Дослідження процесу плазмового різання з метою підвищення якості обробки

Хакало, Ілля Олександрович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7761
Title:	Дослідження процесу плазмового різання з метою підвищення якості обробки
Authors:	Коваленко, Олександр Олексійович Хакало, Ілля Олександрович
Keywords:	Плазмове різання
Issue Date:	2025
Abstract:	АНОТАЦІЯ На кваліфікаційну роботу магістра на тему: «Дослідження процесу плазмового різання з метою підвищення якості обробки». Виконавець: студент групи мНТ-42 Хакало Ілля Олександрович. Керівник: к.т.н., доцент Коваленко Олександр Олексійович. Кваліфікаційна робота містить 100 сторінку формату А4, 34 рисунків, 2 таблиці, 20 літературних джерел. В кваліфікаційній роботі магістра в першому розділі було комплексно проаналізовано сучасні технології термічного й нетермічного різання матеріалів, а також технічні аспекти плазмового процесу та фактори, що визначають його ефективність. Особливу увагу приділено процесу плазмового різання як одному з найбільш продуктивних методів обробки металів. Детально охарактеризовано фізичні особливості плазмового процесу, механізм формування різа та фактори, що впливають на якість крайки. Було розглянуто різні конструктивні типи плазмотронів, їхні функціональні можливості та області застосування. У другому розділі було проаналізовано ключові аспекти, що визначають ефективність та якість процесу плазмового різання. Розглянуто конструктивні особливості та функціональні можливості обладнання для плазмового різання. Проаналізовано вплив основних технологічних параметрів — швидкості різання, тиску та типу плазмоутворювального газу, сили струму, висоти сопла та інших факторів — на формування геометрії різу та показники якості. В третьому розділі розглянуто вплив технологічних параметрів на якість різання. В розділі охорона праці та безрека в надзвичайних ситуаціях проведено аналіз вимоги безпеки при плазмовій обробці металів
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7761
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Хакало.pdf Restricted Access		4.03 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2025р.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра
на тему:  «Дослідження процесу плазмового різання  з метою підвищення 
якості обробки» 
Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-42
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня  програма  –  «Обробка  металів  за 
спецтехнологіями»
Хакало Ілля Олександрович
Керівник: к.т.н., доцент Коваленко О.О.
Рецензент: начальник виробництва 
ТОВ "МНВК "Станко-Груп" 
Васильківський О.В.
Черкаси 2025 р.
2
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень  магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма  «  Обробка металів за спецтехнологіями  » 
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
 Георгій КАНАШЕВИЧ
«       »       ____________2025 р.
ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра
Хакала Іллі Олександровича
(прізвище, ім’я, по батькові)
1.  Тема  роботи  «  Дослідження  процесу  плазмового  різання   з  метою  
 підвищення якості обробки  »   .
Керівник  роботи  Коваленко Олександр Олексійович  , к.т.н., доцент 
                                            (прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена  наказом  Черкаського  державного  технологічного 
університету від
 «15» вересня 2025р. №261/03-03
2. Термін подання здобувачем роботи 30.11.2025р. 
3.  Вихідні  дані  до  роботи:  технологія  плазмового  різання,  верстат для 
 плазмового різання  .
4. Зміст пояснювальної записки: Лазерне різання; Гідроабразивне різання; 
 Особливості  процесу  плазмово  різання;   Типи  конструкцій  плазмотрона  для  
 різання металів;  Застосування плазмоутворюючих газів для підвищення технологічних  
 показників різання  ;  Обладнання для плазмового різання;  Технологічні параметри,  
 як  впливають  на  якість  плазмового  різання;   Якість  процесса  плазмового  
 різання  ;   Проблеми плазмової різки;   Технологічні  режими плазмового різання;  
Дослідженя  процесу  плазмового  різання  нержавіючої  сталі  ;  Підвищення 
 якості  плазмового  різання  ;   Охорона  праці  та  безпека  в  надзвичайних  
 ситуаціях  . 
5.  Перелік  графічного  матеріал(з  точним зазначенням обов’язкових 
креслеників,  плакатів,  презентацій тощо  Тема,  мета,  задачі  ; Технологічне 
 обладнання  для  плазмового  різання;   Проблеми  якості  різання  ;  Графік  
залежності відстані  до сопла плазмотрона від  товщини матеріалу;  Графік 
3
залежності  швидкості  різання  від  товщини,  мм  (при  використанні 
азоту);Графік  залежності  ширини  різання  від  товщини  матеріалу;  Графік 
залежності  швидкості  різання  від  товщини  матеріалу  нержавіюча  сталь; 
 Шляхи  підвищення  якості  плазмової  різки;   Охорона  праці  та  безпека  в  
надзвичайних ситуаціях; Висновки.
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Коваленко  Олександр 
Олексійович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович
7. Дата видачі завдання 16.09.2025 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк 
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.04. - 01.10.2025
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2025
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2025
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2025
5 Написання розділу з охорони праці 03.11 – 09.11.2025
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2025
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2025
8 Захист роботи 19.12.-23.12.2025р.
Здобувач                                       ___________              __Ілля ХАКАЛО__
Підпис     Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ
Керівник                                   ___________       Олександр КОВАЛЕНКО__
Підпис     Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ
4
АНОТАЦІЯ
На  кваліфікаційну  роботу  магістра  на  тему:  «Дослідження  процесу 
плазмового різання з метою підвищення якості обробки».
Виконавець: студент групи мНТ-42 Хакало Ілля Олександрович.
Керівник: к.т.н., доцент Коваленко Олександр Олексійович.
Кваліфікаційна робота містить 100 сторінку формату А4, 34 рисунків,  2 
таблиці, 20 літературних джерел.
В кваліфікаційній  роботі  магістра  в першому розділі  було комплексно 
проаналізовано  сучасні  технології  термічного  й  нетермічного  різання 
матеріалів,  а  також  технічні  аспекти  плазмового  процесу  та  фактори,  що 
визначають його ефективність. Особливу увагу приділено процесу плазмового 
різання як одному з найбільш продуктивних методів обробки металів. Детально 
охарактеризовано  фізичні  особливості  плазмового  процесу,  механізм 
формування різа та фактори, що впливають на якість крайки. Було розглянуто 
різні  конструктивні  типи  плазмотронів,  їхні  функціональні  можливості  та 
області застосування. У другому розділі було проаналізовано ключові аспекти, 
що визначають ефективність та якість процесу плазмового різання. Розглянуто 
конструктивні  особливості  та  функціональні  можливості  обладнання  для 
плазмового різання. Проаналізовано вплив основних технологічних параметрів 
— швидкості різання, тиску та типу плазмоутворювального газу, сили струму, 
висоти сопла та інших факторів — на формування геометрії різу та показники 
якості. В третьому розділі розглянуто вплив технологічних параметрів на якість 
різання.
В розділі охорона праці та безрека в надзвичайних ситуаціях проведено 
аналіз вимоги безпеки при плазмовій обробці металів 
5
SUMMARY
For  the  master's  qualification  work  on  the  topic:  "Research  of  the  plasma 
cutting process in order to improve the quality of processing".
Performer: student of the MNT-42 group Ilya Oleksandrovych Khakalo.
Supervisor: Ph.D., Associate Professor Kovalenko Oleksandr Oleksiyovych.
The qualification work contains 100 pages of A4 format, 34 figures, 2 tables, 
20 references.
In the master's qualification work, in the first section, modern technologies for 
thermal and non-thermal cutting of materials were comprehensively analyzed, as well 
as technical aspects of the plasma process and factors that determine its efficiency. 
Particular  attention  was  paid  to  the  plasma  cutting  process  as  one  of  the  most 
productive methods of metal processing. The physical features of the plasma process, 
the mechanism of cut formation and factors that affect the quality of the edge were 
described  in  detail.  Various  structural  types  of  plasma  torches,  their  functional 
capabilities and areas of application were considered. The second section analyzed 
the  key  aspects  that  determine  the  efficiency  and  quality  of  the  plasma  cutting 
process. The design features and functional capabilities of plasma cutting equipment 
were  considered.  The  influence  of  the  main  technological  parameters  — cutting 
speed, pressure and type of plasma-forming gas, current strength, nozzle height and 
other factors — on the formation of  the cut  geometry and quality indicators was 
analyzed. The third section considered the influence of technological parameters on 
the quality of cutting.
In the section on labor  protection and emergency situations,  an analysis  of 
safety requirements for plasma processing of metals was conducted
6
Зміст
                                                                                                                    ст.
Вступ………………………………………………………………….............7
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯДОВА ЧАСТИНА
1.1 Лазерне різання………………………………………………………….9
1.2 Гідроабразивне різання …………………………………………...……14
1.3 Особливості процесу плазмово різання……………………………...17
1.4 Типи конструкцій плазмотрона для різання металів……….……….23
1.5 Застосування плазмоутворюючих газів для підвищення технологічних 
показників різання…………………………………………………………30
Висновки до розділу 1……………………………………………………..34
2. ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО РІЗАННЯ
2.1 Обладнання для плазмового різання …………………………………..35
2.2.  Технологічні  параметри,  як  впливають  на  якість  плазмового 
різання..……………………………………………………………………….40
2.3 Якість процесса плазмового різання ……………………………………46
2.4 Проблеми плазмової різки ……………………………………………….50
Висновки до розділу 2 ………………………………………………………..59
РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
3.1 Технологічні режими плазмового різання …………………………….60
3.2 Дослідженя процесу плазмового різання нержавіючої сталі ………...70
3.3 Підвищення якості плазмового різання ………………………………..74
Висновки до розділу 3 ………………………………………………………80
4  ОХОРОНА  ПРАЦІ  ТА  БЕЗПЕКА  В  НАДЗВИЧАЙНИХ 
СИТУАЦІЯХ
4.1 Вимоги безпеки при плазмовій обробці металів ……………………81
4.2 Правовий режим воєнного стану ……………………………………..88
Висновки до 4 розділу …………………………………………………….96
ВИСНОВКИ ……………………………………………………………….97
Список використаних джерел…………………………………………….99
7
Вступ
Технологічний  процес  виготовлення  деталей  у  загальному  випадку 
передбачає  традиційну послідовність  операцій:  заготівельний етап,  комплекс 
механічних  обробок,  що  включає  обдирні,  чорнові,  чистові  та  завершальні 
стадії, різні види термічних операцій (нормалізація, відпалювання, гартування, 
відпуск),  нанесення  покриттів,  миття  та  контроль  якості.  Удосконалення 
технологічного процесу виготовлення деталей спрямоване на вибір найбільш 
раціональних для конкретних умов виробництва методів обробки на кожному із 
зазначених  етапів.  Головним  критерієм  вибору  є  технологічна  собівартість 
оброблення за умови забезпечення необхідного рівня якості.
Розвиток сучасного устаткування та застосування систем ЧПУ дозволяє 
частково  вирішити  питання  підвищення  точності  на  заготівельних  етапах 
технологічного  процесу,  зокрема  під  час  розкроювання  листових  матеріалів. 
Запровадження нових технологій, таких як лазерне, плазмове, гідроструменеве 
та електроерозійне різання, дало змогу покращити якість та точність різу, що 
усуває потребу створювати зайві припуски для подальшої механічної обробки.
Основною  метою  технологічного  процесу  плазмового  різання  є 
отримання  виробу  необхідної  якості  при  встановленій  продуктивності  та 
максимальній  економічності.  Головними  показниками  якості  деталі, 
виготовленої  методом  плазмового  або  іншими  видами  теплового  різання,  є 
величини лінійних і кутових розмірів, що визначають її форму та габарити, а 
також  характеристики,  які  описують  властивості  металу,  з  якого  вона 
виготовлена.  Відхилення  від  номінальних  параметрів  розмірів  спричиняють 
додаткові витрати під час складання та зварювання конструкцій.
Продуктивність  процесу  плазмового  різання  визначається  швидкістю 
різання,  а  його  економічність  –  витратами  електроенергії, 
плазмоутворювального  газу,  електродів  та  інших  технологічних  матеріалів  і 
комплектуючих,  а  також  витратами  на  обладнання  та  амортизаційними 
відрахуваннями.
8
Усі  параметри  технологічного  процесу  плазмового  різання,  зокрема 
точність, продуктивність та економічність, залежать від властивостей і товщини 
металу, що розрізається. Оптимальні значення цих параметрів встановлюються 
режимами  різання,  що  підбираються  на  основі  серії  досліджень  для  кожної 
марки та товщини металу. Значний вплив на режими та технологію плазмового 
різання,  а  також  на  якість  отриманого  різу  має  плазмоутворювальне 
середовище.
Мета роботи: дослідити технологічні можливості плазмового різання з 
метою підвищення якісних показників процесу.
Завдання магістерської роботи:
1. Виконати літературний огляд сучасних технологій різання матеріалів.
2. Дослідити технологічні можливості процесу плазмового різання.
3.  Проаналізувати  показники  якості  плазмового  різання  та  визначити 
способи підвищення якості плазмової різки листових матеріалів.
4. Провести  дослідження розкрою листових матеріалів для встановлення 
раціональних режимів плазмового різання.
5. Проаналізувати вимоги безпеки при плазмовому різанні
Об’єкт дослідження: плазмове різання металевих матеріалів
Предмет дослідження: якість плазмового різання
9
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯДОВА ЧАСТИНА 
1.1 Лазерне різання
Сучасні  технології  лазерного  різання  нині  дозволяють  виконувати 
високоякісну обробку не лише тонких, а й товстих металевих листів завтовшки 
до 30 мм. Лазерне різання вирізняється не тільки відмінною якістю отриманої 
поверхні,  але  й  високою  точністю  та  швидкістю  формування  різу.  Як  і 
наплавлення,  лазерне  різання  здебільшого  здійснюється  безперервними 
лазерними  джерелами,  однак  для  досягнення  високої  якості  необхідний 
мінімальний  діаметр  плями  фокусування,  що  забезпечується  високими 
параметрами лазерного променю. Температура розплаву в каналі різання може 
наближатися до температури кипіння металу [1-3].
Лазерне  різання являє  собою процес  термічного розділення матеріалів, 
що ґрунтується на використанні сфокусованого високоенергетичного лазерного 
променю. Цей метод застосовують для створення точних і складних контурів у 
різних матеріалах. Основними стадіями процесу є [1-5]:
1.  Генерація  лазерного  променю  –  лазерне  джерело  формує 
концентрований і потужний пучок світла.
2. Фокусування випромінювання – спеціальні оптичні системи збирають 
промінь  у  мікроскопічну  точку,  створюючи  екстремально  високу  густину 
енергії.
3.  Нагрівання  матеріалу  –  промінь  доводить  матеріал  до  температури 
плавлення або випаровування, що дає можливість виконати проріз.
4.  Видалення  продуктів  руйнування  –  розплавлені  або  випарювані 
частинки металу видуваються потоком газу (азот, кисень, повітря тощо).
Лазерний  промінь  передає  матеріалу  значну  кількість  енергії, 
зумовлюючи  локальне  нагрівання.  Залежно  від  режимів  обробки  взаємодія 
може проявлятися у таких формах:
Плавлення  –  матеріал  досягає  температури  плавлення,  а  розплав 
видаляється струменем газу;
10
Випаровування  –  при  високій  потужності  випромінювання  матеріал 
переходить у пароподібний стан, утворюючи чистий та вузький різ;
Згорання – органічні матеріали (деревина, полімери) можуть вигоряти під 
дією променю;
Термічне  розтріскування  –  у  крихких  матеріалах,  таких  як  скло, 
створюються керовані мікротріщини, що формують лінію різу.
У  зоні  дії  лазерного  випромінювання  не  спостерігаються  класичні 
фактори теплового впливу, пов’язані з поширенням тепла по матеріалу через 
теплопровідність або відбиття променю, оскільки нагрів відбувається локально. 
Метал у місці різання нагрівається до температури плавлення, далі відбувається 
поглинання випромінювання та формування розплавленої зони, яка поступово 
заглиблюється в  матеріал.  Подальше збільшення температури призводить до 
досягнення точки кипіння, коли частина металу переходить у парову фазу. З 
огляду на це існують два основні механізми лазерного різання: плавленням і 
випаровуванням.  Різання  шляхом  випаровування  характерне  великими 
енерговитратами й застосовується переважно для дуже тонких металів, тому на 
практиці звичайно використовують різання методом плавлення [4-5].
Під час плавлення застосовують допоміжний газ, який подається в зону 
різання для ефективного видалення продуктів руйнування металу. Це знижує 
енергетичні  витрати,  підвищує  товщину  матеріалу,  який  можна  обробити,  і 
збільшує  швидкість  різання.  Різання  із  застосуванням  такого  газу  (повітря, 
кисню, інертних газів або азоту) називають газолазерним різанням.
Здатність  створювати  надзвичайно  високу  концентрацію  енергії  в 
невеликому  об’ємі  простору,  а  також  можливість  швидкого  керування  її 
інтенсивністю й положенням роблять лазерні та електроннопроменеві джерела 
перспективними  інструментами  для  обробки  матеріалів  із  новими 
технологічними  можливостями  та  високими  техніко-економічними 
показниками [3].
Лазерне  випромінювання  належить  до  висококонцентрованих  джерел 
енергії та характеризується одним із найвищих рівнів фокусування потужності 
11
серед  усіх  теплових  джерел  (газополуменевих,  дугових,  плазмових), 
забезпечуючи максимальну щільність енергії у зоні обробки.
Високий  коефіцієнт  концентрації  енергії  лазерного  джерела  дає  змогу 
формувати в зоні обробки щільність потужності понад 105 Вт/см². Такий рівень 
енергії  є  вирішальним,  оскільки  забезпечує  інший  механізм  утворення  та 
кристалізації  рідкої  фази  під  час  термічної  обробки,  зварювання,  різання  та 
інших технологічних операцій. Досягнення щільності потужності у межах 10⁵–
106 Вт/см²  суттєво  змінює  характер  взаємодії  енергетичного  потоку  з 
оброблюваним матеріалом завдяки синергетичному механізму його нагрівання 
[3-5].
Надзвичайно висока густина потужності лазерного випромінювання дає 
можливість перевести процес нагрівання з теплопровідного режиму в режим 
глибокого  (кінжального)  проплавлення.  Основними  параметрами  лазерного 
випромінювання, які визначають результат взаємодії з матеріалом, є щільність 
потужності,  тривалість  імпульсу  та  довжина  хвилі.  Додатково  важливими  є 
фізичні властивості матеріалу та мікрогеометрія його поверхні.
До ключових переваг лазерного різання належать [2-5]:
- поліпшення якості обробки завдяки мінімальній зоні термічного впливу, 
зменшенню теплових деформацій і  відсутності  механічного навантаження на 
деталь;
-  значне  зростання  швидкості  обробки  порівняно  з  традиційними 
механічними методами;
- скорочення часу підготовки виробництва під час впровадження нових 
виробів;
-  зменшення  втрат  матеріалу  завдяки  використанню  автоматизованих 
систем оптимального розкрою;
- достатня чистота різу конструкційних сталей, що у багатьох випадках 
дозволяє виконувати зварювання встик без додаткової механічної підготовки 
кромок;
- стабільне положення кромок різу без їх зміщення;
12
-  універсальність,  оскільки  лазер  здатний  обробляти  широкий  спектр 
матеріалів — як металевих, так і неметалевих;
-  висока  енергоефективність  сучасних  лазерних  систем,  що  сприяє 
зменшенню виробничих витрат.
Разом із перевагами технологія лазерного різання має й певні недоліки [3-
5]:
- обмеження щодо максимальної товщини оброблюваного матеріалу, що 
робить метод непридатним для деяких задач;
- значне енергоспоживання;
- високі інвестиційні витрати на придбання й обслуговування обладнання;
- утворення шкідливих газів і парів у процесі обробки;
- небезпечність різання металів із високим коефіцієнтом відбивання без 
системи  захисту  від  зворотного  променю,  оскільки  відбитий  промінь  може 
пошкодити джерело;
-  необхідність  залучення  висококваліфікованого  персоналу  через 
складність роботи з лазерним обладнанням.
Лазерна технологія підходить для обробки широкого спектра матеріалів, 
зокрема:
-  нержавіючої  сталі,  що  вирізняється  міцністю  та  антикорозійною 
стійкістю;
- алюмінію, який добре ріжеться волоконними лазерами;
- вуглецевих сталей, поширених у машинобудуванні та будівництві;
- акрилу та пластмас, для яких лазер забезпечує ідеально чисту і гладку 
кромку;
- деревини, що дозволяє створювати декоративні елементи та макети;
- тканин і шкіри, де лазер забезпечує точність та високу продуктивність 
під час роботи з м’якими матеріалами.
Упровадження технології лазерного розкрою загалом дає змогу скоротити 
витрати,  пов’язані  з  підготовкою виробництва,  а  також підвищити гнучкість 
заготівельних  процесів.  Точність  обробки  складних  за  контуром  деталей 
13
зазвичай становить від сотень до кількох десятків мікрометрів [3].
