Echipament taiere cu plasma

Ce este taierea cu plasma? 

Tăierea cu plasmă este un proces de fabricare a metalului care utilizează gaze ionizate încălzite la temperaturi de peste 20.000gC pentru a topi materialele metalice. Acest gaz, ejectat sub presiune ridicată, topește materialul și îndepărtează materialul din tăietură. Este important de reținut că acest proces funcționează numai pe materiale conductoare de electricitate, cum ar fi oțel inoxidabil, cupru, aluminiu și alte metale. Cu alte cuvinte, tăierea cu plasmă nu poate tăia piatra, hârtie, sticlă și alți conducători slabi de electricitate.

Această tehnică este de neegalat în ceea ce privește rentabilitatea atunci când vine vorba de tăierea metalelor groase. În plus, este versatil și necesită costuri reduse de întreținere a echipamentului. De asemenea, are o mare precizie de tăiere, ceea ce îl face ideal pentru tăierea pieselor cu geometrii complexe.

Istoria tăierii cu plasmă

• Procesul de taiere cu plasma exista inca din 1957

A început ca o extensie a procesului GTAW (Sudura cu arc de tungsten cu gaz). Utilizarea sa principală a fost inițial tăierea plăcilor de oțel și aluminiu.

Dispozitivele de tăiere cu plasmă folosite în această epocă erau imprevizibile și nu aveau precizia prezentă în tăietoarele moderne. De asemenea, electrozii și duzele folosite s-au stricat rapid din cauza căldurii experimentate în timpul procesului. Schimbarea duzelor și electrozilor a făcut adesea costisitoare tăierea cu plasmă în această epocă.

• Sfârșitul anilor 1960

Cu toate acestea, la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970, această tehnică a cunoscut o descoperire când inginerii au creat o lanternă cu flux dublu. Această lanternă a ajutat la îmbunătățirea duratei de viață a electrozilor și a duzelor, sporind în același timp calitatea și precizia tăierilor. 

• Anii 1970

Inginerii au folosit anii 1970 pentru a controla fumul și fumul experimentat inițial în timpul procesului de tăiere prin introducerea unui amortizor de apă și a unei mese. De asemenea, au proiectat duze mai bune care au ajutat la îmbunătățirea preciziei arcului, oferind operatorilor și mașinilor opțiunea de a regla fin.

• Anii 1980

Anii 1980 au fost o perioadă de experimentare pentru ingineri, deoarece au proiectat și implementat câteva funcții noi. Aceste caracteristici includ tăietoare cu plasmă pe bază de oxigen și oferă un control mai bun al tăierii prin diferite niveluri de putere. De asemenea, s-au concentrat pe portabilitatea unității de tăiere cu plasmă, făcându-le mai ergonomice.

• Din anii 1990 până în prezent

Până în anii 1990, tăietoarele cu plasmă de înaltă definiție erau pe piață datorită utilizării proceselor durabile de oxigen. Aceste procese durabile de oxigen, combinate cu un nou sistem de duze, le-au oferit tăietorilor cu plasmă din această epocă capacitatea de a dubla de patru ori densitatea de energie din perioadele precedente.

Din anii 1990 până în prezent, inginerii s-au concentrat pe opțiunile de alimentare și controale și pe îmbunătățirea eficienței. De asemenea, au îmbunătățit precizia tăietorilor cu plasmă, modelele de astăzi oferind margini mai ascuțite și tăieturi exacte. Portabilitatea și automatizarea sunt alte aspecte ale dispozitivelor de tăiere cu plasmă, care s-au îmbunătățit semnificativ pe măsură ce mai multe unități portabile sunt în circulație.

