Rezanje plazmom, kako radi, prednosti i nedostaci

Plazma rezanje i zavarivanje

Različite metode koje se koriste za rezanje ili uklanjanje metala mogu se podijeliti u dvije glavne kategorije:

1. Mehaničko rezanje.
2. Toplinsko rezanje.

Mehaničke metode su piljenje, bušenje, oblikovanje, glodanje itd., koje se obično koriste u obradi metala i strojarnicama. Metode toplinskog rezanja uključuju toplinu za topljenje ili ionizaciju materijala za njegovo uklanjanje. Najčešće korišteni postupci toplinskog rezanja su:

1. Rezanje kisikom ili plameno rezanje (OFW)
2. Lučno rezanje metala, npr. dubljenje
3. Rezanje plazmom
4. Rezanje elektronskim snopom
5. Lasersko rezanje
6. Erozijsko rezanje (EDM)

Što je plazma luk?

Kao što možda znate, plazma je četvrto agregatno stanje nakon tekućine, krutine i plina. Plazma se definira kao visoko ionizirani električno vodljivi stupac plina (npr. kisika, argona ili dušika) koji nastaje uslijed zagrijavanja tih plinova do vrlo visoke temperature.

Mlaz plazme u bilo kojem luku proizlazi iz magnetskog suženja ovog vodljivog stupca plazme koji se naziva plazma luk.

Što je plazma rezanje?

Rezanje plazma lukom definirano je kao rezanje plazma lukom u kojem suženi luk (koji ima temperaturu veću od 20 000°C) topi usko područje metala koje zatim otpuhuje sila luka.

Materijal koji se reže postavlja se na pozitivni terminal (anoda), a elektroda na negativni terminal (katoda) kako bi se stvorio električni luk.

Važne karakteristike plazma rezanja su taljenje metala pomoću plazma luka visokog toplinskog intenziteta i uklanjanje rastaljenog materijala mlazom plina velike brzine. Za razliku od rezanja kisikom, za održavanje procesa nije potrebna egzotermna reakcija.

Princip rada stroja za rezanje plazmom

Stroj za rezanje plazmom dizajniran je na isti način kao plamenik za zavarivanje plazma lukom. Istosmjerna struja (DC) koristi se u plazma rezanju, a volframova elektroda spojena je na negativni pol, koji se naziva katoda. Materijal koji se reže pričvršćen je na pozitivni pol ili se također naziva anoda.

Preneseni luk se koristi za rezanje, tj. luk se održava između elektroda u plameniku (katoda) i rad (anoda). Rezni luk se pokreće pilot lukom, koji se prvo formira između elektrode i sužavajuće mlaznice pomoću visokofrekventnog generatora.

Sužavajuća mlaznica, koja je hlađena vodom, povezana je s pozitivnim priključkom izvora napajanja preko otpornika za ograničavanje struje i kontakta releja pilot luka. Jednostavni strujni krug za rezanje plazma lukom prikazan je na donjoj slici.

Plamen za rezanje s plazma lukom s jednim protokom, tj. plamenik koji osigurava protok plina otvora, a ne zaštitnog plina. Plin otvora, koji je prethodno zagrijan lučnom plazmom, širi se i velikom brzinom izbacuje kroz sužavajući otvor.

Metal koji se rastali u luku zatim se otpuhuje kinetičkom energijom struje plina i formira prorez. Plin na otvoru je obično argon.

U plameniku s dvostrukim protokom (prikazanom na gornjoj slici) osiguran je protok sekundarnog zaštitnog plina oko plazme luka. U ovom slučaju, uobičajeni plin otvora je dušik.

Zaštitni plin je ugljični dioksid u slučaju mekog čelika i nehrđajućeg čelika, te mješavina argona i vodika u slučaju aluminija i njegovih legura.

Tehnika se može modificirati korištenjem vode kao štita umjesto pomoćnog zaštitnog plina. U oba slučaja, kvaliteta rezanja nije tako dobra kao kada se koristi tehnika s jednim protokom.