Для  забезпечення  якісного  різання  товстих  листових  матеріалів 
застосування  малих  кутів  фокусування  є  фактично  єдино  можливим 
технологічним підходом у разі роботи в струмені інертного газу. Це пов’язано з 
тим,  що  в  зоні  різання  джерелом  енергії  виступає  лише  лазерне 
випромінювання, а для підтримання необхідної потужності  в нижній частині 
розрізу фокус променю зміщують углиб матеріалу. Глибина такого заглиблення 
може досягати половини або навіть більшої частини товщини заготовки. За цих 
умов малий кут фокусування забезпечує менший діаметр плями на поверхні, 
що,  у  свою  чергу,  зменшує  ширину  різу  й  покращує  геометрію  різального 
каналу [5].
Вибір  основних  технологічних  параметрів  —  потужності  лазерного 
випромінювання  та  швидкості  різання  —  здійснюється  з  урахуванням 
необхідності  досягти  максимальної  продуктивності  за  умови  збереження 
потрібної точності й високої якості різу [3].
Одним  із  ключових  показників  при  різанні  матеріалів  є  ширина  різу, 
оскільки  вона  визначає  не  лише  точність  виготовлення  деталі,  а  й  обсяг 
матеріалу, що переходить у відходи.
Рисунок1.1 – Схема лазерної обробки 
14
1.2 Гідроабразивне різання
Гідроабразивне  різання  є  ефективним  методом  обробки  металів,  скла, 
композитів,  волокон,  харчових продуктів та багатьох інших матеріалів.  Суть 
технології  полягає  у  створенні  надтонкого  струменя води під  дуже високим 
тиском,  який дозволяє різати матеріали без утворення задирок чи термічних 
пошкоджень.  На  результат  процесу  впливають  такі  параметри,  як  тиск, 
швидкість струменя, витрата абразиву та діаметр сопла. Завдяки цьому методу 
часто відпадає потреба у додатковій механічній обробці, що значно скорочує 
час виробництва та підвищує його ефективність [6].
Виділяють  два  основних  різновиди  гідроабразивного  різання:  різання 
чистою  водою  та  різання  із  застосуванням  абразиву.  Різання  лише  водою 
використовується  для  м’яких  матеріалів  —  фанери,  прокладок,  пінопласту, 
харчових  продуктів,  паперу,  килимів,  пластмас  і  гуми,  де  енергії  водяного 
струменя достатньо для проникнення в матеріал. Додавання абразиву формує 
абразивно-водяну суміш, що значно підвищує енергію струменя, дозволяючи 
обробляти  тверді  матеріали  —  метали,  кераміку,  деревину,  камінь,  скло  та 
вуглецеві композити. Обидві технології загалом належать до гідроабразивного 
різання [7].
Гідроабразивна технологія є  універсальною, оскільки один і  той самий 
верстат може працювати з абсолютно різними матеріалами. Для деяких з них 
такий метод має очевидні переваги над іншими видами обробки. Наприклад, у 
випадку  листового  металу  з  ламінованим  покриттям  гідроріз  є  практично 
єдиним способом, який дозволяє уникнути термічного впливу на поверхню [6].
У  процесі  різання  як  абразив  застосовується  гранатовий  мінерал 
(альмандин). Потрапляючи на поверхню матеріалу, абразив викликає ерозійне 
руйнування  верхнього  шару.  Залежно  від  технологічних  параметрів  — 
швидкості витікання води, подачі різальної головки, концентрації  абразиву у 
струмені та відстані від сопла до заготовки — результати можуть варіювати від 
легкого очищення поверхні до повного прорізання матеріалу [6].
15
Технологія  дає  змогу  виконувати  різання  по  траєкторіях  будь-якої 
складності,  забезпечуючи  високу  точність  та  збереження  фізико-хімічних 
властивостей матеріалу, оскільки процес відбувається без термічного впливу. 
Ширина  різу,  як  правило,  не  перевищує  1,5  мм,  що  дозволяє  економно 
витрачати матеріал [6].
Варто також підкреслити екологічну безпечність методу: при різанні не 
утворюються пил, шкідливі випари чи хімічні відходи,  що дозволяє уникати 
витрат на додаткові засоби захисту [7].
Ключовим фактором  у  гідроабразивному  різанні  є  високий  тиск,  який 
забезпечує  точність  та  здатність  струменя  обробляти  широкий  спектр 
матеріалів.  Тиск,  що зазвичай становить  від  30  000  до  90  000  psi,  визначає 
швидкість виходу води із сопла, а отже — силу та ефективність різання. Чим 
вищий тиск,  тим швидший і  чистіший різ,  а  кількість відходів і  деформацій 
зводиться до мінімуму. Підтримання оптимального рівня тиску є необхідною 
умовою забезпечення  максимальної  ефективності  як  при  чистому,  так  і  при 
абразивному різанні, а також для зниження експлуатаційних витрат [7].
Розвиток технології гідроструменевого різання спрямований не лише на 
розширення  її  функціональних  можливостей,  а  й  на  підвищення  точності, 
продуктивності  та  загальної  ефективності  процесу.  Роботи  з  удосконалення 
гідроабразивної  обробки  матеріалів  ведуться  за  кількома  ключовими 
напрямами [6,7].
Попри  значні  переваги,  одним  із  головних  недоліків  гідроабразивного 
різання  залишається  його  висока  собівартість,  а  також  відносно  невисока 
продуктивність.
Порівняно  з  іншими  методами  розкрою  матеріалів,  гідроабразивне 
різання має низку важливих переваг [6,7]:
- можливість різати практично будь-які матеріали та їх комбінації (метал, 
пластик, скло, камінь, дерево, композити);
-  повна  відсутність  термічного  впливу,  що  запобігає  зміні  структури 
оброблюваного матеріалу;
16
- мінімальне механічне навантаження на заготовку;
- здатність різати матеріали широкого діапазону товщин;
- можливість різання металів товщиною від 0,1 до 300 мм;
- виконання контурів високої складності та обробки 3D-геометрії;
- стабільно висока якість і продуктивність процесу.
Рисунок 1.2 – Схема гідроабразивного різання
Промисловість  особливо  цінує  гідроабразивне  різання  за  здатність 
отримувати дуже гладкі кромки та точні прорізи. Технологія забезпечує чистий 
зріз,  який зазвичай не потребує додаткової механічної обробки, що дозволяє 
скоротити виробничий цикл і зменшити трудові витрати. Однією з ключових 
переваг є висока точність — допуски можуть досягати ±0,005 дюйма, що дає 
можливість виготовляти складні деталі з високою точністю прилягання [7].
17
Крім  того,  відсутність  зони  термічного  впливу  гарантує  збереження 
вихідних  властивостей  матеріалу  на  кромці  різу,  запобігаючи  ослабленню 
структури  та  усуваючи  потребу  у  вторинних  операціях,  спрямованих  на 
усунення термічних дефектів. Поєднання високої точності та відмінної якості 
робить гідроабразивне різання незамінним у галузях, де вимоги до точності та 
чистоти обробки є вирішальними.
1.3 Особливості процесу плазмово різання
Упродовж останніх десятиліть плазмово-дугове різання здобуло широке 
поширення.  Низькотемпературна  плазма  являє  собою  електропровідний  газ, 
нагрітий  до  температури  близько  5·10⁴  К,  що  складається  з  позитивно  та 
негативно  заряджених  частинок  —  іонів.  Такий  особливий  стан  речовини 
утворюється  в  стовпі  електричної  дуги,  яка  генерується  в  спеціальних 
пристроях — плазмотронах [8-10].
Розрізняють два типи плазми [10-11]:
-  ізотермічну,  що виникає  при нагріванні  газів  до  високих температур, 
достатніх для термічної іонізації;
- газорозрядну, яка утворюється під час електричних розрядів у газах.
Підвищення температури збільшує кінетичну енергію атомів і амплітуди 
коливань  молекул  у  кристалічній  решітці  твердого  тіла,  що  призводить  до 
руйнування  решітки  та  переходу  речовини  спочатку  в  рідкий,  а  потім  у 
газоподібний стан. Внаслідок цього утворюється газова суміш атомів і молекул, 
які швидко рухаються й взаємодіють один з одним. При температурах 3000–
5000 К відбувається дисоціація молекул на атоми та починається формування 
плазми. На цьому етапі кінетична енергія атомів стає достатньою для іонізації 
зовнішніх  електронних  оболонок,  перетворюючи  нейтральні  атоми  на 
позитивні  іони.  Звільнені  електрони,  у  свою  чергу,  вибивають  електрони  з 
інших атомів, що призводить до лавиноподібного росту плазми [12-13].
Основні елементи електричної дуги, що відрізняють її від інших газових 
розрядів,  —  це  світлий  стовп  дуги  та  яскраві  катодні  й  анодні  плями,  при 
наближенні до яких стовп дуги звужується. Температура газу у стовпі дуги при 
18
атмосферному тиску досягає 5000–6000 К, підвищуючись із ростом тиску та 
зменшенням поперечного перерізу стовпа. Газ у стовпі перебуває у плазмовому 
стані [14].
Висока  концентрація  теплової  енергії  на  малих  площах  робить 
електричний  дуговий  розряд  незамінним  джерелом  тепла  для  сучасних 
технологій  електрозварювання,  плазмового  різання  та  інших  процесів,  де 
потрібна висока концентрація енергії [12].
Електричні  дуги  поділяють  на  відкриті  та  стиснуті.  Відкриті  дуги 
використовуються для зварювання в природному стані, без спеціальних заходів 
для інтенсифікації впливу на матеріал. Плазмова дуга ж утворюється шляхом 
поєднання  електричної  дуги  із  спеціальними  технологічними  методами,  що 
підсилюють її вплив на оброблюваний матеріал [12].
Низькотемпературна  плазма  утворюється  у  стовпі  дуги  в  плазмотроні, 
який складається з двох основних елементів — електрода та формуючого сопла, 
через канал якого пропускається дуговий стовп разом із  плазмоутворюючим 
газом, поданим під певним тиском [12].
У стабільній дузі виділяють кілька характерних ділянок [12]:
- катодна область, що розташована на поверхні електрода;
- закритий стовп, розташований між катодною областю та верхнім зрізом 
циліндричної частини сопла, де газ перебуває у спокійному потоці;
- стиснутий  стовп,  що  знаходиться  всередині  сопла  між  вхідним  та 
вихідним зрізами і піддається обтиску холодними стінками каналу;
- відкритий  стовп  дуги,  розташований  між  нижнім  зрізом  сопла  та 
верхньою поверхнею листа, стабілізований співвісними потоками власної 
плазми та оболонкою більш холодного газу;
Робоча зона дуги та плазмовий струмінь, що утворює смолоскип плазми у 
порожнині різу між верхньою поверхнею листа та анодною областю.
Під впливом стінок каналу сопла та струменя плазмоутворюючого газу 
стовп  дуги  стискується,  що  зменшує  його  поперечний  переріз  і  підвищує 
температуру  плазми  в  центральній  частині  стовпа  до  10 000–50 000  К.  У 
19
результаті внутрішній шар газу, що контактує зі стовпом дуги, переходить у 
плазмовий стан, тоді як зовнішній шар, який омиває стінки сопла, залишається 
відносно  холодним  і  виконує  роль  тепло-  та  електроізоляції  між  потоком 
плазми  та  каналом  сопла.  Цей  охолоджений  газовий  шар  перешкоджає 
відхиленню дуги від заданого напрямку та її замиканню на стінки каналу або 
всередині порожнини різу на певній відстані від верхньої поверхні листа. Через 
різку  нерівномірність  температури  в  радіальному  напрямку  при  визначенні 
температури  стовпа  плазмової  дуги  слід  уточнювати,  у  якій  зоні  вона 
вимірюється [13,14].
Плазмово-дугове  різання  здебільшого  застосовується  для  обробки 
металів,  тоді  як  різка  плазмовим  струменем  неметалічних  матеріалів 
зустрічається  рідше,  оскільки  ці  матеріали  не  обов’язково  повинні  бути 
електропровідними.
Розрізняють дуги прямої та непрямої дії.
У  дугах  прямої  дії  метал,  що  ріжеться,  виконує  функцію  анода.  Це 
забезпечує  високу  температуру  анодної  плями,  необхідну  для  ефективного 
різання.  Плазмовий  струмінь,  що  виходить  із  сопла  плазмотрона,  утворює 
єдиний  стовп  дуги,  який  простягається  від  вхідного  зрізу  сопла  до  анодної 
плями на  фронтальній поверхні  різу.  Основним недоліком дуги прямої  дії  є 
неможливість обробки непровідних матеріалів [13-14].
Рисунок 1.3 – Схеми плазмового різання
20
Дуга  непрямої  дії  утворюється між електродами,  які  не  контактують з 
оброблюваним матеріалом. Катодом служить електрод плазмотрона, а анодом 
— формуюче сопло. Оброблюваний об’єкт не включений в електричне коло. 
Стовп дуги розташовується всередині плазмотрона — від електрода до анодної 
плями  на  внутрішній  поверхні  каналу  сопла.  Під  дією  тиску 
плазмоутворюючого газу  стовп дуги проходить  через  канал  сопла,  а  анодна 
пляма переміщується тільки по внутрішній поверхні каналу до його вихідного 
зрізу [13-14].
У цьому випадку плазмоутворюючий газ і плазма контактують зі стовпом 
дуги лише на короткій ділянці (від кінця електрода до вихідного зрізу сопла), 
після  чого  існують  незалежно  від  дуги.  Такий  метод  називають  різанням 
плазмовим струменем,  оскільки нагрів  виробу відбувається лише за  рахунок 
тепла плазмового струменя. Через це температура та швидкість струменя різко 
зменшуються  від  вихідного  зрізу  сопла,  а  ККД  нагрівання  виробу  при 
використанні дуги непрямої дії не перевищує 30–40 % [13].
У  плазмовому  різанні  застосовують  дві  системи  стабілізації  та 
обтиснення стовпа дуги: осьову та вихрову, які відрізняються напрямком подачі 
плазмоутворюючого газу в дугову камеру.
Осьова  (аксіальна)  система  стабілізації:  газ  подається  уздовж  осі 
електрода,  охолоджує його та  виходить через канал сопла,  стискуючи стовп 
дуги. Електрод у цій системі має форму стержня з загостреним кінцем, щоб 
забезпечити точне співпадіння осі стовпа дуги з віссю сопла та рівномірність 
газової  оболонки.  Основним  недоліком  є  висока  точність,  необхідна  для 
забезпечення співвісності електрода та каналу сопла [14].
Вихрова система стабілізації: газ надходить у дугову камеру по каналах, 
розташованих  по  дотичній  до  окружності  поперечного  перерізу  або  по 
спіральних  каналах.  Газ  обертається  спіраллю,  охоплюючи  стовп  дуги 
вихровим потоком. У результаті катодна пляма та стовп дуги точно фіксуються 
на перетині осі каналу сопла та поверхні катода, що дозволяє використовувати 
21
електроди  з  плоскою  або  іншою  робочою  поверхнею.  Вихрова  стабілізація 
підвищує стійкість сопла та забезпечує рівномірну товщину газової оболонки, 
що обжимає стовп дуги [13].
При різанні плазмовою дугою прямої дії виділяють три основні джерела 
тепла:  анодну  пляму,  стовп  дуги  та  струмінь  плазми.  Кожне  з  цих  джерел 
вносить  теплову  енергію  або  по  всій  висоті  різу,  або  на  окремих  ділянках 
порожнини  різа.  Форма  фронтальної  поверхні  різу  по  висоті  відображає 
розподіл тепла: там, де фронтальна поверхня заглиблена, відбувається більша 
передача тепла, а більш плоскі ділянки свідчать про менший тепловий вплив.
При  різанні  тільки  плазмовим струменем  форма  фронтальної  поверхні 
змінюється  за  експоненційним  законом.  Водночас,  при  використанні  дуги 
прямої  дії,  у  верхній  частині  фронтальної  поверхні  зазвичай спостерігається 
поглиблення.  Це  свідчить  про додаткове  введення тепла  за  рахунок анодної 
плями.  Аналіз  яскравості  дуги  по  висоті  різу  показав,  що  анодна  пляма 
розташовується  частіше  у  верхній  частині  порожнини  різа.  Верхня  межа 
положення  плями  збігається  з  верхньою крайкою різу,  тоді  як  нижня  межа 
постійно  змінюється  по  товщині  листа.  В  середньому  пляма  зміщена  до 
верхньої частини порожнини різа, через що проплавлення в цій зоні сильніше, 
ніж у нижній. Це пояснює появу виїмки у фронтальній поверхні різу [9].
При  використанні  азоту  область  поширення  анодної  плями  є 
максимальною.  Швидкість  різання  впливає  як  на  положення  цієї  області  по 
товщині листа, так і на її ширину. При невисокій швидкості різання якість різа 
залишається високою, хоча продуктивність процесу невелика. Зі збільшенням 
швидкості шар ізолюючого газу у верхній частині порожнини різа зменшується, 
що призводить до пробою ізоляції при меншій напрузі стовпа дуги. Внаслідок 
цього  переміщення  плями  вниз  по  товщині  листа  відбувається  на  меншу 
відстань [9].
Переваги технології плазмового розкрою металу [8-13]:
Висока  швидкість  різання  –  процес  у  5–10  разів  швидший,  ніж  при 
газокисневому різанні.
22
Швидке пропалювання матеріалу – наприклад, сталевий лист товщиною 
15 мм пропалюється приблизно за 2 секунди.
Мінімальна  зона  термічного  впливу  –  виключається  можливість 
деформації  заготовок,  що  особливо  важливо  при  роботі  з  тонколистовим 
металом.
Підвищена  якість  різу  –  плазмовий  струмінь  зводить  до  мінімуму 
утворення окалини та шлаку, що часто дозволяє уникнути додаткової обробки 
кромок.
Висока  точність  –  мінімальна  ширина  різу  та  використання 
автоматизованих систем забезпечують виготовлення заготовок із максимально 
точною формою та розмірами.
Універсальність – метод застосовується для фігурного та прямолінійного 
різання сталей різних марок, кольорових металів та їх сплавів.
Можливість  автоматизації  –  плазмові  системи можуть  працювати як  у 
ручному режимі, так і на продуктивних машинах з ЧПУ.
Простота обслуговування та експлуатації – стабільність процесу і якість 
різу залежать від правильного вибору плазмоутворюючого газу, сили струму та 
підтримки постійного зазору між соплом і матеріалом, на відміну від повітряно-
дугового різання, де параметри визначаються швидкістю повітря та видом газу.
Недоліки плазмового різання:
Висока вартість якісних плазмових апаратів.
Значні витрати на витратні матеріали (сопло, електрод, захисний екран).
Мінімальна конусність різу.
Наявність  шкідливих  чинників:  інтенсивний  високочастотний  шум, 
виділення пило-газових сумішей,  що містять  пари та  оксиди металів,  озон і 
оксиди азоту, оптичне та теплове випромінювання.
Для зниження негативного впливу застосовують звукоізоляційні екрани, 
системи вентиляції та дотримуються вимог санітарних норм і правил техніки 
безпеки, зазначених у ГОСТ.
23
1.4 Типи конструкцій плазмотрона для різання металів
Принцип роботи плазмотрона полягає в подачі плазмоутворюючого газу 
до  розрядної  камери,  де  він  іонізується,  після  чого  сформований плазмовий 
струмінь  виводиться  через  проміжок  між  катодом  і  соплом  назовні  та 
спрямовується  на  оброблюваний  метал.  Процес  плазмового  різання 
починається  зі  створення  пілотної  (чергової)  дуги  між  катодом  і  соплом 
шляхом  подачі  високої  напруги.  Ця  дуга  слугує  для  ініціювання  основної 
ріжучої дуги, яка виникає при дотику сопла до металевої заготовки [12].
Малий  діаметр  отвору  в  соплі  формує  вузький  і  високошвидкісний 
плазмовий  струмінь  —  швидкість  його  витікання  може  досягати  3  км/с,  а 
температура  —  5000–30000  °C.  Сконцентрована  енергія  плазми  миттєво 
нагріває метал до температури плавлення та видуває розплавлений матеріал із 
зони різу [9].
Для отримання деталей потрібної форми плазмотрон рухається по заданій 
траєкторії.  Під  час  різання важливо зберігати постійний зазор  між соплом і 
поверхнею  заготовки  —  це  забезпечує  рівні  кромки  та  мінімізує  утворення 
шлаку й окалини. Вимоги до конструкції плазмотронів для плазмового різання 
визначаються  сферою  їх  застосування  та  умовами  роботи,  однак  можна 
виокремити низку загальних критеріїв [12]:
-  забезпечення стабільного формування плазмової дуги, що досягається 
оптимальною геометрією катодно-соплового вузла та камери завихрення;
-  тривалий  ресурс  теплонавантажених  елементів  (катода  та  сопла), 
можливість їх швидкої заміни та невисока собівартість;
-  невелика маса,  висока надійність,  герметичність плазмотрона та його 
кабельно-шлангових підводів;
-  зручність  і  маневреність  ручних  пальників,  що  дозволяє  виконувати 
різання у важкодоступних місцях незалежно від конфігурації заготовки.
