Funktioner hos plasmaskärningsteknik

1.0 Vad är plasma

När gasen värms upp till ungefär 2000 °C sönderfaller de gasformiga molekylerna till atomer. Runt 3000 °C är den temperatur vid vilken atomerna joniseras. Plasma beskriver detta gasformiga tillstånd.

I ett tidigt skede användes plasmagas för bearbetning för att skära rostfritt stål, aluminium och andra icke-järnmetaller istället för att använda en oxy-flamma. Processkapaciteten utökades med utvecklingen till att omfatta metalliska och icke-ledande material.

1.1 Hur fungerar en plasmaskärare?

Termisk skärning är en teknik som används vid plasmaskärning. Detta indikerar att metallen smälts snarare än att den fysiskt skärs. Systemets grundläggande funktioner förändras aldrig. Tryckluft eller andra gaser, inklusive kväve, används i plasmaskärare. Dessa gaser joniseras för att producera plasma. Normalt sett, när komprimerade gaser kommer i kontakt med en elektrod, joniserar de för att öka trycket. En plasmaström tvingas mot skärhuvudets riktning när trycket ökar. En plasmaström produceras genom att begränsa flödet med skärpunkten. Denna appliceras sedan på arbetsstycket.

Arbetsstycket är trådbundet till marken genom skärbordet eftersom plasma är elektriskt ledande. Metallen smälter när plasmabågen kommer i kontakt med det på grund av den höga temperaturen. Den smälta metallen blåses också bort samtidigt av de höghastighetsgaserna.

1.2 Bearbetningssystemet

Plasmaskärningsmetoden baseras på genereringen av en kontinuerlig ljusbåge mellan en vattenkyld kopparanod och en volframkatod. Efter att ha införts vid katoden strömmar gasen genom anoden. En högtemperaturplasmabåge produceras när temperaturen i katodens smala område når cirka 28 000 °C. Under inverkan av en sådan hög temperatur smälter och förångas ämnet snabbt. Bearbetningsrester tvättas sedan bort av en joniserad gasström. Jämfört med andra traditionella tekniker som svarvning är materialavverkningshastigheten i plasmaskärningsprocessen betydligt högre. Plasmaskärningssystem inkluderar följande komponenter: plasmastråle, plasmabåge, luftplasma och skärmad plasma.

Plasmabåge

Bågen skapas vid plasmabrännarens bakelektrod. Den tända ljusbågen går sedan vidare till det ledande provet. Temperaturer på cirka 33 300 °C genereras. Skador på elektroden och arbetsstyckets material uppstår som ett resultat av den dubbla ljusbågseffekten som uppstår mellan arbetsstycket och munstycket. Höga värmeöverföringshastigheter uppnås när värme överförs från anoden till arbetsstycket.

På grund av sin högre effektivitet används plasmaskärningstekniken för CNC-bearbetning av metall. Plasmaskärning är inte beroende av den kemiska interaktionen som sker mellan arbetsmetallen och gasen. Plasmaskärningstekniken är också lämplig för alla elektriskt ledande material som inte kan bearbetas med autogengasskärning.

Plasmastråle

Plasmabrännaren avger plasma, en joniserad gas. Strålens temperatur är extremt hög, cirka 1600 °C. Strålen som frigörs kallas en plasmastråle. Brännarens anod kyls med kylvatten. Vatten deltar inte framgångsrikt i materialavverkningsprocessen eftersom det absorberar mycket värme från den anodiska plasmabrännaren. Icke-ledande material kan bearbetas med plasmastråleteknik även om det är svårt att göra det. Oxygasskärning kan inte användas för att fräsa elektriskt ledande material.

Luftplasma

Plasmaskärningsmetoden använder tryckluft som bearbetningsgas. Under påverkan av plasmabågens höga temperatur sönderfaller luften i sina beståndsdelar.

På grund av syrets förmåga att reagera med järnhaltiga material ökar bearbetningshastigheterna. Det primära problemet med plasmaskärning är att ytan oxiderar kraftigt.

Hafniumzirkonium eller hafniumkoppar används som ersättning för volfram som elektrodmaterial. Elektriskt ledande material som koppar, rostfritt stål och aluminium kan bearbetas med hjälp av luftplasma.

