3. Общие положения и некоторые технологические закономерности.

Целью реализации любого технологического процесса, включая и плазменную резку, является получение изделия требуемого качества при заданной производительности и максимальной экономичности. Показателями качества детали, вырезанной огневой резкой, являются значения линейных угловых размеров, характеризующих её габариты и форму, а также параметры, характеризующие свойства металла, из которого изготовлена деталь.

Отклонение от номинальных значений размеров приводит к появлению дополнительных затрат при сборке и сварке конструкции, а изменение свойств металла в зоне реза может вызвать порообразование, трещинообразование и другие дефекты. Производительность процесса резки предопределяется скоростью резки, а экономичность – затратами на электроэнергию, газы, электроды и другие материалы.

Все параметры технологического процесса, т.е. точность, производительность и экономичность, связаны также со свойствами и толщиной разрезаемого материала.

Допустимые величины отклонений регламентирует ГОСТ 14792–80. Этот стандарт распространяется только на детали и заготовки, вырезанные механизированной кислородной и плазменной резкой. Стандарт предусматривает три класса точности.

В таблице 3 приведены нормы допускаемых отклонений от номинальных размеров при плазменной резке.

Таблица 3.

Класс точности	Способ резки	Толщина листа, мм	Предельные отклонения, мм
			До 500	500–1500	1500–2500	2500–500
I	Плазменная и кислородная	5–30 31–60	±1.0	±1.5	±2.0	±2.5
	Кислородная	61–100	±1.5	±2.0	±2.5	±3.0
II	Плазменная и кислородная	5–30 31–60	±2.0 ±2.5	±2.5 ±3.0	±3.0 ±3.5	±3.5 ±4.0
	Кислородная	61–100	±3.0	±3.5	±4.0	±4.5
III	Плазменная и кислородная	5–30 31–60	±3.5 ±4.0	±3.5 ±4.0	±4.0 ±4.5	±4.5 ±5.0
	Кислородная	61–100	±4.5	±4.5	±5.0	±5.5

4. Резка листового проката

Листовой прокат из стали всех марок, алюминия и его сплавов мо­жет разрезаться методом плазменной резки с использованием ручных резаков, переносных машин, а также на стационарных машинах с цифро­вым, фотоэлектронным и линейным управлением. Резка производится ду­гой прямого действия при прямой полярности.

Перед началом плазменной машинной резки необходимо проверить состояние оборудования и убедиться в его исправности. Установить рас­ход плазмообразующей среды по таблице режимов. Проверить действие системы охлаждения плазменного резака. Задать необходимую скорость резки по таблице режимов и программу резки. Прежде чем приступить к вырезке деталей, следует проверить режимы резки на пробной планке из того же металла и той же толщины, что и разрезаемый металл.

При использовании в качестве плазмообразующей среды воздуха, азота, воздуха с водой, кислорода и кислорода с водой следует применять плазменные резаки с вихревой стабилизацией дуги, а при использовании аргона с водородом – плазменные резаки с осевой стабилизацией.

Во всех случаях процесс резки листа может начинаться или с кромки, или с середины листа.

Резка с середины листа, в свою очередь, может производиться, начи­ная с кромки предварительно просверленного отверстия, диаметр которого не должен быть менее 6 мм, или после пробивки металла непосредственно плазменной дугой. Предварительное сверление отверстий применяется лишь при резке металла большой толщины, когда невозможно пробить металл плазменной дугой, так как сверление отверстий связано с потерями времени и с неудобством выполнения работы, особенно при резке на стационарных машинах. При ручной резке стали, меди и сплавов на медной основе сверление отверстий обычно применяют при толщине более 40 мм, а при резке алюминиевых сплавов – более 50 мм. При резке переносными машинами и на стационарных машинах предварительное сверление отвер­стий производится при толщине разрезаемого металла более 28 мм для всех металлов.

Пробивка металла плазменной дугой является наиболее сложной опе­рацией плазменной резки.