Система  охолодження  є  ключовим  конструктивним  елементом,  що 
визначає сферу застосування плазмотрона.
24
Плазмотрони з водяним охолодженням катода та сопла використовуються 
переважно для машинного різання в цехових умовах при робочих струмах 50…
300 А. Їх запуск можливий лише за допомогою пілотної (допоміжної) дуги, яка 
створюється іскровим пробоєм проміжку між катодом і соплом [12].
.
Рисунок 1.4 – Схема ріжучого плазмотрона
Плазмотрони з повітряним охолодженням катодно-соплового вузла (коли 
частина  повітря  використовується  як  плазмоутворюючий  газ)  застосовують 
переважно  для  ручного  різання.  За  умов  невисоких  вимог  до  герметичності 
можливе  спрощене  конструктивне  виконання  без  гумових  ущільнень  і  з 
рухомим соплом, що дає змогу легко здійснювати контактне запалювання дуги 
та не обмежує довжину кабельно-шлангового пакета [9].
За призначенням різальні плазмотрони поділяють на машинні та ручні.
Машинні  плазмотрони  працюють  від  джерел  живлення  з  напругою 
холостого ходу до 300 В і  забезпечують робочі  струми 250–500 А і  більше. 
Вони здатні різати метал товщиною 50–80 мм [9].
Ручні  плазмотрони  з  метою  безпеки  працюють  при  напрузі  холостого 
ходу  до  180  В,  робочих  струмах  до  250  А  і  потужності  дуги  до  30  кВт. 
Максимальна  товщина  металу,  який можна різати  за  допомогою стисненого 
повітря як плазмоутворюючого газу, становить приблизно 40 мм [10].
25
За принципом роботи плазмотронні пальники поділяються на пристрої з 
дугою прямої та непрямої дії.
Рисунок 1.5 – Принципи роботи плазматронів : прямої(а), непрямої дії (б):
1 –електрод; 2 – деталь,  що оброблюється;3- водоохолоджуємий корпус; 4 – 
джерело постійної напруги; 5 – дуговий розряд; 6- плазмовий струмінь [10].
Найпоширенішими є плазмотрони з дугою прямої дії.  За типом струму 
перевага віддається плазмотронам постійного струму, які забезпечують більш 
стабільне горіння дуги під час різання.
За видом робочого середовища плазмотрони поділяють на  три основні 
типи [10]:
1. із окисним газом,
2. із нейтральним газом,
3. з водою як плазмоутворюючим середовищем.
Серед нейтральних газів найчастіше використовують аргон, азот, водень 
та  їх  суміші.  Економічно  вигідні  плазмотрони,  що  працюють  на  повітрі. 
Особливий інтерес становлять плазмотрони з робочим середовищем на основі 
води.
За способом стабілізації дуги плазмотрони бувають з вихровою, осьовою 
та комбінованою системою стабілізації. Осьова стабілізація застосовується при 
використанні  катодів  у  вигляді  загострених  стержнів  діаметром  2–6  мм  та 
довжиною до 150 мм, виготовлених із вольфраму, легованого оксидами лантану 
26
та ітрію. Вихрова стабілізація забезпечує більш інтенсивне стискання дуги та 
точне утримання її по осі плазмотрона [12].
Незалежно від конструкції, усі плазмотрони мають три ключові елементи: 
електрод  (катод  при  прямій  полярності),  сопло  та  ізолятор,  який  розділяє 
електрод  і  сопло,  що  перебувають  під  різними  електричними потенціалами. 
Матеріал  і  конструкція  цих  компонентів  визначають  основні  експлуатаційні 
характеристики плазмотрона — довговічність деталей, стабільність роботи та 
проплавляючу здатність дуги, що прямо впливає на продуктивність різання та 
якість кромок [12].
Для  роботи  в  кисневмісних  середовищах  використовують  гафнієві 
електроди. Для інертних та нейтральних середовищ застосовують електроди з 
вольфраму, які конструктивно виконують двома способами: у вигляді стержня, 
зафіксованого цанговим затиском, або у вигляді мідної державки зі вставленим 
стержнем вольфраму, закріпленим в електродному вузлі.
Особливо важливою є  довговічність  електрода  та  сопла,  особливо при 
автоматизованому  різанні.  Ресурс  компонентів  вимірюється  не  часом  чи 
пройденою  довжиною,  а  числом  пусків  і  тривалістю  циклу  різання.  Новий 
електрод і  сопло забезпечують високу якість  різання,  але  вже після  кількох 
десятків або сотень циклів ефективність і точність можуть знижуватися.
Для зменшення зносу використовують спеціальні технології. Наприклад, 
технологія LongLife компанії Hypertherm забезпечує комбіновану ступінчасту 
зміну тиску плазмоутворюючого газу та струму, що дозволяє використовувати 
один електрод більше ніж 1000 разів без істотної втрати якості різання [12].
Зі  збільшенням  потужності  та  підвищенням  якості  різання  практично 
завжди застосовується безконтактний підпал дуги, оскільки він меншою мірою 
пошкоджує  сопло  та  катод  у  порівнянні  з  контактним підпалом.  Крім  того, 
ефективніше  охолодження  головки  плазмотрона  забезпечує  оптимальний 
температурний режим роботи та продовжує термін служби його компонентів.
З  цієї  причини,  а  також  з  урахуванням  інших  технічних  факторів,  у 
сучасних  плазмотронах  для  високоякісного  різання  застосовують  схему  з 
27
ізольованим  контуром  рідинного  охолодження  у  поєднанні  з  двогазовою 
системою  різання.  Особливістю  такої  конструкції  є  наявність  додаткової 
захисної насадки на сопло, між якою та соплом пропускають захисний газ. Він 
виконує кілька завдань одночасно [12]:
- покращує охолодження сопла;
- додатково стискає дугу, що підвищує концентрацію енергії та покращує 
ріжучі властивості;
- охолоджує та захищає кромки матеріалу;
- захищає сопло від бризок розплавленого металу, особливо при пробої.
Навіть  якщо  в  якості  ріжучого  та  захисного  газу  використовується 
повітря,  така  схема  показує  кращі  результати  у  порівнянні  зі  стандартною 
конструкцією.
Найбільш поширені комбінації газів:
O₂ +  повітря:  ріжучий  газ  —  кисень,  захисний  —  повітря. 
Використовується для вуглецевих сталей, забезпечує високу швидкість і якість 
різання, відсутність азотування на кромках та мінімум грата.
N₂ + повітря: ріжучий газ — азот, захисний — повітря. Застосовується 
для  нержавіючих  сталей  та  алюмінію,  продовжує  термін  служби  витратних 
матеріалів.
H35 + N₂:  ріжучий газ — суміш аргон/водень (35%/65%),  захисний — 
азот. Підходить для товстих листів нержавіючої сталі та алюмінію, забезпечує 
мінімальний грата,  низький термічний вплив, високу якість різу та тривалий 
ресурс витратних матеріалів.
F5 + N₂: ріжучий газ — суміш азот/водень (95%/5%), захисний — азот. 
Використовується для високоякісного різання тонких листів нержавіючої сталі.
28
Рисунок 1.6 – Схема ріжучого плазмотрона з подачою газу
Застосування  двогазової  системи  у  плазмотроні  дозволяє  виконувати 
різання під водою. Використання водяного столу забезпечує значні  переваги 
під  час  експлуатації:  практично  усуваються  викиди  та  забруднення  повітря, 
весь  шлак,  дим  і  іскри  затримуються  водою;  знижується  інтенсивність 
світлового  випромінювання  дуги  та  шум;  покращується  охолодження 
оброблюваної деталі, при цьому мінімізуються можливі деформації [9].
Технологія  двогазового  плазмового  різання  застосовується  у  більшості 
сучасних  плазмотронів  для  забезпечення  високої  якості  різання.  Кожна 
компанія  впроваджує  власні  інновації,  патенти  та  технологічні  рішення  для 
покращення  ріжучих  характеристик  дуги.  Наприклад,  установки  Hypertherm 
серії  HyDefinition  оснащені  додатковим  проміжним  вихровим  соплом  для 
підвищення ефективності процесу.
Подібну систему використовує фірма Kjellberg для різаків серії HiFocus. 
В результаті якість різання таких установок впритул наближається до якості 
лазерного різання.
 Існують й інші методи захисту та охолодження під час плазмового 
різання. Замість захисного газу можна використовувати воду, яка забезпечує 
оптимальне охолодження як сопла, так і кромок оброблюваної деталі. Цей 
29
метод особливо ефективний для підвищення якості різання нержавіючих 
сталей, але обов’язковою умовою є застосування водяного столу [10].
Рисунок 1.7 – Схема ріжучого плазмотрона Hypertherm серії HyDefinition
Рисунок 1.8  –  Схема  ріжучого плазмотрона  Kjellberg для різаків  серії 
HiFocus.
Окремим різновидом цього підходу є технологія водного упорскування 
(Water Injection), коли вода подається через спеціальний канал, що покращує 
концентрацію дуги. Це також дозволяє створювати радіальні стискаючі сили та 
додатковий ефект закручування, що підвищує ефективність процесу різання.
30
1.5  Застосування  плазмоутворюючих  газів  для  підвищення 
технологічних показників різання
Плазмово-дугові  процеси,  зокрема  плазмове  різання,  здійснюються  у 
присутності  газового  середовища,  яке  формує  плазму.  Це  середовище  може 
складатися  з  одного,  двох  або  кількох  компонентів,  що  відрізняються  між 
собою фізико-хімічними характеристиками та рівнем активності щодо металів 
[11-13].
Плазмоутворюючий  газ  повинен  забезпечувати  максимально  можливу 
питому  теплову  потужність  при  заданій  витраті  газу  та  споживанні 
електроенергії, а також дозволяти концентрувати отриману енергію в тонкому 
плазмовому струмені,  спрямованому на мінімальну ділянку поверхні  металу, 
що ріжеться [11-13].
Як  плазмоутворюючі  середовища використовують  аргон,  азот,  повітря, 
суміші аргону та азоту з воднем, аміак. Також плазму можна формувати з води, 
яка під дією високої температури дугового стовпа частково переходить у пару, 
а частково розкладається на водень та кисень.
Різні  гази  та  їхні  суміші  проявляють  себе  по-різному  в  умовах 
електродугового розряду. Це визначається ступенем дисоціації та іонізації при 
певних температурах, інтенсивністю електромагнітного поля плазмової дуги, а 
також теплоємністю і теплопровідністю плазми.
Для  досягнення  високих  температур  плазмового  стовпа  необхідно 
забезпечити максимально можливу іонізацію газу. Параметри іонізації істотно 
впливають на об’ємну теплоємність (ентальпію) плазми. Утворення плазми в 
одноатомних  і  двоатомних  газах  має  свої  особливості:  двоатомні  гази 
іонізуються  лише  після  розкладання  молекул,  тому  в  таких  середовищах 
утримується більше енергії навіть за нижчих температур дисоціації та іонізації. 
Чим  більша  об’ємна  теплоємність,  тим  ефективніше  плазмоутворююче 
середовище [13].
31
Конвективна  передача  тепла,  що  відіграє  ключову  роль  у  плазмовій 
обробці  металів,  визначається  переважно  енергією  поступального  руху 
частинок  газу,  тому  високотемпературні  форми  ентальпії  тут  мають  менше 
значення [13].
Аргон  —  інертний  одноатомний  газ  із  низькою  теплопровідністю, 
завдяки  чому  ефективно  запобігає  перегріванню  і  пошкодженню 
вольфрамового електрода та сопла. Проте він малоефективний у перетворенні 
електричної енергії на теплову й характеризується найнижчою напруженістю 
дугового стовпа, що спричиняє значні втрати напруги.
Гелій — також одноатомний інертний газ, який добре захищає електрод 
від окиснення, але має значно вищу теплопровідність. Через це при чистому 
використанні він швидко нагріває та руйнує сопло. Гелієва плазма має у 4 рази 
більшу напруженість  дугового поля,  ніж аргоном,  але  її  теплоємність також 
низька.  Іонізація  гелію  потребує  дуже  високих  температур.  На  відміну  від 
аргону,  гелій  ефективніше  перетворює  енергію  дуги  на  тепло,  тому  його 
зазвичай застосовують у сумішах з аргоном [13].
Азот (а також повітря,  у складі якого міститься близько 78 % азоту) є 
найбільш  придатним  двоатомним  газом  для  стабілізації  плазмової  дуги.  За 
температури приблизно 12 000 К він повністю дисоціює, а при понад 20 000 К 
майже повністю переходить у стан іонізації.  За 10 000 К азотна плазма має 
теплоємність у п’ять разів більшу, ніж аргонова. Проте при використанні азоту 
стійкість вольфрамового електрода знижується порівняно з роботою в аргоні чи 
гелії.  Якщо застосовується повітряна плазма,  вольфрамовий електрод узагалі 
швидко  руйнується,  тому  потрібні  електроди  з  цирконію  або  гафнію. 
Напруженість поля дугового стовпа в азоті та повітрі вища, ніж у аргоні, що 
підвищує ефективність перетворення електричної енергії на теплову [13].
Повітря (а особливо кисень) є сильним окиснювачем металів, що робить 
його ще більш ефективним у процесах плазмового різання порівняно з азотом. 
Використання повітряної плазми замість азотної дає змогу збільшити швидкість 
різання вуглецевих і низьколегованих сталей більш ніж у 1,5 раза за однакових 
32
параметрів дуги [13].
Для отримання максимально повного комплексу корисних властивостей 
плазмоутворюючого середовища широко застосовують газові  суміші.  Високу 
ефективність показали комбінації аргону та азоту з додаванням водню, а також 
використання аміаку як окремого газу.  Вода також може застосовуватися як 
плазмоутворююче середовище у поєднанні з азотом або повітрям.
Вибір  газового  середовища  залежить  від  типу  обладнання,  марки  та 
товщини  металу,  що  підлягає  різанню.  Обраний  плазмоутворюючий  газ 
визначає  зміни  фазового  складу  металу  поблизу  зони  різу,  впливає  на  його 
хімічні характеристики та механічні властивості.
 
Таблиця 1.1 – Порівняння двох методів різки [2, 3, 5, 8-11]
Параметри Лазерна різка Плазменна різка
Ширина різу Ширина  різу  постійна Ширина різу не постійна через 
(0,2 - 0,375 мм) нестабільність плазмової дуги 
(0,8 - 1,5 мм)
Точність різки Як правило ±0,05 мм (0,2 Залежить  від  ступеня 
- 0,375 мм) зношення  витрат  матеріалів 
±0,1 - ±0,5 мм
Конусність Меньше 1° 3° - 10°
Мінімальні отвори При  неперервному Мінімальний  діаметр  отвору 
режимі  діаметр складає  1,5  від  товщини 
приблизно  рівний матеріалу, але не менше 4мм. 
товщині  матеріалу.  Для Виражена  схильність  до 
імпульсного  режиму еліптичності,  (зростає  із 
мінімальний  діаметр збільшенням  товщини 
отвору  може  складати матеріалу).
одну  третину  товщини 
матеріалу.
Продовження таблиці 1.1 – Порівняння двох методів різки
33
Параметри Лазерна різка Плазменна різка
Внутрішні кути Висока якість кутів Відбувається  деяке 
округлення  кута,  з  нижньої 
частини  зрізу  видаляється 
більше  матеріалу,  ніж  з 
верхньої.
Окалина Зазвичай відсутнія Зазвичай присутня (невелика)
Припали Незамітні Присутні на гострих зовнішніх 
крайках деталей
Теплова взаємодія Дуже мало Більше,  ніж  при  лазерному 
різанні
Продуктивність Дуже  висока  швидкість. Швидкий  прожиг:  дуже 
різки металу При  малих  товщинах висока швидкість при малих і 
зазвичай  з  помітним середніх товщинах зазвичай з 
зниженням  при різким  зниженням  при 
збільшенні  товщини, збільшенні товщини.
тривалий прожиг великої 
товщини.
34
Висновок до 1 розділу
У  цьому  розділі  було  комплексно  проаналізовано  сучасні  технології 
термічного  й  нетермічного  різання  матеріалів,  а  також  технічні  аспекти 
плазмового  процесу  та  фактори,  що  визначають  його  ефективність.  Розгляд 
лазерного  різання  показав,  що  ця  технологія  забезпечує  високу  точність, 
мінімальну  зону  термічного  впливу  та  можливість  отримання  складних 
геометричних  контурів,  що  робить  її  оптимальною  для  високоточного 
виробництва  та  тонколистової  обробки.  Аналіз  гідроабразивного  різання 
продемонстрував  його  універсальність,  відсутність  термічних  деформацій  та 
здатність  якісно обробляти практично будь-які  матеріали,  включаючи ті,  що 
погано  піддаються  термічним  процесам.  Особливу  увагу  приділено  процесу 
плазмового  різання  як  одному  з  найбільш  продуктивних  методів  обробки 
металів. Детально охарактеризовано фізичні особливості плазмового процесу, 
механізм формування різа та фактори, що впливають на якість крайки. Було 
розглянуто  різні  конструктивні  типи  плазмотронів,  їхні  функціональні 
можливості  та  області  застосування.  Показано,  що  конструкція  плазмотрона 
суттєво  впливає  на  стабільність  дуги,  інтенсивність  теплового  впливу  та 
довговічність  витратних  елементів.  Окремо  проаналізовано  роль 
плазмоутворюючих  газів  у  забезпеченні  високих  технологічних  показників 
процесу різання. Показано, що вибір робочого газу чи газової суміші визначає 
форму та  стабільність дуги,  швидкість різання,  шорсткість поверхні,  ступінь 
окиснення  металу  та  глибину  зони  термічного  впливу.  Встановлено,  що 
використання  спеціальних  газових  сумішей  дає  змогу  оптимізувати  процес 
залежно  від  типу  матеріалу,  його  товщини  та  вимог  до  чистоти  й  точності 
крайки.  Загалом проведений  аналіз  дозволяє  зробити  висновок,  що  кожна  з 
розглянутих  технологій  — лазерна,  гідроабразивна  та  плазмова  — має  свої 
унікальні переваги та сферу доцільного застосування
35
2. ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО РІЗАННЯ
2.1 Обладнання для плазмового різання
Верстат  плазмового  різання  з  ЧПУ  NT-PLASMA  3015  оснащений 
робочою  зоною  розміром  1500  ×  3000  мм  і  призначений  для  повітряно-
плазмового  різання,  а  також високоточного  вирізання  складних елементів  із 
листового  металу.  За  потреби  установка  може  комплектуватися  плазмовим 
джерелом Powermax з діапазоном струму від 45 А до 200 А, що безпосередньо 
визначає  максимальну  товщину  різу  та  виконує  функцію  генератора 
плазми[16].
Ця  модель  належить  до  сучасного  високотехнологічного  обладнання  з 
числовим  програмним  керуванням.  Верстат  NT-PLASMA  3015  забезпечує 
повністю  автоматизований  процес  плазмового  різання,  характеризується 
високою точністю обробки, ефективним використанням матеріалу та значною 
продуктивністю.  Завдяки  оптимальному  поєднанню  компактної  маси, 
раціональних  габаритів  заготовок  і  застосуванню  сучасних  електронних  та 
комп’ютерних рішень, обладнання широко використовується у різних галузях 
промисловості.[16]
Установка  придатна  як  для  розкрою  металевих  листів,  так  і  для 
виготовлення  плоских  деталей  складної  конфігурації,  зокрема  кованих, 
дизайнерських  та  художніх  виробів.  Верстат  ефективно  працює  з  чорними, 
легованими та кольоровими металами[16].
Для  зручності  обміну  та  зберігання  даних  реалізована  проста  система 
керування  файлами:  через  USB-інтерфейс  оператор  може  завантажувати 
керуючі  програми  безпосередньо  на  жорсткий  диск  комп’ютера  пульта 
управління верстатом[16].
