8 атм. Электрическая дуга нагревает воздух до температуры 5000-30000 ⁰C. Когда плазма соприкасается с местом реза, металлическая решетка разрушается.

В маломощных аппаратах используют сжатый воздух, на серьезном производстве — азот, аргон с водородом, азот с водородом и другие смеси, в зависимости от состава материала.

Диаметр сопла плазмотрона не превышает 3 мм. Размер рабочей части влияет на параметры:

• ширину реза;
• выбор компрессора;
• охлаждение ближайших слоев металла и устройства.

При выборе диаметра учитывают характеристики, перечисленные в таблице (для примера взят аппарат Энергокат с плазмотроном Trafimet).

Металл	Толщина, мм	Средний диаметр сопла, мм	Давление воздуха, атм.	Сила тока, А	Ширина реза, мм	Скорость реза, м/мин
Алюминий	1 -15	1.4	4.5 - 5.5	60 - 90	1.5 - 2	1.5 - 0.5
	20 - 40	1.9		140 -150	2.5	0.5 - 0.1
Сталь	1-10	0.9 - 1.1		40 - 60	1 - 1.3	2 - 0.2
	20 - 50	1.9		100 - 150	2 - 2.5	1.2 - 0.15

При разработке техпроцесса и выборе оборудования учитывают параметры:

• толщину и теплопроводность металла;
• режим эксплуатации плазмореза: если в паспорте устройства указан параметр ПВ = 50%, аппарат не подходит для толстого материала и плазменной резки металла с ЧПУ;
• удобство использования (радиус действия, массу).

Оптимальный параметр для технологического процесса в автоматическом режиме: ПВ = 70%. В пересчете на один час: аппарат работает 42 мин. и 18 мин остывает. Высокие показатели ПВ используют для высокопроизводительного оборудования, в том числе, с ЧПУ.

Характеристика плазматрона ПВ = 100% — обман. Некоторые производители указывают в паспорте не максимальную, а номинальную силу тока.

Преимущества плазменной резки

Основные технологии термического разделения металла на части: PAW, кислородная и лазерная обработка. У каждого способа свои плюсы и минусы.

Если сравнивать с резкой в газовой среде, производительность труда у PAW в 4-10 раз больше. Плазменно-дуговой способ обладает преимуществами:

• повышенная гибкость материала и «чистые» торцы: почти нет окалины, минимальная ЗТВ, отличная угловатость;
• скорость плазменной резки мало зависит от толщины металла (при правильном подборе мощности);
• стабильность процесса от первой до последней заготовки;
• возможность получения мелких деталей;
• минимальное количество затрат и длительная эксплуатация расходных материалов;
• низкие требования к обслуживанию агрегата, нет необходимости нанимать сторонних специалистов.

Цена за метр плазменной резки ниже, чем обработки металлов в кислородной среде. Экономически выгодно применять технологию к заготовкам толщиной 50-60 мм.

Немаловажный фактор — процесс полностью безопасен. Рядом с источником энергии нет взрывоопасных баллонов с газом.

Второй вариант сопоставления технологий — лазерная резка. К достоинствам PAW относят качества:

• повышенную производительность;
• гибкость обработанного материала;
• низкий уровень затрат на закупку расходников, обслуживание и эксплуатацию.

К особенности плазменной резки относят нетребовательность к долгому прогреванию толстой стали.

Если сравнивать PAW с механическим разрезанием на части, при подсчете суммарной трудоемкости лазер выигрывает. Нет необходимости убирать металлическую пыль. Процесс не вредит окружающему пространству.

К достоинствам PAW относят универсальность: метод подходит для чугуна, стали, алюминия и другого металла. При смене материала не надо менять агрегат. Достаточно передвинуть рычаги, которые отвечают за мощность и давление воздуха.

Недостатки плазменной резки:

• узкий диапазон металла по толщине: для раскроя заготовок S = 80-100 мм привлекают мощные агрегаты; при резке с кислородом чугуна и некоторых сталей — до 500 мм;
• сложность технологического процесса: трудно подключить два и более резака к одному аппарату (как работают со штучными электродами);
• жесткие требования к углу отклонению от перпендикулярной оси: 10-50⁰, в зависимости от толщины сплава (превышение параметра ведет к увеличению ширины реза и износу расходных материалов);
• повышенный уровень шума: газ из плазматрона выходит с ультразвуковой скоростью;
• при использовании смесей с азотом — выделение вредных соединений (способ повысить безопасность — металл погружают в воду).

Применение плазменной резки

Метод считают универсальным. Сфера использования технологии — для прямолинейного и фигурного раскроя металла: листов и труб из стали, меди, чугуна, алюминия, титана.

Технологию применяют при сборке готовых конструкций, в строительстве, металлургическом производстве, бизнесе, связанном с производством и ремонтом судов, самолетов, автомобилей.

ООО «МеталлСклад Северо-Запад» оказывает услуги качественной плазменной резки профильной трубы, фасонного проката, изделий из черной и нержавеющей стали. 

Плазменная резка прайс:

Толщина листа	Цена за 1 погонный метр, руб.
3 мм	380 руб.
5 мм	400 руб.
6 мм	440 руб.
8 мм	480 руб.
10 мм	530 руб.
12 мм	590 руб.
14 мм	675 руб.
18 мм	734 руб.
20 мм	760 руб.
25 мм	800 руб.
30 мм	855 руб.
32 мм	864 руб.
50 мм	договорная
от 60 до 200 мм	договорная