Типичные ошибки оператора при плазменной резке и способы их избежания

Использование расходных материалов до тех пор, пока они не выйдут из строя

Если посмотреть на ряд деталей одного типа, которые были вырезаны при таком подходе, можно безошибочно определить те детали, на которых сопло или электрод были уже «на подходе». Использование сильно изношенных сопел и электродов может не только привести к браку при вырезке детали, но и стать причиной дорогостоящего ремонта пламенного резака и даже аппарата плазменной резки, во время которого машина плазменной резки будет простаивать. Выход из строя сопел и электродов можно легко предупредить по нескольким признакам, которые выдают изношенные расходники. Опытный оператор по звуку резки и цвету пламени дуги (при выгорании циркониевой вставки оно приобретает зеленоватый оттенок), а также по необходимости уменьшать высоту плазмотрона при пробивке, всегда скажет Вам, когда пора менять электрод. Также, одним из лучших способов оценки состояния деталей резака является качество реза. Если качество реза внезапно начинает ухудшаться, то это повод проверить состояние сопла и электрода. Разумным подходом является ведение журнала со средним временем работы электрода или сопла от замены до замены. Сопло и электрод могут выдерживать разное количество пробивок в зависимости от тока резки, типа и толщины материала. Например, при резке нержавеющей стали требуется более частая замена расходников.
Однажды определив по такому журналу среднее время жизни электрода для каждого конкретного вида вырезаемых деталей, можно выполнять плановую замену сопел и электродов, не доводя до появления брака в вырезаемых деталях или до поломки пламенного резака.

	Новая деталь	Изношенная деталь
Защитная насадка Её следует заменять только при наличии видимых повреждений, таких как образование шлака, вмятины или ожоги, или если его трудно надеть на горелку или защитная крышка не может быть ровно установлена из-за повреждений.
Защитная крышка Хотя защитная крышка не изнашивается самой плазменной резкой, из-за ее непосредственной близости к заготовке она подвержена повреждению при резе, слишком близко к материалу. Как следует из его названия, защитный колпачок заглушает защитный газ с целью дополнительного охлаждения сопел и улучшения края режущей кромки. Отверстие в защитной крышке имеет решающее значение для качества реза, поэтому его следует заменить, когда оно становится сожженным, согнутым, когда на него попадает шлак и оно становится не круглым. Для удаления брызг (шлака), который застрял на защитной крышке, можно использовать абразивную щётку. Всегда проверяйте уплотнительные кольца на предмет возможных повреждений, таких как трещины и разрывы. Убедитесь, что уплотнительные кольца правильно смазаны с использованием рекомендованной производителем смазки. Инструкции по смазке см. в руководстве изготовителя.
Внутреннее защитное кольцо Эта деталь имеет медный корпус с нажимным изоляционным кольцом для размещения в защитной крышке. Цель внутреннего удерживающего колпачка состоит в том, чтобы циркулировать охлаждающую жидкость вокруг внешней части сопла и распределять газ на защитный колпачок через крошечные отверстия в изоляторном кольце. Эта деталь не изнашивается плазменной дугой и может легко выдерживать до 30 или более замен электродов. Заменяйте только в том случае, если отверстие сожжено, согнуто или повреждено и не является круглым, или если повреждено изоляционное кольцо или отверстия по периметру.
Сопло Сопло – один из важнейших элементов плазмотрона. Сопло формирует струю плазмы, которая, проходя через отверстие, осуществляет рез. Когда оно новое, это отверстие будет идеально круглым с четко определенным острым краем. Сопло должно быть заменено, когда отверстие начинает изнашиваться во внешнем или внутреннем отверстии, делая края менее острыми и ухудшая качество реза. На внутренней стороне сопла могут возникать более светлые участки, вызванные пуском дуги, но это не является причиной замены. Для наивысшего качества резки следует заменять сопло в два раза чаще, чем электрод.
Завихрительное кольцо (газовый диффузор) Вихревое кольцо изготовливается из высокотемпературного материала, такого как Vespel или керамики, и поэтому не изнашивается плазменной дугой. Оно служит для завихрения плазмообразующего газа вокруг электрода и направления его в сопло. Вихревое кольцо также изолирует отрицательно заряженный электрод от положительно заряженного сопла. Диффузор влияет на множество факторов, и без него вы получите гораздо более короткий срок службы всех остальных расходных частей и плохое качество реза. Необходимо следить за тем, чтобы маленькие отверстия не содержали грязи и мусора, и их следует заменять, если обнаружены трещины или сколы, так как даже микроскопическая трещина может нарушить газовый поток. Всегда проверяйте уплотнительные кольца на предмет возможных повреждений, таких как трещины и разрывы. Убедитесь, что уплотнительные кольца правильно смазаны с использованием рекомендованной производителем смазки. Инструкции по смазке см. в руководстве изготовителя. В среднем 1 диффузор способен пережить более 50 замен электрода.
Электрод Электрод является основным и расходным материаом в плазменной резке и требует наиболее частой замены. Электрод может быть изготовлен из меди или серебра или их комбинации и содержит отдельную вставку из эмиттерного стержня, изготовленную из гафния или вольфрама. Эмиттерный стержень обладает меньшим сопротивлением току, чем медь, что предотвращает сжигание электрода при генерировании большого тока дуги. Медь обладает низким электрическим сопротивлением, из-за чего электрическая дуга может пройти на корпус, что повлечёт повреждение других элементов - сопла, защитной крышки, а также самого плазмотрона. Чтобы этого не допустить, электрод следует менять в тот момент, когда на вставке появится ямка по размерам равная диаметру самой вставки.
Безопасное значение глубины износа эмиттера составляет примерно 0,040 дюйма (1,02 мм) для медных электродов и 0,1 дюйма (2,54 мм) для серебряных электродов.