36
Таблиця 2.1 Технічні характеристики обладнання для плазмової різки [16]
Конструкція Рухомий портал
Робоча поверхня, мм 3050х1550х100
Габаритні розміри, мм 3330х2130х1085
Маса, кг 710
Максимальне навантаження на стіл, кг 1500
Макс швидкість переміщення (X, Y) 20 м/хв
Макс швидкість переміщення (Z) 2 м/хв
Точність переміщення, не менше, мм 0,1
Напруга живлення, В 380
Частота струму, Гц 50±2%
Номінальний тиск в пневмосистемі, Атм 6,0-8,0
Приводи осей кроковий двигун
Контроль висоти факелу плазми (THC) THC-150, THC SD, ТНС NT-1
Механізми подач зубчата
Операційна система PC Windows
Програма управління MACH 3
37
Рисунок 2.1  –  Зовнішній  вигляд станка для  плазмової різки з ЧПУ NT-
PLASMA 3015
 
Рисунок  2.2 –  Зовнішній  вигляд  системи  управління  плазмотроном  та 
живлення для різання металу
Сопла та катоди є основними витратними матеріалами плазмотронів. Для 
обробки металу товщиною до 10 мм одного комплекту витратних матеріалів 
зазвичай вистачає на одну робочу зміну (приблизно 8 годин). Сопла та катоди 
зношуються  приблизно з  однаковою інтенсивністю,  тому їх  заміну доцільно 
38
проводити  одночасно,  що  спрощує  технічне  обслуговування  та  планування 
робочого процесу[16].
Несвоєчасна  заміна  витратних  матеріалів  може  суттєво  вплинути  на 
якість різу. Деформація сопла призводить до утворення косого різу або хвиль 
на  поверхні  металу.  Знос  катода  проявляється  поступовим  вигорянням 
гафнієвої  вставки;  якщо знос  перевищує  2  мм,  це  може  викликати  перегрів 
катода  та  плазмотрона  в  цілому,  а  також прискорене  пригорання  металу.  У 
результаті, відсутність своєчасної заміни витратних елементів спричиняє більш 
швидке  руйнування  інших  комплектуючих  плазмотрона  та  зниження 
стабільності роботи[16].
 
Рисунок 2.3 – Зовнішній вигляд плазмотрона
Для захисту плазмотрона від бризок розплавленого металу та металевого 
пилу застосовують спеціальний захисний кожух. Його слід регулярно знімати і 
очищати  від  забруднень.  Ігнорування  цієї  процедури  може  призвести  до 
зниження  якості  різу,  прискореного  зносу  компонентів  і  навіть  поломки 
апарату. Крім очищення кожуха, періодично рекомендується проводити чистку 
самого  плазмотрона,  що  дозволяє  підтримувати  його  працездатність  та 
продовжити термін служби всіх елементів.
39
Процес  плазмового  різання  металу  можна  умовно  розділити  на  кілька 
ключових етапів[18]:
1. Підготовка. Перед початком роботи слід ретельно підготувати робочу 
зону та обрати оптимальні параметри різання, що відповідають товщині, типу 
та  властивостям  металу.  Важливо  перевірити  справність  апарату,  стан 
витратних матеріалів та забезпечити безпечні умови для оператора.
2.  Генерація  плазми.  Для  утворення  плазми  використовується 
спеціальний  газовий  пальник,  в  якому  створюється  електрична  дуга  між 
катодом  та  анодом.  Через  дугу  подається  газ,  який  іонізується  та 
перетворюється на високотемпературну плазму, здатну розплавляти метал.
3.  Управління  пальником.  Оператор  контролює  рух  пальника  та 
швидкість його переміщення вздовж лінії різу. Висота пальника над поверхнею 
металу зазвичай становить 1–2 мм, що забезпечує достатню щільність плазми 
для ефективного різання.
4.  Нагрівання  металу.  Коли  плазмовий  струмінь  контактує  з  металом, 
електрична дуга нагріває його до високої температури, у результаті чого метал 
локально плавиться, а атоми і електрони відокремлюються, готуючи матеріал 
до процесу різання.
5.  Різання  металу.  Плазма  спрямовується  на  поверхню  металу,  який 
розплавляється  і  видаляється  струменем  газу.  Пальник  рухається  вздовж 
заздалегідь  заданої  траєкторії  з  певною  швидкістю,  підтримуючи  стабільну 
температуру та необхідну глибину різу.
6. Завершення процесу. Після завершення різання пальник відсувається 
від металу, дуга стає нестійкою та гасне. Розплавлений метал охолоджується, 
залишаючи чисту кромку різу.
Плазмове різання є високоефективним і точним методом обробки металу, 
який забезпечує рівний, акуратний розріз та широко застосовується у багатьох 
промислових  галузях,  включаючи  машинобудування,  суднобудування  та 
металоконструкції. Завдяки високій швидкості та точності цей процес дозволяє 
значно підвищити продуктивність виробництва.
40
2.2. Технологічні параметри, як впливають на якість плазмового різання
Газ є одним із ключових елементів процесу плазмового різання. Під час 
роботи  може  застосовуватися  не  один,  а  декілька  газів,  зокрема  основний 
(первинний) та допоміжний. На сьогодні повітря найчастіше використовується 
як  робоче  газове  середовище завдяки своїй  доступності  та  низькій  вартості. 
Окремі  типи  обладнання  додатково  потребують  газу  для  запалювання  дуги. 
Вибір  конкретного  технологічного  процесу  визначається  видом  матеріалу, 
товщиною заготовки та способом різання[13].
Газове середовище виконує функцію формування плазмового струменя, а 
також забезпечує видалення розплавленого металу й оксидів, що виникають у 
зоні різу. Надмірна подача газу призводить до інтенсивного відведення тепла 
від дуги, скорочення довжини плазмового струменя та, як наслідок, зниження 
ефективності різання і стабільності дуги. Натомість недостатній газовий потік 
спричиняє втрату прямолінійності  плазмової  дуги й її  ріжучої  здатності,  що 
веде до утворення вузького різу та збільшення кількості шлаку. Тому витрата 
газу повинна бути узгоджена зі значенням струму та швидкістю різання[13].
У більшості установок плазмового дугового різання швидкість газового 
потоку регулюється за  допомогою тиску,  оскільки при фіксованому діаметрі 
сопла саме тиск визначає інтенсивність подачі газу. Значення тиску для різання 
матеріалів певної товщини зазвичай встановлюється відповідно до технічних 
вимог  або  рекомендацій  виробника,  а  для  спеціальних  випадків  може 
потребувати експериментального підбору. Найпоширенішими газами є аргон, 
азот, кисень, повітря, суміш H35 та аргонно-азотні суміші[13].
Повітря приблизно на 78 % складається з азоту, тому при різанні з його 
використанням утворюється шлак, подібний до того, що виникає при різанні 
азотом. Водночас близько 21 % кисню в складі повітря сприяє прискоренню 
процесу  різання,  особливо  при  обробці  низьковуглецевої  сталі,  де  можливе 
досягнення  високих  швидкостей.  Доступність  і  невисока  вартість  роблять 
повітря  одним із  найпопулярніших  робочих  газів.  Проте  застосування  лише 
41
повітря має і певні недоліки, зокрема підвищене утворення шлаку, окислення та 
збільшення  вмісту  азоту  в  зоні  різу.  Крім  того,  прискорене  зношування 
електрода  та  сопла  може  знижувати  продуктивність  і  підвищувати 
експлуатаційні витрати[13].
Кисень,  у  свою  чергу,  дозволяє  значно  підвищити  швидкість  різання 
м’якої сталі.  За характером процесу кисневе плазмове різання багато в чому 
нагадує  традиційне  газокисневе  різання,  проте  високотемпературна  й 
енергонасичена плазмова дуга забезпечує ще вищу інтенсивність обробки. Для 
забезпечення  довговічності  обладнання  цей  метод  потребує  використання 
електродів,  стійких  до  окиснення  за  високих  температур  і  захищених  від 
пошкоджень під час запалювання дуги.
Водень  переважно застосовується  як  допоміжний компонент  у  газових 
сумішах для плазмового різання. Зокрема, поширена суміш H35, що містить 35 
% водню та 65 % аргону, характеризується високою стійкістю плазмової дуги 
завдяки  наявності  водню.  Додавання  водню істотно  підвищує  напругу  дуги, 
внаслідок чого воднева плазма має високу ентальпію. У поєднанні з аргоном 
різальна  здатність  плазми  значно  зростає.  Зазвичай  для  обробки  металів 
товщиною  понад  70  мм  застосовують  суміш  аргону  з  воднем.  Додаткове 
стиснення аргоново-водневої плазмової дуги за допомогою водяного струменя 
дозволяє ще більше підвищити ефективність процесу різання[13].
Азот  належить  до  найбільш  уживаних  плазмоутворювальних  газів.  За 
підвищеної напруги азотно-плазмова дуга відрізняється вищою стабільністю та 
більшою  енергією  струменя  порівняно  з  аргоновою,  навіть  під  час  різання 
розплавленого  металу  матеріалів  з  високою  в’язкістю,  зокрема  нержавіючої 
сталі. Під час обробки нікелевих сплавів утворення окалини на нижній кромці 
різу  є  мінімальним.  Азот  може  використовуватися  як  самостійно,  так  і  в 
сумішах з іншими газами. Наприклад, азот і повітря широко застосовують як 
гази-носії  в  автоматизованих  системах  різання,  а  також  рекомендують  для 
високошвидкісного  різання  вуглецевих  сталей.  У  деяких  випадках  азот 
використовують як вихідний газ у киснево-плазмовому різанні[13].
42
Аргон у  газоподібному стані  практично не  вступає  в  хімічні  реакції  з 
металами за високих температур, а аргонова плазмова дуга характеризується 
високою  стабільністю.  При  цьому  насадки  та  електроди  мають  підвищений 
ресурс роботи. Водночас напруга такої дуги є відносно низькою, ентальпія — 
недостатньо  високою,  що  обмежує  різальну  здатність.  У  порівнянні  з 
повітряно-плазмовим  різанням  максимальна  товщина  різу  зменшується 
приблизно на 25 %. Крім того,  в  аргоновому середовищі поверхневий натяг 
розплавленого металу є вищим — приблизно на 30 % порівняно з азотом, що 
сприяє  утворенню  більшої  кількості  шлаку.  Навіть  застосування  сумішей 
аргону  з  іншими  газами  не  завжди  дозволяє  уникнути  цього  явища,  тому 
чистий аргон рідко використовують як єдиний газ для плазмового різання.
Швидкість різання є одним із визначальних параметрів під час вибору та 
налаштування  обладнання  для  плазмового  різання.  Кожна  плазмова  система 
працює в установленому діапазоні швидкостей, який задається виробником або 
уточнюється експериментальним шляхом. Оптимальну швидкість визначають з 
урахуванням таких чинників, як товщина та тип матеріалу, температура його 
плавлення, теплопровідність і поверхневий натяг розплаву[13].
Невелике підвищення швидкості різання зазвичай позитивно впливає на 
якість  обробки:  ширина  різу  зменшується,  поверхня  стає  рівнішою,  а 
ймовірність деформацій знижується. Водночас надмірне збільшення швидкості 
призводить до зменшення лінійної енергії різання нижче необхідного рівня. У 
такому разі плазмовий струмінь не встигає ефективно видаляти розплавлений 
метал із щілини, що спричиняє зростання лобового опору.
Занадто  мала  швидкість  різання  викликає  перегрів  зони  обробки. 
Оскільки  анод  плазмової  дуги  безпосередньо  формується  в  місці  різу,  для 
забезпечення  стабільності  дуги  зона  струмопровідності  зміщується  до 
найближчої частини щілини. Унаслідок цього тепло інтенсивніше передається в 
радіальному напрямку, що призводить до розширення різу. Розплавлений метал 
накопичується  по  обидва  боки  щілини  та  застигає  на  нижній  кромці, 
утворюючи шлак, який складно видалити, тоді як верхня кромка перегрівається 
43
і заокруглюється. За вкрай низької швидкості різання можливе навіть гасіння 
дуги через надмірне розширення різу.
Сила струму безпосередньо визначає максимальну товщину заготовки та 
допустиму швидкість різання, тому є ключовим параметром для забезпечення 
високої  продуктивності  й  якості  процесу.  Зі  збільшенням  струму  зростають 
енергія дуги, різальна здатність і швидкість різання, а також діаметр дуги, що 
забезпечує  формування  ширшого  різу.  Водночас  надмірно  великий  струм 
створює  підвищене  теплове  навантаження  на  сопло,  скорочує  термін  його 
служби  та  погіршує  якість  різання.  Джерело  живлення  плазмової  установки 
повинно відповідати розрахунковій потужності  процесу:  надлишковий струм 
призводить  до  необґрунтованих  витрат,  тоді  як  недостатній  —  знижує 
ефективність різання і може пошкодити ріжучу систему[12].
Висота  сопла  визначається  як  відстань  між торцем сопла  і  поверхнею 
заготовки  та  є  складовою  загальної  довжини  плазмової  дуги.  У  процесах 
плазмового різання зазвичай використовують джерела постійного струму або 
зовнішні  джерела  живлення  з  круто  спадною  вольт-амперною 
характеристикою[12].
Зі збільшенням висоти сопла сила струму практично не змінюється, проте 
подовження  дуги  спричиняє  зростання  її  напруги  і  загальної  потужності. 
Водночас довша дуга зазнає більшого впливу навколишнього середовища, що 
призводить  до  додаткових  енергетичних втрат  і,  як  наслідок,  до  зменшення 
ефективної  різальної  енергії.  Ослаблення  дії  плазмового  струменя  сприяє 
утворенню  залишкового  шлаку  на  нижній  кромці  різу  та  переплавленню 
верхньої  кромки  з  подальшим  заокругленням  кутів.  Крім  того,  через 
конусоподібну  форму плазмового  струменя  його  діаметр  збільшується  після 
виходу  з  сопла,  а  зростання  висоти  неминуче  призводить  до  збільшення 
ширини  різу.  Тому  для  підвищення  швидкості  та  якості  різання  зазвичай 
намагаються мінімізувати висоту сопла.
Водночас  надмірно  мала  висота  сопла  може  спричинити  виникнення 
подвійної  дуги.  Застосування  керамічного  зовнішнього  сопла  дозволяє 
44
встановлювати нульову висоту, коли торець сопла безпосередньо контактує із 
заготовкою, забезпечуючи при цьому високу якість різання.
Для  отримання  плазмової  дуги  з  високим ступенем  стискання  в  соплі 
застосовують  отвори  меншого  діаметра  разом  із  подовженим  каналом,  що 
підсилює  інтенсивність  охолодження.  Це  дає  змогу  пропускати  підвищений 
струм  через  ефективний  поперечний  переріз  сопла,  унаслідок  чого  зростає 
щільність  потужності  плазмової  дуги.  Водночас  надмірне  стискання 
супроводжується  збільшенням  енергетичних  втрат,  у  результаті  чого  частка 
енергії,  безпосередньо  задіяної  в  процесі  різання,  виявляється  нижчою  за 
номінальну  потужність  джерела  живлення.  Зазвичай  величина  таких  втрат 
становить  25–50  %,  а  за  використання  спеціальних  технологічних  рішень, 
зокрема плазмової дуги з водяною компресією, вони можуть бути ще більшими. 
Ці фактори необхідно враховувати під час розроблення технології  різання та 
розрахунку експлуатаційних витрат[12].
У виробничій практиці плазмове різання найчастіше використовують для 
обробки  листових  матеріалів  товщиною  до  50  мм.  У  зазначеному  діапазоні 
стандартні  плазмові  дуги  нерідко  спричиняють  відхилення  геометрії  різу  у 
верхній зоні кромки, що обумовлює потребу в подальшій механічній обробці. 
Під час різання вуглецевих сталей, алюмінію та нержавіючих сталей кисневою 
або азотною плазмою за товщини листа 10–25 мм, як правило, спостерігається 
підвищення  перпендикулярності  торцевої  поверхні  зі  збільшенням  товщини 
матеріалу. При цьому допустиме кутове відхилення різу знаходиться в межах 
1–4°. Для надтонких листів (менше 1 мм) зі зменшенням товщини матеріалу 
якість різу різко погіршується, а кутове відхилення може зростати з 3–4° до 15–
25°.
Загальноприйнятим є твердження, що основна частина енергії плазмової 
дуги  зосереджується  у  верхній  частині  різу,  тоді  як  у  нижній  зоні  її 
концентрація є  меншою. Така нерівномірність теплового поля безпосередньо 
залежить від параметрів процесу, зокрема ступеня стискання дуги, швидкості 
різання  та  величини зазору між соплом і  поверхнею заготовки.  Підвищення 
45
ступеня  стискання  сприяє  подовженню  високотемпературного  плазмового 
струменя,  формуванню  більш  однорідного  температурного  розподілу  та 
збільшенню швидкості потоку, що зменшує різницю між шириною верхнього і 
нижнього різу. Разом із тим надмірне стискання у традиційних соплах часто 
призводить  до  виникнення  подвійної  дуги,  яка  прискорює  зношування 
електрода й сопла, порушує стабільність процесу та погіршує якість різання. 
Крім того, надто висока швидкість різання або збільшений зазор між соплом і 
заготовкою також спричиняють зростання розбіжності між шириною верхнього 
та нижнього країв різу[12].
.
46
2.3 Якість процесса плазмового різання
Європейський  стандарт  EN  ISO  9013  «Термічне  різання»  встановлює 
єдину систему класифікації процесів термічного різання, а також регламентує 
вимоги до якості обробки та геометричних характеристик деталей, отриманих у 
результаті різання. Документ визначає критерії оцінювання точності різу, стану 
кромок і відповідність виробів установленим допускам[17].
Стандарт поширюється на матеріали, придатні до кисневого, плазмового 
та  лазерного  різання,  і  охоплює  широкий  діапазон  товщин.  Зокрема,  для 
кисневого  різання  нормуються  вироби  товщиною  від  3  до  300  мм;  для 
плазмового різання — як на верстатах з числовим програмним керуванням, так 
і при ручному виконанні — від 1 до 150 мм; для лазерного різання — від 0,5 до 
40 мм.
EN  ISO  9013  містить  вимоги  до  основних  геометричних  параметрів 
виробів,  зокрема відхилень від  прямолінійності,  перпендикулярності  кромок, 
шорсткості поверхні різу та точності розмірів. Також у стандарті встановлено 
класи якості різання, що дає змогу об’єктивно оцінювати результат процесу, 
порівнювати різні технології та забезпечувати відповідність продукції вимогам 
конструкторської і технологічної документації[17].
 
 
Рисунок 2.4 – Параметри якості плазмового різіння
47
Показники якості різу включають[17]:
- нерівномірність поверхні та допустиме кутове відхилення (u);
- середню висоту мікронерівностей від западин до вершин;
- крок (інтервал) борозен різу (n);
- ступінь оплавлення країв вершин нерівностей (r);
- імовірність утворення грата або крапель розплавленого металу в нижній
зоні кромки різу.
Для  визначення  параметра  u  вимірювання  виконують  зі  зміщенням на 
величину Δa від верхньої та нижньої кромок різу. Значення Δa встановлюється 
залежно від товщини листового матеріалу.
Якість кромки різу матеріалу, обробленого методом плазмового різання, 
оцінюється  сукупністю  геометричних  і  мікрогеометричних  показників.  До 
основних параметрів, що характеризують стан поверхні різу, належать:
-  нерівність  поверхні  та  кутове  відхилення  кромки  (рисунок  2.5),  які 
відображають  ступінь  відхилення  фактичної  форми  різу  від  номінальної  та 
визначають точність отриманої геометрії;
- середня висота профілю від западин до вершин (Rz₅) (рисунок 2.6), що 
характеризує  шорсткість  поверхні  різу  та  впливає  на  якість  прилягання  і 
подальшу придатність деталі до механічної або зварювальної обробки.
Зазначені  параметри  є  визначальними  під  час  оцінювання  якості 
плазмового різання, оскільки вони безпосередньо залежать від режимів різання, 
типу матеріалу, його товщини та стабільності плазмової дуги.
Допуск нерівності Кутовий допуск
Рисунок 2.5 – Якість кромки різу
48
Рисунок 2.6 – Середня висота від впадин до вершин (Rz5) 
Для  візуальної  оцінки  якості  кромки  різу  додатково  можуть 
використовуватися такі показники[17].
- інтервал борозен різу (n) (рисунок 2.7), який характеризує регулярність 
слідів  плазмового  струменя  на  поверхні  та  опосередковано  відображає 
стабільність процесу різання і правильно обрані режими;
- ступінь оплавлення країв вершин нерівностей (r) (рисунок 2.7, нижня 
частина),  що свідчить про інтенсивність теплового впливу плазмової дуги та 
дозволяє оцінити рівень перегріву матеріалу й імовірність утворення дефектів 
кромки.
Аналіз  зазначених  ознак  у  поєднанні  з  основними  геометричними 
параметрами  дає  змогу  комплексно  оцінити  якість  плазмового  різання  та 
визначити необхідність коригування технологічних режимів.
 
Рисунок 2.7 – Борозни та  оплавлення країв вершин 
49
Характер плавлення металу в  процесі  плазмового різання визначається 
інтенсивністю  теплового  впливу  плазмової  дуги  на  матеріал.  Розподіл 
щільності  теплового  потоку  вздовж  висоти  фронтальної  поверхні  різу  є 
нерівномірним і залежить від переміщення анодної плями плазмової дуги. Таке 
переміщення зумовлюється моментом потоку плазми, її взаємодією з холодним 
навколишнім середовищем, а також дією електромагнітних сил, що виникають 
у зоні дуги.