Капли расплавленного металла в момент пробивки выдуваются ре­жущей струей из кратера, образующегося в листе, и загрязняют наруж­ную поверхность сопла и кожуха резака. В некоторых случаях они могут создать сплошной мостик между соплом и разрезаемым листом, что при­водит к образованию двойной дуги. Для предотвращения этого явления резак в момент пробивки должен быть поднят над листом на 20–25 мм, т. е. значительно выше, чем при резке. С другой стороны, для надеж­ного соприкосновения с разрезаемым листом факела вспомогательной дуги, обеспечивающего возбуждение режущей дуги, резак дол­жен быть удален от листа перед началом резки на 10–12 мм. В связи с этим приходится возбуждать дугу при опущенном резаке, а затем приподнимать –его после возникновения прямой дуги и вновь опускать в рабочее положе­ние после того, как металл будет пробит струей плазмы насквозь.

При ручной резке и резке переносными машинами приподнимание резака для пробивки производится вручную, а момент окончания пробивки и начала опускания резака определяется визуально по появлению сквозного­ отверстия. При резке на стационарных машинах приподнимание и опускание резака на время пробивки металла может также производить­ся оператором машины вручную путем нажатия кнопок на пульте управ­ления машины, а момент окончания пробивки определяется визуально. Однако современные стационарные машины имеют несложные реле времени, при помощи которых резак автоматически приподнимается для осуществления процесса пробивки и опускается в рабочее положение для начала перемещения по траектории резания.

При автоматической пробивке ее осуществление контролируется не визуально, а по времени, затрачиваемом на пробивку металла определен­ной толщины. При этом под временем пробивки понимается промежуток времени от начала возбуждения режущей дуги до начала движения ре­зака по заданной траектории.

В этом промежутке с помощью автоматики машина осуществляет возбуждение режущей дуги, приподнимание резака в начале пробивки отверстия и опускание его после окончания пробивки. Продолжитель­ность остановки резака при пробивке металла задается в зависимости от толщины разрезаемого металла.

В случае выполнения пробивки непосредственно на линии контура де­тали при машинной резке требуется очень точная регулировка времени пробивки. При недостаточной выдержке металл не пробивается на всю тол­щину и прорезается уже в процессе движения резака. В результате этого в начале реза у нижней кромки остается участок непрорезанного металла. При чрезмерно продолжительной остановке резака диаметр пробитого отверстия превышает ширину реза. На кромке детали остается выхват, ухудшающий внешний вид и затрудняющий последующую сварку.

Подбор оптимальной продолжительности времени пробивки для каж­дой толщины листа значительно усложняет процесс регулирования систе­мы управления дугой перед резкой. Кроме того, незначительное изменение внешних условий, например изменение напряжения питающей сети, давле­ния сжатого воздуха, расстояния между резаком и металлом, приводит к тому, что ранее установленная выдержка оказывается для данных усло­вий неправильной и в точке пробивки образуется или непрорез, или слиш­ком большое отверстие. В связи с этим рекомендуется продолжительность пробивки устанавливать таким образом, чтобы обеспечить надежное проплавление металла, а пробивку производить в стороне от контура выре­заемой детали (на отходе). Практически при резке стали толщиной 6–20 мм можно использовать одну выдержку времени, равную приблизительно 2 с; расстояние от места пробивки до контура вырезаемой детали при плаз­менной, резке зависит от толщины детали следующим образом:

Толщина разрезаемого металла, мм	15	16–20	21–30	31–50
Расстояние от места пробивки, мм	5–6	6–7	7–8	20–25

Однако и в данных условиях продолжительность пробивки не следует делать слишком долгой, так как отверстие становится настолько большим, что для обеспечения контакта между металлом и столбом плазменной дуги последний должен сильно искривиться. Это приводит к соприкосновению столба дуги со стенкой сопла, в результате чего происходит либо срабатывание системы автоматической защиты сопла, либо оплавление его сте­нок, либо отрыв дуги.

Плазменную резку алюминия и его сплавов следует выполнять в среде аргона с водородом. Допускается резка в среде азота, воздуха, воздуха с водой и кислорода с водой.

