Основы плазменной резки

I. Принцип работы и диапазон резки

В качестве рабочего газа в станке плазменной резки используется сжатый воздух, а в качестве источника тепла - высокотемпературная, высокоскоростная плазменная дуга, которая частично расплавляет (и испаряет) разрезаемый металл. Одновременно расплавленный металл сдувается высокоскоростным потоком воздуха, образуя узкий режущий шов.

Станки плазменной резки могут использоваться для резки различных металлических материалов, таких как нержавеющая сталь, алюминий, медь, чугун, углеродистая сталь и т.д.

Сайт плазменная резка Машина не только обладает высокой скоростью резки, узким режущим швом, гладкой режущей кромкой, малой зоной термического воздействия, низкой деформацией заготовки, простотой эксплуатации, но и имеет значительный энергосберегающий эффект.

Машина плазменной резки подходит для резки, открытия отверстий, заделки, снятия фасок и других процессов резки при производстве, установке и обслуживании различных машин и металлических конструкций.

(1) Машина плазменной резки Режущий ток

Величина тока зависит от материала и толщины отрезаемого куска. Ток резки увеличивается с увеличением толщины отрезаемого куска.

(2) Скорость резки

Скорость резки зависит от толщины разрезаемого материала и силы тока. Скорость резки существенно влияет на качество среза. Если скорость будет слишком высокой, плазменная дуга не успеет расплавить металл.

(3) Высота сопла

Высота сопла от разрезаемой детали зависит от конструкции резака, обычно 2-4 мм от поверхности металла.

(4) Рабочий газ

Развитие плазменной резки сегодня позволяет использовать рабочий газ (рабочий газ является проводящей средой плазменной дуги, теплоносителем, а также устраняет расплавленный металл в разрезе). Он существенно влияет на характеристики плазменной дуги, качество и скорость резки. В качестве рабочих газов для плазменной дуги обычно используются аргон, водород, азот, кислород, воздух, пар и некоторые смешанные газы.

(5) Скорость потока газа

Он влияет на степень сжатия дуги и эффект выдувания расплавленного металла. Если расход воздуха слишком велик, дуга будет нестабильной. Если расход воздуха слишком мал, он не сможет сдуть расплавленный металл и может даже сжечь проводящее сопло.

Резак:

1) Генератор плазмы, кондукционное сопло, проводящий электрод, газораспределитель, керамика, сопло.

2) Режущий газ - в качестве режущего газа для воздушно-плазменной дуговой резки используется сжатый воздух.

3) Характеристики выбора - включают в себя ток резки, скорость резки, расход газа и параметры.

Стабильность дуги аппарата плазменной резки напрямую влияет на качество резки. Нестабильность плазменной дуги может привести к неровным краям реза, накоплению дефектов и сокращению срока службы компонентов системы управления, а также к частой замене сопла и электродов. Ниже приведены анализ распространенных явлений и некоторые решения:

II. Помехоустойчивость источника плазменной энергии

Основным источником помех для плазменной системы ЧПУ является блок питания. Для зажигания дуги обычно используется высокочастотный дуговой пускатель. Вторичное напряжение высокочастотного трансформатора может достигать 3000-6000 В, а частота импульсов составляет сотни килогерц.

В результате возникают значительные радиационные помехи и загрязнение (интерференция) электросети.

Кроме того, отключение контакторов переменного/постоянного тока и различных реле может привести к скачкам напряжения в электросети.

Типичный станок плазменной резки может вызвать внутренний компьютерный хаос при возникновении дуги, что делает нормальную резку невозможной. Самые ранние станки с ЧПУ даже требовали, чтобы пользователь сначала запустил дугу, а затем включил компьютер и запустил программу системы ЧПУ.

Это не только усложняло работу, но и не позволяло полностью использовать компьютер, что значительно сокращало срок его службы. Поэтому подавление помех от плазменного источника питания и снижение загрязнения электросети является первоочередной задачей. Конкретные меры включают:

(1) Установите экранирующий кожух на высокочастотный дуговой пускатель, чтобы уменьшить высокочастотное излучение;

(2) Измените схему управления плазменным источником питания.