Слишком частая замена сопел и электродов

Среди использованных сопел и электродов достаточно часто можно встретить такие, которые еще можно использовать при резке. Излишне частая замена расходников также очень распространена среди операторов металлорежущих станков с ЧПУ, и в особенности, машин плазменной резки. При замене сопла или электрода оператор должен четко знать, на что обращать внимание. Сопло требует замены в следующих ситуациях:
1. Если сопло имеет деформации снаружи или изнутри. Это часто бывает при слишком маленькой высоте пробивки и при непрорезе металла. Расплавленный металл попадает на внешнюю поверхность сопла или защитного колпака и деформирует ее.
2. Если выходное отверстие сопла по форме отличается от окружности. При большой высоте пробивки, если движение начинается до прореза металла, то дуга отклоняется от перпендикуляра к листу и проходит через край отверстия сопла. Чтобы определить, изношен ли электрод, нужно посмотреть на вставку из металла серебристого цвета на торце медного электрода (как правило, используется сплав циркония, гафния или вольфрама). В общем случае, электрод считается работоспособным, если этот металл вообще есть и глубина лунки на его месте не превышает 2 мм для воздушно-плазменной или кислородно-плазменной резки. Для резки плазмой в среде защитного газа (азота или аргона) глубина лунки может достигать 2,2 мм. Завихритель нуждается в замене лишь в том случае, если при тщательном осмотре можно выявить забитые отверстия, трещины, следы вызванные попаданием дуги, или сильный износ. Завихрители особенно часто заменяются преждевременно. То же самое касается и защитных колпаков которые нуждаются в замене только в случае физического повреждения. Очень часто защитные колпачки могут быть очищены наждачной бумагой и использованы вновь.

Использование неправильных настроек параметров плазменной резки и расходных материалов