Большим преимуществом аргона является способность устойчиво поддерживать плазменную дугу при небольших напряжениях и малом токе. В связи с этим аргон применяется, главным образом, при ручной резке листов из алюминиевых сплавов сравнительно небольшой толщины (до 12–20 мм). Недостатком аргона является относительно малая проплавляю­щая способность плазменной струи и, как следствие, наименьшая по сравнению со всеми другими газами скорость резки. Однако при ручной резке физиологические возможности резчика ограничивают скорость ведения процесса. В связи с этим при резке тонколистового алюминия малая проплавляющаяся способность аргоновой плазмы практически не оказывает влияния на производительность резки.

Добавка к аргону водорода резко повышает скорость резки. Однако во­дород, диссоциируя на атомы в приэлектродной области, отнимает у элек­трода значительное количество теплоты, т.е. оказывает на дугу гасящее действие.

Он может охладить катодное пятно настолько, что термоэлектронная эмиссия прекратится и дуга прервется. Зажечь плазменную дугу в атмосфере водорода при тех же напряжениях и токе вспомогательной дуги, которые применяются в существующих установках, не удается. В связи с этим возбуждение дуги производят в среде аргона и только после получения режущей дуги добавляют к аргону водород. Соотношение между аргоном и водородом зависит от вида резки и толщины разреза­емого металла. При ручной резке водорода подают меньше, чем при машинной (обычно 20–35 %). По мере увеличения толщины разрезаемого металла рекомендуется увеличивать содержание водорода в смеси, доводя ее при толщинах 80–100, мм до 60–80 %.

Ориентировочные режимы плазменной резки алюминиевых сплавов с применением аргона, азота и водорода приведены в табл. 4. Ре­жимы плазменной машинной резки с использованием воздуха с водой при­ведены в табл. 5.

Медь и медные сплавы характеризуются высокой теплопроводностью, поэтому при их резке мощность дуги должна быть больше, чем при резке сталей. В качестве плазмообразующего газа применяют аргонно–водородную смесь, азот или атмосферный воздух. При воздушно–плазменной рез­ке меди на поверхности реза образуется легкоотделяемый крупный стекловидный грат. При резке меди малых и средних толщин предпочтительнее воздушно–плазменная и воздушно–водяная плазменная резка.

Таблица 4. Ориентировочные режимы плазменной резки алюминиевых сплавов

Толщина разрезаемого металла, мм	Диаметр сопла, мм	Сила тока, А	Напряжение, В	Мощность, кВт	Расход газа, л/с		Скорость резки, мм/с
					аргона / азота	водорода
15 30	3 5	250	140–160 180–200	40	0.2 / – – / 0,4	0,14 0,3	17 10
50 80	5	450	160–180	50	– / 0,4 – / 0,5	0,3 0,4	7,5 7,0

Таблица 5. Режимы плазменной машинной резки алюминиевых сплавов в среде воздуха с водой

Толщина разрезаемого металла, мм	Сила тока, А	Напряжение на дуге, В	Скорость резки, мм/с		Толщина разрезаемого металла, мм	Сила тока, А	Напряжение на дуге, В	Скорость резки, мм/с
4 6	270–290	140–145	84–100 67–84		16 18	270–290	155–160	39–42 34–37,
8 10	270–290	145–150	59–67 50–59		20 24	290–310	160–165 165–170	30–34 24–27
12 14	270–290	150–155	47–50 42–45		30 40	290–310	170–175 180–185	17–20 10–12

Примечания: 1. Расход воздуха на зажигание дуги 0,25–0,33 л/с; на резку 1,33–1,5 л/с. 2. Расход воды на резку 0,005–0,06 л/с. 3. Ширина реза по нижней кромке 3,5–4,0 мм. 4. При резке в среде воздуха или азота скорость резки должна быть снижена на 25–30 %.