На  відхилення  крайок  різу  від  перпендикулярності  суттєво  впливають 
основні технологічні параметри процесу, зокрема напруга дуги, хімічний склад, 
тиск і витрата плазмоутворювального газу, сила струму, відстань між соплом 
плазмотрона та поверхнею заготовки, а також швидкість різання. Зміна будь-
якого з цих параметрів призводить до перерозподілу теплової енергії в зоні різу 
та, відповідно, до зміни геометрії кромок.
Величина  неперпендикулярності  крайок  різу  ∆  визначалася  шляхом 
вимірювання  ширини  різу  у  верхній  (L₁)  та  нижній  (L₂)  частинах  зразка. 
Половина  різниці  між  цими  значеннями  приймалася  за  числове  значення 
відхилення  крайок  від  перпендикулярності.  Розрахунок  здійснювався  за 
співвідно��шенням:
∆= 1 − ��2 (2.1)
Оцінювання точності  різу  виконувалося  на  поперечних шліфах  зразків 
після розкрою та полягало у визначенні кутів нахилу кромок різу відповідно до 
рекомендацій  стандарту  ISO  9013:2002  [17].  Кутове  відхилення  крайок  від 
перпендикулярності  визначалося  на  заданій  базовій  довжині,  що  забезпечує 
відтворюваність і порівнюваність результатів вимірювань.
Якісну  оцінку  стану  поверхні  різу,  а  також  наявності  й  інтенсивності 
гартування  та  утворення  напливів  розплавленого  металу  на  нижній  кромці 
здійснювали за допомогою оптичного мікроскопа МБС-10
50
2.4 Проблеми плазмової різки
Розрізом  називають  порожнину,  що  формується  в  матеріалі  під  час 
плазмового  різання,  або  об’єм  металу,  який  видаляється  під  дією плазмової 
дуги.  Плазмова  дуга  є  динамічним  явищем,  оскільки  її  форма  та  розміри 
змінюються залежно від сили струму, напруги, витрати плазмоутворювального 
газу  та  швидкості  переміщення  різака.  Відповідно,  будь-які  зміни  геометрії 
плазмового стовпа безпосередньо впливають на параметри розрізу[18].
Ширина розрізу значною мірою визначається також розміром сопла, адже 
його  отвір  стискає  потік  плазмоутворювального  газу  до  заданого  діаметра. 
Сопла  підбирають  відповідно  до  номінальної  сили  струму:  чим  більший 
діаметр  отвору,  тим  вищу  потужність  може  передавати  плазмова  дуга.  Для 
орієнтовного визначення ширини розрізу застосовують емпіричне правило, за 
яким  діаметр  отвору  сопла  множать  на  коефіцієнт  1,5.  Наприклад,  при 
повітряно-плазмовому різанні струмом 200 А сопло з отвором 2,18 мм формує 
розріз шириною приблизно 3,3 мм[18].
Системи  плазмового  різання,  оснащені  числовим  програмним 
керуванням, зазвичай мають параметр «корекція на ширину розрізу». Оператор 
або  програміст  задає  величину  цієї  корекції,  яка,  як  правило,  відповідає 
фактичній  ширині  розрізу  (в  окремих  системах  ЧПУ  вона  позначається 
спеціальним символом). Після цього система автоматично зміщує траєкторію 
різання таким чином, щоб розріз розташовувався з боку відходу матеріалу та не 
впливав на точність деталі.
Визначення  коректного  значення  корекції  часто  здійснюється 
експериментальним шляхом. На початковому етапі ширину розрізу оцінюють 
за  розрахунковим  правилом  або  вимірюють  безпосередньо  на  зразку.  Далі 
виконують пробне різання, контролюють отримані розміри деталі та відповідно 
коригують  значення  компенсації.  Цю процедуру  повторюють  до  досягнення 
необхідної точності.
51
У  випадку,  коли  величина  корекції  задана  неправильно,  можливі 
відхилення  геометричних  розмірів:  надмірно  широкий  розріз  призводить  до 
зменшення  фактичних  розмірів  деталі,  тоді  як  занадто  вузький  —  до 
перевищення  номінальних  розмірів.
Рисунок 2.8 – Фото розрізу при плазмовому різанні
Зазначена  проблема  може  виникати  внаслідок  зносу  сопла,  надмірної 
відстані між різаком і заготовкою, що супроводжується підвищеною дуговою 
напругою,  занадто  великої  сили  струму,  некоректно  заданої  витрати 
плазмоутворювального  газу  або  надто  малої  швидкості  різання.  Кожне  з 
перелічених  відхилень  призводить  до  збільшення  розмірів  стовпа  плазмової 
дуги, у результаті чого ширина розрізу зростає. Якщо при цьому встановлено 
неправильне,  тобто  менше  від  необхідного,  значення  корекції  на  ширину 
розрізу, отримана деталь матиме зменшені фактичні розміри[12].
Надто вузький розріз, що, відповідно, зумовлює збільшені розміри деталі, 
може бути спричинений недостатньою відстанню між різаком і заготовкою, яка 
відповідає  зниженій  дуговій  напрузі,  невірно  підібраною  силою  струму, 
надмірно великою швидкістю потоку газу або завищеною швидкістю різання. 
Усі  ці  фактори  сприяють  зменшенню  діаметра  стовпа  дуги,  внаслідок  чого 
розріз  звужується.  У  разі  встановлення  завищеного  значення  корекції  на 
ширину розрізу на виході формується деталь більшого розміру[12.
Кут  скосу  визначається  як  кут  нахилу  кромки  різу  відносно 
перпендикуляра  до  поверхні  заготовки.  Різання  з  кутом  скосу  0°  відповідає 
прямому різанню, за якого площина різу є перпендикулярною до матеріалу. У 
більшості  плазмових  різаків  вихровий  рух  плазмоутворювального  газу 
52
відбувається за годинниковою стрілкою, унаслідок чого більш рівна та якісна 
кромка формується з правого боку розрізу відносно напряму руху різака. Для 
традиційних систем плазмового різання типовими є кути скосу в межах 1–3° на 
«якісній» стороні різу та 3–8° на протилежній. Сучасні високоточні плазмові 
установки дозволяють досягати ще менших значень кута скосу.
Хоча певний нахил кромок при плазмовому різанні є неминучим через 
особливості  формування  газового потоку на  виході  з  сопла,  величину цього 
скосу  можна  істотно  зменшити  шляхом  оптимізації  параметрів  процесу. 
Перевищення  кута  скосу  понад  5°  зазвичай  свідчить  про  некоректні 
налаштування обладнання або порушення режимів плазмово-дугового різання.
Позитивний кут різу - верхня грань деталі менша від нижньої[12].
Рисунок 2.9 - Фото позитивного кута різу
Позитивний  кут  різу  може  виникати  внаслідок  зносу  сопла,  надмірної 
відстані між різаком і заготовкою, що супроводжується підвищеною дуговою 
напругою, неправильно підібраної сили струму або занадто великої швидкості 
різання. Кожне з цих відхилень призводить до запізнювання плазмової дуги, 
унаслідок  чого  до  верхньої  частини  розрізу  підводиться  більша  кількість 
енергії, ніж до нижньої. У результаті кромка формується з більшою шириною у 
верхній зоні та звужується донизу[12].
Додатковим чинником утворення надмірного позитивного кута скосу є 
неправильний вибір напряму різання по контуру деталі.  Виріб із  вираженим 
позитивним скосом по периметру часто характеризується наявністю затверділої 
смуги окалини на нижній кромці, що зазвичай формується під час різання на 
підвищених швидкостях[12].
53
Відємний різ - нижня грань деталі менша за верхню, підрізання
Рисунок 2.10 - Фото відємного кута різу
Від’ємний кут різу може виникати внаслідок недостатньої відстані між 
різаком  і  заготовкою,  що  супроводжується  зниженою  дуговою  напругою, 
надмірно  великої  сили  струму  або  малої  швидкості  різання.  За  таких  умов 
плазмова  дуга  інтенсивніше  видаляє  матеріал  у  нижній  частині  листа,  у 
результаті  чого  кромка  звужується  у  верхній  зоні  та  розширюється  внизу. 
Зазвичай  рівномірний  від’ємний  скіс  по  всьому  периметру  деталі 
супроводжується  утворенням окалини на  нижній кромці,  що характерно для 
різання на занижених швидкостях[12].
Змішаний  (позитивно-негативний)  скіс  кромок  на  одній  заготовці 
свідчить про нестабільність процесу різання. Як правило, така ситуація виникає 
при  використанні  зношеного  або  дефектного  сопла,  відхиленні  різака  від 
перпендикулярного  положення  до  поверхні  матеріалу,  а  також  у  разі 
розбалансування електрода й сопла. За цих умов плазмова дуга відхиляється від 
прямолінійної  траєкторії,  що  призводить  до  нерівномірного  формування 
кромок.  Нерідко  трапляється,  що  одна  сторона  квадратної  деталі  має 
позитивний  скіс,  а  протилежна  —  від’ємний.  У  поперечному  перерізі  така 
деталь  набуває  форми  паралелограма  замість  прямокутника.  В  окремих 
випадках поверхня різу може бути нерівною — увігнутою з  одного боку та 
опуклою  з  іншого.  Усі  ці  ознаки  вказують  на  значний  знос  або  дисбаланс 
витратних елементів різака[12].
Утворення окалини залежить від багатьох параметрів процесу плазмового 
різання,  зокрема  швидкості  переміщення  різака,  відстані  між  різаком  і 
54
заготовкою,  сили  струму,  дугової  напруги  та  технічного  стану  витратних 
деталей. Вплив мають і властивості матеріалу, такі як товщина, тип і  марка, 
хімічний склад, стан поверхні, площинність, а також зміни температури під час 
різання.  Водночас  найбільш  істотний  вплив  на  інтенсивність  утворення 
окалини мають три ключові чинники: швидкість різання, сила струму та зазор 
між різаком і заготовкою[12].
Окалина, що утворюється за низької швидкості різання.У разі надто малої 
швидкості  плазмового  різання  плазмовий  струмінь  починає  впливати  на 
надлишковий  об’єм  матеріалу.  При  цьому  діаметр  стовпа  плазмової  дуги 
збільшується,  а  ширина  розрізу  розширюється  до  такого  рівня,  за  якого 
високошвидкісна частина плазмового потоку вже не здатна ефективно видаляти 
розплавлений  метал  із  зони  різу.  Унаслідок  цього  розплав  накопичується 
вздовж нижньої кромки листа у вигляді товстих кулястих напливів. Такий тип 
дефекту називають окалиною низької швидкості.
За  надто  малих  швидкостей  різання  можливе  навіть  згасання  дуги, 
оскільки кількості металу стає недостатньо для підтримання дуги прямої дії. 
Аналогічний ефект виникає при збільшенні сили струму або зменшенні зазору 
між різаком і заготовкою за незмінної товщини матеріалу та швидкості різання. 
У кожному з цих випадків на локальну ділянку подається надлишкова енергія, 
що сприяє формуванню окалини низької швидкості. Надмірна сила струму або 
занадто мала відстань між різаком і заготовкою є типовими причинами появи 
цього  дефекту.  Водночас  незначне  утворення  окалини  в  кутах  траєкторії 
плазмового різання вважається  нормальним явищем,  оскільки під  час  різких 
змін напряму руху різака неможливо зберігати сталу швидкість[12].
Для запобігання утворенню окалини низької швидкості рекомендується:
- поетапно збільшувати швидкість різання з кроком приблизно 125 мм/хв;
-  поступово  підвищувати  відстань  між  різаком  і  заготовкою  з  кроком 
близько 1,6 мм або на 5 В дугової напруги;
- зменшувати силу струму поетапно з інтервалом близько 10 А.
55
Якщо жоден із перелічених заходів не забезпечує покращення якості 
різання, доцільно розглянути застосування сопла з меншим діаметром отвору.
Рисунок 2.11 - Фото окалина низької швидкості
Окалина, що утворюється за високої швидкості різання.
У  разі  надмірно  великої  швидкості  плазмового  різання  плазмова  дуга 
починає відставати від траєкторії руху різака. Це спричиняє появу на нижній 
кромці  листа  вузьких  затверділих  смуг  незрізаного  металу  або  так  званої 
перекочувальної  окалини.  Окалина,  сформована  за  високих  швидкостей, 
зазвичай має підвищену міцність зчеплення з матеріалом, тому для її видалення 
часто необхідна інтенсивна механічна обробка[12].
За  надто  високих  швидкостей  різання  стабільність  дуги  порушується: 
довжина  стовпа  плазмової  дуги  в  зоні  розрізу  постійно  змінюється,  що 
призводить  до  формування  характерного  «поздовжнього  гребеня»  з  іскор  і 
розплавленого металу.  У таких умовах дуга  може не  забезпечувати повного 
проплавлення матеріалу по всій товщині листа або навіть згасати, що істотно 
погіршує якість різання.
Рисунок 2.12 - Фото окалина високої швидкості
56
Надмірна відстань між різаком і заготовкою або занижена сила струму (за 
заданої  товщини матеріалу  та  швидкості  різання)  також можуть  спричиняти 
утворення  окалини,  характерної  для  високих  швидкостей  різання.  Це 
пояснюється тим, що зазначені відхилення зменшують енергетичну щільність 
плазмового  струменя,  унаслідок  чого  розплавлений  метал  не  видаляється 
повністю з зони різу[12].
Для запобігання утворенню окалини високої швидкості рекомендується:
-  перевірити  стан  сопла  на  наявність  ознак  зносу,  таких  як  виїмки, 
збільшення діаметра понад номінальний або овальність отвору;
- поетапно зменшувати швидкість різання з кроком приблизно 125 мм/хв;
-  поступово  зменшувати  зазор  між  різаком  і  заготовкою  з  інтервалом 
близько 1,6 мм або на 5 В дугової напруги;
-  підвищувати  силу  струму,  не  перевищуючи  при  цьому  95  %  від 
номінального  значення,  допустимого  для  сопла  з  відповідним  діаметром 
отвору.
Окалина, що утворюється внаслідок верхнього забризкування[12].
Верхнє  забризкування  являє  собою  нашарування  затверділого  металу, 
який розбризкується та осідає на верхній поверхні заготовки. Видалення цього 
типу окалини зазвичай не потребує значних зусиль. Основними причинами її 
утворення є надмірна швидкість різання або збільшена відстань між різаком і 
матеріалом.  Такий  дефект  виникає  під  дією  вихрового  потоку  плазмового 
струменя,  який  за  певного  кута  атаки  виштовхує  розплавлений  метал  із 
передньої частини розрізу назовні, замість його спрямування вглиб різу.
Для запобігання утворенню верхнього забризкування слід:
- перевірити сопло на наявність зносу;
- поетапно зменшувати швидкість різання з кроком близько 125 мм/хв;
- поступово скорочувати відстань між різаком і заготовкою з інтервалом 
приблизно 1,6 мм або на 5 В дугової напруги.
57
Рисунок 2.13 – Фото окалина верхнє забризкуванняі
Збільшений зазор між різаком і заготовкою або недостатня сила струму 
(за фіксованої товщини матеріалу та швидкості різання) можуть призводити до 
формування  окалини,  притаманної  режимам  високої  швидкості  різання.  Це 
зумовлено зменшенням щільності  енергії  плазмового  потоку,  внаслідок  чого 
розплавлений метал не повністю видаляється із зони різу[12].
Для мінімізації утворення окалини, характерної для високих швидкостей 
різання, доцільно:
-  здійснити  контроль  технічного  стану  сопла  та  перевірити  його  на 
наявність зносу (виїмок, перевищення номінального діаметра або деформації 
отвору);
- поступово знижувати швидкість різання з кроком близько 125 мм/хв;
- поетапно зменшувати відстань між різаком і заготовкою з інтервалом 
приблизно 1,6 мм або на 5 В за показником дугової напруги;
-  підвищувати  силу  струму  в  межах  допустимого  діапазону,  не 
перевищуючи 95 % від номінального значення, рекомендованого для сопла з 
відповідним діаметром отвору.
Окалина, спричинена верхнім забризкуванням[12].
Верхнє  забризкування проявляється  у  вигляді  нашарувань затверділого 
металу на верхній поверхні заготовки. Такий вид окалини, як правило, легко 
видаляється та не потребує значної додаткової обробки. Основними причинами 
його виникнення є надто висока швидкість різання або надмірний зазор між 
різаком  і  матеріалом.  Дефект  формується  під  дією  вихрового  потоку 
58
плазмового  струменя,  який  за  певного  кута  атаки  виштовхує  розплавлений 
метал із передньої зони розрізу назовні, замість його спрямування вглиб різу.
Для запобігання утворенню верхнього забризкування рекомендується:
- перевірити сопло на наявність ознак зношування;
- поступово зменшувати швидкість різання з кроком близько 125 мм/хв;
- поетапно скорочувати відстань між різаком і заготовкою з інтервалом 
приблизно 1,6 мм або на 5 В дугової напруги.
59
Висновки до розділу 2
У  розділі  було  проаналізовано  ключові  аспекти,  що  визначають 
ефективність та якість процесу плазмового різання. Розглянуто конструктивні 
особливості та функціональні можливості обладнання для плазмового різання, 
зокрема  верстата  з  ЧПУ  NT-PLASMA  3015,  його  технічні  переваги  та 
придатність для високоточного розкрою листових матеріалів.
Проаналізовано вплив основних технологічних параметрів — швидкості 
різання, тиску та типу плазмоутворювального газу, сили струму, висоти сопла 
та інших факторів — на формування геометрії різу та показники якості. 
Окрему  увагу  приділено  оцінці  якості  процесу  плазмового  різання, 
включаючи критерії  оцінювання різу, характер дефектів та закономірності їх 
виникнення. Проведений аналіз дозволив виявити основні проблеми плазмової 
різки,  серед  яких:  нерівномірність  видалення  розплаву,  утворення  грату, 
підвищення шорсткості при неправильному підборі параметрів, тепловий вплив 
на край різу та зношування витратних елементів.
Узагальнюючи  результати,  можна  зробити  висновок,  що  якість 
плазмового різання визначається комплексом взаємопов’язaних технологічних 
та технічних факторів. Правильний вибір обладнання, оптимізація параметрів 
процесу та врахування можливих проблем забезпечують отримання стабільних 
і високоякісних результатів під час плазмового розкрою листових металів.
60
РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
3.1 Технологічні режими плазмового різання
Дослідженя процесу плазмового різання вуглецевої сталі
10
9
8
7
6
5
4
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
товщина,мм
Рисунок  3.1  –  Графік  залежності  відстані  до  сопла  плазмотрона  від 
товщини матеріалу
На поданому графіку простежується стійка зростаюча залежність відстані 
від сопла плазмотрона до поверхні матеріалу від його товщини при плазмовому 
різанні.
Зі збільшенням товщини матеріалу від приблизно 3 до 20 мм відстань до 
сопла зростає орієнтовно від 4,5 до 9 мм. Характер залежності є нелінійним, але 
близьким  до  лінійного,  з  помірним  нахилом  у  діапазоні  малих  і  середніх 
товщин та більш інтенсивним зростанням при більших товщинах.
У діапазоні 3–6 мм спостерігається відносно швидке збільшення відстані, 
що  пов’язано  з  необхідністю  стабілізації  плазмової  дуги  та  зменшення 
теплового  навантаження  на  сопло.  У  зоні  6–12  мм  ріст  відстані  є  більш 
плавним, що відповідає усталеному режиму різання. При товщинах понад 12–
15 мм відстань до сопла збільшується інтенсивніше, оскільки для забезпечення 
відстань від сопла, мм
61
якісного прорізання потрібен ширший плазмовий струмінь і зниження ризику 
зворотного розплаву та ерозії сопла.
Таким  чином,  збільшення  товщини  матеріалу  вимагає  пропорційного 
збільшення  відстані  від  сопла  плазмотрона,  що  є  важливою  умовою 
стабільності процесу, підвищення якості різу та ресурсу обладнання.
4,5
4,1
3,7
3,3
2,9
2,5
3 6 9 12 15 18 21
товщини,мм
Рисунок 3.2 – Графік залежності діаметру сопла плазмотрона від товщини 
матеріалу
За  наведеним  графіком  залежність  діаметра  сопла  плазмотрона  від 
товщини  матеріалу  при  плазмовому  різанні  має  нелінійний  характер  і 
складається з кількох характерних ділянок.
У діапазоні  малих товщин (близько 4–6 мм)  діаметр  сопла  є  відносно 
невеликим і становить приблизно 3,0 мм, при цьому спостерігається незначне 
зменшення  або  стабілізація  значення.  Це  пояснюється  тим,  що  для  тонких 
матеріалів  достатньо  вузького  плазмового  струменя,  який  забезпечує  високу 
концентрацію енергії та мінімальну ширину різу.
