Cięcie termiczne

Cięcie laserowe

LASER CUTTING

Cięcie laserowe jest procesem, w który w energia wiązki promieniowania elektromagnetycznego powoduje miejscowe stapianie i odparowanie ubytku materiału ze szczeliny cięcia. Podczas operacji cięcia laserowego stosuje się gaz reaktywny lub obojętny o dużej czystości, którego zadaniem jest wydmuchanie ciekłego materiału z miejsca cięcia oraz utrzymanie stałych parametrów cięcia. Wyróżnia się trzy metody cięcia laserowego i są nimi:

  • cięcie przez wytapianie szczeliny – lokalnie roztopiony materiał zostaje wydmuchany przez doprowadzony do szczeliny cięcia obojętny gaz, którym najczęściej jest azot;
  • cięcie przez spalanie – do szczeliny cięcia doprowadzony jest tlen (lub mieszanka gazów zawierzająca tlen), który dodatkowo oddziałuje na materiał rozgrzany przez promień lasera do temperatury zapłonu, materiał spala się w strumieniu tlenu, co znacznie przyspiesza proces cięcia laserowego;
  • cięcie sublimacyjne – materiał w obszarze cięcia ulega odparowaniu w atmosferze gazu obojętnego; metoda ta umożliwia cięcie materiału do grubości zbliżonej średnicy strumienia;

Zalety cięcia laserowego

  • duża dokładność cięcia
  • duża prędkość cięcia
  • minimalne odkształcenia cieplne
  • wąska szczelina cieplna
  • dobra jakość krawędzi
  • prostopadłość krawędzi
  • czysta powierzchnia cięcia

Wady cięcia laserowego

  • proces energochłonny
  • wysoki koszt inwestycyjny
  • ograniczenia grubość ciętego materiału

Charakterystyka cięcia laserowego:

  • obróbka 3-osiowa
  • max. wymiary przedmiotu ciętego (szer./dł.): 1500/3000 mm
  • max. grubość ciętego materiału: 20 mm (stal)
  • max. grubość ciętego materiału: 10 mm (aluminium)
  • max. grubość ciętego materiału: 15 mm (stal nierdzewna)

Cięcie plazmowe

PLASMA CUTTING

Cięcie łukiem plazmowym jest procesem polegającym na stapianiu i wyrzuceniu metalu ze szczeliny cięcia poprzez silnie skoncentrowany plazmowy łuk elektryczny. Łuk ten powstaje między elektrodą nietopliwą a ciętym materiałem i jest to silnie zjonizowany gaz plazmowy o dużej energii kinetycznej. Gaz ten przemieszcza się z dyszy plazmowej w kierunku szczeliny cięcia i może osiągać prędkość bliską prędkości dźwięku, a temperatura strumienia plazmy dochodzi do 30 000 K. Gaz ochronny zapobiega dostawaniu się powietrza w obszar cięcia a także chłodzi szczelinę cięcia zmniejszając odkształcenia cieplne materiału. Zwiększenie prędkości cięcia przy tych samych parametrach prądowych jest możliwe poprzez zastosowanie palnika tnącego z dodatkowym zawężeniem łuku plazmowego gazem ochronnym, które zwiększa stopień zawężenia plazmy i podnosi jej temperaturę. Temperatura jaki i prędkość wypływu strumienia plazmy zależą m.in. od natężenia prądu, średnicy i kształtu dyszy, rodzaju gazu plazmowego i jego ciśnienia. Cięcie plazmowe jest modyfikacją procesu spawania plazmowego przy użyciu elektrody nietopliwej.

Metoda cięcia łukiem plazmowym umożliwia obróbkę wszystkich materiałów konstrukcyjnych przewodzących prąd elektryczny. Możliwe jest również cięcie materiałów niemetalicznych dzięki zastosowaniu palnika plazmowego o łuku nieżelaznym.

Podstawowymi elementami urządzeń przeznaczonych do cięcia plazmowego jest zasilacz prądu stałego, obwód zajarzenia łuku oraz palnik plazmowy. Napięcie obwodu otwartego wynosi 240 ÷ 400V DC. Zasilacz odpowiedzialny jest za dostarczanie wymaganej ilości energii niezbędnej do utrzymania jarzącego się łuku elektrycznego. Generator wysokich częstotliwości umożliwia zajarzenie łuku plazmowego. Generator ten wytwarza napięcie prądu przemiennego do 10 000V przy częstotliwości sięgającej 2MHz. Napięcie to jonizując gaz tworzy łuk plazmowy. Palnik składa się m.in. z dyszy i elektrody, które są odpowiedzialne za zawężanie i utrzymywanie łuku plazmowego.