Таблица 6. Ориентировочные режимы плазменной резки меди и латуни

Металл	Толщина разрезаемого металла, мм	Диаметр сопла, мм	Сила тока, А	Напряжение, В	Мощность, кВт	Расход газа, л/с				Скорость резки мм/с
						аргона	азота	водорода	воздуха
Медь	5	3	300	75	22	–	,0,6	–	–	25
	15 25	4	300 350	92 90	25 31	– 0,28	0,53 –	– 0,14	– –	11 4
	40 100	7	700	120 145	84 101	0,1	– –	1,1	2,8	10 3
Латунь	6 30 90	3 4 5	260 350 500	70 85 140	18 30 70	– – –	1,17 1,0 0,56	– – 0,28	– – –	29 4 3,4

При резке латуни используют те же рабочие газы, что и при резке ме­ди; скорость резки при этом увеличивается на 20–25 % по сравнению со скоростью резки меди. Ориентировочные режимы резки меди и латуни с использованием азота воздуха, аргоноводородных и азотно–водородных смесей даны в табл. 6.

Режимы резки меди и ее сплавов с использованием плазмообразующей смеси из воздуха и воды приведены в табл. 7.

Плазменную резку коррозионно–стойких, жаростойких и плакиро­ванных сталей следует выполнять в среде технического азота, а также в средах воздуха, воздуха с водой, кисло­рода с водой. При этом листы из коррозионно–стойкой стали толщи­ной до 20 мм разрезают с применением азота, а при толщине от 20 до 50 мм исполь­зуют смесь из 50 % азота и 50 % водорода. Ориентировочные ре­жимы плазменной ма­шинной резки коррозионно–стойких сталей с использованием азота, аргона и аргоноводородной смеси приведе­ны в табл. 8, режимы плазменной машинной резки кор­розионно–стойких, жаростойких и плакиро­ванных сталей в среде воздуха с водой даны в табл. 9.

Таблица 7. Режимы плазменной резки меди и сплавов на медной основе в среде воздуха с водой

Толщина разрезаемого металла, мм	Сила тока, А	Напряжение на дуге, В	Скорость резки, мм/с
4 6 8	270–290	140–145	118–126 50–59 44–50
10 12		145–150	34–42 30–37
14 16 18		150–155 155–160 160–165	27–30 24–27 20–24
20 24 30	290–310	165–170 170–175 180–185	17–20 13–17 10–12

Примечания: 1. Расход воздуха на зажигание дуги 0,25– 0,33 л/с; на резку 1,33–1,5 л/с. 2. Расход воды на резку 0,005– 0,06 л/с. 3. Ширина реза по нижней кромке 2,5–3,0 мм. 4. При резке в среде воздуха или азота скорость резки должна быть снижена на 10–15 %.

Таблица 8. Ориентировочные режимы машинной резки коррозионно–стойких сталей

Толщина разрезаемого материала, мм	Диаметр сопла, мм	Сила тока, А	Напряжение, В	Мощность, кВт	Расход газа, л/с			Скорость резки, мм/с
					аргона	азота	водорода
10 20 30 40 50 75 100	3 5 1.4 5 4.5 4 7	300 500 100 350 490 500 700	150 75 165 120 80 85 145	45 78 17 42 40 43 100	– – 0.19 – 0.25 – 0.1	0.28 0.28 – 0.44 – 0.42 –	– – 0.14 – – – 1.1	50 45 – 5 4 3 5

Плазменная резка низкоуглеродистых низ­колегированных и среднелегированных сталей выполняется с приме­нением в качестве плазмообразующих сред воздуха с водой, кисло­рода с водой, воздуха, кислорода.

Режимы резки этих сталей с использова­нием воздуха с водой приведены в табл. 10, а с использованием кис­лорода и кислорода с водой – в табл. 11. Необходимо отме­тить, что резка в широком диапазоне толщин (от 6 до 30 мм) выполняется при постоянной регулировке аппаратуры. Изменяется только скорость движения резака в зависимости от толщины разрезаемого металла. Напряжением дуги используется для контроля за правильным протеканием процесса. Выход напряжения за заданные пределы свидетельствует об отклонении какого–нибудь исходного параметра, например об изменении расхода воздуха, расстояния от резака до листа и т. п.; это является сигналом о необходимости проведения отдельных составляющих процесса резки. Постоянство регулировки аппаратуры является большим преимуществом плазменной резки углеродистых сталей по сравнению с кислородной резкой, так как при этом эксплуатация оборудования существенно упро­щается.