Cum funcționează tăierea cu plasmă

Procesul de tăiere cu plasmă implică utilizarea căldurii pentru a topi un metal în loc de tăierea mecanică. Dispozitivele de tăiere cu plasmă funcționează prin trimiterea unui arc electric printr-un gaz. Acest gaz trece apoi printr-o deschidere restrânsă (duză). Deschiderea restrânsă face ca gazele să treacă prin ea cu viteză mare, formând plasmă. Tăierea unei piese de prelucrat presupune supunerea vârfului tăietor al dispozitivului de tăiere cu plasmă la piesa de prelucrat. De asemenea, rețineți că, datorită conductivității plasmei, este necesar să conectați piesa de prelucrat cu cablul de masa al sursei de plasma.

Nu toate sistemele de tăiere cu plasmă funcționează la fel. Cu toate acestea, există trei tipuri de procese de tăiere.

Trei tipuri de procese de tăiere cu plasma

• Contact de înaltă frecvență:

Acesta tipar de echipamente de plasma sunt in general cele de buget redus. De asemenea, din cauza riscului de interferență cu echipamentele moderne datorită frecvenței sale ridicate, acest proces nu este disponibil pentru tăietoarele cu plasmă CNC. Tăierea prin contact de înaltă frecvență implică utilizarea scânteii de înaltă frecvență și a tensiunii înalte - scânteia se formează atunci când lanterna cu plasmă intră în contact cu metalul tăiat. Contactul închide circuitul, inițiază scânteia și creează plasma folosită pentru tăiere.

• Arc pilot: 

În acest proces de tăiere, crearea de scântei are loc în interiorul pistoletului printr-o combinație de circuit de curent scăzut și tensiune înaltă. Această scânteie facilitează crearea unui arc pilot, o cantitate mică de plasmă. La intrarea în contact cu piesa de prelucrat, tăietorul cu plasmă creează arcul de tăiere, care permite operatorului să înceapă procesul de tăiere.

• Prin atingere: 

Pentru a crea un scurtcircuit, operatorii apasă pistolul pe piesa de prelucrat.

Gazul utilizat în procesul de taiere cu plasma

Tipul de gaz utilizat în timpul procesului depinde de metoda de tăiere, materialul de tăiere și grosimea. Pe lângă asigurarea formării unui jet de plasmă, gazul folosit ar trebui să ajute și la eliminarea materialului topit și a oxidului din tăietură. Cele mai frecvente gaze utilizate pentru tăierea cu plasmă includ;

• Argon

Argonul este un gaz inert, iar arcul său de plasmă este stabil. Stabilitatea înseamnă că acest gaz reacționează cu greu cu orice metal la temperaturi ridicate. Electrozii și duzele utilizate pentru tăierea cu argon au adesea o durată de viață mai lungă decât cele utilizate cu alte gaze.

Gazul argon are o limitare în timpul tăierii din cauza arcului de plasmă și a entalpiei scăzute. De asemenea, probabil că vor exista probleme cu zgura atunci când tăiați folosind argon într-un mediu de protecție împotriva argonului. Acest lucru se datorează în primul rând tensiunii superficiale a metalului topit fiind cu aproximativ 30% mai mare decât cea prezentă într-un mediu cu azot. Aceste probleme sunt unul dintre motivele pentru care argonul este rar folosit pentru tăierea cu plasmă.

• Azot

Azotul are o stabilitate mai bună a arcului de plasmă și un jet de energie mai mare decât argonul, în special cu o sursă de tensiune mai mare. De asemenea, formează zgură minimă pe marginile inferioare ale inciziei, chiar și atunci când tăiați metale precum aliajul pe bază de nichel și oțelul inoxidabil care au vâscozitate ridicată.

Azotul gazos funcționează ca un gaz independent sau în combinație cu alte gaze. De asemenea, facilitează tăierea cu viteză mare a oțelului carbon.

• Aer

Aerul conține 78% azot și 21% oxigen în volum, ceea ce îl face un gaz potrivit pentru tăierea cu plasmă. Oxigenul constituent al aerului îl face unul dintre cele mai rapide gaze utilizate la tăierea oțelului cu emisii scăzute de carbon. De asemenea, deoarece aerul este peste tot, este un gaz economic pentru a lucra.

