В России, как и в бывшем СССР, основой применения плазменной технологии резки является установка АПР 403 или АПР 404. При отсутствии отечественных силовых электронных компонентов полупроводникового типа в нашей стране так и не возникло предпосылок к созданию современного, высокотехнологичного источника для плазменной резки. Все что нам удалось создать за последнее десятилетие – это различные усовершенствования к АПР 404/403 на новой импортной элементной базе. Но даже эти усовершенствования не поднимают уровень технологических возможностей отечественной плазменной резки без другого, очень важного элемента – плазматрона. Конструкция отечественного плазматрона для АПР 404/403 принципиально не менялась уже 30 лет, да и качество деталей и узлов всегда были не очень хорошими.
Существует огромное количество иностранных компаний, которые занимаются разработкой, производством оборудования и расходных частей для плазменной резки. Все они в той или иной степени равняются на лидеров, которые и задают планку уровня технологий.
Как видно из рис. 1, а, б, современный плазматрон имеет существенно более сложную конструкцию, чем отечественный ПВР. Усложнение конструкции было вызвано потребностью улучшения характеристик технологического процесса плазменной резки на всех этапах: от поджига и пробивки до окончания горения дуги. Эти усовершенствования потребовали изменения всей технологии и принципов конструирования плазматронов. Так, в частности, все детали современного плазматрона изготавливаются с точностью 0,01 мм с полем допуска до ±0,002 мм по любому размеру на высокоточном оборудовании с ЧПУ. Благодаря этому теперь удается увеличить эффективную длину режущей струи плазмы, уменьшить диаметр плазменной дуги, уменьшить конусность дуги, получить гарантированно стабильные характеристики плазменного процесса на всех этапах цикла резки, увеличить в сотни раз время жизни электродов, сопел, более эффективно использовать мощность источника плазменного тока и поднимать КПД плазменного процесса.
Главными расходными частями в плазматронах любых конструкций всегда являются сопло и электрод. Оценивать качество этих элементов принято по количеству «пробивок», как самому сложному для всего плазменного цикла резки. И если для сравнения отечественный электрод редко доживает до 300 пробивок, то иностранный от 1000 и более. Стремление компенсировать высокую цену производства современных сопел и электродов приводит производителей к переосмыслению конструкций сопел и электродов. Так, одной из новейших запатентованных разработок является применение в конструкции электрода серебра и дополнительного охлаждения гафниевой вставки (рис. 2).
Поскольку гафний внедрен в тело электрода без сварки, вполне очевидно, что при определенных условиях он может просто «выпасть» из электрода (изза разницы теплового расширения меди и гафния). Уравнивает эту критическую ситуацию серебро и дополнительное охлаждение. По данным производителя для такой конструкции 2 500 пробивок не предел. Для потребителя это означает, что, переплатив примерно в 3 раза больше, чем за российский электрод, он получает не только в 10 раз меньше остановок оборудования для смены электрода (это 2 часа работы и примерно 1 полный цикл резки листа металла), но и все это время получает детали более высокого качества.
Если электрод способен работать так долго, то на тот же уровень стойкости подняты характеристики сопла. Обычно продление жизни сопла осуществляют либо технологическими способами, например, приподъем плазматрона при пробивке, либо защитными колпачками, и изменением давлений рабочих газов. Новейшим вариантом стало дополнительное охлаждение сопла (рис. 3).
Внедрение новых типов плазматронов позволяет на сегодняшний день начать наступление технологии плазменной резки на большие чем 30 мм толщины черных сталей, туда, где уже 100 лет царит газокислородная резка.
Следующим важным фактором нарастающей популярности плазменной резки является применение в механизированной резке не только классического воздуха, но кислорода, азота, аргона и аргоноводородных смесей как плазмообразующих и защитных газов. Конечно, в России доступность газов для плазменной резки пока сосредоточена только в крупных городах. Но даже это не должно останавливать от применения хотя бы кислорода, который общедоступен. Использование кислорода в вариантах О2+Air, О2+ О2 (плазмообразующий + защитный) позволяет: повысить скорость резки, практически избавиться от грата, снизить значения науглероживания и азотирования кромки реза, что в свою очередь избавляет от механической зачистки кромки перед сваркой. Расход кислорода для плазменной резки в первом приближении сопоставим с расходом на обычный газокислородный резак, а это значит, что при тех же эксплуатационных затратах можно получать больше деталей лучшего качества.
Качественная резка нержавеющих сталей и алюминия фактически невозможна без применения чистого азота, аргона или аргоноводородных смесей. Современная система плазменной резки не просто подает в соответствующие каналы плазматрона технические газы, но и управляет их комбинациями, давлениями на разных участках цикла резки (рис. 4).
Следующим этапом развития плазменных технологий стало обеспечение возможности выполнения разметки и нанесения надписей с помощью плазмы. До недавнего времени для этой работы применялись либо специализированные микроплазменные разметчики, либо системы чернильной или порошковой разметки. В России не все предприятия могут использовать чернильные или порошковые разметчики, поскольку они требуют условий работы от +5С0, что не всегда возможно. Отдельно установленные микроплазменные разметчики требуют увеличения цикла обработки листового металла на наведение соответствующего инструмента.
Сегодня микроплазменную разметку и маркировку можно выполнять на той же системе плазменной резки, которая непосредственно режет без смены расходных частей (так, например, раньше требовалось вручную сменить режущую головку плазматрона на разметочную). Эта технология должна найти широкое применение на российских производствах, поскольку, хотя она и увеличивает цикл получения деталей термической резкой, но она позволяет снизить затраты на общем управлении движения деталей и узлов по предприятию. Становится возможным всегда знать, что за детали и где они находятся, не будет никогда забытых и потерянных деталей, общий цикл изготовления продукции существенно сократится.
Кардинальные улучшения конструкции плазматрона, сопел и электродов, исследования в области воздействия различных типов газов для плазмы и их взаимодействия с разрезаемым металлом, повышение КПД плазменной резки стали причиной изменений и самих источников плазменной резки. За последнее десятилетие мы наблюдали, как технологии высокоточной плазмы поднимались на все большие токи резки. Сначала это были 80А, затем 130А и 260А, сегодня это уже 400А и не за горами 800А и 1000А. С ростом токов резки растет пропорционально и толщина обрабатываемых материалов, естественно, с условием обеспечения высокого качества деталей и роста производительности.
На рис. 5 представлена современная область эффективного применения плазменных технологий резки металлов. Еще пару лет назад верхняя граница была на отметке в 30 мм.
Для успешного внедрения современных технологий плазменной резки нам в России нужно еще многое сделать. Все еще отстает нормативная база всевозможных «Надзоров», которая отбрасывает наши предприятия в 80е годы прошлого столетия. Не хватает доступных, дешевых технических газов. Расходные материалы и плазматроны современного уровня доступны только в импортном исполнении, а таможенные пошлины ставят трудно преодолимый барьер на пути новых технологий. Иностранные компании не спешат расставаться со своими «ноухау» и размещать в нашей стране даже отверточную сборку, хотя давно это делают в Китае, Корее и других странах.
Владимир Александрович Кольченко
Инженер по сварочным технологиям и оборудованию
ООО «АВТОГЕНМАШ»
Тел. (4822) 328655
autogenmash@rambler.ru
www.autogenmash.ru
"