Plazma rezanje s ubrizgavanjem vode

Najučinkovitiji sustav rezanja plazma lukom koji je sposoban dati uske, oštro definirane rezove pri velikim brzinama uključuje ubrizgavanje vode u plazma plamen kako bi se dodatno suzio i spriječilo turbulentno miješanje plazme s okolnim zrakom. Ovaj proces se naziva rezanje plazmom ubrizgavanjem vode.

Postavljanje stroja za rezanje plazma lukom

Izvori energije za rezanje plazmom obično su integrirani istosmjerni sustavi s ugrađenim sustavima pokretanja luka, protoka plina i vodenog hlađenja.

Velika struja, aktivni plazma plinovi i povećano suženje dovode do viših radnih napona koji mogu biti u rasponu od 50 do 60 volti.

Koriste se opadajuće karakteristike volt-amper, a napon otvorenog kruga može biti čak 400 volti.

Izvori energije inverterskog tipa mogu se koristiti za rad s niskom strujom, a nedavno su postali dostupni prijenosni samostalni sustavi za rezanje zračnom plazmom koji uključuju zračni kompresor.

PAC oprema sastoji se od izvora napajanja, upravljačke jedinice, jednog ili više plinova koji funkcioniraju kao otvor i zaštitni plin te plamenika za rezanje.

Može biti ručna ili mehanizirana. Izvor napajanja je padajućeg tipa, daje istosmjernu struju s naponima otvorenog kruga u rasponu od 120-400 V i izlaznom strujom u rasponu od 70-1000 ampera. Također može sadržavati pilot luk i strujni krug za generiranje visoke frekvencije.

Za rezanje željeznog materijala debljine od 75 mm i aluminija do 90 mm može biti potreban OCV od gotovo 400 V i struja do 500 ampera.

Zbog inherentne opasnosti od strujnog udara za operatera, ručna oprema za rezanje koristi niži OCV od 120-200 V i struju u rasponu od 70-100 ampera, te postiže relativno niske brzine rezanja.

Ručni PAC može se praktično koristiti za rezanje obojenih metala do 25 mm debljine i ugljičnog čelika do 12,5 mm debljine.

Upravljačka jedinica sadrži solenoidne ventile za uključivanje i isključivanje plinova i rashladne vode prema potrebi.

Oni kontroliraju brzinu protoka plina za rezanje kroz mjerače protoka i imaju prekidač za spremanje vode za isključivanje rada ako je vodeno hlađenje neadekvatno.

Automatski strojevi velikog kapaciteta mogu sadržavati značajke za kontrolu uzlaznog i nižeg nagiba struje i protoka plina kroz otvor.

Plazma plamenici za rezanje

Raspored plamenika za plazma rezanje sličan je plameniku za plazma zavarivanje, ali općenito se koriste veće brzine plazma plina i relativno mala suženja, a normalni radni raspon struje je od 20 do 1000 ampera.

Rane baklje oslanjale su se samo na plazma plin za obavljanje operacije rezanja, a to je često bio reaktivni plin kao što su dušik ili argon + 35% vodik smjese.

Ti bi plinovi brzo nagrizli volframovu katodu i često se koriste alternativni dizajni elektroda koje uključuju vodom hlađene bakrene šipke na vrhu s tantalom.

Jednostruki plinski plamenici obično rade na struji iznad 400 ampera i najprikladniji su za mehanizirano rezanje velikom brzinom.

Dvostruki plinski plamenici koriste sekundarni plin za poboljšanje stabilnosti plazme, povećanje suženja i hlađenje gornje strane obratka (smanjenje zaobljenja gornjeg ruba reza).

Sekundarni plin (obično C02 ili zrak se isporučuje velikom brzinom protoka) budući da je učinkovitost zaštite manje važna nego kod plazma plamenika za zavarivanje.

Nedavno su uvedene zračne plazma baklje koje mogu raditi na stabilan način pri nižim strujama. Ovi sustavi su prikladniji za ručno rezanje.

