Экономичная автоматическая плазменная резка

Структура затрат: амортизация против текущих расходов

«Как выйти на низкую стоимость 1 метра реза?» С этим вопросом мы обратились к отечественным и немецким специалистам: Кириллу Александровичу Синякову, заведующему кафедрой «Оборудование и технологии производства металлоконструкций», члену ученого совета ПИМаш, и Курту Нахбаргауэру, владельцу компании IHT Automation GmbH & Co. KG, производящей оборудование для автоматизированной резки.

Рис. 1. Эксперты по оптимизации плазменной резки

По мнению К.А. Синякова, решение вопроса необходимо начать с определения экономической структуры затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования, а далее рассмотреть технические возможности для их снижения.

Стоимость реза плазменной машиной зависит от 2-х составляющих:

Вторая составляющая значительно больше первой.

Следовательно, стоимость 1 метра резки в большей степени зависит не от стоимости машины, а от того, как мы ее эксплуатируем!

Стремление купить машину как можно дешевле в ущерб технологическим характеристикам может в разы увеличить последующую стоимость резки. Используя современные технологии, можно снизить вторую часть затрат «текущие расходы» более чем в два раза.

Срок службы расходников: экономия 40%+

Почему изнашиваются сопла и электроды

Часто во время плазменной резки наблюдается повышенный износ расходных материалов. Основные причины следующие:

1. Чрезмерно долгое горение пилотной дуги внутри горелки

Происходит из-за образования основной дуги не на оптимальной высоте или за-за некорректного выхода из траектории резки при падении вырезанной заготовки. В этот момент плазматрон резко переходит от прямой дуги к косвенной со значительным износом электрода.

2. Процесс сквозного прожига металла без увода резака

Обратный поток плазмы с расплавленным металлом из образующейся воронки повреждает плазматрон. Необходимо безопасное положение.

3. Неправильная высота в процессе резки

Приводит к повышенной нагрузке на резак и, следовательно, к быстрому износу.

Скрытые неисправности: невидимые потери

Работа оборудования со скрытыми неисправностями:

• ✖️ Старая охлаждающая жидкость, долго циркулируя по латунным трубкам, изменяет свои электропроводные свойства
• ✖️ Шунтирование тока по жидкости приводит к искажению электрических характеристик внутри плазматрона
• ✖️ Чрезмерный изгиб нарушает объем подачи газов и охлаждающей жидкости

Только за счет соблюдения правильной технологии резки можно снизить потребление расходных материалов более чем на 40%.

Перерасход при работе на оборудовании со скрытыми неисправностями может быть столь значительным, что не поддается подсчетам простыми методами.

Производительность: технологии Contour Cut

При соответствующих возможностях машины оператор выставляет необходимую технологию резки, которая позволяет снизить себестоимость 1 метра резки до 30%.

А использование современных более высокопроизводительных технологий, например "Contour Cut", снижает себестоимость 1 метра резки до 50%!

Таким образом, начинать работу необходимо с подбора современной технологии резки металла под марки проката и толщины, используемые на предприятии.

Редко используемые марки и толщины следует исключить. Их учет смещает технологическую систему в неоптимальную экономическую зону. Выпадающий прокат дешевле разместить на резку по кооперации или разрезать другим способом.

После этого производится расчет производительности и стоимости одного условного метра резки. По выбранным параметрам подбирается наиболее оптимальный производитель машины.

Регулировка высоты: напряжение ≠ высота

Машина должна точно выполнять параметры резки, а не создавать иллюзию их исполнения.

Так, например, часто регулировка высоты резака задается напряжением в электрической цепи горелки. При этом ошибочно предполагается, что напряжение в электрической цепи соответствует напряжению плазменного столба дуги.

Это не так.

На самом деле происходит значительное падение напряжения при прохождении по металлоконструкциям стола, разрезаемого металла, контактам и проводникам.

В таком случае, даже если оператор и выставляет идеально правильное напряжение по приборам, фактическое напряжение дуги, замеряемое вольтметром в электрической цепи плазматрона, значительно отличается от установленного.

Как следствие:

• ✦ Повышается износ плазматрона
• ✦ Происходит перерасход газов
• ✦ Снижается производительность
• ✦ Ухудшается качество резки

Это решается либо на этапе приобретения машины (машина должна быть оборудована современными системами регулировки высоты), либо приглашением на работу высококвалифицированного и дорогостоящего оператора, который по дефектам резки будет корректировать параметры процесса.

Холостые перемещения: потеря 30% времени

Программное обеспечение машины должно позволять управлять оптимальным перемещением резака и согласованной работой плазменной установки. Дополнительные холостые перемещения могут увеличить время общего пробега до 30%.

Наиболее распространенные проблемы:

Машина должна иметь правильную и сбалансированную механику. Перемещение с микрорывками недопустимо.

Для определения подобного перемещения необходимо положить ладонь на безопасное место машины во время ее работы. При перемещении отчетливо ощущаются рывки и вибрации.

Именно рывки, вызванные освобождением механических напряжений при перемещении, вынуждают снижать скорость термической резки. Качество резки тоже ухудшается.

