Co je plazmové řezání. Co je plazmové řezání kovů – popis technologie

Řezání kovů lze rozdělit do dvou kategorií – mechanické a tepelné. Plazmové řezání je metoda tepelného řezání, která využívá ionizovaný plyn k řezání kovu.

Je to jedna z hojně používaných metod pro řezání silných plechů, ale lze ji použít i pro plech. Než se ponoříme do výhod a možností plazmového řezání, je třeba zodpovědět ještě jednu otázku.

Co je plazma?

O třech základních skupenstvích hmoty – pevném, kapalném a plynném jste už určitě slyšeli. Existuje ale i čtvrtý. Ano, je to plazma.

Plazma lze nalézt v přírodě, ale většinou v horních částech zemské atmosféry. Slavná polární záře je výsledkem slunečního větru vytvořeného z plazmy. Součástí osvětlení a vysokoteplotního ohně je také plazma.

Celkově tvoří asi 99 % viditelného vesmíru.

V běžném životě najdeme plazmu v televizích, zářivkách, neonových nápisech a samozřejmě plazmových řezačkách.

Plazma je elektricky vodivá ionizovaná plynná látka. To znamená, že v některých atomech nejsou žádné elektrony a kolem se pohybují také volné elektrony.

Plyn může být přeměněn na plazmu vystavením intenzivnímu teplu. To je důvod, proč je plazma často označována jako ionizovaný plyn.

Plazma je podobné plynu, protože atomy spolu nejsou v neustálém kontaktu. Schopností proudění pod vlivem elektrického a magnetického pole se přitom chová podobně jako kapaliny.

Jak funguje plazmová řezačka?

Proces řezání plazmou je metoda tepelného řezání. To znamená, že k roztavení kovu se používá spíše teplo než mechanická síla. Obecná mechanika systému je vždy stejná. Plazmové hořáky používají stlačený vzduch nebo jiné plyny, jako je dusík. K ionizaci těchto plynů dochází za vzniku plazmatu.

Typicky jsou stlačené plyny v kontaktu s elektrodou a poté ionizovány, aby se vytvořil větší tlak. Když se tlak zvýší, proud plazmy směřuje k řezné hlavě.

Řezná špička omezuje tok a vytváří tok plazmy. Poté se aplikuje na obrobek. Vzhledem k tomu, že plazma je elektricky vodivá, je obrobek spojen se zemí přes řezací stůl.Při kontaktu plazmového oblouku s kovem jej teplo roztaví. Zároveň vysokorychlostní plyny vyfukují roztavený kov.

Populární stroje na řezání kovů:

Pracovní plocha 1500×3000 mm. 2000W zdroj Raycus. Řezání nerezové oceli do 8 mm, uhlíkové oceli do 16 mm.

Listový stroj. Pracovní plocha 1500×3000 mm. 1500W IPG zdroj. Řezání uhlíkové oceli do 14 mm, nerezové oceli do 6 mm.

Tloušťka kovu, 0,5 – 5 mm. Pracovní rychlost, 20 m/min. Délka, 4500 mm.

Spuštění procesu řezání

Ne všechny systémy fungují stejně. Za prvé, obvykle existuje cenově výhodnější verze nazývaná vysokofrekvenční kontakt. To není k dispozici pro CNC plazmové řezačky, protože vysoká frekvence může rušit moderní zařízení a způsobit problémy.

Tato metoda využívá vysokonapěťovou a vysokofrekvenční jiskru. Když se plazmový hořák dostane do kontaktu s kovem, dojde k jiskření. Tím se obvod dokončí a vytvoří se jiskra, která zase vytvoří plazmu.

Další možností je metoda pilotního oblouku. Nejprve se uvnitř hořáku vytvoří jiskra pomocí vysokonapěťového nízkoproudého obvodu. Jiskra vytváří pilotní oblouk, což je malé množství plazmy.

Řezný oblouk nastane, když se pilotní oblouk dostane do kontaktu s obrobkem. Nyní může obsluha zahájit proces řezání.

Třetím způsobem je použití pružinové hlavy plazmového hořáku. Přitlačení hořáku k obrobku způsobí zkrat, který způsobí tok proudu.