Plamenici za rezanje su u nekoliko vrsta i za svaku vrstu su dostupne mlaznice s različitim promjerima otvora. Što je struja veća, potreban je veći promjer otvora.

Mlaznica je dizajnirana prema korištenom PAC sustavu i metalu koji se reže. Za kvalitetnije rezove, mlaznice s više otvora, koje imaju pomoćne otvore za plin raspoređene u krug oko glavnog otvora, preferiraju se nego mlaznice s jednim otvorom.

Koji vam je plin potreban za plazma rezač?

Svrha plinova u plazma lučnom rezanju je stvoriti plazmu (argon, dušik i vodik koriste se kao plazma plinovi), dati brzinu luku da izbaci rastaljeni materijal i pružiti visokokvalitetnu završnu obradu površine.

Odabir plina pri rezanju plazma lukom ovisi o vrsti materijala. Glavni plinovi koji se koriste za rezanje plazma lukom navedeni su u nastavku:

1. Komprimirani zrak: Koristi se za materijal od ugljičnog čelika i ograničen na debljinu materijala od 1 inča (25 mm).
2. Dušik (N): plin se koristi za rezanje materijala velike debljine plazmom. Može rezati materijal debljine do 3 inča (75 mm). Dušik se može koristiti za rezanje plazmom gotovo svih materijala, posebno za ekonomično rezanje aluminija ili nehrđajućeg čelika.
3. Kisik (O): Kisik se uglavnom koristi za rezanje materijala od ugljičnog čelika debljine do 1,5 inča. Kisik daje veliku brzinu rezanja u plazma rezanju. Plin kisik nije prikladan za rezanje materijala od nehrđajućeg čelika i aluminija plazma lukom jer će to rezultirati hrapavom površinom zbog veće oksidacije.
4. Plinske mješavine argon (Ar)-vodik (H): plinske mješavine Ar-H najbolje su za rezanje nehrđajućeg čelika kao i aluminija rezanjem plazma lukom. Ova mješavina može se koristiti za rezanje materijala debljine do 3 inča (75 mm).

Rezanje plazmom nasuprot laserskom rezanju

Plazma rezanje i lasersko rezanje su termički postupci rezanja. Rezanje plazma lukom je jeftinije od rezanja laserom.

Dvije glavne vrste naprednih procesa rezanja metala su plazma i laser. Obje metode imaju svoje prednosti i nedostatke, zbog čega može biti teško odlučiti se koju koristiti.

Rezanje plazmom je proces koji koristi mlaz vruće plazme za rezanje metala. To je vrlo svestrana metoda i može se koristiti na širokom rasponu metala.

Plazma rezanje je relativno jeftino i jednostavno za korištenje, što ga čini popularnim izborom za DIY projekte. Međutim, rezovi napravljeni plazmom nisu uvijek čisti kao oni napravljeni laserskim rezanjem.

Lasersko rezanje je proces koji koristi lasersku zraku velike snage za rezanje metala. Proizvodi vrlo čiste rezove i može se koristiti na širokom rasponu metala. Rezanje laserom je skuplje od rezanja plazmom, ali rezultati su često vrijedni dodatnih troškova.

Koristi se za rezanje plazmom

Rezanje plazmom ima široku primjenu u rezanju profila i popravku aluminijskih legura i austenitnog nehrđajućeg čelika.

Sustavi za rezanje plazmom niske struje sada se koriste za rezanje čeličnog lima u popravcima karoserije automobila i proizvodnji sustava grijanja i ventilacije.

Plazma proces također se može koristiti za dubljenje (kao alternativa ugljičnom luku i procesima s kisikom). Potreban je poseban vrh dubljenja (plazma otvor), a argon + 35% vodik se obično koristi kao plazma plin.

Za precizno profiliranje velike brzine plazma rezanje se često izvodi na CNC-kontroliranim sustavima za rezanje portalnog tipa.

U ovim se primjenama mogu koristiti baklje obavijene vodom, a radni komad može biti obješen na podzemnu vodu. Ovaj raspored potiskuje isparenja i buku iz procesa i poboljšava kvalitetu rezanja.

