Technologie řezání kovů plasmou

technologie svařování
Řezání plazmou – 82
doc. Ing. Ivo Hlavatý, PhD., VŠB – TU Ostrava, www.csuostrava.eu
Při řezání plazmovým obloukem se využívá shodné energie jako při svařování plazmovým obloukem s tím rozdílem,
že plazmový paprsek prochází přes celou tloušťku řezaného
materiálu, viz obr. 1 [1].
Metoda tepelného dělení je založena na využití teplotních
a dynamických účinků plazmatu. Mezi elektrodou a řezaným materiálem hoří při současném dodávání plazmového
plynu elektrický oblouk koncentrovaný pomocí chlazené
trysky a fokusačního (ochranného) plynu, případně vody.
Zkoncentrováním elektrického oblouku se výrazně zvýší hustota výkonu. Fokusační (ochranný) plyn zároveň obklopuje
plazmový elektrický oblouk a chrání vytvářené řezné hrany
před vlivy okolní atmosféry. Řezaný materiál je taven a odpařován, tavenina a oxidy jsou vyfukovány z místa řezu plazmovým plynem. V případě použití kyslíku jako plazmového
plynu je materiál rovněž spalován a reakce mezi materiálem
a kyslíkem přispívá k vytváření řezné spáry [2].
Nové progresivní typy plazmových zařízení mají za cíl zvýšit
výkon, respektive tloušťku řezaného materiálu s požadovanou kvalitou řezné plochy.
V plazmovém hořáku dochází k přeměně elektrické energie na tepelnou energii usměrněného proudu plazmatu.
Důležitým parametrem plazmového hořáku je stabilizace
elektrického oblouku. Podle druhu použitého stabilizačního
média se plazmové hořáky (viz obr. 2) dělí na plazmové
hořáky s plynovou stabilizací a plazmové hořáky s vodní
stabilizací.
Obr. 2: Plazmové hořáky s plynovou a vodní stabilizací:
Obr. 1: Princip řezání plazmovým obloukem (82) [5]
Díky vysokému tepelnému výkonu plazmového oblouku
lze plazmovým obloukem řezat materiály o tloušťkách uvedených v tab. 1. Tloušťky řezatelných materiálů jsou závislé
na typu zařízení pro řezání, zda se jedná o plazmy standardní
nebo tzv. vysokovýkonné plazmy HD. V tabulce 2 jsou uvedené rychlosti řezání plazmovým obloukem.
Max. tloušťky
standardní
HD
Dělicí řezy
80 mm
150 mm
Kvalitní řezy
50 mm
120 mm
Tab. 1: Maximální řezatelné tloušťky konstrukčních ocelí, vysokolegovaných materiálů, hliníku standardní plazmou a plazmou HD
Max. tloušťky
Rychlost řezání
5 mm
7 000 mm·min-1
20 mm
2 000 mm·min-1
50 mm
400 mm·min-1
Tab. 2: Maximální rychlosti řezání plazmovým obloukem
8/
a) s transferovým obloukem, b) s plynovou stabilizací s netransferovým obloukem, c) s vodní stabilizací (1 – těleso hořáku, 2 – katoda,
3 – přívod plynu (argon), 4 – chlazení hořáku, 5 – paprsek plazmatu, 6 – obrobek, 7 – přívod vody) [3]
Pro řezání plazmovým obloukem lze použít plazmové
hořáky s plynovou stabilizací (obr. 2a a 2b). Pro vyšší výkon
a vyšší kvalitu řezu se používají hořáky s vodní stabilizací.
Řezací tryska plazmového hořáku s vodní stabilizací má
přídavné kanálky, kterými se přivádí voda do plazmového hořáku. Tyto hořáky se používají pro řezání ocelí a neželezných
kovů a k nanášení povlaků. Výhodou je možnost řezat pod
vodou, čímž se snižuje hlučnost, prašnost a vliv UV záření na
obsluhu.