Питание управления станка плазменной резки осуществляется непосредственно от сети с напряжением 220 В, а линия управления пуском/остановкой дуги - непосредственно от станка резки к шкафу ЧПУ, вместе с системой питания ЧПУ.

Таким образом, высокочастотные помехи, вызванные запуском/остановкой плазменной дуги, и электромагнитные помехи, вызванные большим током, попадают непосредственно в сеть.

Мера заключается в добавлении разделительного трансформатора к сильной электрической линии управления 220 В, и в то же время управляющий сигнал запуска/остановки дуги изолируется реле в относительно слабую электрическую линию управления AC 24 В, поступающую в шкаф ЧПУ.

(3) Другие меры по предотвращению вмешательства в электропроводку

Добавьте поглощающие RC-цепи и варисторы на первичную и вторичную стороны главного трансформатора, параллельные резистивно-емкостные цепи на обоих концах токового контактора и катушки реле, а также установите высокочастотные шунтирующие конденсаторы в части постоянного тока. Цель всех этих мер - подавить источники помех и уменьшить загрязнение напряжения сети.

III. Меры по защите электропроводки станка от помех

Устройство ЧПУ и сервопривод системы плазменно-дуговой резки с ЧПУ являются основными частями системы, а их электропитание - главным путем проникновения помех.

Помехи в электросети возникают в основном из-за импедансной связи в линии электропитания, а основными источниками помех являются различные мощные электроприборы.

1. Для входной линии питания используется экранированный провод

Силовая линия системы плазменно-дуговой резки с ЧПУ. Катодная линия резака и линия управления запуском/остановкой плазменной дуги подвешены вместе на скользящем кронштейне, что эквивалентно параллельной проводке на несколько десятков метров, а линия управления запуском/остановкой дуги и катодная линия резака поступают от источника питания плазмы.

Постоянный ток в катодной линии резака составляет сотни ампер. Его электромагнитное поле и высокочастотный сигнал высокочастотного дугового пускателя могут вызвать электромагнитные помехи в источнике питания устройства ЧПУ (CNC) и сервоприводе через связь.

Экранированные кабели с медью и алюминием в качестве экранирующего слоя могут эффективно подавлять высокочастотные электромагнитные помехи. После заземления экранирующего слоя он также может подавить электростатическую индукцию изменяющегося электрического поля на жиле кабеля.

2. Использование фильтров источников питания

Фильтры источников питания - незаменимые компоненты защиты от помех, обладающие хорошими характеристиками подавления помех в диапазонах высоких и низких частот. При использовании следует обратить внимание на следующие моменты:

a) Фильтр должен быть установлен на токопроводящей металлической поверхности или подключен к точке заземления с помощью плетеной ленты заземления;

b) Место установки фильтра должно быть как можно ближе к входу в линию электропередач;

c) На входе и выходе фильтра предпочтительно использовать экранированные кабели или витую пару;

d) Избегайте взаимного соединения входных и выходных проводов. Категорически запрещается соединять входные и выходные провода вместе с помощью экранированного кабеля.

3. Использование силовых трансформаторов

При использовании экранированных силовых трансформаторов экранирующий слой должен быть подключен к нейтральной линии переменного тока первичной обмотки. Это может предотвратить проникновение помех во вторичную обмотку силового трансформатора.

Разделение экранированных силовых трансформаторов, используемых в устройстве числового программного управления и сервоприводе, также может предотвратить взаимные помехи.

Устройство числового программного управления может быть заменено на очищенный стабилизатор переменного тока, или может быть добавлен подавитель помех, изготовленный по принципу метода балансировки спектра, что повысит его способность противостоять помехам в электросети.