В процессе резки необходимо следить за состоянием сопел и электродов; для этого следует периодически удалять с внутренней поверхности сопла на­лет материала электрода при помощи шлифо­вальной шкурки по ГОСТ 10054 – 82. При увеличении _f каналов сопл или изменении формы этих каналов сопла необходимо за­менить на новые.

Элек­трод следует заменить, когда его стержень уко­ротится на 2,5–3,0 мм. Для уменьшения или полного устранения появления скоса кромки плазменная резка дета­лей должна произво­диться по часовой стрелке, т. е. таким об­разом, чтобы деталь по отношению к линии реза находилась с правой стороны. Вырезать от­верстия в деталях следует против часовой стрелки.

Таблица 9. Режимы плазменной машинной резки коррозионно–стойких, жаростойких и плакированных сталей, осуществляемой в среде воздуха с водой.

Толщина разре­заемого металла, мм	Сила тока, А	Напряжение на дуге, В	Скорость резки, мм/с
4 6	270–290	160–165	50–59 42–50
8 10		165–170	34–42 29–34
12		170–175	25–29
14 6		175–180	24–25 22–24
18 20	270–290 290–310	180–185	20–22 17–20
24 30 40	290–310	185–190 190–195 195–200	13–15 9–10 5–7

Примечания: 1. Расход воздуха на зажигание дуги 0,25– 0,33 л/с; на резку 1,33–1,5 л/с, 2. Расход воды на резку 0,005– 0,06 л/с. 3. Ширина реза по нижней кромке 2,5–3,5 мм. 4. При резке в среде воздуха или азота скорость резки должна быть снижена на 15–20 %.

При вычерчивании копирчертежей и со­ставлении программ для вырезки деталей необходимо выполнять приведенные ниже ус­ловия, обеспечивающие минимальные деформа­ции при тепловой резке. В первую очередь следует вырезать отвер­стия. Вырезку деталей начинать от одной из кромок листа, последо­вательно переходя от одной детали к другой в направлении к проти­воположной кромке. При составлении карт раскроя деталей для тепловой резки реко­мендуется применять совмещенные резы.

Узкие и длинные де­тали ( , где – длина, – ширина де­тали) надо распола­гать вдоль продольной кромки листа, причем более длинные дета­ли – ближе к кромке, от которой начинается резка, а более короткие – ближе к середине листа и к противоположной кромке. Вырезку сле­дует начинать с узких и длинных деталей, расположенных у кромки.

Таблица 10. Режимы плазменной машинной резки низкоуглеродистых, низколегированных, среднелегированных и легированных сталей в среде воздуха с водой

Толщина разрезаемого металла, мм	Сила тока, А	Напряжение на дуге, В	Скорость резки, мм/с
4 6 8 10 12	270–290	140–145	118–126 50–59 44–50 37–42 30–37
14 16 18		150–155 155–160 160–165	27–30 24–27. 20–24
20 24 30	290–310	165–170 170–175 180–185	17–20 13–17 10–12

Примечания: 1. Расход воздуха на зажигание дуги 0,25– 0,33 л/с; на резку 1,33–1,5 л/с. 2. Расход воды на резку 0,005–0,006 л/с. 3. Ширина реза по нижней кромке 2,5–3 мм. 4. При резке в среде воздуха или азота скорость резки должна быть, снижена на 10–15%.

Детали, имеющие одну кромку с вырезами, необходимо располагать этой кромкой в сторону кромки листа, от которой начинается вырезка деталей.

Начало и направление реза каждой детали должны быть такими, чтобы кромка, соединяющая деталь с основной массой листа, обрезалась в последнюю очередь.