Modifikací plazmového hořáku s vodní stabilizací je
tzv. dusíková plazma (obr. 3). Kombinace dusíku s injekčním
přívodem vody umožňuje řezání velkých tlouštěk vysokolegovaných ocelí. Konstrukčním uspořádáním hořáku se k okrajovým vrstvám plazmového paprsku tangenciálně přivádí voda.
Vytváří se vodní vír, který ochlazuje vnější vrstvy plazmy disociací vody a dochází tak k zúžení paprsku a zvýšení teploty.
Zlepší se tak kvalita řezných ploch, jejich kolmost a zvyšuje
se i řezná rychlost [4].
HD – Hy Definition plazma patří k posledním vývojovým
stupňům plazmového řezání. V principu se jedná o velmi
SVĚT SVARU 2/2014
technologie svařování
intenzivní zúžení plazmového paprsku odvedením vnějšího
chladnějšího obalu plazmy z hořáku vycházející plazmový
paprsek má až trojnásobné zvýšení hustoty energie při současném zvýšení teploty a výstupní rychlosti. Výsledkem je poloviční zúžení řezné spáry, zvýšení řezné rychlosti a dosažení
kolmosti řezných ploch bez otřepů na spodní hraně plechu.
Při použití vysoce čistého kyslíku jako plazmového plynu
se dosáhne u nelegovaných ocelí kvality řezu srovnatelné
s řezání laserem. HD plazma je velmi vhodná alternativa za
řezání laserem s nižšími pořizovacími i provozními náklady.
Obr. 6: Ruční plazmové
Obr. 7: Plazmové řezání
řezání [7]
pod vodou [7]
Díky vysoké přesnosti vlastního procesu řezání plazmovým obloukem, je tato technologie tepelného dělení mechanizována, viz obr. 5. Na obr. 6 je patrný způsob ručního řezání
plazmovým obloukem. Metoda řezání pod vodou je znázorněna na obr. 7. Plazmové technologie HD vykazují kvalitu řezu
srovnatelnou s řezem provedeným laserem (obr. 8).
Obr. 3: Hořák dusíkové plazmy s vodní stabilizací [4]
K moderním plazmovým zdrojům patří plazmové zdroje
s vysokou hustotou oblouku, viz obr. 4 [1].
Obr. 8: Ukázky řezaných ploch plazmovým obloukem HD [6]
Literatura:
Obr. 4: Řezání plazmovým obloukem s vysokou hustotou
oblouku [1]
Obr. 5: Zařízení pro mechanizované řezání plazmou [8]
SVĚT SVARU 2/2014
1. KOLAŘÍK, L. Speciální metody svařování. Praha: ČVUT
Praha, Fakulta strojní. 2010. 279 s.
2. Arcraft plasma equipments (India) pvt. ltd. [online].
Aktualizace 7. 4. 2009. [citováno 25. října 2009].
Dostupné z: <http://www.arcraftplasma.com/welding/
pta.htm>
3. Turňa, M. Špeciálne metódy zvárania. Alfa. Bratislava
1989. 384 s. ISBN 80-05-00097-9
4. Kolektiv autorů. Technologie svařování a zařízení.
ZEROSS Ostrava: 2001. ISBN 80-85771-81-0
5. PLAZMOVÝ ŘEZACÍ SYSTÉM TRANSCUT 300 – Plazmové
řezání s kapalným řezacím médiem © Fronius 02/2006
6. Řezání plazmou a autogenem [online]. Aktualizace
28. 5. 2012. [citováno 25. února 2014].
Dostupné z: <http://www.ferrum-mb.cz/rezani-plazmou-autogenem>
7. Nekonvenční metody obrábění [online]. MMSPEKTRUM.
Aktualizace 8. 10. 2008. [citováno 24. února 2014].
Dostupné z: <http://www.mmspektrum.com/clanek/
nekonvencni-metody-obrabeni-8-dil.html>
8. 3D plazmové řezání a svařování [online]. TOP-STEEL
Bohemia. Aktualizace 16. 8. 2013. [citováno 27. února 2014]. Dostupné z: < http://www.topsteelbohemia.cz/>
/9