4. Строгое разделение высоковольтной и низковольтной проводки внутри шкафа

Высокое напряжение и изменения тока в высоковольтных проводах могут генерировать интенсивные колебания электрического поля, образуя электромагнитные волновые помехи, которые сильно влияют на близлежащие сигнальные линии и низковольтные линии управления.

Если держать сигнальные линии вдали от высоковольтных линий, а также разумно выбирать экранированные провода и витые пары, можно избежать помех при передаче сигналов.

5. Использование экранированных кабелей для сигнальных проводов между шкафами

Использование экранированных кабелей позволяет подавить помехи, проникающие в линии передачи через электромагнитную и электростатическую индукцию от блуждающих электрических плавающих магнитных полей. Кроме того, экранирующий слой использует правильный метод одноконцевого заземления.

6. Надежная система заземления

Процессу заземления систем плазменной резки с ЧПУ следует уделять достаточно внимания, так как детали ЧПУ и сервоприводы являются подвижными частями на пути, и сила их помех в значительной степени зависит от способа заземления системы.

(1) Разделение заземления переменного тока и заземления постоянного тока

Это позволяет избежать помех от сети переменного тока, передаваемых на управляющие устройства из-за сопротивления, обеспечить безопасность внутренних устройств системы управления, повысить надежность и стабильность системы, а также снизить помехи от тока земли, создаваемые сильноточным оборудованием.

(2) Отключение логической земли и отделение ее от аналоговой земли

Плавающий уровень означает отсутствие проводящего соединения между логическим заземлением устройства управления, аналоговым заземлением и землей, при этом плавающая "земля" используется в качестве опорного уровня системы. Это в значительной степени подавляет внешние радиационные помехи от плазменных дуг и электростатические помехи.

Поскольку плавающая логическая земля увеличивает индукцию помех в аналоговой цепи, хорошим методом является раздельное подключение аналоговой и логической земли к соответствующим шинам, а затем подключение аналоговой шины к точке заземления через конденсатор. Для аналоговых величин это образует систему плавающей земли постоянного тока и общей земли переменного тока.

(3) Правильное заземление шкафа

Станок плазменно-дуговой резки с ЧПУ занимает большую площадь, поэтому лучше всего проложить отдельное заземляющее устройство. Кроме того, заземляющее устройство должно быть надежно соединено с направляющими станка, шкафом и даже скользящим кронштейном для кабеля.

Это обеспечивает низкоомный путь утечки для высокочастотных помеховых напряжений, наведенных на корпус машины, устраняя возможность накопления заряда и повышения напряжения на корпусе, что делает его более безопасным для персонала и способствует подавлению помеховых всплесков.

Если позволяют условия, для питания устройства ЧПУ следует использовать осветительное электричество, так как оно относительно чистое; для подавления переходных помех следует использовать катушки реле постоянного тока и выпрямительные диоды, катушки реле переменного тока и резисторно-конденсаторные цепи RC.

IV. Анализ разрушения дуги плазменной резки

1. Низкое давление воздуха

Если при работе плазмореза рабочее давление воздуха значительно ниже, чем указано в руководстве, это означает, что скорость выброса плазменной дуги ослаблена, а входной поток воздуха меньше предписанного значения.

В это время высокоэнергетическая и высокоскоростная плазменная дуга не может быть сформирована, что приводит к низкому качеству резки, неполному резу и накоплению шлака в месте реза. Возможные причины недостаточного давления воздуха: недостаточное поступление воздуха от компрессора, слишком низкое давление в клапане регулировки воздуха машины для резки, загрязнение масла внутри электромагнитного клапана, а также засорение воздушных каналов.

Решение заключается в том, чтобы наблюдать за показаниями выходного давления воздушного компрессора перед использованием. Если оно не соответствует требованиям, отрегулируйте давление или отремонтируйте воздушный компрессор. Если давление воздуха на входе достигло требуемого значения, проверьте правильность регулировки редукционного клапана воздушного фильтра; показания манометра должны соответствовать требованиям резки.