При  збільшенні  товщини  матеріалу  до  8–10  мм  відбувається  різке 
зростання  діаметра  сопла  до  приблизно  4,1–4,2  мм.  Така  зміна  пов’язана  з 
необхідністю підвищення витрати плазмоутворювального газу та формування 
діаметр сопла плазмотрона, мм
62
більш  потужного  й  стабільного  плазмового  струменя,  здатного  ефективно 
прорізати товстіший метал.
У подальшому, при товщинах понад 10–12 мм, діаметр сопла практично 
не  змінюється  і  стабілізується  на  рівні  близько  4,1  мм.  Це  свідчить  про 
досягнення  оптимального  конструктивного  та  технологічного  значення 
діаметра  сопла,  за  якого  подальше  збільшення  товщини  матеріалу 
компенсується  іншими параметрами процесу  (струмом різання,  тиском газу, 
швидкістю подачі), а не збільшенням діаметра отвору сопла.
Отже,  зі  зростанням  товщини  матеріалу  діаметр  сопла  плазмотрона 
спочатку  зростає,  а  потім  виходить  на  плато,  що  відображає  оптимізацію 
режимів плазмового різання для різних товщин металу.
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
0 2 4 6 8 10 12 14
товщина,мм
Рисунок 3.3 – Графік залежності швидкості різання від товщини, мм (при 
використанні азоту)
За  наведеним  графіком  видно,  що  при  плазмовому  різанні  з 
використанням азоту швидкість різання має виражену обернено-пропорційну 
залежність від товщини матеріалу.
Для  тонких  листів  (1–2  мм)  швидкість  різання  є  максимальною  і 
становить  близько  8,5–10  м/хв,  що  зумовлено  малою  тепловою  ємністю 
матеріалу та ефективною концентрацією енергії плазмової дуги.
швидкість різання, м/хв
63
При збільшенні товщини до 4 мм швидкість різання різко зменшується до 
приблизно 5,5 м/хв. Це пов’язано зі зростанням об’єму металу, який необхідно 
нагріти та розплавити, а також із більшими втратами тепла вглиб матеріалу.
У  діапазоні  6–8  мм  зниження  швидкості  стає  більш  плавним  і 
стабілізується  на  рівні  4,2–4,4  м/хв,  що  відповідає  оптимальному  режиму 
роботи плазмотрона з азотом для середніх товщин.
Для товстих матеріалів (10–12 мм) швидкість різання зменшується до 2,8–
3,5  м/хв,  оскільки  для  забезпечення  наскрізного  прорізання  необхідно 
збільшувати час теплового впливу, підтримуючи стабільність плазмової дуги та 
якість різу.
Отже, при плазмовому різанні азотом зі збільшенням товщини матеріалу 
швидкість  різання  закономірно  зменшується,  причому  найбільш  інтенсивне 
падіння швидкості  спостерігається в області  малих товщин,  а  для середніх і 
великих товщин залежність набуває більш плавного характеру.
14
12
10
8
6
4
2
1 3 5 7 9 11 13
товщина,мм
Рисунок 3.4 - Графік залежності швидкості різання від товщини, мм(при 
використанні кисню)
За  наведеним  графіком  видно,  що  при  плазмовому  різанні  з 
використанням  кисню  швидкість  різання  має  чітко  виражену  зворотну 
залежність від товщини матеріалу.
швидкість різання, м/хв
64
Для тонких матеріалів (близько 2 мм) швидкість різання є максимальною 
і  становить  приблизно  12  м/хв.  Це  пояснюється  високою  тепловою 
ефективністю кисню, який не лише підтримує плазмову дугу, а й бере участь в 
екзотермічній  реакції  окиснення  металу,  додатково  підвищуючи 
тепловиділення в зоні різу.
При збільшенні товщини до 4 мм швидкість різання помітно зменшується 
до близько 8 м/хв, що пов’язано зі зростанням об’єму металу, який необхідно 
розплавити, та зменшенням впливу екзотермічного ефекту на глибших ділянках 
різу.
У діапазоні 6–8 мм швидкість різання знижується більш плавно — до 5,5–
6,5  м/хв,  що відповідає  стабільному режиму плазмового різання киснем для 
середніх товщин.
Для товстих заготовок (10–12 мм) швидкість різання становить приблизно 
3,5–4,5 м/хв, оскільки основним обмежуючим фактором стає теплопровідність 
матеріалу та необхідність забезпечення повного проплавлення по всій товщині.
Таким чином, при використанні кисню зі збільшенням товщини матеріалу 
швидкість  різання  закономірно  зменшується,  однак  завдяки  додатковому 
тепловому  ефекту  окиснення  кисень  забезпечує  вищі  швидкості  різання 
порівняно з інертними газами, особливо при обробці тонких і середніх товщин 
сталі.
За наведеним графіком (рисунок 3.5) встановлюється пряма залежність 
ширини різу від товщини матеріалу при плазмовому різанні.
Для  тонких  листів  (4–6  мм)  ширина  різу  є  мінімальною та  становить 
приблизно 1,6–1,8 мм. Це зумовлено високою концентрацією енергії плазмової 
дуги,  вузьким  струменем  плазми  та  незначним  боковим  розтіканням 
розплавленого металу.
У діапазоні  8–10 мм спостерігається плавне зростання ширини різу до 
близько 2,0 мм, що пов’язано зі збільшенням об’єму розплаву та розширенням 
плазмового струменя в зоні різання.
65
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
3 6 9 12 15 18 21
Товщина,мм
Рисунок 3.5 – Графік залежності ширини різання від товщини матеріалу 
При товщинах близько 12 мм відбувається більш інтенсивне збільшення 
ширини  різу  (до  приблизно  2,7–2,8  мм).  Це  пояснюється  необхідністю 
підвищення потужності дуги та зменшення швидкості різання, що призводить 
до більшого теплового впливу на краї різу.
Для товстих матеріалів (15–20 мм) ширина різу зростає до 3,5–4,0 мм, при 
цьому характер залежності стає більш плавним і  близьким до насичення. На 
цьому  етапі  основний  вплив  мають  розширення  плазмового  струменя, 
збільшення зони термічного впливу та інтенсивніше видування розплавленого 
металу з каналу різу.
Отже, зі  збільшенням товщини матеріалу ширина різу при плазмовому 
різанні  закономірно  зростає,  що  необхідно  враховувати  під  час  вибору 
технологічних параметрів і при забезпеченні точності розмірів деталей.
ширина різання, м/хв
66
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
5 7 9 11 13 15 17 19 21
Товщина , мм
Рисунок  3.6  –  Графік  залежності  швидкості  різання  від  товщини 
матеріалу при І=80А 
Крива має  монотонно спадний, нелінійний характер, що є типовим для 
процесу плазмового різання.
Для відносно невеликої товщини матеріалу (близько  6–8 мм) швидкість 
різання є максимальною і становить приблизно  2,5–2,1 м/хв. Це пояснюється 
тим, що за такої товщини теплова потужність плазмової дуги є достатньою для 
інтенсивного проплавлення матеріалу та ефективного видалення розплаву.
Із  подальшим  збільшенням  товщини  до  10–12  мм швидкість  різання 
істотно зменшується  — до значень  близько  1,5–1,0  м/хв.  У цьому діапазоні 
зростають теплові втрати та ускладнюється повне проплавлення матеріалу по 
всій товщині.
При  різанні  більш  товстих  заготовок  (14–20  мм)  швидкість  різання 
знижується ще більш помітно і  досягає значень  0,7–0,3 м/хв. Це пов’язано з 
обмеженою  потужністю  дуги  при  фіксованій  силі  струму  80  А,  а  також  зі 
зростанням об’єму розплавленого металу, який необхідно видалити з різу.
Таким чином, графік демонструє, що зі збільшенням товщини матеріалу 
швидкість  плазмового  різання  при  струмі  80  А  істотно  зменшується,  а  для 
забезпечення продуктивного різання товстих заготовок необхідне або зниження 
швидкості, або підвищення сили струму та потужності джерела плазми.
Швидкість різання, м/хв
67
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14
товщина, мм
Рисунок  3.7  –  Графік  залежності  швидкості  різання  від  товщини 
матеріалу при І=40А 
Для  тонких  листів  товщиною  близько  2  мм швидкість  різання  є 
максимальною  і  становить  приблизно  4,8–5,0  м/хв.  У  цьому  випадку 
потужності  плазмової  дуги  при  струмі  40  А  достатньо  для  швидкого  та 
стабільного проплавлення матеріалу.
Із ростом товщини до 4–6 мм швидкість різання поступово зменшується 
до 3,5–2,5 м/хв. Це пов’язано зі збільшенням об’єму матеріалу, який необхідно 
розплавити, а також із зростанням теплових втрат.
При товщині 8 мм швидкість різання знижується до приблизно 1,5 м/хв, а 
для товстих заготовок 10–12 мм вона досягає мінімальних значень — близько 
0,9–0,5  м/хв.  У цьому діапазоні  різання  відбувається  на  межі  технологічних 
можливостей джерела плазми при заданій силі струму.
Отже,  графік  демонструє,  що  зі  збільшенням  товщини  матеріалу 
швидкість  плазмового  різання  при  струмі  40  А  різко  зменшується.  Для 
ефективного  різання  матеріалів  більшої  товщини  необхідне  або  значне 
зниження швидкості,  або використання більшої сили струму та потужнішого 
плазмового джерела.
швидкість різання м/хв
68
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
2 4 6 8 10 12 14
товщина, мм
Рисунок  3.8  –  Графік  залежності  швидкості  різання  від  товщини 
матеріалу при І=50А 
Для  відносно  тонкого  матеріалу  товщиною  близько  3  мм швидкість 
різання є максимальною і становить приблизно 3,0 м/хв. За таких умов теплова 
потужність плазмової дуги забезпечує швидке проплавлення металу.
Із підвищенням товщини до 4–6 мм швидкість поступово зменшується до 
2,6–1,8  м/хв,  що  пов’язано  зі  зростанням  теплової  маси  матеріалу  та 
необхідністю більшого часу для повного проплавлення різу.
При товщині 8 мм швидкість різання знижується до приблизно 1,1 м/хв, а 
для  заготовок  товщиною  10–12  мм вона  досягає  мінімальних  значень  — 
близько  0,7–0,5  м/хв.  У  цьому  діапазоні  різання  відбувається  близько  до 
граничних можливостей плазмового джерела при струмі 50 А.
Отже,  наведений  графік  демонструє,  що  зі  збільшенням  товщини 
матеріалу  швидкість  плазмового  різання  при  силі  струму  50  А  істотно 
зменшується. Для забезпечення високої продуктивності різання більш товстих 
матеріалів  необхідне  підвищення  сили  струму  або  зменшення  швидкості 
переміщення різака.
швидкість різання м/хв
69
        
Рисунок 3.9 – Якість поверхні сталі Ст3 при різних технологічних режимах
70
3.2 Дослідженя процесу плазмового різання нержавіючої сталі
Для тонкого листа нержавіючої сталі товщиною близько 2 мм швидкість 
різання є максимальною і становить приблизно 3 м/хв. За таких умов плазмовий 
струмінь легко проплавляє матеріал, забезпечуючи стабільний та якісний різ.
При збільшенні товщини до 4 мм швидкість зменшується до близько 2,5 
м/хв, а при 6 мм — до 2 м/хв. Це пов’язано зі зростанням об’єму металу, який 
необхідно  розплавити,  а  також  з  підвищеними  тепловими  втратами  в  зоні 
різання.
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
1 3 5 7 9 11 13
Товщина,мм
Рисунок  3.10  –  Графік  залежності  швидкості  різання  від  товщини 
матеріалу нержавіюча сталь 
Подальше  збільшення  товщини  до  8  мм призводить  до  зниження 
швидкості до приблизно  1,4 м/хв. Для листів товщиною  10–12 мм швидкість 
різання  стає  мінімальною  і  складає  близько  0,8–0,9  м/хв,  що  вказує  на 
обмеження ефективності  процесу  плазмового  різання при значних товщинах 
нержавіючої сталі.
Отже,  наведений  графік  демонструє,  що  зі  збільшенням  товщини 
нержавіючої сталі швидкість плазмового різання закономірно зменшується. Це 
Швидкість різання, м/хв
71
обумовлено необхідністю передавання більшої кількості  теплової  енергії  для 
проплавлення  товстого  матеріалу  та  складнішими  умовами  видалення 
розплавленого металу з різальної щілини.
3,4
3,2
3
2,8
2,6
2,4
2,2
2
1 3 5 7 9 11 13
Товщина,мм
Рисунок 3.11 – Графік залежності ширини різання нержавіючої сталі від 
товщини матеріалу при плазмовому різанні
Для тонкого матеріалу товщиною близько 2 мм ширина різання становить 
приблизно 2,2 мм. При збільшенні товщини до 4 мм вона зростає до 2,4 мм, що 
пояснюється  розширенням зони термічного  впливу  та  збільшенням діаметра 
плазмового струменя в процесі проплавлення матеріалу.
Найбільш  помітне  зростання  ширини  різу  спостерігається  в  інтервалі 
товщин 4–6 мм, де значення досягає приблизно 2,8 мм. Надалі, при товщині 8–
10 мм, ширина різання збільшується повільніше і становить близько 2,9–3,0 мм.
Для найбільшої розглянутої товщини, близько 12 мм, ширина різу досягає 
приблизно 3,2 мм. Це зумовлено необхідністю подачі більшої теплової енергії 
та зниженням швидкості різання, що призводить до додаткового розплавлення 
країв різу.
Таким чином, графік демонструє  пряму залежність ширини плазмового 
різання  від  товщини  нержавіючої  сталі:  зі  зростанням  товщини  матеріалу 
Ширина різання, мм
72
ширина  різу  збільшується,  причому  найбільш  інтенсивно  —  в  середньому 
діапазоні товщин. 
Рисунок 3.12 – Поверхня різання при різних режимах
73
Збільшення  швидкості  різання  нержавіючої  сталі  призводить  до 
підвищення  шорсткості  поверхні  різу.  Хоча  зменшення  швидкості  обробки 
спричиняє  утворення  та  збільшення  зон  осадження  частинок  розплаву  на 
стінках різу, загальна шорсткість поверхні при цьому зменшується.  Це явище 
пояснюється тим, що базова морфологія поверхні, сформована без відкладень 
розплавленого  металу,  характеризується  вираженими,  більш  крупними 
нерівностями.  Під  час  зниження  швидкості  продукти  плавлення  частково 
заповнюють  ці  нерівності,  вирівнюючи  мікрорельєф  і  знижуючи  сумарний 
показник шорсткості.
Додатково слід зазначити, що оптимальний діапазон швидкостей різання 
визначається  не  лише  вимогами  до  шорсткості,  а  й  стабільністю  процесу 
видалення  розплаву  та  формування  рівномірної  геометрії  різу.  Тому  вибір 
раціональної  швидкості  є  критичним  фактором  для  забезпечення  потрібної 
якості обробки нержавіючої сталі.
74
3.3 Підвищення якості плазмового різання
Плазмове  різання  сьогодні  є  однією  з  ключових  технологій  сучасної 
металообробки. Від якості виконаного різу залежить не лише зовнішній вигляд 
виробу, а й його функціональні характеристики, міцність зварних з'єднань та 
загальна ефективність виробничого процесу. Розуміння основних факторів, що 
впливають  на  процес,  дозволяє  уникнути  дорогих  помилок  і  підвищити 
продуктивність.
 1. Сила струму (ампераж) – ключовий параметр для якісного різу.
Сила  струму  визначає  обсяг  енергії,  який  доступний  для  різання,  і 
безпосередньо  впливає  на  якість  кромок.  Дослідження  показують,  що 
оптимальний  підбір  амперажу  може  збільшити  термін  служби  витратних 
матеріалів на 30–50 %.
Витратні  матеріали  при  роботі  з  низьким  струмом  зазвичай  служать 
довше,  особливо  при  різанні  киснем,  що  дозволяє  значно  знизити 
експлуатаційні витрати при правильному плануванні виробництва.
 2. Плазмоутворюючі гази – правильний вибір впливає на результат.
Якість  і  чистота  газів  мають  вирішальне  значення  для  стабільності 
процесу  та  довговічності  витратних  матеріалів.  Дослідження  показують,  що 
використання газів високої чистоти може збільшити термін служби витратних 
матеріалів на 25–40 %.
Рекомендовані вимоги до чистоти газів:
Кисень (O₂) мінімум 99,5 % чистоти
Оптимальний для вуглецевої сталі
Забезпечує високу швидкість різання
Мінімізує окиснення крайок
Азот (N₂): мінімум 99,99 % чистоти
Ідеальний для нержавіючої сталі
Забезпечує відмінну якість кромки
Мінімізує утворення оксидів
75
Аргон-воднева суміш (H35): 99,995 % чистоти
Азотно-воднева суміш (N5): 99,98 % чистоти
Напруга дуги безпосередньо впливає на висоту різака та якість різу. Це 
один із найчутливіших параметрів налаштування, що потребує особливої уваги.
Важливо пам’ятати: при збільшенні швидкості різання напруга зазвичай 
знижується,  і  навпаки.  Збереження  цього  балансу  є  критично  важливим, 
особливо при обробці складних контурів і кутів.
Висота різака – точність позиціонування
Коректне встановлення висоти різака визначає не лише якість різу, а й 
термін служби витратних матеріалів.
Оптимальні параметри:
- висота пропалювання: 1,5–2 рази більша за робочу висоту;
- швидкість різання – пошук оптимального режиму;
- правильно підібрана швидкість різання є ключем до мінімізації грата та 
забезпечення  чистого  різу.  Дослідження показують,  що відхилення  від 
оптимальної  швидкості  навіть  на  15  % може  значно  погіршити  якість 
обробки;
- використовувати таблиці швидкостей різання від виробника обладнання 
як орієнтир;
- враховувати стан витратних матеріалів при виборі швидкості;
- коригувати швидкість відповідно до складності контуру;
- ширина різу (керф) – точність деталей;
- ширина  різу  критично  впливає  на  розмірну  точність  виробів  і  зазвичай 
становить 1,5–2,0 діаметра сопла.
Фактори, що визначають ширину різу:
- діаметр сопла;
- швидкість різання;
- потужність;
- стан витратних матеріалів;
- стан охолоджуючої рідини – важливий, але часто упущений фактор.
76
Стабільна робота обладнання залежить від регулярного обслуговування 
системи  охолодження.  Замінювати  охолоджувальну  рідину  кожні  6  місяців. 
При інтенсивному використанні – щоквартально. Повне промивання системи 
при кожній заміні рідини. Інновації та майбутнє плазмового різання
Сучасні  технології  пропонують  нові  рішення  для  підвищення  якості 
плазмового різання:
- автоматичні системи контролю параметрів різання;
-  інтеграція із CAD/CAM-системами;
-  використання штучного інтелекту для оптимізації режимів;
-  розвиток технологій точного позиціонування
Досягнення  високої  якості  плазмового  різання  вимагає  комплексного 
підходу  та  уваги  до  деталей.  Розуміння  і  контроль  усіх  описаних  факторів 
дозволяють підвищити продуктивність, покращити якість обробки та знизити 
експлуатаційні витрати.
 Контроль правильного напрямку руху плазмової дуги
Для забезпечення максимально рівних та перпендикулярних стінок різу 
необхідно перевірити відповідність напрямку руху різака напрямку обертання 
плазмової  дуги.  При  використанні  стандартних  витратних  матеріалів  дуга 
обертається за годинниковою стрілкою. При зовнішньому контурному різанні 
різак  переміщується  за  годинниковою  стрілкою,  а  якісніша  сторона  різу 
знаходиться  праворуч  від  напрямку  руху.  При  обробці  внутрішніх  контурів 
(отворів)  різак  рухається  проти  годинникової  стрілки,  при  цьому  чистіша 
сторона  різу  також  залишається  праворуч.  У  разі  відхилення  —  необхідно 
змінити напрямок різання.
 Вибір  технологічного  процесу  відповідно  до  типу  та  товщини 
матеріалуДля  досягнення  стабільної  якості  різу  необхідно  суворо 
дотримуватися  параметрів,  наведених  у  технологічних  картах.  Під  час 
налаштування процесу враховуються такі фактори:  тип та товщина матеріалу, 
вимоги  до  якості  та  точності  різу,   необхідна  продуктивність,  вибір 
плазмоутворювального і захисного газу,  налаштування тиску або витрати газу, 
77
встановлення  правильної  відстані  між  соплом  та  заготовкою,  відповідної 
дугової напруги,  підбір раціональної швидкості різання,  правильність вибору 
витратних матеріалів згідно з їх кодами. Коректне комбінування цих параметрів 
дає  змогу  отримати чистий різ,  мінімізувати  грат  і  забезпечити стабільність 
процесу.
