ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

ul. Twardosławicka 101
97-300 Piotrków Trybunalski

  zmz@zmzcnc.com
  +48 606 934 054

Cięcie plazmą

Obróbka CNC może wykorzystywać na różnych etapach również inne metody. Cięcie plazmą to proces cięcia metalu, który polega na topieniu metalu strumieniem zjonizowanych gazów podgrzanych do temperatury powyżej 10.000-30.000K. Gaz wyrzucony pod wysokim ciśnieniem topi materiał i usuwa go z miejsca cięcia. Taka metoda cięcia jest odpowiednia w przypadku materiałów, które przewodzą prąd elektryczny, jak np. stal nierdzewna, miedź czy aluminium. Cięcie plazmą nie przetnie więc kamienia, papieru, szkła i innych słabych przewodników prądu. Technika ta jest niezwykle opłacalna w przypadku cięcia grubych metali, jest wszechstronna i nie generuje wysokich kosztów konserwacji narzędzi. Osiąga wysoką precyzję cięcia, dzięki czemu nadaje się do części o złożonej geometrii.

Na czym polega cięcie plazmą?

Proces ten polega na wykorzystaniu ciepła do stopienia metalu zamiast cięcia mechanicznego. Przecinarki plazmowe działają na zasadzie wysyłania łuku elektrycznego przez gaz. Gaz ten przechodzi następnie przez zwężony otwór (dyszę), dzięki któremu gaz przeciska się przez niego z dużą prędkością, tworząc plazmę. Cięcie przedmiotu polega na przyłożeniu końcówki tnącej przecinarki plazmowej do przedmiotu obrabianego. Należy też pamiętać, że ze względu na przewodnictwo plazmy istnieje konieczność połączenia przedmiotu obrabianego z ziemią poprzez stół do cięcia plazmą.

cięcie plazmą

Rodzaje gazów używanych w cięciu plazmą

Cięcie plazmą, to proces w trakcie którego wykorzystuje się gazy. To, jakiego gazu użyjemy, zależy od metody cięcia, rodzaju materiału oraz jego grubości. Gaz powinien zapewnić wytworzenie strumienia plazmy, ale również pomóc w usunięciu stopionego materiału i tlenku z miejsca cięcia plazmą. Do najpowszechniej używanych gazów zaliczymy:

Argon

Gaz obojętny, mający stabilny łuk plazmowy. Nie reaguje prawie z żadnym metalem w wysokich temperaturach. Elektrody i dysze stosowane do cięcia argonem charakteryzują się dłuższą żywotnością niż te stosowane do innych gazów. Ma on jednak ograniczenia podczas cięcia ze względu na niski łuk plazmowy i niski współczynnik przewodzenia ciepła (entalpię), jak i wysoką tendencję do tworzenia produktu ubocznego, jakim jest żużel. Z tego względu cięcie plazmą z zastosowaniem argonu jest stosowane tylko w szczególnych warunkach.

Azot

Gaz z lepszą stabilnością łuku plazmowego i strumień wyższej energii niż argon. Zwłaszcza przy wyższym napięciu zasilania. Ponadto tworzy minimalny żużel na dolnych krawędziach nacięcia, nawet podczas cięcia stopów na bazie niklu, czy stali nierdzewnej o dużej lepkości. Gaz azotowy działa samodzielnie lub w połączeniu z innymi gazami. Ułatwia też szybkie cięcie stali węglowej.

Powietrze

Zawiera objętościowo 78% azotu i 21% tlenu, dzięki czemu jest gazem odpowiednim do cięcia plazmowego. Zawartość tlenu w powietrzu powoduje, że jest to jeden z najszybszych gazów stosowanych przy cięciu stali niskowęglowej. Ponadto ze względu na nieograniczoną dostępność jest to gaz ekonomiczny. Ma oczywiście swoje wady, jak choćby krótka żywotność elektrod i dysz, co zwiększa koszty cięcia i zmniejsza wydajność. Dodatkowo stosowanie powietrza jako samodzielnego gazu jest problematyczne, gdyż powoduje zawieszanie się żużlu i utlenianie cięcia.

Tlen

Podobnie jak powietrze, tlen również zwiększa prędkość cięcia poprzez stosowanie wysokoenergetycznego cięcia łukiem plazmowym i wysokiej temperatury tlenu. Do pełnego jego wykorzystania najlepiej połączyć go z elektrodami odpornymi na wysoką temperaturę i utlenianie.

Wodór

Cięcie plazmą wykorzystuje ten gaz jako pomocniczy do mieszania z innymi gazami. Najczęstszą kombinacją jest połączenie wodoru z argonem, dzięki czemu uzyskuje się jeden z najbardziej skutecznych gazów podczas cięcia plazmowego. Mieszanka argonu z wodorem znacznie zwiększa napięcie łuku, entalpię i zdolność cięcia strumienia plazmy argonowej. Wydajność cięcia tej kombinacji wzrasta również po skompresowaniu strumieniem wody.

Jakie materiały nadają się do cięcia plazmą?