В противном случае необходимо регулярно проводить техническое обслуживание редукционного клапана воздушного фильтра, чтобы обеспечить сухость и отсутствие масла в подаваемом воздухе.

Если качество входящего воздуха низкое, это приведет к загрязнению масла внутри редукционного клапана, что затруднит открытие сердечника клапана, и отверстие клапана не сможет открыться полностью.

Кроме того, если давление в сопле резака слишком низкое, необходимо заменить редукционный клапан; уменьшение площади поперечного сечения воздушного канала также приведет к низкому давлению воздуха, поэтому воздушную трубку следует заменить в соответствии с инструкциями руководства.

2. Избыточное давление

Если давление воздуха на входе значительно превышает 0,45 МПа, то после формирования ионной дуги избыточный поток воздуха будет рассеивать концентрированный столб дуги, что приведет к рассеиванию энергии столба дуги и ослаблению силы резки плазменной дуги.

Причинами избыточного давления являются неправильная регулировка подачи воздуха, слишком высокая настройка регулятора давления воздушного фильтра или выход из строя регулятора давления воздушного фильтра.

Решение заключается в проверке правильности регулировки давления в воздушном компрессоре, а также в проверке баланса давления в воздушном компрессоре и регуляторе давления воздушного фильтра.

Если после запуска машины при вращении регулировочного переключателя регулятора давления воздушного фильтра манометр не изменяется, это указывает на то, что регулятор давления воздушного фильтра вышел из строя и нуждается в замене.

3. Обгорание сопла и электрода резака

Неправильная установка сопла, например, не затянутая резьба, неправильная регулировка шестерен оборудования, отсутствие проточной охлаждающей воды при использовании резака с водяным охлаждением, частые удары дуги - все это может привести к преждевременному повреждению сопла.

Решение заключается в правильной настройке механизмов оборудования в соответствии с техническими требованиями к режущей заготовке, проверке надежности установки сопла резака и заблаговременном запуске циркуляции охлаждающей воды для сопел, требующих охлаждения.

Во время резки регулируйте расстояние между резаком и заготовкой в зависимости от толщины заготовки.

4. Низкое входное напряжение переменного тока

Большое количество электрооборудования в месте эксплуатации плазмореза, а также неисправности в основных компонентах цепи внутри резака могут стать причиной низкого входного переменного напряжения. Решение заключается в проверке достаточной несущей способности электросети, подключенной к плазморезу, и соответствия спецификации шнура питания установленным требованиям.

Место установки плазмореза должно находиться вдали от крупного электрооборудования и мест, подверженных воздействию электрических помех. В процессе эксплуатации регулярно очищайте резак от пыли и грязи, а также проверяйте, не стареет ли проволока.

5. Плохой контакт между проводом заземления и заготовкой

Заземление - необходимая подготовка перед резкой. Неиспользование специальных инструментов для заземления, изоляция на поверхности заготовки, сильное старение заземляющего провода в результате длительного использования - все это может стать причиной плохого контакта между заземляющим проводом и заготовкой.

Решение заключается в использовании специальных инструментов для заземления и проверке на наличие изоляционных материалов, которые могут повлиять на контакт между проводом заземления и поверхностью заготовки. Избегайте использования старых проводов заземления.

6. Искровой генератор не может автоматически погасить дугу

При работе плазмореза сначала необходимо зажечь плазменную дугу. Для этого высокочастотный осциллятор стимулирует газ между электродом и внутренней стенкой сопла, вызывая высокочастотный разряд, который локально ионизирует газ, образуя небольшую дугу.

Эта небольшая дуга, на которую воздействует сжатый воздух, вылетает из сопла, чтобы зажечь плазменную дугу, что и является основной задачей искрового генератора.

Обычно время работы искрового генератора составляет всего 0,5-1 с. Невозможность автоматического гашения дуги обычно связана с несоосностью компонентов платы управления, а также с неподходящим зазором между разрядными электродами искрового генератора.