3. Контроль стану витратних матеріалів.  Для якісного формування різу 
необхідно регулярно перевіряти ступінь зношення електрода, сопла та інших 
елементів:
 - своєчасно замінювати зношені компоненти;
- електрод і сопло рекомендується міняти одночасно;
- уникати надлишкового змащення ущільнювальних кілець, щоб не 
впливати на стабільність дуги.
4.  Перевірка  перпендикулярності  різака  відносно заготовки.  Правильне 
позиціонування різака — важлива умова отримання рівних стінок різу:
 -заготовка має бути надійно вирівняна;
- різак необхідно встановлювати строго перпендикулярно до поверхні 
матеріалу як у фронтальній, так і у бічній площині.
5. Оптимізація відстані між різаком і поверхнею заготовки. Неправильна 
висота різання призводить до кутовості різу:
- занижена відстань викликає негативний кут різу — її потрібно 
збільшити;
- завищена відстань спричиняє позитивний кут — її необхідно зменшити.
Під час роботи системи автоматичного контролю дугової напруги слід 
коригувати її значення в міру зношення витратних деталей для підтримання 
оптимальної висоти різака.
6. Коректність вибраної швидкості різання. Швидкість безпосередньо 
впливає на кількість окалини та якість різу:
- надто висока швидкість спричиняє відставання дуги, утворення 
верхнього забризкування та збільшення шорсткості;
78
- надто низька швидкість призводить до надмірного оплавлення та 
накопичення окалини з нижнього боку різу;
-  оптимальну швидкість слід підбирати з урахуванням хімічного складу 
матеріалу, чистоти поверхні та рівня його попереднього нагрівання.
7. Перевірка системи подачі газу. Несправності в газопідвідній системі 
безпосередньо впливають на стабільність дуги та якість різу:
- необхідно усунути витоки, звуження та нестабільність потоку газу;
- використовувати газопроводи та регулятори відповідного діаметра;
- застосовувати чистий, високоякісний газ для формування стабільної 
дуги та мінімізації окалини.
8.  Перевірка  наявності  вібрації  різака.  Будь-які  коливання  різака 
погіршують  геометрію  різу:  потрібно  переконатися,  що  різак  надійно 
зафіксований у каретці порталу і механічні елементи не мають люфту.
Характер,  структура  та  розміри  зони  термічного  впливу  під  час 
плазмового  різання  визначаються  низкою  факторів:  хімічним  складом  і 
товщиною  металу,  величиною  робочого  струму,  швидкістю  переміщення 
пальника та типом плазмоутворювального газу. У крайових ділянках металу під 
дією  високих  температур  відбувається  перекристалізація  та  зміна  фазового 
складу,  що  спричиняє  появу  внутрішніх  напружень.  У  певних  випадках  ці 
напруження можуть приводити до утворення мікротріщин у приповерхневих 
шарах.  Структурний  рельєф  та  характер  борозенок  на  поверхні  різу 
безпосередньо  пов’язані  з  фізичними  властивостями  металу  та  параметрами 
процесу плазмового різання.
79
Рисунок 3.13 – Фотографії деталей отриманих плазмовим різанням
80
Висновки до розділу 3
1. Встановлено,  що  збільшення  товщини  матеріалу  вимагає 
пропорційного  збільшення  відстані  від  сопла  плазмотрона,  що  є  важливою 
умовою стабільності процесу, підвищення якості різу та ресурсу обладнання. 
2. Зі  зростанням  товщини  матеріалу  діаметр  сопла  плазмотрона 
спочатку  зростає,  а  потім  виходить  на  плато,  що  відображає  оптимізацію 
режимів плазмового різання для різних товщин металу.
3. При плазмовому різанні азотом зі збільшенням товщини матеріалу 
швидкість  різання  закономірно  зменшується,  причому  найбільш  інтенсивне 
падіння швидкості  спостерігається в області  малих товщин,  а  для середніх і 
великих товщин залежність набуває більш плавного характеру.
4. При  використанні  кисню  зі  збільшенням  товщини  матеріалу 
швидкість  різання  закономірно  зменшується,  однак  завдяки  додатковому 
тепловому  ефекту  окиснення  кисень  забезпечує  вищі  швидкості  різання 
порівняно з інертними газами, особливо при обробці тонких і середніх товщин 
сталі.
5. Зі  збільшенням товщини  матеріалу  ширина  різу  при  плазмовому 
різанні  закономірно  зростає,  що  необхідно  враховувати  під  час  вибору 
технологічних параметрів і при забезпеченні точності розмірів деталей.
6. Зі збільшенням товщини нержавіючої сталі швидкість плазмового 
різання  закономірно  зменшується. Це  обумовлено  необхідністю передавання 
більшої  кількості  теплової  енергії  для  проплавлення  товстого  матеріалу  та 
складнішими умовами видалення розплавленого металу з різальної щілини.
7. Зі  зростанням  товщини  нержавіючої  сталі ширина  різу 
збільшується, причому найбільш інтенсивно — в середньому діапазоні товщин. 
8. Розглянуто шляхи підвищення якості плазмового різання
81
4  ОХОРОНА  ПРАЦІ  ТА  БЕЗПЕКА  В  НАДЗВИЧАЙНИХ 
СИТУАЦІЯХ
4.1 Вимоги безпеки при плазмовій обробці металів
Перелік  небезпечних і  шкідливих виробничих факторів,  що виникають 
при плазмовій обробці металів:
1. Рухомі  машини та  механізми,  пересуваються вироби,  заготовки та 
матеріали.
2. Підвищена запиленість і загазованість повітря робочої зони.
3. Підвищена температура поверхонь обладнання, матеріалів.
4. Підвищена температура повітря робочої зони.
5. Підвищений рівень шуму на робочому місці.
6. Підвищений рівень ультразвуку.
7. Небезпечний рівень напруги.
8. Підвищений рівень електромагнітних випромінювань.
9. Підвищена яскравість світла.
10.Підвищений рівень ультрафіолетової радіації.
11.Підвищений рівень інфрачервоної радіації.
12.Підвищений рівень аероіонів.
13.Хімічні фактори (зварювальні аерозолі).
14.Фізичні перевантаження.
15.Нервово психічні перевантаження.
Рівні  небезпечних і  шкідливих виробничих факторів  у  робочій зоні  не 
повинні  перевищувати  встановлених  значень:  вміст  шкідливих  речовин  у 
повітрі робочої зони, температура, вологість і швидкість руху повітря - за ГОСТ 
12.1.005,  рівень  шуму  -  по  ГОСТ  12.1.003,  рівень  ультразвуку  -  по  ГОСТ 
12.1.001,  температура  поверхні  обладнання  і  теплового  випромінювання  на 
робочих місцях - за ГОСТ 12.4.123.
При  розробці  технологічних  процесів  плазмової  обробки  металів  слід 
передбачати:
82
 механізацію та автоматизацію процесів;
 заходи щодо запобігання надходження у повітря робочої зони шкідливих 
речовин; 
 зниження рівнів шуму і світлового випромінювання;
 раціональну організацію робочих місць.
Управління обладнанням повинно бути автоматизовано і здійснюватися 
дистанційно.
Конструкція  пультів  управління  повинна  виключати  можливість 
випадкового пуску обладнання.
Обладнання,  призначене  для  виконання  процесів  плазмової  обробки 
металів,  повинно відповідати вимогам ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.2.049,  ГОСТ 
12.2.007.8.
Органи  управління  та  контрольна  апаратура  -  по  ГОСТ  23000,  ГОСТ 
12.2.064 і ГОСТ 12.4.040. 
Символи органів управління - за ГОСТ 12.4.040.
Плазмову обробку металів проводять при діючій витяжної вентиляції.
Місцеві  витяжні  пристрої  максимально наближають до зони виділення 
шкідливих речовин.
Допускається використання місцевих витяжних пристроїв, не пов'язаних з 
обладнанням і оснащенням.
При  різанні  листового  прокату  необхідно  використовувати  місцеві 
витяжні пристрої.
Вибір конструкції місцевого витяжного пристрою і обсяги випаровувань 
визначаються типом і розміром розкроювальної рами, стола.
При плазменно-механічній обробці металів на металорізальних верстатах 
слід  передбачати  повне  укриття  або  місцевий  витяжний  пристрій,  що 
переміщується синхронно з плазмотроном.
При  обробці  великогабаритних  виробів  повинні  застосовуватися 
технологічні режими, що виключають деформацію виробів, яка може служити 
причиною травм.
83
Плазмову  обробку  проводять  в  укриттях  (камерах),  виконаних  з 
негорючих звукопоглинальних матеріалів і обладнаних витяжною вентиляцією.
Плазмову  обробку  ручним  способом  дрібних  деталей  проводять  в 
звуконепроникних  укриттях  (камерах),  передні  стінки  яких  мають  бути 
обладнані світлофільтрами і прорізами для рук працюючого, що знаходиться 
поза укриття (камери).
Повітря, що видаляється місцевою витяжною вентиляцією від обладнання 
для плазмової обробки металів, повинно підлягати очищенню перед викидом в 
атмосферу.
Експлуатація  судин і  газопроводів,  що працюють під  тиском,  повинна 
здійснюватися відповідно до правил будови і безпечної експлуатації посудин, 
що працюють під тиском, та правилами безпеки в газовому господарстві.
При  плазмовій  обробці  виробів,  пофарбованих,  облицьованих  або 
покритих пастами, герметиком і т.п., місця обробки повинні бути очищені від 
цих матеріалів на 200 мм з обох сторін від меж обробки.
Прилеглі до района обробки облицювальні матеріали повинні бути укриті 
екранами з вогнестійких матеріалів (азбест, склотканина та ін.).
Засипка  і  прибирання  порошків  в  бункери  установок  для  плазмового 
напилення  і  наплавлення  повинні  проводитися  з  використанням  місцевих 
витяжних  пристроїв  або  в  спеціальних  камерах  і  кабінах,  забезпечених 
витяжною вентиляцією.
Вимоги до виробничих приміщень
Виробничі  приміщення  для  плазмової  обробки  металів  повинні  бути 
обладнані  системами  припливно-витяжної  вентиляції  та  опалення  у 
відповідності з будівельними нормами і правилами на опалення, вентиляцію і 
кондиціонування  повітря,  а  також  норм  проектування  промислових 
підприємств.
Стіни і стелі виробничих приміщень, де виконується плазмова обробка, 
повинні  мати  звукопоглинаюче  облицювання  із  захисним  покриттям  з 
84
негорючого  перфорованого  матеріалу,  що  поглинає  ультрафіолетове 
випромінювання.
Висота  облицювання  при  відсутності  звукопоглинаючого  захисту  на 
обладнанні повинна бути не менше 2,7 м.
При  плазмовій  обробці  деталей  великих  розмірів  в  приміщеннях  слід 
застосовувати звукоізолюючі  кожухи,  розраховані  відповідно до будівельних 
норм і правил щодо захисту від шуму.
Для обробки виробничих приміщень слід застосовувати матеріали, які не 
сприяють  накопиченню  пилу,  сорбції  парів  і  газів,  а  також  допускають 
прибирання поверхонь вологим способом.
Кольорове  оформлення  приміщень  та  обладнання  слід  виконувати  з 
урахуванням найменшого коефіцієнту відбиття (не більше 0,4).
Цехи,  дільниці  та  відділення  для  плазмової  обробки  повинні  бути 
обладнані засобами пожежогасіння згідно з ГОСТ 12.4.009.
Вимоги  до  вихідних  матеріалів,  готової  продукції  та  відходів,  їх 
збереження і транспортування.
Поверхні  оброблюваних  заготовок  і  деталей  повинні  бути  сухими, 
очищеними  від  окалини,  мастила  та  інших  забруднень.  Кромки  заготовок  і 
деталей не повинні мати задирок.
Знежирення  поверхонь  виробів  перед  плазмовою  обробкою  металів 
повинно проводитися сертифікованими розчинами і розчинниками.
Зберігання  матеріалів  і  готової  продукції  повинно  здійснюватися  на 
складах,  обладнаних  відповідно  до  вимог  будівельних,  санітарних  та 
протипожежних норм і правил.
Короткочасне  зберігання  відходів  металу,  що  утворилися  в  процесі 
плазмової обробки, повинно проводитися у спеціально відведених ємностях.
Не  допускається  наявність  у  повітрі  складських  приміщень,  де 
зберігаються матеріали, що застосовуються при плазмовій обробці (порошки, 
дріт тощо), парів лугів, кислот та інших агресивних речовин.
85
Вантажно-розвантажувальні  і  транспортні  роботи  слід  проводити 
відповідно до вимог ГОСТ 12.3.009, ГОСТ 12.3.020 і правил будови і безпечної 
експлуатації вантажопідіймальних кранів.
Вимоги  до  розміщення  виробничого  обладнання  організації  робочих 
місць. 
Просторове  планування  робочого  місця  при  механізованих  і 
автоматизованих  процесах  плазмової  обробки  металів  з  урахуванням 
угруповання, розташування органів управління (важелі, вмикачі і перемикачі) і 
засобів  відображення  інформації  повинні  відповідати  ГОСТ  12.2.032,  ГОСТ 
12.2.033. Загальні вимоги безпеки до робочих місць - за ГОСТ 12.2.061.
Місця проведення плазмової обробки металів можуть бути постійними, 
організованими  в  спеціально  обладнаних  для  цих  цілей  ділянках  або  на 
відкритих  майданчиках,  і  тимчасовими,  організованими  на  території 
підприємств  з  метою ремонту  обладнання,  а  також монтажу будівельних та 
інших конструкцій.
На кожне постійне робоче місце для плазмової обробки металів має бути 
відведено не менше 10 м відповідно до санітарних правил на влаштування та 
експлуатацію  обладнання  для  плазмової  обробки  матеріалів,  а  при  роботі  в 
кабіні - не менше 3 м.
Проходи повинні мати ширину не менше 1 м.
Організація  робочих  місць  при  зварюванні,  різанні,  загартуванню, 
зачистці і нагріванні повинна виключати нагрів струмоведучих пристроїв. На 
постійних робочих місцях плазмотрони для плазмової  обробки повинні бути 
укріплені  на консолях і  не повинні мати відкритих струмопровідних частин, 
крім сопла.
Постійне  робоче  місце  при  роботі  сидячи  повинно  бути  оснащено 
поворотним стільцем зі змінною регульованою висотою і підставкою для ніг з 
похилою площиною опори.
При різанні постійне робоче місце має бути екрановане шумоізолюючими 
і світлозахищаючими екранами.
86
Зони  з  наявністю  небезпечного  виробничого  фактора  повинні  бути 
огороджені відповідно до вимог ГОСТ 23407 і ГОСТ 12.2.062. Знаки безпеки - 
за ГОСТ 12.4.026.
При  розміщенні  на  ділянці  декількох  плазмових  установок  необхідно 
виключити можливість підсумовування інтенсивності несприятливих факторів 
шляхом застосування камер (кабін) або огорожі кожної з установок.
Робочі  місця  для  зварювання,  різання,  наплавлення,  зачистки  та  ін. 
повинні бути оснащені засобами колективного захисту від шуму, інфрачервоної 
радіації  і  бризок  розплавленого  металу  екранами  і  ширмами  з  негорючих 
матеріалів.
Робочі  місця  для  плазмової  обробки  металів  в  монтажних  умовах, 
розташовані  на  дерев'яних  помостах  (настилах),  повинні  бути  очищені  від 
горючих матеріалів (клоччя, стружки та ін.) в радіусі не менше 5 м і покриті 
металевими листами. На них повинні бути встановлені ємності з водою.
При  організації  робочого  місця  для  плазмової  обробки  всередині 
замкнутих і важкодоступних просторів необхідно:
 наявність не менше двох отворів (вікон, дверей, люків);
 проводити  роботи  тільки  після  ретельного  очищення  та  перевірки  на 
вміст шкідливих речовин у повітрі робочої зони - за ГОСТ 12.1.005;
 дотримуватися пожежну безпеку -  по ГОСТ 12.1.004, при концентрації 
вибухонебезпечних речовин не вище 20% від нижньої межі вибуховості;
 забезпечувати  приплив  свіжого  і  видалення  забрудненого  повітря  з 
нижньої  і  верхньої  зон  замкнутого  і  важкодоступного  простору 
безперервно працюючою загальнообмінною та місцевою вентиляцією.
Температура нагріву поверхонь обладнання або захисних огороджень при 
плазмовій  обробці  металів  не  повинна  перевищувати  45°С.  Повинні  бути 
передбачені  заходи  захисту  працюючих  від  можливого  перегріву  (кабіни, 
екрани, повітряне душування, високодисперсне розпилення води та ін.).
87
Розташування трубопроводів,  шлангів для подачі повітря,  газу та ін.,  а 
також  вентиляційних  пристроїв  не  повинно  ускладнювати  обслуговування 
обладнання.
Штуцери  шлангів  повинні  забезпечувати  зручне  міцне  кріплення  і 
герметичне з’єднання.
Вимоги до застосування засобів індивідуального захисту
Особи, які  обслуговують плазмові установки,  повинні бути забезпечені 
спецодягом та іншими засобами індивідуального захисту відповідно до типових 
галузевих норм, затверджених у встановленому порядку, з урахуванням умов 
проведення робіт.
Зберігання,  періодичний  ремонт,  чистку  та  інші  види  профілактичної 
обробки  засобів  індивідуального  захисту  працюючих  слід  проводити  за 
нормативно - технічної документації на ці вироби.
Система плазмової обробки Sulzer Metco MultiCoat®
Налаштовується  для  різних  процесів  обробки,  включаючи  атмосферне 
плазмове напилення, СГН (HVOF) на газоподібному/рідкому пальному - всі з 
них можуть управлятися єдиним контролером.
Цифровий інтерфейс для підключення маніпуляторів, пальників, системи 
вентиляції.
Повністю  автоматична  робота  для  високоточних  і  відтворюваних 
покриттів.
Система Twin-Brain з консоллю оператора на основі ПК і контролером з 
програмованим  набором  системної  логіки  з  системою  вимірювання  та 
регулювання витрати газу.
88
Рисунок 4.1 – Система плазмової обробки  Sulzer Metco MultiCoat®.
Дружній інтерфейс з кольоровим сенсорним екраном для зберігання до 
1000 режимів напилення.
Сучасна  система  діагностики,  спостереження  та  управління  з 
багаторівневою  системою  попередження  і  функцією  автоматичного 
відключення для безпечної роботи.
4.2 Правовий режим воєнного стану 
Воєнний стан - це особливий правовий режим, що вводиться в Україні 
або  в  окремих  її  місцевостях  у  разі  збройної  агресії  чи  загрози  нападу, 
небезпеки  державній  незалежності  України,  її  територіальній  цілісності  та 
передбачає  надання  відповідним  органам  державної  влади,  військовому 
командуванню та органам місцевого самоврядування повноважень, необхідних 
для  відвернення  загрози  та  забезпечення  національної  безпеки,  а  також 
89
тимчасове,  зумовлене  загрозою,  обмеження  конституційних  прав  і  свобод 
людини  і  громадянина  та  прав  і  законних  інтересів  юридичних  осіб  із 
зазначенням строку дії цих обмежень. 
Метою  введення  воєнного  стану  є  створення  умов  для  здійснення 
органами  державної  влади,  військовим  командуванням,  органами  місцевого 
самоврядування,  підприємствами,  установами  та  організаціями  наданих  їм 
повноважень у разі  збройної агресії  чи загрози нападу,  небезпеки державній 
незалежності України, її територіальній цілісності. 
Правовою основою введення воєнного стану є Конституція України, цей 
Закон, інші закони України та Указ Президента України про введення воєнного 
стану в Україні або в окремих її місцевостях, затверджений Верховною Радою 
України. 
Військовим командуванням, якому цим Законом надається право разом з 
органами виконавчої влади, Радою міністрів Автономної Республіки Крим та 
органами  місцевого  самоврядування  запроваджувати  та  здійснювати  заходи 
правового режиму воєнного стану, є: 
 Генеральний штаб Збройних Сил України; 
 командування видів Збройних Сил України; 
 об'єднане  оперативне  командування,  управління  оперативних 
командувань,  територіальні  управління,  командування  військових 
з'єднань, частин Збройних Сил України та інших утворених відповідно до 
законів України військових формувань.  
Воєнний стан в Україні або в окремих її місцевостях вводиться Указом 
Президента України, який підлягає затвердженню Верховною Радою України 
протягом двох днів з моменту звернення Президента України. 
Указ  Президента  України  про  введення  воєнного  стану,  затверджений 
Верховною  Радою  України,  негайно  оголошується  через  засоби  масової 
інформації. Пропозиції щодо введення воєнного стану в Україні або в окремих 
її місцевостях Президентові України подає Рада національної безпеки і оборони 
України. 