Po uvolnění tlaku se vytvoří pilotní oblouk. Následující postup je stejný jako u předchozího způsobu. Tím se oblouk dostane do kontaktu s obrobkem.

Jaké plyny se používají, jejich vlastnosti

Plazmové řezání kovu je proces pronikání a odstraňování taveniny v důsledku tepla přijatého z plazmového oblouku. Řezná rychlost a kvalita jsou určeny plazmovým médiem. Také médium tvořící plazmu ovlivňuje hloubku plynem nasycené vrstvy a povahu fyzikálních a chemických procesů na hranách řezu. Při zpracování hliníku, mědi a slitin vyrobených na jejich základě se používají následující plazmové plyny:

• Stlačený vzduch;
• Kyslík;
• směs dusík-kyslík;
• Dusík;
• Směs argonu a vodíku.

Hlavními složkami vzduchu jsou dusík (78,18 %) a kyslík (20,8 %). Kombinace těchto dvou plynů je energeticky velmi bohatá směs. Vzduch se používá jako plazmový plyn pro řezání nelegovaných, nízkolegovaných, vysoce legovaných ocelí a hliníku. Pro ruční řezání i řezání tenkých plechů se běžně používá vzduch. Při řezání nelegované oceli pomocí vzduchu jako plazmového plynu jsou řezné hrany rovné a přiměřeně hladké. Vzduch jako řezný plyn však zvyšuje obsah dusíku v řezných plochách. Pokud se tyto řezné hrany dále neopracovávají, mohou se ve svaru vytvořit póry.

Kyslík se používá jako plazmový plyn pro řezání nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Když se kyslík mísí s taveninou, její viskozita klesá, díky čemuž se tavenina stává tekutější. Výsledkem jsou obvykle řezné hrany bez otřepů a horní hrany bez zaoblení. Je možné dosáhnout vyšších řezných rychlostí než s dusíkem a vzduchem. Na rozdíl od dusíku nebo vzduchu nejsou při použití kyslíku řezné plochy nasyceny dusíkem, což znamená, že riziko vzniku pórů při následném svařování je minimalizováno.

Argon je jediný inertní plyn, který lze komerčně vyrábět metodou vzduchové separace v objemovém procentu 0,9325. Jako inertní plyn je chemicky neutrální. Argon díky své velké atomové hmotnosti (39,95) přispívá k vytlačování roztaveného materiálu z oblasti řezu pomocí vysoké hustoty pulzů generovaného plazmového paprsku. Vzhledem ke své relativně nízké tepelné vodivosti a entalpii není argon dokonale ideálním plynem pro řezání plazmou, protože umožňuje pouze relativně nízké řezné rychlosti, což má za následek zaoblené, šupinaté povrchy.

Vodík má ve srovnání s argonem velmi nízkou atomovou hmotnost a vyznačuje se poměrně vysokou tepelnou vodivostí. Vodík má extrémně vysokou maximální tepelnou vodivost v rozsahu disociačních teplot, což je způsobeno procesy disociace a rekombinace. Zpočátku se při rekombinaci a ionizaci dvouatomového vodíku uvolňuje z oblouku velké množství energie. To vede ke stlačení proudícího oblouku. Z výše uvedeného popisu fyzikálních vlastností vyplývá, že vodík je sám o sobě stejně nevhodný jako plazmové médium jako argon. Pokud se však kladné vlastnosti vodíku z hlediska tepelného výkonu spojí s velkou atomovou hmotností argonu, pak výsledná směs plynů umožňuje rychle přenášet kinetickou energii a také dostatečné množství tepelné energie na řezaný materiál. .

Z hlediska fyzikálních vlastností je dusík přibližně mezistupeň mezi argonem a vodíkem. Tepelná vodivost a entalpie dusíku je vyšší než u argonu, ale menší než u vodíku. Dusík a vodík se chovají podobně, pokud jde o schopnost uzavřít oblouk, stejně jako o teplo rekombinace, vytvářející tekutou taveninu. Dusík tedy může být sám o sobě použit jako plazmový plyn. Dusík, používaný jako plazmový plyn, umožňuje rychlé řezání tenkostěnných obrobků bez tvorby oxidů. Nevýhodou je poměrně velký počet drážek. Je téměř nemožné dosáhnout řezu se zcela rovnoběžnými stranami. Úhel výsledného úkosu závisí do značné míry na objemu plynu a řezné rychlosti nastavené v nastavení. Nasycení povrchu řezu dusíkem nepříznivě ovlivňuje svařitelnost. Zvýšený obsah dusíku na plochách řezu je příčinou pórovitosti svařovaného kovu.