Skärmad plasma

Här tar vatten över rollen som skyddsgas. Vatten bildar en radiell mantel runt plasmabrännaren. Vattnets kyleffekt minskar skärkvaliteten och skärzonens bredd. Reduktionshastigheterna förblir dock oförändrade. Gasskyddad plasma: Vid skärning av olika material är hjälpgaser nödvändiga för att producera skärningar av lämplig kvalitet. En yttre skyddsgas, såsom kväve eller argon, tillförs runt munstycket för att skydda hjälpgaserna från omgivningen. Beroende på vilket material som bearbetas kommer en viss skyddsgas att användas. Vid skärning av aluminium, rostfritt stål eller andra icke-järnmetaller används ofta väte. För kolstål kan du använda luft eller syre.

Materialborttagningshastighet

Arbetsstyckets yta absorberar termisk energi från plasmastrålen och orsakar materialborttagning. Plasmabrännaren blåser bort den smälta och förångade metallen. Materialet i arbetsstycket som bearbetas avgör hur bearbetbar proceduren är. Dessutom påverkar typen av skyddsgaser och bearbetningsgaser som används i processen hastigheten med vilken maximal temperatur överförs, vilket i sin tur påverkar hur bearbetbar processen är. Bearbetningshastigheten minskar när metalltjockleken ökar. För att avlägsna den smälta metallen från bearbetningszonen krävs ett större gasflöde tillsammans med en ökning av effekten.

2.0 Tips för bättre resultat med plasmaskärning

När du väljer och använder en plasmaskärare kan prestandan förbättras om du tar hänsyn till några rekommendationer och bästa praxis.

I. Välj lämplig plasmaskärare

När du väljer en plasmaskärare är viktiga parametrar att tänka på uteffekt, skärhastighet och arbetscykel. Tänk på de jobb du utför oftast när du väljer din dator.

II. Innan du skär, rita ut rutten.

Följ den rutt du vill skära utan att trycka på avtryckaren. För att säkerställa att du har tillräcklig rörelsefrihet för att skapa ett kontinuerligt snitt medan du gör långa snitt, öva på dina rörelser innan du trycker på avtryckaren. Inkonsekvenser i snittkanten är ofta en konsekvens av att man stannar och börjar på samma plats, vilket är utmanande. Materialet du kommer att arbeta med kan också användas för att skära en design. På så sätt kan du vara säker på att din marschfart och dina inställningar är perfekta.

III. Undersök förbrukningsvarorna

Skärkvaliteten försämras om spetsen eller elektroden är sliten eller trasig. Så se till att kontrollera dina slitdelar ofta. Kasta bort spetshålet om det är snett eller har stänkmärken på sig. Kassera elektrodspetsen om det bildas en grop. Slitdelar försämras vid varje snitt, men förhållanden som fukt i lufttillförseln, för tjocka skärmaterial eller föråldrad teknik påskyndar denna process. För bästa möjliga skärkvalitet rekommenderas att byta spets och elektrod samtidigt. Hållaren för slitdelar bör inte dras åt för hårt. För att skapa en båge måste de interna komponenterna faktiskt röra sig. Dra därför bara åt koppen med fingret.

IV. Observera rörelsehastigheten

Speciellt med metall kommer snabbare skärning att resultera i ett renare snitt. Att ställa in maskinen på maximal effekt och variera din arbetshastighet kan hjälpa dig att skära igenom tjockare material. Minska strömstyrkan när du arbetar med tunnare material och byt till en spets med lägre strömstyrka för att skapa ett smalare snitt. Bågen bör lämna materialet i en vinkel på 15 till 20 grader som är vinkelrät mot rörelseriktningen om rörelsehastigheten är lämplig. Det indikerar att du rör dig för långsamt om den faller rakt ner. Du rör dig för snabbt om den sprutar tillbaka mot dig. Ett mycket rent snitt med minimalt skräp på snittets undersida och liten eller ingen deformation av metallen kan uppnås genom att röra dig med rätt hastighet och applicera rätt mängd värme.