Таблица 11. Режимы плазменной машинной резки низкоуглеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей в среде кислорода и кислорода с водой

Толщина разрезаемого металла, мм	Напряжение на дуге, В		Скорость резки, мм/с
	Кислород	Кислород с водой
6 8	115–120	130–135	61–64 47–54
10 12	120–125	135–140	40–45 34–37
14 16	125–130	140–145	29–32 25–29
18 20	130–135	145–150	22–25 18–22
24 30	135–140 145–150	150–155 160–165	17–20 10–13'

Примечания: 1. Сила тока при резке 270–300 А. 2. Напря­жение источника питания 290–310 В. 3. Расход кислорода на зажигание дуги 0,25–0,33 л/с; на резку 1,17–1,33 л/с. 4. Расход воды на резку в среде кислорода с водой 0,003–0,0036 л/с. 4. Ширина реза по нижней кромке 2,5–3 мм.

Вырезку на стационарных машинах листовых деталей длиной свыше 5 м, шириной свыше 0,8 м следует производить с угла, начиная с длинной кромки. В программе или на копирчертеже необходимо откорректировать контур детали, для этого надо предусмотреть плавное увеличение выпук­лости или уменьшение выгнутости кромки первого и третьего резов с изме­нением стрелки прогиба кромки первого реза на 1,5 мм, третьего реза на 1,0 мм при кислородной резке и на 0,5 мм обеих кромок при плазменной резке.

Если одна деталь занимает большую часть листа, то вырезку необхо­димо начинать с этой детали.

При кислородной вырезке полос толщиной до 12 мм необходимо остав­лять перемычки через 800 мм для ширины до 100 мм, через 1200 мм для ши­рины 101–200 мм, через 1800 мм для ширины 201–300 мм, через 2500 мм для ширины свыше 300 мм. При плазменной резке расстояние между пере­мычками должно быть увеличено в 1,5 раза, длина перемычки должна быть не менее 15 мм. Перемычки следует оставлять на обеих продольных кром­ках таким образом, чтобы они лежали на одной прямой, перпендикулярной к длинным кромкам листа (детали). При вырезке деталей толщиной более 12 мм перемычки не оставляются.

При наличии соответствующего оборудования рекомендуется длин­ные и узкие полосы вырезать единовременно двумя или большим количеством резаков.

При вырезке длинных и узких полос ( ) одним резаком в програм­ме или на копирчертеже следует предусматривать обратный изгиб продоль­ных кромок деталей на величину, определяемую по формуле

,

где – стрелка изгиба кромки полосы на длине , см; – ширина реза, см.

Для низкоуглеродистых, низколегированных, среднелегированных и двухслойных сталей при кислородной резке А = 0,6* 10^–3 см, а при плаз­менной резке А =0,3*10^–3 см.

Детали средних размеров ( ) вырезаются во вторую очередь после вырезки длинных и узких полос; при этом оставляются перемычки и корректировка контура детали в целях компенсации деформаций на ребро не производится. На копирчертежах должны быть указаны маршрут вырез­ки деталей и места для перемычек, если последние технологически необ­ходимы.

Имеется производственный опыт по использованию скосов кро­мок в качестве естественной фаски; установлению требований к точности вырезки деталей с учетом сокращения подгоночных работ при сборке; соз­данию технологии, обеспечивающей отсутствие порообразования при свар­ке под флюсом.

При разработке программ резки предусматривается такой раскрой листа, чтобы естественная фаска находилась со стороны будущего первого прохода сварного шва и чтобы обе стыкуемые кромки имели фаску с одной стороны. При сборке под сварку естественную фаску используют как за­данную в чертеже без дополнительной подготовки кромок, в частности, это осуществляется при подготовке листов толщиной до 16 мм под односто­роннюю автоматическую сварку.

Достаточно высокая точность работы стационарных машин, например типа «Кристалл», позволяет решить вопрос уменьшения подрубочных работ при сборочных операциях. Подрубка (или подрезка) соединяемых деталей обычно производится в тех случаях, когда они больше номиналь­ного размера. При составлении программ на вырезку деталей все поле до­пуска на размер размещается на самой детали. В этом случае получает­ся деталь либо номинального размера, либо с минусовыми отклонениями, что при сборке приводит к образованию зазора до 1 мм. При этом подруб­ка деталей полностью исключается. Этот метод получил название изготов­ление деталей в минусовых допусках.