Koje su prednosti rezanja plazmom?

Plazma rezanje ima sljedeće prednosti:

• Sposobnost rezanja željeznih i neželjeznih materijala.
• Raspon debljine od 0,5 do 150 mm ovisno o materijalu.
• Mala brzina pri niskoj struji za ručni rad.
• Velika struja velike brzine za mehanizirani rad.
• Rezanje plazma lukom je jeftinije od rezanja laserom.
• Plazma rezanje je dobro za rezanje legura nikla i materijala od titana zajedno s aluminijem i nehrđajućim čelikom.

Koji su nedostaci rezanja plazmom?

Ograničenja procesa rezanja plazma lukom u odnosu na rezanje kisikom su:

• Zahtijeva napajanje električnom energijom
• Za feritni čelik, maksimalna debljina koja se može rezati manja je s PAC-om
• Generira zračenje luka
• Pri velikim strujama stvaraju se visoke razine buke
• Visoki kapitalni troškovi opreme

Plazma rezanje nehrđajućeg čelika

Rezanje plazma lukom je glavni proces rezanja za rezanje materijala od nehrđajućeg čelika. nehrđajuće čelike je teško rezati rezanjem kisikom, jer oksidi kroma imaju mnogo više talište od željeznog oksida prisutnog u materijalu od nehrđajućeg čelika.

Ovi visoko taljivi oksidi, koji su po prirodi vatrostalni, neprekidno se nakupljaju u prorezu dok se rezanje odvija i sprječavaju izlaganje svježeg željeza struji kisika za rezanje.

Dok rezanje plazmom radi na vrlo visokoj temperaturi luka, vrlo je lako rastopiti ove oksidne slojeve bez ikakvih briga.

Kvaliteta rezanja kod plazma rezanja nehrđajućeg čelika ovisi o vrsti plina (plazma plin – mješavina argona i vodika ili komprimirani zrak) kao što je prikazano na donjoj slici. Crna boja je zbog dušika prisutnog u zraku.

Hoće li plazma rezač rezati aluminij?

Jednostavan odgovor – Da. Plazma rezač može se koristiti učinkovito i ekonomično za rezanje aluminija i njegovih legura.

Rezanje plazma lukom jedan je od najčešće korištenih postupaka rezanja aluminijskih materijala uz lasersko rezanje i rezanje vodenim mlazom.

Sigurnost u procesu rezanja plazma lukom

Rezanje plazma lukom daje izražen odsjaj luka, prskanje, dim i buku. Potrebno je zaštititi operatere i druge osobe koje rade u blizini od izlaganja ovim neugodnim aspektima. Posebno je važno kontrolirati dim i buku.

Jedan od načina kontrole isparenja je postavljanje ploče koju treba rezati na stol za rezanje, koji je napunjen vodom do donje površine ploče.

Plazma mlaz velikom brzinom oslobađa plinove koji udaraju u vodu i stvaraju turbulencije u njoj. Sve čestice dima ostaju zarobljene u uzburkanoj vodi.

Buka se kontrolira korištenjem onoga što se naziva prigušivač vode u kombinaciji s gore opisanom podzemnom vodom.

Prigušivač je u obliku mlaznice koja je pričvršćena na tijelo gorionika i ispušta vodenu zavjesu oko prednjeg dijela gorionika.

Voda potrebna mlaznici pumpa se iz podzemne vode. Vodena zavjesa oko baklje i vodena površina stola zajedno tvore štit za prigušivanje zvuka oko luka.

Prigušivač vode ne smije se brkati s vodenim štitom i ubrizgavanjem vode koji se koriste u modificiranim sustavima PAC.

Slični postovi

1. Zašto ne možemo rezati nehrđajući čelik i aluminij rezanjem plinskim plamenikom s kisikom?
2. Što je Wire EDM Cutting, njegove prednosti i ograničenja?
3. Kako radi rezanje plazmom: Pogled izbliza

Open this in UX Builder to add and edit content