90
В Указі Президента України про введення воєнного стану зазначаються:
1) обґрунтування необхідності введення воєнного стану;
2) межі території, на якій вводиться воєнний стан, час введення і строк, на 
який він вводиться;
3)  завдання  військового  командування,  органів  державної  влади  та 
органів  місцевого  самоврядування  щодо  запровадження  і  здійснення  заходів 
правового режиму воєнного стану;
4)  вичерпний  перелік  конституційних  прав  і  свобод  людини  і 
громадянина, які тимчасово обмежуються у зв'язку з введенням воєнного стану, 
а  також перелік  тимчасових обмежень прав і  законних інтересів  юридичних 
осіб із зазначенням строку дії цих обмежень;
5) інші питання, що випливають із цього Закону.
Воєнний  стан  на  всій  території  України  або  в  окремих  її  місцевостях 
скасовується  Указом Президента  України  за  пропозицією Ради національної 
безпеки  і  оборони  України  в  разі  усунення  загрози  нападу  чи  небезпеки 
державній незалежності України, її територіальній цілісності, про що негайно 
оголошується через засоби масової інформації.  З пропозицією про скасування 
воєнного  стану  до  Президента  України  може  звернутися  Верховна  Рада 
України. 
 В умовах воєнного стану Президент України, Верховна Рада України, 
органи державної влади, військове командування, Верховна Рада Автономної 
Республіки  Крим,  Рада  міністрів  Автономної  Республіки  Крим,  органи 
місцевого самоврядування, підприємства,  установи та організації  здійснюють 
повноваження,  надані  їм  Конституцією  України  та  законами  України,  і 
забезпечують  виконання  заходів,  передбачених  цим  Законом.  Президент 
України  як  Верховний  Головнокомандувач  Збройних  Сил України  в  умовах 
воєнного стану здійснює керівництво стратегічним плануванням застосування 
Збройних  Сил  України  та  інших  утворених  відповідно  до  законів  України 
військових  формувань,  запровадженням  та  здійсненням  заходів  правового 
91
режиму  воєнного  стану  через  робочий  орган  Ставку  Верховного 
Головнокомандувача - Генеральний штаб Збройних Сил України.
Міністерство оборони України у зв'язку з  введенням  воєнного стану   діє 
відповідно  до  Положення  про  Міністерство  оборони  України,  яке 
затверджується Президентом України.
У  період  воєнного  стану  не  можуть  бути  припинені  повноваження 
Верховної  Ради  України,  Уповноваженого  Верховної  Ради  України  з  прав 
людини,  Верховної  Ради  Автономної  Республіки  Крим,  міністерств,  інших 
центральних  і  місцевих  органів  виконавчої  влади  та  органів  місцевого 
самоврядування,  а  також  судів,  органів  прокуратури   України,  органів,  що 
здійснюють оперативно-розшукову діяльність, досудове розслідування.
 Верховна Рада України в разі введення воєнного стану в Україні або в 
окремих її місцевостях збирається у дводенний строк без скликання і працює у 
сесійному режимі. 
Керівники органів державної влади та органів місцевого самоврядування, 
підприємств,  установ та  організацій усіх  форм власності  зобов'язані  сприяти 
негайному прибуттю народних депутатів України на засідання Верховної Ради 
України та здійсненню їх повноважень. У разі закінчення строку повноважень 
Верховної  Ради  України  під  час  дії  воєнного  стану  її  повноваження 
продовжуються до дня першого засідання першої сесії Верховної Ради України, 
обраної  після  скасування  воєнного  стану.  Повноваження  Верховної Ради 
України,  передбачені  Конституцією  України,  в  період  воєнного  стану  не 
можуть бути обмежені. 
В  Україні  або  в  окремих  її  місцевостях,  де  введено  воєнний  стан, 
керівництво у сфері оборони та забезпечення громадського порядку і безпеки, у 
запровадженні заходів, здійснюється відповідним військовим командуванням у 
тісній  взаємодії  з  органами  виконавчої  влади,  Радою  міністрів  Автономної 
Республіки Крим та органами місцевого самоврядування. 
У  місцевостях,  де  ведуться  бойові  дії,  запровадження  та  здійснення 
заходів  правового  режиму  воєнного  стану  покладається  безпосередньо  на 
92
військове командування.  Військове командування під  час  дії  воєнного стану 
вживає всіх заходів для забезпечення захисту безпеки населення та інтересів 
держави і несе відповідальність за їх запровадження на відповідній території. 
Органи, зазначені в статті  10 цього Закону, та військове командування 
мають право видавати в межах своєї компетенції обов'язкові для виконання, у 
тому  числі  спільні,  рішення,  розпорядження,  накази  та  директиви  з  питань 
запровадження та здійснення заходів правового режиму воєнного стану. 
В  Україні  або  в  окремих  її  місцевостях,  де  введено  воєнний  стан, 
військовому  командуванню  надається  право  разом  з  органами  виконавчої 
влади,  Радою міністрів  Автономної  Республіки Крим та  органами місцевого 
самоврядування,  а  якщо  це  неможливо,  самостійно  запроваджувати  та 
здійснювати такі заходи правового режиму воєнного стану: 
1)  запроваджувати  трудову  повинність  для  працездатних  осіб,  не 
залучених до роботи в оборонній сфері та сфері забезпечення життєдіяльності 
населення і не заброньованих за підприємствами, установами та організаціями 
на  період  мобілізації  і  воєнного  часу  з  метою  виконання  робіт,  що  мають 
оборонний характер,  а також ліквідації  надзвичайних ситуацій техногенного, 
природного та воєнного характеру, які виникли в період дії воєнного стану, і їх 
наслідків, та залучати їх в умовах воєнного стану до суспільно корисних робіт, 
що  виконуються  для  задоволення  потреб  Збройних  Сил  України,   інших 
військових формувань і сил цивільного захисту, забезпечення функціонування 
національної економіки та системи забезпечення життєдіяльності населення і 
не  потребують,  як  правило,  спеціальної  професійної  підготовки  осіб. 
Працівникам,  залученим  до  виконання  суспільно  корисних  робіт,  після 
закінчення  таких  робіт  надається  попередня  робота  (посада),  а  в  разі  її 
відсутності - інша рівноцінна робота (посада) на тому самому або, за згодою 
працівника, на іншому підприємстві, в установі, організації. Порядок залучення 
працездатних  осіб  в  умовах  воєнного  стану  до  суспільно  корисних  робіт  з 
визначенням  орієнтовного  переліку  таких  робіт  та  механізму  надання 
93
компенсації (винагороди) за їх виконання встановлюється Кабінетом Міністрів 
України;
2) використовувати потужності та трудові ресурси підприємств, установ і 
організацій  усіх  форм  власності  для  потреб  оборони,  змінювати  режим  їх 
роботи,  проводити  інші  зміни  виробничої  діяльності,  а  також  умов  праці 
відповідно до законодавства про працю;
3) вилучати для тимчасового використання необхідне для потреб оборони 
майно міністерств, інших центральних та місцевих органів виконавчої влади, 
територіальних громад, підприємств, установ і організацій усіх форм власності 
та громадян,  у тому числі  згідно з  Положенням про військово-транспортний 
обов'язок  -  транспортні  засоби,  споруди,  машини,  механізми,  обладнання  та 
інші  об'єкти,  пов'язані  з обслуговуванням  транспорту,  та  видавати  про  це 
відповідні документи встановленого зразка;
4)  встановлювати  охорону  важливих  об'єктів  національної  економіки 
України, які забезпечують життєдіяльність населення;
5)  запроваджувати  комендантську  годину  (заборону  перебування  у 
певний період доби на вулицях та в інших громадських місцях без спеціально 
виданих перепусток і посвідчень), а також встановлювати спеціальний режим 
світломаскування;
6) встановлювати особливий режим в'їзду і виїзду, обмежувати свободу 
пересування  громадян,  іноземців  та  осіб  без  громадянства,  а  також  рух 
транспортних засобів;
7) перевіряти документи у громадян, а в разі потреби проводити огляд 
речей, транспортних засобів, багажу та вантажів, службових приміщень і житла 
громадян, за винятком обмежень, встановлених Конституцією України;
8) у порядка, визначеному Конституцією і законами України, порушувати 
питання про заборону діяльності політичних партій, громадських організацій, 
якщо вона загрожує суверенітету, національній безпеці України, її державній 
незалежності і територіальній цілісності, життю громадян;
94
9) здійснювати контроль за роботою підприємств зв'язку, поліграфічних 
підприємств,  видавництв,  телерадіоорганізацій,  театральних,  концертно-
видовищних  та  інших  підприємств,  установ  і  організацій  культури, 
використовувати  місцеві  радіостанції,  телевізійні  центри  та  друкарні  для 
військових  потреб  і  проведення  роз'яснювальної  роботи  серед  військ  і 
населення; регулювати роботу цивільних телерадіоцентрів, забороняти роботу 
аматорських  приймально-передавальних  радіостанцій  особистого  і 
колективного користування та передачу інформації через комп'ютерні мережі;
10) у разі порушення вимог або невиконання заходів правового режиму 
воєнного  стану  вилучати  у  підприємств,  установ  і  організацій  усіх  форм 
власності, окремих громадян радіопередавальне обладнання, телевізійну, відео- 
і  аудіоапаратуру,  комп'ютери,  а  також  у  разі  потреби  інші  технічні  засоби 
зв'язку;
11) забороняти торгівлю зброєю, сильнодіючими хімічними і отруйними 
речовинами, а також алкогольними напоями та речовинами, виробленими на 
спиртовій основі;
12)  вилучати  у  громадян  вогнепальну  зброю  та  боєприпаси,  холодну 
зброю,  а  у  підприємств,  установ  і  організацій  також  навчальну  та  бойову 
техніку,  вибухові,  радіоактивні  речовини і  матеріали,  сильнодіючі  хімічні  та 
отруйні речовини;
13)  забороняти  призовникам  і  військовозобов'язаним  змінювати  місце 
проживання без відома військового командування;
14) встановлювати для фізичних і юридичних осіб військово-квартирну 
повинність з розквартирування військовослужбовців та розміщення військових 
частин, підрозділів і установ;
15)  встановлювати  порядок  використання  сховищ,  споруд  та інших 
об'єктів для захисту населення, а також для задоволення потреб оборони;
16) проводити евакуацію населення з місць і  районів,  небезпечних для 
проживання,  а  також  підприємств,  установ,  організацій  та  матеріальних 
цінностей, які мають важливе державне, господарське і культурне значення;
95
17)  запроваджувати  в  разі  необхідності  нормоване  забезпечення 
населення основними продовольчими і непродовольчими товарами, ліками;
18)  усувати  з  посад  керівників  державних  підприємств,  установ  і 
організацій  за  неналежне  виконання  ними  своїх  обов'язків,  призначати 
виконуючих  обов'язки  керівників  зазначених  підприємств,  установ  і 
організацій;
19) примусово відчужувати або вилучати майно у юридичних і фізичних 
осіб для потреб оборони.
Порядок встановлення обмежень прав і свобод людини і громадянина та 
прав  і  законних  інтересів  юридичних  осіб  в  умовах  воєнного  стану 
визначається законами України.
Органи державної влади України, Верховна Рада Автономної Республіки 
Крим,  Рада  міністрів  Автономної  Республіки  Крим  та  органи  місцевого 
самоврядування,  підприємства,  установи,  організації,  об'єднання  громадян,  а 
також  громадяни  зобов'язані  сприяти  військовому  командуванню  у 
запровадженні  та  здійсненні  заходів  правового  режиму  воєнного  стану  на 
відповідній території.
За рішенням Ради національної безпеки і оборони України, введеним в 
дію в установленому порядку Указом Президента України, утворені відповідно 
до законів України військові формування залучаються до вирішення завдань, 
пов'язаних  із  запровадженням  і  здійсненням  заходів  правового  режиму 
воєнного стану відповідно до їх призначення та специфіки діяльності.
В умовах воєнного стану військове командування виконує свої завдання у 
тісній взаємодії із Службою безпеки України, іншими утвореними відповідно 
до законів України військовими формуваннями, органами внутрішніх справ та 
органами управління і силами цивільного захисту, а також може приймати в 
підпорядкування чи в оперативне підпорядкування інші військові формування 
або їх з'єднання, військові частини, установи та організації.
96
Висновки до 4 розділу.
В даному розділі було розглянуто вимоги безпеки при плазмовій обробці 
металів,  а  саме:  перелік  небезпечних  і  шкідливих  виробничих  факторів,  що 
виникають  при  плазмовій  обробці  металів.  Також  необхідні  процеси,  що 
потрібно передбачати при розробці технологічних процесів плазмової обробки 
металів:механізацію  та  автоматизацію  процесів,  заходи  щодо  запобігання 
надходження у повітря робочої зони шкідливих речовин, зниження рівнів шуму 
і  світлового  випромінювання,  раціональну  організацію  робочих  місць. 
Розглянули правовий режим введення воєнного стану.
97
ВИСНОВКИ
1. В першому розділі  було комплексно проаналізовано сучасні  технології 
термічного  й  нетермічного  різання  матеріалів,  а  також  технічні  аспекти 
плазмового процесу та фактори, що визначають його ефективність. Особливу 
увагу  приділено  процесу  плазмового  різання  як  одному  з  найбільш 
продуктивних  методів  обробки  металів.  Детально  охарактеризовано  фізичні 
особливості  плазмового  процесу,  механізм  формування  різа  та  фактори,  що 
впливають  на  якість  крайки.  Було  розглянуто  різні  конструктивні  типи 
плазмотронів,  їхні  функціональні  можливості  та  області  застосування. 
Показано, що конструкція плазмотрона суттєво впливає на стабільність дуги, 
інтенсивність теплового впливу та довговічність витратних елементів. Окремо 
проаналізовано  роль  плазмоутворюючих  газів  у  забезпеченні  високих 
технологічних показників процесу різання. Показано, що вибір робочого газу 
чи  газової  суміші  визначає  форму  та  стабільність  дуги,  швидкість  різання, 
шорсткість  поверхні,  ступінь  окиснення  металу  та  глибину  зони  термічного 
впливу. Встановлено, що використання спеціальних газових сумішей дає змогу 
оптимізувати процес залежно від типу матеріалу, його товщини та вимог до 
чистоти  й  точності  крайки.  Загалом  проведений  аналіз  дозволяє  зробити 
висновок,  що кожна з  розглянутих технологій — лазерна,  гідроабразивна та 
плазмова — має свої унікальні переваги та сферу доцільного застосування.
2. У другому розділі було проаналізовано ключові аспекти, що визначають 
ефективність та якість процесу плазмового різання. Розглянуто конструктивні 
особливості та функціональні можливості обладнання для плазмового різання, 
зокрема  верстата  з  ЧПУ  NT-PLASMA  3015,  його  технічні  переваги  та 
придатність для високоточного розкрою листових матеріалів. Проаналізовано 
вплив основних технологічних параметрів — швидкості різання, тиску та типу 
плазмоутворювального газу, сили струму, висоти сопла та інших факторів — на 
формування геометрії різу та показники якості. Окрему увагу приділено оцінці 
якості  процесу  плазмового  різання,  включаючи  критерії  оцінювання  різу, 
98
характер  дефектів  та  закономірності  їх  виникнення.  Проведений  аналіз 
дозволив  виявити  основні  проблеми  плазмової  різки,  серед  яких: 
нерівномірність видалення розплаву, утворення грату, підвищення шорсткості 
при  неправильному  підборі  параметрів,  тепловий  вплив  на  край  різу  та 
зношування витратних елементів.
3. Встановлено,  що  збільшення  товщини  матеріалу  вимагає 
пропорційного  збільшення  відстані  від  сопла  плазмотрона,  що  є  важливою 
умовою стабільності процесу, підвищення якості різу та ресурсу обладнання.  Зі 
зростанням товщини матеріалу діаметр сопла плазмотрона спочатку зростає, а 
потім  виходить  на  плато,  що  відображає  оптимізацію  режимів  плазмового 
різання для різних товщин металу.
При  плазмовому  різанні  азотом  зі  збільшенням  товщини  матеріалу 
швидкість  різання  закономірно  зменшується,  причому  найбільш  інтенсивне 
падіння швидкості  спостерігається в області  малих товщин,  а  для середніх і 
великих  товщин  залежність  набуває  більш  плавного  характеру.  При 
використанні  кисню  зі  збільшенням  товщини  матеріалу  швидкість  різання 
закономірно  зменшується,  однак  завдяки  додатковому  тепловому  ефекту 
окиснення кисень забезпечує вищі швидкості  різання порівняно з  інертними 
газами, особливо при обробці тонких і середніх товщин сталі.
Зі збільшенням товщини матеріалу ширина різу при плазмовому різанні 
закономірно зростає, що необхідно враховувати під час вибору технологічних 
параметрів  і  при  забезпеченні  точності  розмірів  деталей.  Зі  збільшенням 
товщини  нержавіючої  сталі  швидкість  плазмового  різання  закономірно 
зменшується. Це  обумовлено  необхідністю  передавання  більшої  кількості 
теплової енергії для проплавлення товстого матеріалу та складнішими умовами 
видалення розплавленого металу з  різальної  щілини.  Зі  зростанням товщини 
нержавіючої сталі ширина різу збільшується, причому найбільш інтенсивно — 
в  середньому  діапазоні  товщин.  Розглянуто  шляхи  підвищення  якості 
плазмового різання. 
4. Проведено  аналіз вимоги безпеки при плазмовій обробці металів 
99
Список використаних джерел
1. Лазерні  технології  у  машинобудуванні:  навч.  посібник  для  студентів 
спеціальності  «Прикладна  механіка»  денної,  заочної  та  дистанційної 
форм навчання / Л. І. Пупань. – Харків: НТУ «ХПІ», 2020. –109 с.
2. Основи  фізики  лазерів:  навчальний  посібник  /  В.П.  Гаращук.  –  Київ: 
Пульсари, 2012. – 342 с 
3. Бобицький Я. В. Лазерні технології : навч. посібник / Я. В. Бобицький, Г. 
Л. Матвіїшин. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2015.
4. Коваленко  В.  С.  Малоотходные  процессы  резки  лучом  лазера  /  В.  С. 
Коваленко, В. В. Романенко, Л. М. Олещук. – К.: Техніка, 1987. – 112 с., 
ил.
5. Лазерна  поверхнева  обробка  матеріалів  /  Афанасьєва  О.В.,  Лалазарова 
Н.О., Федоренко Є.П. Харків : ФОП Панов А.М., 2020. 100 с.
6. Коваленко В. С. Лазерная технология: учеб. – Киев : Вища шк., 1989
7. Інтегровані технології обробки матеріалів [Текст]: підручник / Е.С. 
Геворкян, Л.А. Тимофеєва, В.П. Нерубацький, О.М. Мельник.  И-73 – Харків: 
УкрДУЗТ, 2016. – 238 с
8. Кайдалов А.А. Современные технологии термической и дистанционной 
резки конструкционных материалов.- К. : «Екотехнологія», 2007. -456 с. 
9. Биковський  О.Г.  Зварювання  різання  й  контроль  якості  під  час 
виробництва металоконструкцій: підручник. – К.: Основа, 2021. – 400с.
10.Технології верстатних робіт: підручник / [Гоменюк Д. В., Романов Л. А., 
Шимановський М. М.]. – Житомир, "Полісся", 2021. – 492 с.; ілюстр
11.Плазменное  поверхностное  упрочнение.  Л.К.  Лещинский,  С.С. 
Самотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар. – К.: Тэхника, 1990. – 109 с.
12.Гуменюк  І.В.  Технологія  електродугового  зварювання  :  підручник  / 
І.В.Гуменюк, О.Ф.Іваськів, О.В.Гуменюк. – Київ : Грамота, 2006. – 512 с.
13.Лащенко Г. И. Плазменная резка металлов и сплавов /  Г.  И. Лащенко. 
Киев: Экотехнология, 2003. 64 с.
100
14..  В.В.Квасницький,  д.т.н.,  проф.,  Б.О.Чміль,  студ.,  Модифікування 
поверхні  низьковуглецевих  сталей  при  повітряно-плазмовому  різанні,// 
НТУУ «КПІ» ім. І. Сікорського, 2018 р., с. 20.
15.Громов, С.М. Технологія та обладнання плазмового різання: навч. посіб. / 
С.М.  Громов,  Г.І.  Крупко,  А.А.  Лучко.  -  К.:  Київ.  нац.  ун-т  технол.  і 
дизайну, 2009. 
16.Биковський О.Г. Зварювання та різання кольорових металів - К.: Основа,  
2011. – 392с.
17.  https://ntma.com.ua/stanky-dlja-plazmovoji-rizky/stanok-dlja- 
plazmovoji-rizky-1500x3000-mm.html
18. EN ISO 9013 «Термічне різання»
19. ДСТУ  7.1:2006.  Бібліографічний  запис,  бібліографічний  опис. 
Загальні  вимоги  та  правила  складання»:  методичні  рекомендації  з 
впровадження/уклали: Галевич О.К., Штогрин І.М.– Львів, 2008 – 20с.
20.  ДСТУ. 3008-95 – Документація.  Звіти  у  сфері  науки і  техніки. 
Структура і правила оформлення.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