Решение: Регулярно проверяйте разрядный электрод искрового генератора, следите за тем, чтобы его поверхность была ровной, своевременно регулируйте зазор между разрядными электродами искрового генератора (0,8-1,2 мм), при необходимости замените плату управления.

7. Другое

Помимо вышеперечисленных причин, на стабильность плазменной дуги влияют низкая скорость резки, вертикальное положение резака по отношению к заготовке во время резки, а также знакомство оператора с плазморезом и уровень эксплуатации. Пользователям следует обратить внимание на эти аспекты!

V. Общие проблемы при плазменной резке

1. Отсутствие высокочастотной пилотной дуги

Проверьте высокочастотную цепь пилотной дуги. Сначала проверьте питание 110 В переменного тока и посмотрите, есть ли искры разряда между G1 и G2. Если нет, это обычно вызвано проблемами с питанием 110 В переменного тока или поглощением влаги бакелитовой платой, на которой закреплены G1 и G2, что препятствует разряду и генерации высокого напряжения.

Высушите бакелитовую плату с помощью электрического вентилятора и восстановите подачу 110 В переменного тока. Если пилотная дуга по-прежнему отсутствует, проверьте высокочастотный провод пилотной дуги.

Из-за скин-эффекта высокой частоты проволока может не иметь хорошего контакта с проводящим кольцом внутри сопла или замыкаться с охлаждающей водой из-за уплотнительного кольца.

Разборка резака, подтягивание высокочастотного провода или замена уплотнительного кольца обычно решают проблему.

2. Отсутствие дуги резания

Если наблюдается высокочастотная искра, сначала проверьте, есть ли напряжение 400 В постоянного тока в разомкнутой цепи. Если нет, проверьте, не отсутствует ли в трехфазном источнике питания одна из фаз. Затем проверьте мощный SCR и плату триггера в блоке питания.

Если электропитание в норме, откройте блок управления ПЛК и проверьте входные и выходные сигналы ПЛК. К входным сигналам относятся сигналы расхода охлаждающей воды и воды для резки, а также сигналы давления азота и кислорода.

Если нет сигналов потока охлаждающей воды или воды для резки, замените насос охлаждающей воды и насос воды для резки.

Если сигналы давления азота или кислорода отсутствуют, проверьте источники азота и кислорода и убедитесь в отсутствии утечек в трубопроводах.

Если все условия запуска соблюдены, проверьте резак. Если уплотнительное кольцо внутри стержня электрода или на сопле повреждено, вода будет просачиваться в полость между электродом и соплом, вызывая короткое замыкание между источником питания постоянного тока и соплом, препятствуя обратному контакту с заготовкой. Замена уплотнительного кольца и сборка резака должны устранить проблему.

3. Низкое качество резки

Характеризуется неспособностью пробить заготовку, избытком шлака или неровным пропилом. Обычно это вызвано недостаточным сжатием основной дуги, что приводит к образованию более толстого столба дуги и недостаточной проникающей способности.

Основные причины - недостаточное давление режущего газа или утечки в трубопроводе режущего газа.

Проверьте комбинированный электромагнитный клапан, управляющий режущим газом, комбинированный выключатель и газовую трубу. Если вы используете имитационные сопла, неправильные параметры могут привести к нарушению воздушного потока между электродом и соплом и возникновению данной проблемы.

4. Искровой генератор не может автоматически погасить дугу

Во время работы машины плазменной резки сначала зажигается плазменная дуга. Высокочастотный генератор возбуждает газ между электродом и внутренней стенкой сопла, вызывая высокочастотный разряд, который частично ионизирует газ, образуя небольшую дугу.

Эта небольшая дуга, движимая сжатым воздухом, выбрасывается из сопла для зажигания плазменной дуги, что является основной задачей искрового генератора.

При нормальных условиях время работы искрового генератора составляет всего 0,5-1 секунду. Невозможность автоматического гашения дуги обычно связана с несоосностью компонентов на плате управления или несоответствием зазора между разрядными электродами в искровом генераторе.