Výhody a nevýhody plazmového řezání:

• Dokáže řezat všechny vodivé materiály. Řezání plamenem, i když je také vhodné pro řezání silných kovů, je omezeno pouze na železné kovy;
• Dobrá kvalita pro tloušťku do 50 mm;
• Maximální tloušťka do 150 mm;
• Může řezat ve vodě, což sníží HAZ. Také snižuje hladinu hluku;
• Menší spára ve srovnání s řezáním plynem;
• Vyšší řezná rychlost než řezání kyslíkem.

• Velké HAZ ve srovnání s laserovým řezáním;
• Kvalita u tenčích plechů a desek je horší než u řezání laserem;
• Tolerance nejsou tak přesné jako u laserového řezání;
• Nedosahuje stejné tloušťky jako řezání vodním paprskem nebo plamenem;
• Zanechává HAZ, který není přítomen proudem vody;
• Širší řez než laserové řezání
• Kromě toho je samotný proces poměrně složitý a vyžaduje vysoce kvalifikovaného operátora;
• Obrobek musí být umístěn přísně kolmo.
• Při řezání kovu se do ovzduší uvolňuje velké množství škodlivých plynů.

Pokud se vám článek líbil, dejte like, sdílejte ho se svými přáteli a zanechte komentáře!

K efektivnímu zpracování řady kovů se často používá plazmové řezání, jehož principem je využití plazmového oblouku.

1 Technologie řezání kovů plazmou

Proces řezání plazmovým obloukem, který nás ve světové praxi zajímá, se „skrývá“ pod zkratkou PAC. Plazma je vysokoteplotní ionizovaný plyn, který může vést elektrický proud. A plazmový oblouk vzniká v jednotce zvané plazmový hořák z konvenčního elektrického.

Ten se stlačí a poté se do něj zavede plyn, který má schopnost tvořit plazma. O něco později si povíme, jak důležité jsou tyto plazmové plyny pro proces plazmového řezání.

Technologicky existují dva způsoby řezání:

• Plazmový oblouk. V tomto případě hoří oblouk mezi zpracovávaným materiálem a svařovací elektrodou netavitelného typu. Vysokorychlostní plazmový paprsek s touto technologií je kombinován s plazmovou obloukovou kolonou. Samotný proces řezání zajišťuje vysoká energie plazmatu kolony, téměř elektrodové skvrny a hořák vycházející z naznačeného sloupce. V moderních podnicích se nejčastěji používá vyjádřený princip plazmového řezání kovu, protože je uznáván jako nejúčinnější.
• Plazmový proud. Tento typ zpracování se doporučuje pro řezání nekovů. V tomto případě oblouk hoří mezi špičkou (nazývá se tváření) plazmového hořáku a svařovací tyče a samotný obrobek není součástí elektrického obvodu procesu. Z plazmového hořáku se odebere určitý objem kolonové plazmy. Jeho energie umožňuje zpracovávat nekovové výrobky.

2 Plazmové řezání – princip činnosti plazmového hořáku

Plazmový hořák je plazmové řezací zařízení, v jehož těle je umístěna malá válcová oblouková komora. Na výstupu z něj je kanál, který vytváří stlačený oblouk. Na zadní straně takové komory je svařovací drát.

Mezi špičkou zařízení a elektrodou se zapálí předběžný oblouk. Tato fáze je nezbytná, protože je téměř nemožné dosáhnout vybuzení oblouku mezi řezaným materiálem a elektrodou. Určený předběžný oblouk vystupuje z trysky plazmového hořáku, přichází do kontaktu s hořákem a v tomto okamžiku je vytvořen pracovní proud přímo.

Poté se tvarovací kanál zcela zaplní sloupcem plazmového oblouku, plyn tvořící plazmu vstupuje do komory plazmového hořáku, kde se ohřeje a následně ionizuje a zvětší svůj objem. Popsané schéma způsobuje vysokou teplotu oblouku (až 30 tisíc stupňů Celsia) a stejně silnou rychlost výstupu plynu z trysky (až 3 kilometry za sekundu).

