PODSTAWOWE INFORMACJE

PROCES CIĘCIA GAZOWEGO

Spośród omawianych tutaj procesów proces cięcia gazowego jest najstarszym i najczęściej stosowany. Najlepiej nadaje się do cięcia stali węglowych, stali niskostopowych i tytanu. Proces ten nie nadaje się do cięcia metali nieżelaznych takich jak aluminium, stale nierdzewne, stopy niklu, mosiądz czy miedź. Grubość materiału, który można ciąć waha się od 3mm do 300mm przy użyciu standardowego sprzętu. Przy zastosowaniu specjalistycznego sprzętu zakres można zwiększyć do 3000mm.

Stosowane gazy różnią się stosunkiem wydajności do kosztów. Acetylen wytwarza najgorętszy płomień o temp. 3160 °C. Inne gazy to MAPP - 2976 °C, propylen (LPG) - 2896 °C, propan - 2828 °C, gaz ziemny - 2770 °C. Niższe temperatury gazu tnącego przekładają się na dłuższe czasy przebijania, wolniejsze czasy przesuwu i większe strefy wpływu ciepła (SWC). Zanim zdecydujesz się na wybór gazu, pamiętaj o odpowiednim stosunku tlenu do gazu w celu uzyskania pożądanej wydajności cięcia. Ponadto na wybór mogą wpływać kwestie związane z dostawą, przechowywaniem lub bezpieczeństwem gazu. Cięcie odbywa się za pomocą palnika wyposażonego w dyszę o odpowiednim rozmiarze. Gaz i tlen są podawane do palnika pod regulowanym ciśnieniem, podgrzewając wstępnie materiał do temperatury od 700°C do 900°C. Materiał powinien mieć kolor jasno czerwony, ale nie żółty. Jest to tzw. temperatura rozpalania. Wprowadzenie głównego strumienia tlenu powoduje reakcję egzotermiczną, stal utlenia się (powstaje żużel) i jest wydmuchiwana przez obrabiany przedmiot. Zaleca się używanie systemu CNC w celu uzyskania optymalnego wykończenia profilu cięcia i powtarzalności. Materiał powinien być w miarę możliwości wolny od rdzy i innych zanieczyszczeń. Prawidłowy rozmiar dyszy, ciśnienie robocze gazów, kształt płomienia, odległość dyszy palnika od przedmiotu obrabianego i prędkość przesuwu palnika powinny być sprawdzone i przetestowane przed uruchomieniem produkcji.

Zmechanizowane systemy tnące nadają się do stosowania w przemyśle ciężkim, przy obróbce stali, w stoczniach. Ręczne cięcie i żłobienie tlenem jest stosowane w wyżej wymienionych gałęziach przemysłu oraz przy cięciu złomu, demontażu / likwidacji instalacji technologicznych i statków.

PROCES CIĘCIA ŁUKIEM PLAZMOWYM

Proces cięcia łukiem plazmowym jest najbardziej wszechstronny z trzech analizowanych tutaj procesów. Nadaje się do cięcia wszystkich materiałów przewodzących prąd elektryczny takich jak najczęściej używane: stale węglowe, stale niskostopowe, aluminium, stale nierdzewne, stopy niklu i miedź o różnych grubościach od 0,5 mm do ponad 150 mm.

Cięcie łukiem plazmowym jest szybsze niż cięcie tlenem dla podobnego materiału / grubości. Łuk plazmowy ma tę zaletę, że nie rozpoznaje szczelin powietrznych, co umożliwia układanie materiałów w stosy. Również elementy laminowane, powlekane ogniowo, galwanizowane, malowane, skorodowane i znacznie pokryte zgorzeliną walcowniczą można ciąć bez większych problemów, pod warunkiem, że są dobrze uziemione.

Cięcie łukiem plazmowym wymaga źródła zasilania łuku plazmowego, palnika i zasilania gazem. Najpopularniejsze źródła zasilania łuku plazmowego mają zakres od 30 A do 800 A, palnik podłączony do źródła gazu. Systemy cięcia plazmowego są podzielone na dwie główne kategorie, jednogazowe lub wielogazowe. Systemy jednogazowe są zwykle tańsze w zakupie, ale nadal zapewniają akceptowalne wykończenie materiałów, takich jak stal węglowa i stale niskostopowe. Bardziej zaawansowane systemy wielogazowe nadają się do cięcia wszystkich elementów przewodzących prąd elektryczny dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów eksploatacyjnych i kombinacji gazów. Stosowane gazy w systemach jednogazowych to na ogół czyste, suche i sprężone powietrze lub azot. Gazy stosowane w systemach wielogazowych mogą być kombinacją sprężonego powietrza, tlenu, azotu, argonu i wodoru.

Łuk plazmowy jest generowany z wnętrza palnika. Gaz pod wysokim ciśnieniem jest przepuszczany przez dyszę z otworem o małej średnicy. Łuk elektryczny, który jest generowany przez zasilacz łuku plazmowego, jest następnie przepuszczany przez strumień gazu o wysokim ciśnieniu wytwarzający strumień plazmy o temperaturze wynoszącej około 20 000 °C. Temperaturę tę można przekroczyć przez zastosowanie kombinacji wielu gazów. Strumień plazmy szybko przebija się przez materiał, z którego zdmuchiwany jest stopiony metal.