Возможности техники часто ограничиваются неумением ее правильно использовать. Результат – низкая производительность, плохое качество резки и необходимость оплаты более высококвалифицированных операторов.

Таким образом, машина должна иметь простой и удобный интерфейс.

Надежность: простой = убытки

Машина должна быть надежной. Простой машины в результате поломок и большой потребности в сервисе снижает ее производительность.

Кроме того, для работы на такой машине требуется высокооплачиваемый персонал, чтобы ее можно было использовать в узких эксплуатационных рамках, что значительно повышает стоимость метра реза.

Физика процесса: 7 стадий поджига дуги

Какими же методами можно решить подобные производственные вопросы?

Не следует разделять резку с другими технологическими процессами. От качества заготовки зависит степень необходимой последующей обработки и, следовательно, объем станочного парка, а также многое другое.

Внедряя современные технологии, можно получить эффективное производство.

На производстве приходится разрезать множество различных материалов с разнообразными формами. Производство – это не исследовательская лаборатория, и поиск идеальных режимов невозможен!

Какова вероятность компенсировать неизбежные отступления от идеальной технологии резки?

Рис. 2. Стадии образования плазменной дуги

Наиболее эффективным методом является управление высотой резака. Физику процесса проиллюстрировал г-н Курт Нахбаргауэр:

«Одним из основных вопросов является: "Каким образом поджог дуги на правильной высоте позволяет увеличить срок службы расходных материалов"? Рассмотрим, как происходит поджог дуги. Выделим значимые стадии образования дуги.

1-я стадия – продувка горелки

2-я стадия – снижение подачи воздуха для создания возможности более легкой ионизации

3-я стадия – ионизирующий высоковольтный, высокочастотный разряд

4-я стадия – возникновение пилотной дуги из-за низкой подачи газа, воздушный слой, оттесняющий дугу от сопла и электрода, не создан, быстрое повышение температуры внутри плазматрона

5-я стадия – выдувание пилотной дуги

6-я стадия – возникновение прямой дуги, формирование газового защитного слоя

7-я стадия – стабилизация дуги, защитных газовых слоев, снижение температуры внутри плазматрона

Самый высокий износ расходных материалов происходит именно на 4 и 5 стадии, в момент, когда дуга горит между электродом и соплом.

В это время вращающийся вихревой защищающий сопло и электрод поток еще не образовался.

Слишком высокое положение плазматрона над листом не позволяет быстро образоваться прямой дуге, давая время пилотной дуге разрушать сопло и электрод.

Наоборот, маленькое расстояние резака от листа – это низкое сопротивление дугового промежутка, следовательно, очень высокий стартовый ток и недостаточное время для отведения резака на безопасное расстояние.

Именно поэтому дистанция между резаком и металлом должна быть в соответствии с рекомендациями производителей плазменных установок.

Высота резака: компенсация износа электродов

Другим важным вопросом является: как правильная высота позволяет компенсировать износ электродов?

По мере износа электрода высота плазматрона над листом уменьшается, несмотря на постоянство напряжения на дуге.

С изменением этой высоты ухудшается качество резки, и еще более увеличивается износ расходных материалов.

Если откорректировать высоту, качество резки значительно повысится.

Рис. 3. Влияние износа на качество резки

Рис. 4. Зависимость высоты от скорости резки

Современные системы: автоматическая калибровка

Стандартные технологии, предлагаемые производителями плазменной резки, не отражают в полной степени многообразия проката, используемого на производстве в различных странах.

Предлагается упрощенная градация: сталь, алюминий, нержавеющая сталь. Но в каждой группе имеются значительные отличия по технологии резки.

В случае, если регулировка производится по напряжению на дуге, то на различных марках проката будет разное расстояние резака от листа.

Это связано с тем, что металл различных марок под дугой плавится по-разному, и горелка проседает то больше, то меньше.

Такое изменение длины дуги приводит к ухудшению качества резки и повышенному износу расходных материалов.

Современные системы регулировки высоты сами измеряют напряжение, соответствующее заданной в миллиметрах высоте, которая является основой для качественной резки, и поддерживают его.

При каждом новом резе эти данные обновляются, и качество остается неизменным на протяжении всей карты раскроя.

Активно ведутся исследования для получения новых методов регулировки высоты, из которых особого внимания заслуживают два направления:

• ✓ Предоставить оператору больше информации о текущем процессе резки и возможность изменять этот процесс для достижения высокого качества реза и предотвращения ошибок
• ✓ Улучшение характеристик регуляторов высоты для возможности качественной резки тонкого листового металла

Современные технологии позволяют снизить себестоимость производства, повысить качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Рис. 5. Современная плазменная резка

Виталий Жданов
ООО «НТ-Сварка»
Санкт-Петербург, Россия
Тел./факс +7(812) 67 67 072
info@nt-welding.ru
http://nt-welding.ru

Курт Нахбаргауэр
IHT Automation GmbH & Co. KG, Баден-Баден, Германия
http://www.iht-automation.com

Кирилл Александрович Синяков
заведующий кафедрой
«Оборудование и технологии производства металлоконструкций»
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Литература

1. В. Жданов., К. Нахбаргауэр, Т. Юниор Качественная плазменная резка. Журнал «РИТМ», № 1'2013, стр. 46-47