Регулярно проверяйте разрядный электрод искрового генератора, следите за гладкостью его поверхности, своевременно регулируйте зазор между разрядными электродами искрового генератора (0,8-1,2 мм), при необходимости замените плату управления.

5. Плохой контакт между проводом заземления и заготовкой

Заземление - обязательная подготовка перед резкой. Неиспользование специальных инструментов для заземления, наличие изоляторов на поверхности заготовки и сильное старение провода заземления в результате длительного использования могут привести к плохому контакту между проводом заземления и заготовкой.

Следует использовать специализированные инструменты для заземления, проверять наличие изолирующих материалов, которые могут повлиять на контакт между проводом заземления и поверхностью детали, и избегать использования старых проводов заземления.

VI. Пример из практики:

1. Случай первый

Описание проблемы:

Машина плазменной резки используется для резки стальных листов. По осям X и Y установлены шаговые двигатели с передачей по методу синхронного ремня плюс направляющая ползуна, а на конце головки резака находится генератор плазмы.

В настоящее время проблема заключается в том, что в процессе обработки на станке плазменной резки в момент, когда генератор плазмы запускает дугу, ось X отклоняется влево на несколько миллиметров.

Анализ причин:

Когда питание генератора плазмы выключено, а машина плазменной резки работает в обычном режиме, программное обеспечение выполняет операцию запуска дуги, а ось X не отклоняется. Это указывает на отсутствие проблем с программным обеспечением и платой управления плазменной резки.

Решение:

Плазменный источник питания оказывает значительное влияние на внешнюю среду, особенно в момент инициирования дуги и пробивания стального листа. Решением проблемы является заземление деталей, на которые могут воздействовать помехи во время обработки.

(1) Заземлите корпус источника питания плазмы

(2) Подключите фильтр к входному напряжению источника питания плазмы для предотвращения помех в цепи внешнего источника питания

(3) Заземлите корпус компьютерного узла. В идеале провод заземления должен быть подключен к болту на соединительной части между кабелем адаптера и платой управления

(4) Зашлифовать корпус машины плазменной резки

(5) Заземлите выключатель питания платы адаптера

2. Случай второй

Описание проблемы:

Резка стальных листов, оси X и Y - шаговые двигатели, а конец головки резака - генератор плазмы. Проблема: когда машина плазменной резки обрабатывает квадрат, ось X плазменной резки работает нормально, но когда она перемещается к оси Y, она прекращает резку из-за прерывания дуги.

Анализ причин:

Дальнейшее тестирование при круговой обработке показало, что она останавливается сразу после возникновения дуги и не может работать нормально. Когда питание генератора плазмы отключается, машина плазменной резки может работать нормально; это указывает на то, что нет проблем с программным обеспечением и платой управления плазмой, а ось Y подвергается помехам.

Решение:

(1) Заземлите корпус источника питания плазмы

(2) Подключите фильтр к входному напряжению источника питания плазмы для предотвращения помех в цепи внешнего источника питания

(3) Заземлите корпус компьютерного узла. В идеале провод заземления должен быть подключен к болту на соединительной части между кабелем адаптера и платой управления

(4) Зашлифовать корпус машины плазменной резки

(5) Заземлите выключатель питания платы адаптера

3. Случай третий

Описание проблемы:

Во время плазменной резки система управления испытывает проблемы с миганием, перезагрузкой и зависанием экрана. Эти проблемы исчезают после отключения питания плазмы.

Решение:

(1) Заземлите корпус источника питания плазмы.

(2) Подключите фильтр к входному напряжению источника питания плазмы для предотвращения помех в цепи внешнего источника питания.

(3) Заземлите корпус компьютерного узла. Лучше всего подключить провод заземления к болту на стыке провода адаптера и платы управления.

(4) Зашлифуйте корпус машины плазменной резки.

(5) Заземлите источник питания адаптера.

(6) Аппаратное обеспечение системы управления вышло из строя.