Quy trình cắt và khoét plasma
Xác định những điều cơ bản
Cắt hồ quang plasma có thể không được biết đến hoặc sử dụng rộng rãi như cắt hồ quang plasma, nhưng hai quy trình này có nhiều đặc điểm: dễ sử dụng, tốc độ và chất lượng cắt, chi phí vận hành và tính linh hoạt.
Hãy so sánh quy trình cắt và khoét plasma cũng như xem xét các công nghệ cắt cạnh cạnh tranh. Chúng ta sẽ xem xét những kiến thức cơ bản về thiết bị được sử dụng trong việc cắt hồ quang plasma, cũng như những phát triển trong công nghệ cắt lỗ cho các hệ thống hồ quang plasma thủ công và các ứng dụng phù hợp với việc cắt hồ quang plasma.
Quá trình khoét lỗ
Cắt hồ quang plasma là một trong bốn phương pháp cắt phổ biến. Những cái khác là cắt hồ quang carbon cơ học, nhiên liệu oxy và không khí.
Cắt cơ khí. Các phương pháp khoét lỗ cơ học—mài, phay thủ công, định tuyến và sứt mẻ—được sử dụng rộng rãi. Những phương pháp này phù hợp với các cửa hàng gia công kim loại, nhưng chúng thường chậm và thường ồn ào.
Cắt Oxy Fuel. Cắt bằng khí oxy là một phương pháp nhiệt hoặc hóa học thông thường và là một biến thể của hàn và cắt bằng khí oxy. Thép được nung nóng đến nhiệt độ đánh lửa bằng khí nhiên liệu, sau đó được đốt cháy nhanh chóng và loại bỏ khỏi bề mặt bằng một luồng khí oxy.
Cắt bằng oxy Fuel cung cấp mức độ tiếng ồn thấp, tính di động và tốc độ cao hơn khi so sánh với các phương pháp cơ học. Nó có thể thiếu khả năng kiểm soát chính xác đối với chất lượng lỗ khoét và tốc độ chậm hơn khi so sánh với việc cắt lỗ hồ quang carbon. Ngoài ra, vì quá trình này phụ thuộc vào quá trình đốt cháy nên việc sử dụng nó chỉ giới hạn ở thép carbon.
Air Carbon Arc Gouging. Trong quy trình hồ quang carbon không khí, hồ quang điện được tạo ra giữa đầu điện cực carbon và phôi kim loại. Một luồng không khí được hướng xung quanh đầu để loại bỏ kim loại nóng chảy khỏi khu vực, tạo thành rãnh.
Cắt hồ quang carbon không khí có thể được sử dụng trên thép nhẹ, gang, hợp kim niken, đồng và nhôm. Đó là một quy trình có thể dễ học và có tỷ lệ loại bỏ kim loại cao. Nó cũng có thể là một quá trình ồn ào tạo ra quá nhiều khói và khói. Chất lượng của lỗ khoét có thể khó kiểm soát và cặn carbon hoặc tạp chất có thể được thêm vào kim loại cơ bản.
Cắt hồ quang plasma. Với thực tế, người vận hành có thể đạt được một đường rãnh trơn tru, sạch sẽ, nhất quán với hồ quang cắt plasma. Quá trình này tương đối yên tĩnh và không có khói. Nó có thể được sử dụng trên thép nhẹ, thép không gỉ, nhôm và hầu hết mọi hợp kim màu hoặc kim loại màu. Các loại khí khác nhau có thể giúp tối ưu hóa chất lượng lỗ khoét và điều kiện bề mặt.
Cắt plasma cũng có nhược điểm của nó. Chúng bao gồm chi phí ban đầu của một hệ thống cắt plasma, tốc độ loại bỏ kim loại thấp hơn so với cắt bằng hồ quang carbon không khí, và thực hành và kỹ năng cần thiết để thành thạo kỹ thuật.