Najważniejszym warunkiem, jaki musi spełnić materiał, żeby zastosować cięcie plazmą jest to, że musi on przewodzić prąd. Tak więc do cięcia plazmą nie będzie się nadawał każdy materiał. A do najpopularniejszych można zaliczyć:

  • Aluminium, które jest świetnym przewodnikiem prądu i bardzo dobrze poddaje się cięciu plazmą nawet do grubości 160mm, dodatkowo jest bardziej opłacalne ze względu na niższe koszty operacyjne i sprzętowe niż choćby cięcie laserem,
  • Stal węglowa to rodzaj stali o niskiej zawartości węgla zwykle do ok. 2,1% i najczęściej stosowana ze względu na swoje właściwości. Do tego nie jest droga w zakupie,
  • Stal nierdzewna to stop żelaza, który można ciąć plazmą do grubości 30mm,
  • Mosiądz również jest bardzo dobrym przewodnikiem prądu i z łatwością poddaje się cięciu plazmą, ale bardzo istotne jest aby pomieszczenie, w którym odbywają się prace było efektywnie wentylowane. Mosiądz zawiera cynk, który pod wpływem wysokich temperatur wydziela szkodliwe dla zdrowia opary,
  • Miedź ma też bardzo dobrą przewodność i również nadaje się do cięcia plazmą i podobnie jak mosiądz wymaga skutecznej wentylacji,
  • Żeliwo ma niski koszt i plastyczność, jest bardzo przewodzące i ma niską temperaturę topnienia co czyni go idealnym do cięcia plazmowego.

Cechy jakie wyróżniają cięcie plazmą

Jak każda metoda obróbki, tak i cięcie plazmą ma swoje zalety:

  • wysoką prędkość cięcia, 100 razy szybsza niż cięcie laserem oraz 10 razy szybsza niż cięcie tlenowo-paliwowe, przez co poprawia się wydajność produkcji,
  • wąską strefę wpływu cięcia, czyli niewielki wpływ temperatury na cały materiał dzięki dużym prędkościom i silnie skoncentrowanemu działaniu ciepła,
  • dobrą jakość powierzchni po cięciu oraz niewielką szczelinę cięcia,  
  • możliwość cięcia bez nadpalania cienkich materiałów,
  • szeroki zakres cięcia (zależnie od rodzaju materiału) – od 0,5mm do 160mm,
  • skuteczne cięcie plazmą w pionie i po skosie (w przypadku stali do 30mm).

W porównaniu z innymi procesami cięcia metali, cięcie plazmą zapewnia metalom wyższą jakość cięcia. Wynika to z braku pozostałości piany na krawędzi nacięcia metalu i mniejszej powierzchni strefy wpływu ciepła. Metoda ta sprawdza się również przy wycinaniu rowków, planowaniu i znakowaniu metali. Można również wykorzystać cięcie plazmą w środowisku wodnym, przez co znacznie obniży się hałas.

Do najważniejszych minusów metody, jaką jest cięcie plazmą należą:

  • cięcie plazmą jest dość głośne,
  • w trakcie procesu wytwarza się silne promieniowanie ultrafioletowe UV, jak i duża ilość gazów i dymów szkodliwych dla zdrowia,
  • zmiany materiału w strefie wpływu cięcia ze względu na miejscowe intensywne działanie wysokiej temperatury,
  • trudność z utrzymaniem prostopadłych krawędzi,
  • wysokie koszty wdrożenia metody i zakupu potrzebnych urządzeń.

Od kiedy stosuje się cięcie plazmą?

Początki

Cięcie plazmą istnieje od 1957 r. Rozpoczęło się jako rozwinięcie spawania łukiem wolframowym w gazie (TIG). Z początku służyło do cięcia blach stalowych i aluminiowych o grubości od 1,27cm do 15,24cm. W tym czasie przecinarki plazmowe były nieprzewidywalne, awaryjne i nie osiągały precyzji przecinarek współczesnych. Stosowane elektrody i dysze szybko się psuły z powodu ciepła wytwarzanego podczas procesu. Wymiana tych elementów była na tyle kosztowna, że cięcie plazmą było metodą nieopłacalną.

Koniec lat 60-tych

W końcówce lat 60-tych i na początku 70-tych XX wieku w tej technice nastąpił przełom, gdyż inżynierowie stworzyli palnik o podwójnym przepływie. Pomógł on wydłużyć żywotność elektrod i dysz, a jednocześnie zwiększył jakość i precyzję cięcia.

Lata 70-te

To głównie badania i prace nad kontrolowaniem oparów i dymu, które pojawiały się początkowo podczas procesu cięcia. Wprowadzono tłumik wodny i stół. Zaprojektowano również lepsze dysze, które pomogły poprawić precyzję łuku, dając operatorom i mechanikom możliwość precyzyjnej regulacji.

Lata 80-te

To dalsze eksperymenty i wdrażanie nowych funkcji, jak choćby cięcie plazmą przy pomocy tlenowych przecinarek plazmowych. Zapewniły one lepszą kontrolę cięcia dzięki różnym poziomom mocy. Położono wówczas również nacisk na przenośności jednostki do cięcia plazmowego, czyniąc ją bardziej ergonomiczną.  

Lata 90-te i obecnie

W latach 90. na rynku pojawiły się przecinarki plazmowe o wysokiej rozdzielczości, dzięki zastosowaniu trwałych procesów tlenowych. W połączeniu z nowym systemem dysz dały możliwość czterokrotnego zwiększenia gęstości energii w porównaniu z poprzednimi okresami. Poprawiono zasilanie, sterowanie oraz wydajność i precyzję. Dzisiejsze modele oferują ostrzejsze krawędzie i jeszcze dokładniejsze cięcia. Są też mobilne i zautomatyzowane.

ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c. - obróbka CNC, usługi frezowania CNC

© 2024 All rights Reserved. Designed and powered by ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

Projekt graficzny: Magdalena Mirowska, Zdjęcia: Agnieszka Seklecka

This site is registered on wpml.org as a development site. Switch to a production site key to remove this banner.