3.0 Tillämpningar av plasmaskärning

Plasmaskärare kan antingen manövreras manuellt eller mekaniskt. För att skära igenom vissa typer av metall är manuella skärare vanligtvis handhållna. Dessa verktyg gör svetsarbetet enklare eftersom de ofta är bärbara, anpassningsbara och i den mindre delen. De genererar mycket skärström, även om de vanligtvis används för att trimma extra material i lättmetallapplikationer.

I kombination med skärbord är mekaniska plasmaskärare ofta betydligt större än manuella plasmaskärare. Stans-, laser- eller robotskärsystem kan alla anslutas till mekaniserade plasmaskärare. Bordet och portalen som används avgör storleken på en mekaniserad plasmaskärare. Eftersom dessa system är svåra att manövrera bör systemets layout samt alla dess komponenter beaktas före installation. CNC-bearbetnings- och tillverkningstjänster erbjuder även kombinationssystem som kan användas för både svetsning och plasmaskärning.

4.0 Fördelar och nackdelar med plasmaskärning

Fördelar

Plasmaskärningens portabilitet är utmärkt. Själva skäraren kan göras så liten att den kan användas som ett portabelt instrument och är enkel att flytta mellan arbetsplatser. Användningen av en plasmaskärbrännare är också ganska enkel för helt ny personal att behärska. Följaktligen har plasmaskärare följande fördelar att erbjuda.

• En precisionsstråle kan rita kurvor, ovanliga former och flera korsande snitt. Plasmabrännare kan styras manuellt eller med hjälp av en dator för att riktas lika exakt som man skulle rita en linje med en penna.
• Dessutom ger plasmaskärare snabba och effektiva snitt. Att göra en ren delning i en bearbetningsmetall med hjälp av plasma tar bara en fjärdedel av tiden jämfört med andra jämförbara processer. Snabba bearbetningsperioder minskar risken för deformation, felaktiga snitt eller metallnötning.
• Plasmaskärning är anpassningsbar och fungerar med en mängd olika material. Med ett förhållande på 1:2 jämfört med syrgaskärning är plasmaskärning också mer ekonomisk och energieffektiv.
• Dessutom anses plasmautrustning erbjuda överlägset värde för pengarna. Plasmabrännare behöver lite underhåll och behöver nästan alltid bytas ut.
• Inerta gaser används också vid plasmaskärning, vilket gör det betydligt säkrare att använda än skärning som använder syre. När det används eller lagras utgör syrgas en allvarlig risk för explosion eller oavsiktlig antändning. Å andra sidan, när brännaren verkligen är i drift, omvandlas plasmaskärgasen bara till en överhettad plasmastråle.
• Hög noggrannhet och reproducerbarhet kan uppnås med CNC-maskiner.
• Det finns inga kemiska problem eller underhållskrav för proceduren.
• Eftersom proceduren anses vara ren finns det inte längre något behov av lösningsmedelsavtorkning, ultraljudsrengöring eller sandblästring.
• Det finns inte längre någon risk att bli utsatt för farliga ämnen.

Nackdelar

Tyvärr finns det några nackdelar med plasmaskärning.

• För tjockare eller tätare metaller är majoriteten av plasmaskärare ineffektiva. Plasma kan bara nå ner till ett djup av cirka en tum på grund av dess övergående natur. Du kan behöva tillgripa vanlig industriell sågning eller metallfräsning om du behöver skära igenom enorma stålpelare eller block.
• Även om plasmaskärning minskar omgivningsvärmen är den högljudd och producerar för många föroreningar. Se till att all plasmaskärning sker i en verkstad som är välventilerad och öppen.
• Under skärprocessen är plasma också känt för att producera extremt starka blixtar. Se till att du tillhandahåller säkerhetsinstruktioner och lämpligt ögonskydd till alla anställda som arbetar nära eller använder plasmaskäraren.
• Trots att det är billigare per skärning än oxy-fuel, kan plasmaskärning fortfarande vara mycket dyrt. Om utrustningen inte fungerar kan det bli kostsamt att hitta och byta ut elektroder. Dessutom kan du behöva betala för en professionell gasförsörjning. Att tillverka den nödvändiga plasmablandningen kan vara oerhört utmanande utan specialutrustning till hands.
• Värmen från proceduren skadar och försämrar arbetsstyckets yta.
• För extremt tjocka plattor av kolstål behövs stor kraft.