Cięcie plazmowe

CO TO JEST PLAZMA?

Plazma to czwarty stan skupienia – wysoko zjonizowane cząstki materii, w której skład wchodzą ładunki dodatnie, ujemnie oraz obojętne. Uwzględniając obecność dużej ilości jonów o różnym ładunku oraz swobodnych elektronów, plazma przewodzi prąd elektryczny. Opór elektryczny plazmy zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i w wysokich temperaturach plazma jest lepszym przewodnikiem niż metale.

Cięcie plazmowe jest rodzajem cięcia łukowego i charakteryzuje się utworzeniem silnie skoncentrowanego plazmowego łuku elektrycznego, jarzącego się między elektrodą a materiałem, który go topi i wyrzuca ze szczeliny cięcia. Plazmowy łuk elektryczny to silnie zjonizowany gaz, przemieszczający się z dyszy plazmowej z prędkością bliską prędkości dźwięku. Temperatura wiązki plazmy oscyluje przy wartościach 10 000 – 30 000 K i zależy od natężenia prądu oraz rodzaju i składu gazu plazmowego. Dzięki dużej energii cieplnej łuku plazmowego cięcie może być realizowane w szerokim zakresie prędkości.

Zależnie od rodzaju ciętego materiału stosuje się różne gazy – m.in. powietrze, azot, argon oraz ich mieszanki. Źródłem prądu jest agregat plazmowy. W czasie cięcia plazmowego palnik utrzymywany jest w pozycji prostopadłej lub pod odpowiednim kątem (podczas żłobienia czy ukosowania) do powierzchni rozdzielanego przedmiotu i w stałej od niego odległości. Palniki, w których gazem plazmowym jest powietrze, wyposażone są w specjalne elektrody odporne na utlenianie. Używane są elektrody z hafnu osadzone w miedzianym korpusie, zapewniającym intensywne odprowadzanie ciepła.

Ten rodzaj cięcia umożliwia rozdzielenie wszystkich materiałów przewodzących prąd elektryczny, m.in. aluminium, różne rodzaje stali nierdzewnej oraz stali miękkiej. Cięcie plazmowe jest obecnie najbardziej powszechnym procesem cięcia termicznego stali wysokostopowych. Charakteryzuje się m.in. dużą wydajnością, dobrą jakością ciętej krawędzi. W porównaniu z cięciem laserowym umożliwia przecinanie materiałów o większych grubościach (nawet do ok. 100 mm) oraz korzystnymi wskaźnikami ekonomicznymi (mniejsze nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacyjne). Bardzo często cięcie plazmą jest stosowane do przecinania stali niestopowych – zamiast cięcia gazowego. Jest to spowodowane znacznie niższymi kosztami eksploatacyjnymi w przypadku materiałów o grubości do ok. 30 mm.

Proces cięcia plazmowego realizowany jest w sposób ręczny lub zmechanizowany – wykorzystując zautomatyzowane wypalarki cnc. Wraz z cięciem tlenowym dominuje w przemyśle – około 90% maszyn do cięcia sprzedawanych na rynku światowym to urządzenia do cięcia plazmowego i tlenowego.

PARAMETRY CIĘCIA PLAZMOWEGO

Na cięcie plazmowe wpływają następujące parametry:

natężenie prądu
napięcie łuku plazmowego
prędkość cięcia
odległość uchwytu od ciętego materiału
rodzaj, ciśnienie, natężenie przepływu gazu plazmowego
rodzaj i konstrukcja elektrody
średnica dyszy plazmowej.

Dobierając parametry cięcia plazmowego zawsze należy przestrzegać zaleceń podanych w dokumentacji urządzenia plazmowego.

CIĘCIE PLAZMOWE – WADY I ZALETY

Niewątpliwymi zaletami wypalarek plazmowych jest duża prędkość cięcia, dobra jakość wyciętych elementów (możliwość uzyskania doskonałej, lustrzanej powierzchni krawędzi z agregatami plazmowymi klasy XD). Dzięki wysokiej temperaturze łuku cięcie plazmowe zaczyna się natychmiast, ze stosunkowo niewielkim wpływem temperatury na cały materiał, co skutkuje uzyskaniem niewielkiej szczeliny cięcia.

Do wad tego procesu zalicza się przede wszystkim wysoki poziom hałasu, dużą ilość gazów i dymów. Można je zminimalizować stosując wodny stół sekcyjny lub odpowiedni system filtrowentylacji.

Literatura:
Klimpel A., „Spawanie, zgrzewanie i cięcie metali”, Wydawnictwo Naukowo – Techniczne, Warszawa 1999

Pilarczyk J., „Poradnik inżyniera. Spawalnictwo 2”, Wydawnictwo Naukowo – Techniczne, Warszawa 2005