În dezavantaj, electrodul și duza utilizate pentru acest proces au de obicei o durată de viață scurtă, reducând astfel costurile și reducând eficiența. De asemenea, utilizarea aerului ca gaz independent este problematică, deoarece provoaca zgura cat si oxidare.

• Oxigen

La fel ca aerul, oxigenul crește și viteza de tăiere a oțelului cu emisii scăzute de carbon. Utilizarea tăierii cu arc cu plasmă de înaltă energie și a temperaturii ridicate pentru oxigen crește viteza acestuia. Cu toate acestea, pentru a utiliza oxigen, cel mai bine este să-l asociați cu electrozi care sunt rezistenți la temperaturi ridicate și la oxidare.

• Hidrogen

Rolul hidrogenului este adesea ca gaz auxiliar de amestecat cu alte gaze de tăiere a plasmei. Una dintre cele mai comune combinații este hidrogenul și argonul, care produce unul dintre cele mai puternice gaze în tăierea cu plasmă.

Amestecarea argonului cu hidrogenul crește semnificativ tensiunea arcului, entalpia și capacitatea de tăiere a jetului de plasmă cu argon. Eficiența de tăiere a acestei combinații crește și atunci când este comprimată de un jet de apă.

Există câteva gaze utilizate în mod obișnuit în tăierea cu plasmă. A se vedea mai jos diferite materiale tăiate și beneficiile gazului în raport cu materialul.

• Oțel structural de la 0,5 la 8 mm / Oxigen sau oxigen/azot sau azot / Marginile fără bavuri pot tolera pătrarea, cu netezime asemănătoare tăierii cu laser
• Oțel structural de la 4 la 50 mm / Oxigen/azot sau azot sau aer / Fără bavuri de până la 20 mm, suprafața tăiată are un aspect neted, toleranță la pătrat de până la 25 mm, asemănătoare tăierii cu laser
• Oțel înalt aliat de la 5 la 45 mm / Argon sau Azot sau Azot/hidrogen / Fără bavuri de până la 20 mm, tăieturi netede, toleranță slabă pentru pătrat
• Aluminiu de la 1 la 6 mm / Aer comprimat sau Azot sau Azot/hidrogen / Tăieri fără bavuri, suprafața poate fi aspră sau granulată, permițând tăieturi aproape verticale
• Aluminiu de la 5 la 40 mm / Argon sau Azot sau Azot/hidrogen Fără bavuri de până la 20 mm, suprafață granulată sau aspră, permite tăieturi aproape verticale

Materiale de baza pretabile pentru tăierea cu plasmă

Există o mulțime de materiale folosite pentru tăierea cu plasmă. Acest lucru se datorează în primul rând pentru că procesul poate tăia orice material conductor. Mai jos sunt cele mai comune materiale pentru această tehnică.

• Taierea aluminiului cu plasma

Aluminiul este conductiv, făcând tăierea cu plasmă un proces ideal pentru fabricarea acestuia. În plus, procesul oferă avantaje cu metale mai groase în comparație cu alte metode de fabricare a aluminiului, cum ar fi tăierea cu laser. Poate tăia aluminiu cu grosimi de până la 160 mm. În plus, fabricarea aluminiului folosind tăierea cu plasmă este mai rentabilă datorită costurilor de operare și echipamente mai mici.

• Taierea la plasma a otelului carbon (nealiat sau slab aliat)

Oțelul moale este un tip de oțel cu conținut scăzut de carbon, de obicei aproximativ 2,1% maxim. Este una dintre formele de oțel cel mai frecvent utilizate datorită proprietăților sale care se potrivesc multor scopuri. De asemenea, oțelul moale nu este costisitor de achiziționat și proprietățile sale, cum ar fi rezistența ridicată la impact, sudarea și ductilitatea.

• Oţel inoxidabil comportament la taierea cu plasma

Oțelul inoxidabil este un aliaj de fier + crom + nichel (etc) care este atât rezistent la coroziune, cât și la rugină. Tăierea cu plasmă este una dintre cele mai eficiente modalități de fabricare a acestui metal, deoarece permite grosimii de tăiere să atingă până la 30 mm. Calitățile de oțel inoxidabil ideale pentru tăiere includ; 304, 304L, 316, 316L, 321, 310S, 317 etc.

