Плазменная резка: как выбрать ток, сопло и газ по таблицам резки

Плазменная резка — быстрый способ раскроя толстой стали, но результат сильно зависит от настройки. Эта статья — как выбрать режим по документации производителя. Сравнение плазмы с лазером и гидроабразивом — в статье «Лазерная, плазменная или гидроабразивная резка».

Как устроен плазмотрон и что в нём изнашивается

У промышленной системы Hypertherm XPR таблица резки для каждого процесса перечисляет комплект: колпак экрана, защитный экран, колпак сопла, сопло, завихритель, электрод, водяная трубка. Роли деталей:

• электрод — катод; дуга горит со вставки из металла с высокой температурой плавления. Hypertherm называет гафний или вольфрам;
• завихритель закручивает плазменный газ — из-за этого одна сторона реза всегда ровнее другой;
• сопло сжимает дугу. Сопла подбирают под ток: чем больше ток, тем больше отверстие;
• колпак и защитный экран держат сопло и направляют защитный газ.

У ручных и лёгких механизированных систем Powermax SYNC вместо набора деталей — картридж: всё в одном корпусе, меняется целиком.

Когда менять расходники

Главный признак по Hypertherm — рез перестал устраивать по качеству. Проверяют:

Электрод и сопло изнашиваются вместе, их проверяют и меняют парой. В общей статье о ресурсе Hypertherm пишет, что электрод обычно выходит из строя при глубине кратера 0,040–0,125″ (1,0–3,2 мм), в зависимости от системы, — поэтому предел берите из руководства своего плазмотрона.

Что сокращает ресурс, по Hypertherm: пробивка слишком низко (главная причина раннего выхода сопла из строя), неправильный расход газа, холостые зажигания дуги без реза. Время пробивки в таблицах рассчитано на средне изношенные расходники; по мере износа его увеличивают.

Как читать таблицу резки

Таблица составлена для одного материала, тока и газа. В ней — толщина, высота резки, начальная высота пробивки, время пробивки, скорость и напряжение дуги, ширина реза. Hypertherm предупреждает: это отправная точка, которую подстраивают под свой стол и материал.

Пример — Hypertherm Powermax65/85/105 SYNC, конструкционная сталь, 65 А, воздух (Cut Charts Guide 810500MU):

Режим максимальной производительности, по Hypertherm, обычно быстрее на 20–30 % (в этой таблице — от 13 до 44 % в зависимости от толщины), но не гарантирует лучшую кромку. С 20 мм при 65 А рез начинают только с края листа: пробить такую толщину этот ток не может.

Высота пробивки

Пробивают выше, чем режут, чтобы брызги расплава не попали в сопло. Hypertherm задаёт высоту пробивки в процентах от высоты резки — в руководстве Powermax SYNC обычно от 150 до 400 %.

Для 12 мм при 65 А: 3,2 · 120 / 100 ≈ 3,8 мм — это значение и стоит в таблице. Для 16 мм процент уже 200: 3,2 · 200 / 100 = 6,4 мм. Когда пробивают толщину у предела процесса, Hypertherm советует заход длиной примерно равной толщине листа (20 мм — для листа 20 мм) и опускать резак на высоту резки только после того, как он ушёл от лужи расплава. Стали с высоким содержанием марганца и кремния пробиваются хуже, чем материал, на котором составляли таблицу.

Как выбрать ток

Для одной толщины подходят несколько токов. Сравним 12 мм конструкционной стали по таблицам Hypertherm:

Для сравнения, в брошюре Kjellberg HiFocus для конструкционной стали при 130 А указано 3400 мм/мин на 10 мм, 1900 мм/мин на 15 мм и 1000 мм/мин на 25 мм.

Пример расчёта. Контур длиной 2,4 м из листа 12 мм. Время реза = длина / скорость: при 65 А — 2400 / 840 ≈ 2,9 мин, при 105 А — 2400 / 1700 ≈ 1,4 мин. Больший ток вдвое сокращает время, но щель на 0,5 мм шире и ресурс расходников при другом токе другой.