Grubość elementów ciętych plazmowo zależy od rodzaju materiału, a ten z kolei decyduje o zastosowanym gazie plazmowym. Głównie jako gaz plazmowy używa się tlenu, powietrza, azotu, argonu oraz mieszanek argonu z wodorem i azotu z wodorem. Rodzaj gazu ochronnego także zależy od rodzaju ciętego materiału i może nim być powietrze, tlen lub azot. Dysze plazmowe dobierane są do mocy łuku plazmowego i wymaganej szczeliny cięcia. Wraz ze zmniejszeniem średnicy dyszy uzyskuje się większą prędkość cięcia oraz zmniejszenie szerokości szczeliny lecz jej trwałość znacznie się pogarsza. Duży wpływ na trwałość dyszy ma również liczba ponownych zajarzeń i wygaszeń łuku elektrycznego oraz natężenie prądu.

Zalety cięcia plazmowego

  • wysoka prędkość cięcia
  • materiał nie wymaga podgrzewania (cięcie rozpoczyna się natychmiast)
  • wąska strefa wpływu ciepła, małe odkształcenia cieplne
  • mała szczelina cięcia
  • dobra jakość powierzchni cięcia
  • zakres grubości materiałów ciętych od 0,5 do 160 mm
  • niższa cena w porównaniu z przecinarkami laserowymi
  • możliwość cięcia ręcznego, zmechanizowanego i zrobotyzowanego

Wady cięcia plazmowego

  • wysoki poziom hałasu
  • zagrożenie porażenia prądem
  • silne promieniowanie świetle łuku elektrycznego
  • trudności w utrzymaniu prostopadłości krawędzi
  • duża ilość gazów i dymów

Technologie cięcia wg konstrukcji palnika plazmowego

Palnik z dodatkowym zawężeniem łuku gazem ochronnym

  • zawężenie oraz podwyższenie temperatury łuku plazmowego
  • zwiększona prędkość cięcia
  • gaz plazmowy: Ar + H2 lub Ar + N2
  • gaz ochronny: powietrze lub tlen (stal), azot (stal nierdzewna i aluminium)

Palnik z dodatkową kurtyną wodną

  • szybsze chłodzenie ciętych krawędzi
  • zmniejszenie poziomu hałasu
  • zmniejszenie ilości zanieczyszczeń

Palnik z zawirowaniem gazu plazmowego i zawężeniem łuku

  • jeszcze większe zawężenie łuku plazmowego
  • wzrost temperatury do 30 000K
  • poprawa trwałości dyszy
  • poprawa jakości i prędkości cięcia

Palnik z wielokrotnym zawężeniem łuku plazmowego

  • mała średnica wiązki
  • większa gęstość mocy łuku
  • węższa szczelina cięcia
  • dokładność cięcia ±0,1mm
  • uzyskana jakość nieco gorsza od cięcia laserowego

Charakterystyka cięcia plazmowego:

  • obróbka 3-osiowa
  • max. wymiary przedmiotu ciętego (szer./dł.): 4000/12000 mm
  • max. grubość ciętego materiału: 30 mm (stal)
  • max. grubość ciętego materiału: 25 mm (aluminium)
  • max. grubość ciętego materiału: 25 mm (stal nierdzewna)

Cięcie tlenowe

OXYGEN CUTTING

Cięcie tlenem (cięcie gazowe) możliwe jest jedynie metali o osnowie żelaza – stal konstrukcyjna niskowęglowa i niskostopowa. Proces ten polega na doprowadzeniu obszaru cięcia do temperatury zapłonu, powyżej której następują reakcje egzotermiczna tlenu z żelazem. Podgrzewanie obszaru cięcia do temperatury topnienia umożliwia spalanie gazu palnego – acetylenu, propanu, propylenu, czy gazu ziemnego. Strumień tlenu utlenia i nadtapia pogrzany materiał na całej jego grubości, a ciekły metal i produkty reakcji utleniania wyrzucane są ze szczeliny cięcia. Ciągły proces cięcia tlenem zapewnia przesuwanie palnika wzdłuż linii cięcia tak aby umożliwić ciągłe usuwanie wąskiej warstewki metalu na całej grubości ciętego przedmiotu. Szerokość szczeliny cięcia jest zależna od grubości materiału i wzrasta wraz ze wzrostem grubości ciętej blachy. Czynnikiem krytycznym procesu cięcia jest czystość (powyżej 99,5%) tlenu tnącego. Gaz ten decyduje o sprawności i jakości procesu cięcia.

Zalety cięcia tlenowego

  • możliwość cięcia materiału o grubości od 3 mm do 2000 mm
  • duża wydajność cięcia
  • dokładność do ±0,5 mm
  • prostopadłość krawędzi
  • ekonomiczna metoda cięcia metali

Wady cięcia tlenowego

  • duże odkształcenia cieplne materiału
  • czasochłonne przebijanie materiału
  • brak możliwości cięcia metali kolorowych i stali nierdzewnej
  • duża ilość zgorzeliny

Charakterystyka cięcia tlenowego:

  • obróbka 3-osiowa
  • max. wymiary przedmiotu ciętego (szer./dł.): 4000/12000 mm
  • max. grubość ciętego materiału: 400 mm (stal)