3 Plazmové plyny a jejich vliv na řezný výkon

Plazmatvorné médium je možná klíčovým parametrem procesu, který určuje jeho technologický potenciál. Možnost závisí na složení tohoto prostředí:

• nastavení tepelného toku v zóně zpracování kovů a proudové hustoty v ní (změnou poměru průřezu trysky k proudu);
• změna objemu tepelné energie v širokém rozsahu;
• regulace indexu povrchového napětí, chemického složení a viskozity řezaného materiálu;
• kontrola hloubky vrstvy nasycené plynem, jakož i povahy chemických a fyzikálních procesů v zóně úpravy;
• ochrana proti vzhledu plováků na kovových a hliníkových plechách (na jejich spodních okrajích);
• vytvoření optimálních podmínek pro odvod roztaveného kovu z dutiny řezu.

Kromě toho mnoho technických parametrů zařízení používaného pro plazmové řezání závisí také na složení média, které popisujeme, zejména následující:

• návrh chladicího mechanismu pro trysky zařízení;
• možnost montáže do plazmového hořáku katody, její materiál a úroveň intenzity přívodu chladicí kapaliny k ní;
• schéma řízení jednotky (jeho cyklogram je přesně určen průtokem a složením plynu použitého k vytvoření plazmy);
• dynamické a statické (externí) charakteristiky napájecího zdroje a také jeho indikátor napájení.

Nestačí vědět, jak plazmové řezání funguje, kromě toho je nutné zvolit správnou kombinaci plynů pro vytvoření plazmotvorného prostředí s přihlédnutím k ceně použitých materiálů a přímým nákladům na operaci řezání.

Zpravidla se pro poloautomatické a ruční zpracování korozivzdorných slitin, jakož i strojní a ekonomické ruční zpracování mědi a hliníku používá dusíková atmosféra. Ale již nízkolegovaná uhlíková ocel je lepší řezat ve směsi kyslíku, kterou absolutně nelze použít pro zpracování hliníkových výrobků, korozivzdorné oceli a mědi.

4 Výhody a nevýhody řezání plazmou

Samotný princip fungování plazmového řezání určuje výhody této technologie oproti plynovým metodám zpracování nekovových a kovových výrobků. Mezi hlavní výhody použití plazmového zařízení patří následující skutečnosti:

• všestrannost technologie: plazmovým obloukem lze řezat téměř všechny známé materiály, od litiny a mědi až po hliník a ocelové plechy válcované za studena;
• vysoká rychlost provozu pro kovy střední a malé tloušťky;
• řezy jsou opravdu kvalitní a velmi přesné, což často umožňuje neprovádět dodatečné obrábění výrobků;
• minimální znečištění ovzduší;
• není třeba předehřívat kov pro jeho řezání, což umožňuje snížit (a výrazně) dobu prohoření materiálu;
• vysoká bezpečnost práce, vzhledem k tomu, že k řezání nejsou potřeba plynové lahve, které jsou potenciálně výbušné.

Stojí za zmínku, že podle některých ukazatelů jsou plynové technologie považovány za vhodnější než řezání plazmou. Nevýhody posledně jmenovaného obvykle zahrnují:

• složitost konstrukce plazmatronu a jeho vysoká cena: přirozeně to zvyšuje náklady na každou operaci;
• relativně malá tloušťka řezu (až 10 centimetrů);
• vysoká hladina hluku během zpracování, ke které dochází v důsledku skutečnosti, že plyn letí z plazmového hořáku transsonickou rychlostí;
• potřeba vysoce kvalitní a nejkompetentnější údržby jednotky;
• zvýšená úroveň emisí škodlivých látek při použití jako plazmotvorná kompozice dusíku;
• nemožnost připojení dvou fréz pro ruční zpracování kovu na jeden plazmový hořák.

Další nevýhodou typu zpracování popsaného v článku je, že odchylka od kolmosti řezu je povolena maximálně o úhel 10 až 50 stupňů (konkrétní úhel závisí na tloušťce výrobku). Pokud zvýšíte doporučenou hodnotu, dochází k výraznému rozšíření řezné plochy a to se stává důvodem nutnosti časté výměny použitých materiálů.