• Taierea la plasma a alamei

Alama este un alt metal ușor de fabricat prin tăiere cu plasmă. Acest lucru se datorează naturii sale foarte conductive. Cu toate acestea, atunci când fabricați alamă folosind această metodă, cel mai bine este să faceți acest lucru în zone bine ventilate. Acest lucru se datorează faptului că alama conține zinc, iar inhalarea vaporilor care conțin zinc arzând este dăunătoare sănătății.

• Cupru – taiere cu plasma

Cuprul are căldura și conductivitatea electrică a tuturor materialelor din afara metalelor prețioase. Calitățile importante ale acestui metal includ; rezistență la coroziune, ductilitate ridicată și sudabilitate. Aceste proprietăți, inclusiv conductivitatea sa ridicată, fac cuprul un metal ideal pentru tăierea cu plasmă. Cu toate acestea, ca și alama, este important să tăiați acest metal în zonele cu o bună ventilație.

• Taiere cu plasma – fonta ?

Acest metal este popular pentru costul său scăzut și maleabilitatea. În cantități mici, conține elemente precum mangan, sulf, fosfor și siliciu. Fonta este foarte conductivă, cu rezistență ridicată la compresiune și temperatură scăzută de topire, ceea ce o face ideală pentru tăierea cu plasmă.

Avantajele tăierii cu plasmă

Există mai multe avantaje ale utilizării tăierii cu plasmă pentru fabricarea metalului față de alte metode, variind de la eficiența costurilor până la o productivitate mai mare și o calitate mai bună a tăierii. Iată câteva alte avantaje.

• Calitate înaltă de tăiere

În comparație cu alte procese de fabricare a metalelor, cum ar fi tăierea cu flacără sau tăierea cu jet de apă, tăierea cu freze cu plasmă oferă metalelor o calitate superioară a tăierii. Acest lucru se datorează absenței deșeurilor reziduale pe marginea tăieturii de metal și a zonei mai mici a zonei afectate de căldură.

• Versatilitate și flexibilitate

Acest proces poate tăia orice metal care conduce electricitatea, ceea ce îl face foarte versatil. Poate tăia cu ușurință metale precum aluminiul și oțelul înalt aliat, atât de grosime medie, cât și de mare. Funcționează excelent pentru tăierea canelurilor, planificarea sau marcarea metalelor. În plus, procesul poate tăia și metalele din apă la niveluri reduse de zgomot.

• De mare viteză

Tăierea cu plasmă este de aproximativ 10 ori mai rapidă decât oxi-combustibil. Cu alte cuvinte, îmbunătățește productivitatea și reduce timpul petrecut în fabricarea metalelor în comparație cu alte metode.

• Precizie mai mare și repetabilitate

Piesele tăiate au o precizie mai mare și o calitate a suprafeței mai mari datorită căldurii implicate în proces. De asemenea, viteza de fabricație îmbunătățește repetabilitatea, reducând în același timp timpul petrecut cu prelucrarea metalelor.

Dezavantajele tăierii cu plasmă

Deși multe beneficii sunt atașate fabricării metalelor folosind tăierea cu plasmă, există și dezavantaje.

• Taie numai materiale conductoare
• Nu este ideal pentru grosimi de peste 150 mm
• Blițurile strălucitoare produse în timpul procesului ar putea avea un impact negativ asupra ochilor umani
• Funcționarea este uneori zgomotoasă
• Produce fum la tăierea în aer
• Ar putea fi costisitor cu consumabile cu durată redusă de viață, cum ar fi duza și electrodul

Concluzie la taierea cu plasma

Tăierea cu plasmă este un proces care implică utilizarea celei de-a patra etape a materiei pentru tăierea metalelor conductoare.

Acest proces oferă multe avantaje, inclusiv productivitate mai mare, versatilitate, precizie și calitatea suprafeței.