При внедрении плазменной резки было обнаружено, что автомати­ческая сварка под флюсом по кромкам листов толщиной менее 12 мм. после воздушно–плазменной резки невозможна из–за образования свищей в сварочных швах. Последующие исследования показали, что при резке в кислороде или в воздухе с добавлением воды эта толщина может быть снижена до 8 мм. Однако дальнейшее снижение толщины оказалось невозможным. Чтобы обеспечить возможность применения плазменной резки для вырезки деталей и листов толщиной 4–8 мм и их сварку без предварительной механической обработки кромок, была разработана следующая технология: детали толщиной 4–8 мм вырезались на машинах «Крис­талл», а при сварке первый проход стыкового соединения выполнялся полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа. Последующие про­ходы осуществлялись автоматической сваркой под флюсом. В этом случае поры в сварных швах отсутствовали.

Детали из толстолистовой стали толщиной 50–100 мм и более выре­заются в основном кислородной резкой. Плазменная резка применяется в качестве разделительной, к которой не предъявляется требований обес­печения необходимого для детали качества поверхности реза. Основными препятствиями к использованию плазменной резки для вырезки толсто­листовых деталей являются сложность пробивки металла большой тол­щины в любом месте поверхности листа и трудности обеспечения требуе­мого качества поверхности реза.

В работах отечественных и зарубежных авторов отмечается, что для обеспечения хорошего качества кромок деталей, вырезаемых плазменной резкой из листов больших толщин (до 100 мм и более), требуются повыше­ние мощности дуги и увеличение расхода плазмообразующего газа в два–три раза. Использование больших потоков газа уменьшает образование грата и улучшает качество реза. Отмечается, что стабилизация дуги за j счет завихрения газа более предпочтительна, так как она позволяет при­менять более высокие напряжение и силу тока по сравнению со стабилизацией за счет аксиальной подачи газа. В работе обращается внимание на положительное влияние на качество кромок и производительность резки высокого рабочего напряжения (до 300 В). Рез получается с верти­кальными кромками, чистота поверхности которых повышается по мере увеличения напряжения. Отмечается также хорошее влияние на качество и производительность плазменной резки (особенно для металла боль­шой толщины) использования обратной полярности, при которой плюс подводится к электроду, а минус – к металлу. Это объясняется более глу­боким проникновением катодного пятна в полость реза. При этом на положение катодного пятна в полости реза оказывает влияние состав плазмообразующего газа. Так, в случае использования двух­атомных газов или их смесей, например азота или воздуха, область суще­ствования катодного пятна расширяется и смещается в нижнюю часть фронтальной поверхности реза.

В результате выполненных исследований разработана технология плаз­менной, пробивки и вырезки деталей из листов толщиной свыше 30 и до 60 мм при прямой полярности.

Разработан универсальный тиристорный источник питания, который со­стоит из двух установок типа АПР–402 (исполнение 07 по ТУ 16–739.044– 76) с напряжением холостого хода в 400В. При параллельном подклю­чении двух установок обеспечивается сила тока до 630А. Установка имеет устойчивую систему зажигания дуги, плавные нарастания тока и подачу газа, что обеспечивает надежный выход на режим пробивки в любой точке поверхности листа.

Установлено, что для толщин 30–60 мм оптимальными являются: плазмообразующий газ – воздух, сила тока режущей дуги – 360–400 А, размеры канала сопла 3,5 ±0,1 мм при длине 6–8 мм, расход воздуха 17–2,0 л/с. При указанных силе тока и расходе воздуха стандартный гафниевый электрод работоспособен в течение 1,5–2 ч, что соответствует 60 м реза при толщине металла 50 мм. Режимы резки приведены в табл. 12.