Как выбирают:

• Основной диапазон толщин. В руководстве XPR это «process core thickness» — категория 1, лучший баланс качества и скорости. Для конструкционной стали Hypertherm ожидает в ней скорости 2030–3810 мм/мин. Толще основного диапазона — медленнее и с гратом на низкой скорости; тоньше — быстрее, но хуже кромка.
• Категория 4 и 5 в таблицах XPR — только рез с края; категория 5 — разделение: ниже 250 мм/мин, грубая кромка, много грата.
• Кромка или скорость. Hypertherm советует меньший ток для лучшей кромки и больший — для реза без грата и максимальной скорости.
• Ток под сопло. Для Powermax1000/1250/1650 Hypertherm рекомендует ставить ток около 95 % номинала сопла: слишком малый ток даёт «мягкую» дугу и неряшливый рез, слишком большой — быстро изнашивает сопло.

Газы

На системах Powermax Hypertherm запрещает кислород и горючие газы — только воздух или азот. Нержавейку на Powermax можно резать на F5 — смеси 95 % азота и 5 % водорода (состав по Kjellberg). По руководству Powermax SYNC кромка получается гладкой, серебристой, без окисления, но скорость ниже и газ дороже воздуха. Kjellberg для HiFocus перечисляет плазменные газы O2, N2, воздух, Ar, H2 и F5.

Скос кромки, грат и контроль высоты

Скос. Из-за закрутки газа ровная сторона реза — справа по ходу резака, левая всегда со скосом. Программу строят так, чтобы ровная сторона оставалась на детали. Руководство Powermax SYNC считает скос больше 5° признаком проблемы. Причины и поправки:

Грат. Hypertherm различает грат низкой скорости — тяжёлый, пузырчатый, снизу, легко отбивается — и грат высокой скорости: тонкий валик, приваренный к нижней кромке, трудно снимается. Первый лечат увеличением скорости, подъёмом резака и снижением тока, второй — наоборот. Брызги сверху листа — признак износа, большой скорости или высокого резака. Подробнее о грате.

Контроль высоты. Автоматическая система перед резом определяет положение поверхности листа (начальное определение высоты, IHS), поднимает резак на высоту пробивки, пробивает, опускается на высоту резки и дальше держит её по напряжению дуги: чем выше резак, тем выше напряжение. Hypertherm отмечает, что такая система компенсирует коробление листа от нагрева и износ расходников, и даёт лучший результат и ресурс, чем ручная установка высоты. Напряжение из таблицы — ориентир: на него влияет длина кабелей.

Отверстия плазмой

Отверстие малого диаметра обычной плазмой получается с конусом и некруглое. Производители решают это технологиями:

• Hypertherm True Hole — для конструкционной стали толщиной до 25 мм на системах XPR и HPRXD, отношение диаметра отверстия к толщине от 2:1 до 1:1. Это набор газа, тока, способа пробивки, захода и выхода, скоростей по участкам и синхронного гашения дуги, который подставляет CAM или ЧПУ.
• Kjellberg Contour Cut — на установках HiFocus для конструкционной стали, отверстия с отношением диаметра к толщине 1:1.

Если у цеха нет такой технологии, отверстия под болты с посадкой лучше сверлить после раскроя. Про минимальные отверстия на лазере — в статье «Отверстия и перемычки при лазерной резке».

Что указать в заявке

1. Материал, марку и толщину — от них зависят ток, газ и скорость.
2. Требование к кромке: класс по ГОСТ Р ИСО 9013 или «под сварку без зачистки». Для нержавейки — допустимо ли окисление кромки (иначе — азот или F5).
3. Отверстия: какие вырезать плазмой, какие сверлить. Если нужна точность отверстий — спросите про True Hole или Contour Cut.
4. Зачистку грата — отдельной строкой.
5. Файл — замкнутые контуры в масштабе 1:1, см. «Как подготовить DXF для лазерной резки»: правила для плазмы те же, но щель шире.