Выбор расходников при плазменной резке зависит от вида разрезаемого металла (сталь, медь, латунь, нержавейка и т.д.), от его толщины, выставленного тока дуги на аппарате плазменной резки, плазмообразующего и защитного газов и т.д. Справочное руководство оператора машины плазменной резки описывает, какие расходные материалы использовать в случае разных режимов процесса резки. Указанные в инструкции оператора режимы, рекомендации относительно настроек плазменной резки следует соблюдать. Использование расходных материалов (сопел, электродов) несоответствующих текущему режиму плазменной
резки обычно приводит к ускоренному выходу расходников из строя и к значительному ухудшению качества пламенного реза. Очень важно выполнять плазменную резку металла именно с тем током дуги, на который рассчитаны используемые расходные материалы. Например, не стоит резать металл плазмой на 100 амперах, если в плазменном резаке стоит сопло на 40 ампер, и т.д. Самое высокое качество реза достигается, когда ток на аппарате плазменной резки выставлен на 95% от номинального тока резки, на который рассчитано сопло. Если установлен режим плазменной резки с заниженным током дуги, то рез будет зашлакованный, и на обратной стороне вырезаемых деталей будет значительное количество грата, пламенный рез будет неудовлетворительного качества. Если установленный на установке плазменной резки ток слишком высок, то срок службы сопла значительно сокращается.

Неправильная сборка плазменного резака

Пламенный резак должен быть собран таким образом, чтобы все его детали плотно прилегали друг к другу, и не было бы впечатления «разболтанности». Плотность прилегания деталей плазмотрона обеспечивает хороший электрический контакт и нормальную циркуляцию воздуха и охлаждающей жидкости через плазменный резак. Во время замены расходных материалов нужно стараться разбирать плазменный резак на чистой поверхности, чтобы грязь и металлическая пыль, образующиеся при плазменной резке, не загрязнили плазмотрон. Чистота при сборке/разборке плазменного резака очень важна и, тем не менее, это требование часто не соблюдается.

Невыполнение регулярного планового обслуживания плазмотрона

Плазменный резак может работать в течение многих месяцев, и даже лет без должного обслуживания. И, тем не менее, газовые каналы и каналы охлаждающей жидкости внутри плазменного резака должны содержаться в чистоте, посадочные места сопел и электродов должны проверяться на предмет загрязнения или повреждений. Грязь, металлическая пыль должны удаляться из плазменного резака. Для чистки плазмотрона следует использовать чистую хлопчатобумажную тряпочку и жидкость для чистки электрических контактов либо перекись водорода.

Резка металла без проверки давления плазмообразующего газа или подачи охлаждающей жидкости в плазморез

Расход и давление плазмообразующего газа и охлаждающей жидкости нужно проверять ежедневно. Если расход недостаточный, детали резака не будут в должной степени охлаждаться и их срок службы будет снижен. Недостаточный проток охлаждающей жидкости из-за изношенного насоса, забитых фильтров, недостаточного количества охлаждающей жидкости, является распространенной причиной поломок плазменных резаков. Постоянное давление плазмообразующего газа очень важно для поддержания режущей дуги и для качественного реза. Избыточное давление плазмообразующего газа является распространенной причиной затрудненного поджига плазменной дуги, притом, что все остальные требования к настройкам, параметрам и процессу плазменной резки полностью удовлетворены. Слишком высокое давление плазмообразующего газа является причиной быстрого выхода из строя электродов. Плазмообразующий газ обязательно должен быть очищен от примесей, т.к. его чистота оказывает сильное влияние на срок службы расходных материалов и плазмотрона в целом. Компрессоры, подающие воздух в аппараты плазменной резки имеют тенденцию к загрязнению воздуха маслами, влагой и мелкими частицами пыли.

Пробивка при малой высоте плазмотрона над металлом

Расстояние между заготовкой и срезом сопла плазмотрона оказывает огромное влияние, как на качество реза, так и на срок службы расходных материалов. Даже небольшие изменения в высоте плазменного резака над металлом могут значительно повлиять на скосы на кромках вырезаемых деталей. Высота плазменного резака над металлом во время пробивки особенно важна. Распространенной ошибкой является пробивка при недостаточной высоте плазмотрона над металлом. Это приводит к тому, что расплавленный металл выплескивается из лунки, образованной при пробивке и попадает на сопла и защитные колпачки, разрушая эти детали. Тем самым существенно ухудшается качество реза. Если пробивка происходит, когда плазменный
резак касается металла, то может произойти «втягивание» дуги. Если дуга «втягивается» в плазмотрон, то электрод, сопло, завихритель, а иногда, и резак целиком - разрушаются. Рекомендуемая высота пробивки равна 1.5-2 величины толщины разрезаемого плазмой металла. Следует отметить, что при пробивке достаточно толстого металла рекомендуемая высота получается слишком большой, дежурная дуга не достает до поверхности листа металла, следовательно, процесс резки на рекомендуемой высоте начать невозможно. Однако если пробивка будет производиться на высоте, на которой плазморез может зажечь дугу, то брызги расплавленного металла могут попасть на плазмотрон. Решением этой проблемы может быть применение технологического приема под названием «подпрыжка». При отработке команды на включение резки, плазменная резка включается на небольшой высоте, затем резак поднимается вверх на заданную высоту "подпрыжки", на которой брызги металла не достают до резака. После отработки пробивки резак опускается на высоту врезки и начинается движение по контуру.