Podobnie jak w przypadku systemów CNC cięcia gazowego, łuk plazmowy wymaga ustawienia poprawnych parametrów do prawidłowego działania, natężenia prądu, rodzaju/ciśnienia gazu, materiałów eksploatacyjnych - rozmiaru dyszy/elektrody, odległości palnika od przedmiotu obrabianego, prędkości przesuwu palnika - wszystko to wpływa na stan końcowy produktu.

Ręczne systemy łuku plazmowego mają dodatkową funkcjonalność. Możliwość przenoszenia umożliwia ich stosowanie w różnych miejscach i warunkach. Systemy te mogą być używane w połączeniu z przenośnymi wózkami silnikowymi/CNC. Ponadto ręczne systemy łuku plazmowego są preferowane ze względu na ich zdolność do żłobienia, szybkie, ekonomiczne usuwanie materiału z mniejszym wpływem wprowadzanego ciepła.

Zmechanizowane systemy tnące nadają się do stosowania zarówno w przemyśle lekkim jak i ciężkim, przy obróbce stali, w stoczniach. Ręczne cięcie i żłobienie plazmowe jest stosowane w powyższych branżach oraz przy cięciu złomu, demontażu/likwidacji instalacji technologicznych i statków.

LASER MOŻE CIĄĆ WSZYSTKO

Proces cięcia laserowego jest najnowszym z trzech analizowanych procesów. Cięcie laserowe odnotowało niezwykły rozwój w zakresie generowania i dostarczania wiązki laserowej. Wiązka laserowa wykorzystywana obecnie w branży cięcia metali wyewoluowała z procesu znanego już na początku lat 70-tych XX wieku. Opracowano wówczas strumień lasera tlenowego głównie do cięcia tytanu w przemyśle lotniczym. Od tego czasu lasery gazowe CO2 stały się najpopularniejszymi systemami ciecia na świecie. Dalszy rozwój zaowocował procesem cięcia laserem światłowodowym, który jest najbardziej zaawansowaną formą cięcia i jest obecnie uważany za najlepszy.

Moc cięcia laserowego metali ogromnie wzrosła z biegiem czasu, od 300 W do cięcia stali węglowej o grubości 1,0 mm do 20 000 W do cięcia stali węglowej o grubości 50 mm. 12 000 W jest uznawane za standard wysokiej klasy przy cięciu stali węglowej o grubości 25 mm. Spośród trzech omawianych procesów cięcia termicznego, laser jest najdokładniejszym z nich. Przetnie materiał o grubości kilku mikronów w górę, wszystkie metale, w tym stal cynkowaną ogniowo i galwanizowaną, chociaż istnieje ograniczenie wynikające z grubości ciętego materiału.

Gdy wszystkie parametry są dobrane prawidłowo, wyprofilowane części wymagają najmniejszej ilości dodatkowych operacji, czyli szlifowania lub wykańczania. Wszystkie systemy laserowe działają najlepiej w czystym otoczeniu produkcyjnym. Spawanie, szlifowanie i inne zanieczyszczenia unoszące się w powietrzu mogą wpływać na jakość cięcia i trwałość systemu. Materiały przeznaczone do cięcia muszą być czyste i wolne od zanieczyszczeń powierzchniowych. W celu zapobiegania przywieraniu mikro-prysków można użyć preparatów antyodpryskowych do zabezpieczenia powierzchni materiału.

Wiązka laserowa jest generowana jedną z trzech metod: na ciele stałym – lasery dyskowe, za pomocą gazu CO2 – lasery gazowe lub Fiber – lasery światłowodowe. Systemy oparte na laserach światłowodowych są najbardziej zaawansowane. Wiązka lasera jest transportowana do głowicy przez włókno światłowodowe. Zaletą tej metody jest stała długość ścieżki wiązki laserowej. Eliminuje się w ten sposób kosztowne przestoje związane z resetowaniem i regulacją urządzeń do przenoszenia wiązki. Gazy używane do cięcia laserowego to tlen i azot. Podczas cięcia stali węglowej z tlenem jako gazem pomocniczym zachodzi egzotermiczna reakcja podobna do procesu cięcia tlenowo, w którym gaz wydmuchuje żużel przez obrabiany przedmiot. Azot jest używany do cięcia aluminium, stali nierdzewnych, stopów niklu, tytanu i miedzi. Azot może być również używany jako gaz pomocniczy podczas cięcia stali węglowych i niskostopowych, aby uzyskać lepsze wykończenie i zminimalizować obróbkę końcową.

Systemy cięcia laserowego wymagają znacznych inwestycji. Aby umożliwić szybszy zwrot nakładów, systemy laserowe można wdrażać na zasadzie „Lights out”, czyli tam, gdzie wysoce zautomatyzowane jednostki produkcyjne działają całkowicie bezobsługowo w ciągu nocy lub przy niewielkiej liczbie pracowników gotowych na wypadek awarii. Chociaż koszty energii mogą być dość wysokie, jest to częściowo równoważone niskim kosztem materiałów eksploatacyjnych.