Разработанная технология резки обеспечивает качество вырезаемых деталей, соответствующее требованиям второго класса по ГОСТ 14792–80.

Пробивка стальных листов толщиной свыше 30 мм при резке на стацио­нарных машинах должна производиться в движении машины, т. е. в про­цессе перемещения резака над поверхностью листа с одновременным его опусканием с высоты 20–25 мм до рабочей высоты 10–12 мм (рис. 5). Это улучшает условия пробивки, так как выплавляемая масса металла выбрасывается в сторону, противоположную направлению движения резака.

Таблица 12. Режимы плазменной машинной резки металлов больших толщин

Металл	Толщина, мм	Сила тока, А	Расход воздуха на резку, л/с	Напряжение на дуге, В	Скорость резки, мм/с	Ширина реза, мм
Сталь конструкционная	30	360–400 850–620	1.7–2.0 2.16–2.5	190–195 200–205	25 40	4–5 5–6
	40 50	360–400 580–620		190–200 200–205 200–210 205–210	14 29 9 21	5–6 6–6.5 6–7 7–7.5
	60	360–400	1.7–2.0	205–215	6	7–7.5
	65	580–620	2.16–2.5	210–220	15 9	7.5–8.5
Сталь коррозионно–стойкая	30	350 500	1.7–1.8 1.7–1.83	180–190 190–195	24 30	4–5 5–6
Латунь	30 50	350	1.7–1.83	180–190 200–205	19 11	5–6 7.5–8
Алюминий	55			200–205	12	6–7

Рис. 5. Схема пробивки отверстий при плазменной резке листа большой толщины

Для успешной пробивки метал­ла таким способом необходимо выполнить четыре основных усло­вия: мощность дуги должна обеспечивать надежное прорезание металла данной толщины, должно осуществляться плавное нараста­ние тока дуги и подачи плазмообразующего газа, перемещение резака нужно производить со скоростью в 1,5––2 раза меньше рабочей. Режимы пробивки при­ведены в табл. 13

Плавное нарастание тока от 120 А до рабочего значения в те­чение 4–5 с обеспечено конструк­цией источника питания. Плавный рост расхода газа может быть достигнут путем удлинения до 10 м шлангов, идущих от клапана включения плазмообразующего газа до резака. Для этого клапан монти­руется не на суппорте машины (как обычно), а в источнике питания. Тогда увеличение расхода газа до рабочего расхода осуществляется в течение 2–3 с с момента включения клапана. Процесс пробивки выглядит следую­щим образом. После поднятия резака до высоты в 20 мм над поверхностью листа скорость перемещения машины снижается в 1,5–2 раза и возбуж­дается дуга. Затем резак постепенно во время пробивки опускается вниз до рабочей высоты в 10–12 мм. После получения сквозного отверстия начи­нается процесс резки с заданной рабочей скоростью.

Таблица 13. Режимы пробивки стальных листов толщиной свыше 30 мм при воздушно–плазменной резке

Толщина листа, мм	Расход воздуха, л/с	Напряжение, В	Скорость перемещения резака, мм/с	Время пробивки, с	Длина пробивки, мм
40 50	1.67–1.83	190–200 200–210	7.5–8.3 5.0–6.7	2–3.0 3–3.5	20–25
60 65	1.67–1.83 1.83–2.0	205–215 210–230	3.3–4.2 3.0–3.3	3.5–4.0 4.0–5.0	25–30

Примечания: 1. Сила тока составляет 270–380 А. 2. Размеры канала сопла: диаметр 3.5 мм, длина 6.5 мм.

Описанный процесс перемещения резака должен быть предусмотрен в управляющей программе машины. Раскрой листа должен быть выполнен таким образом, чтобы пробивка производилась один раз. При пробивке металла большой толщины получается много расплавленного металла и шлака. В связи с этим необходимо принимать меры для обеспечения безопасности плазморезчика. Должны применяться отражательные щитки, не позволяющие разлиться расплавленному металлу и шлаку. Для дальнейшего совершенствования процесса плазменной резки металла больших толщин необходимо повышать стойкость электродов.