Плазменная резка металла на слишком большой, либо слишком малой скорости

Несоответствие скорости плазменной резки выбранному режиму существенно сказывается на качестве реза. Если установленная скорость резки слишком низкая, на вырезаемых деталях будет большое количество облоя и разнообразных наплывов металла по всей длине реза на нижней части кромки деталей. Низкие скорости резки могут стать причиной увеличения ширины реза и большого количества брызг металла на верхней поверхности деталей. Если установлена слишком высокая скорость резки, дуга будет загибаться назад, вызывая деформацию кромок вырезаемой детали, будет узкий рез, и небольшие бусинки грата и облоя в нижней части кромки реза. Грат образованный при высокой скорости резки тяжело удаляется. При правильно выбранной скорости резки количество грата, облоя и наплывов металла будет минимальным. Поверхность кромки пламенного реза при правильно выбранной скорости должна быть чистой и механическая обработка должна быть минимальной. В начале и конце реза может произойти «отклонение» дуги от перпендикуляра. Это происходит из-за того, что дуга не успевает за резаком. Отклонение дуги приводит к тому, что она врезается в боковую поверхность сопла, нарушая тем самым его геометрию. Если выполняется врезка с кромки, центр отверстия сопла должен находиться точно на линии кромки детали. Это особенно важно в комбинированных станках, в которых применяется и дыропробивная головка и плазморез. Отклонение дуги может произойти и когда плазмотрон при включенной резке проходит через край листа, или если линия выхода из контура с резкой (lead out) пересекает старый рез. Необходима точная настройка параметров времени, чтобы уменьшить проявления этого эффекта.

Механическое повреждение или поломка плазменного резака

Столкновения резака с листом, вырезанными деталями или ребрами раскроечного стола могут полностью вывести резак из строя. Столкновений резака с вырезаемыми деталями можно избежать, если в управляющей программе задавать холостые проходы вокруг, а не над вырезанными деталями. Например, в программе оптимального раскроя ProNest производства MTC-Software присутствует такая возможность, что позволяет свести риск поломки плазмотрона к минимуму и сэкономить значительные средства. Стабилизаторы высоты резака также обеспечивают некоторую защиту от столкновений с металлом. Однако, если используется только лишь датчик высоты резака по напряжению дуги, то в конце реза могут происходить «клевки», т.к. напряжение дуги меняется в результате ее «отклонения» и резак опускается вниз чтобы его компенсировать. В системах ЧПУ применяется многоуровневая система защиты от столкновения с металлом. Используется как датчик касания, измеряющий сопротивление между антенной вокруг резака и листом, емкостной датчик и датчик
напряжения дуги. Это позволяет в полной мере использовать преимущества каждого из типов датчиков. Также, для защиты резака можно применять «ломкие» кронштейны, которые при столкновении сломаются быстрее, чем плазменный резак. Таким образом, грамотный оператор машины плазменной резки может сэкономить своему предприятию огромные деньги, время и накладные расходы на плазменную резку. Результатом работы хорошего оператора МТР будет возросшая рентабельность плазменной резки и увеличение прибыли предприятия в целом. Надеемся, что изложенные в этой статье рекомендации по плазменной резке металла позволят выполнить настройку плазменной резки и подобрать режимы реза для каждого конкретного случая.