Cắt hồ quang plasma
Để hiểu rõ hơn về cắt hồ quang plasma, thật hữu ích khi hiểu về cắt hồ quang plasma (PAC). PAC là một quá trình cắt nhiệt sử dụng một tia khí plasma nhiệt độ cao bị nén để làm tan chảy và tách kim loại. Hồ quang plasma được hình thành giữa một điện cực tích điện âm bên trong mỏ hàn và phôi tích điện dương. Nhiệt từ hồ quang được truyền nhanh chóng làm tan chảy kim loại và luồng khí tốc độ cao đẩy vật liệu nóng chảy ra khỏi vết cắt.
Một mỏ cắt hồ quang plasma có bốn thành phần:
- Điện cực mang điện tích âm từ nguồn điện.
- Vòng xoáy quay khí plasma để tạo ra mô hình dòng chảy xoáy.
- Vòi làm hạn chế dòng khí và tăng mật độ năng lượng hồ quang.
- Tấm chắn dẫn dòng khí bảo vệ và bảo vệ vòi phun khỏi kim loại bắn tóe.
 |
| Hình 1 Mỏ cắt hồ quang plasma có bốn thành phần: điện cực, vòng xoáy, vòi phun và tấm chắn. Vòi là 0,060 in., để cắt 100-amp. |
Mục tiêu của PAC là tạo ra vết cắt hẹp, cạnh cắt thẳng và ít cặn bẩn nhất. Các bộ phận của mỏ hàn được thiết kế để hạn chế hồ quang thành một cột hẹp, ổn định với đủ năng lượng nhiệt và động lượng để xuyên qua phôi và đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi đáy vết cắt. Hình 1 minh họa hồ quang bị hạn chế cao với kích thước vòi phun là 0,060 inch để cắt 100-amp.
Cắt lỗ hồ quang plasma là một biến thể của PAC trong đó vật liệu từ bề mặt của tấm, vật đúc, cụm hàn hoặc phôi kim loại khác được nấu chảy và loại bỏ để tạo thành lỗ khoét hoặc rãnh. Hồ quang cắt plasma ít bị hạn chế hơn so với hồ quang cắt. Mục tiêu của cắt hồ quang plasma là tối đa hóa khối lượng loại bỏ kim loại. Vì lý do này, các bộ phận của mỏ hàn được sử dụng trong khoét lỗ được thiết kế để tạo ra một vòng cung rộng hơn và mềm hơn. Hình 2 cho thấy một ngọn đuốc plasma với các bộ phận khoét lỗ.
Thiết bị cắt hồ quang plasma
Thiết bị cắt hồ quang plasma tương tự như thiết bị cắt hồ quang plasma; nó bao gồm một nguồn điện, một nguồn cung cấp khí đốt, dây dẫn của mỏ hàn, một mỏ hàn và vật tư tiêu hao. Có sẵn các vật tư tiêu hao và phụ kiện khoét lỗ đặc biệt.
 |
| Đèn khò plasma với các bộ phận khoét lỗ có vòi phun lớn hơn, 0,098 in. để khoét lỗ 100-amp |
Nguồn điện. Bộ nguồn cắt và cắt plasma là hệ thống dòng điện một chiều điện cực âm (DCEN) với điện áp mạch hở cao. Trong 20 năm qua, các bộ nguồn PAC đã phát triển từ các bộ điều khiển lớn dựa trên công nghệ chỉnh lưu, đến các bộ kết hợp biến tần và bóng bán dẫn chuyển mạch, hoặc công nghệ chopper, đến các bộ biến tần và bộ biến tần tăng áp đáng tin cậy, có kích thước và trọng lượng nhỏ. Các bộ cấp nguồn mới nhất sử dụng các thiết bị được điều khiển bằng bộ vi xử lý cho phép chúng sử dụng nhiều điện áp đầu vào, chịu được sự thay đổi của điện áp đường dây, tiêu thụ ít điện năng hơn và tạo ra các đường cắt và lỗ khoét chất lượng cao.
khí. Có thể sử dụng nhiều loại khí plasma và khí bảo vệ để cắt plasma, bao gồm không khí, nitơ, oxy, argon/hydro và các loại khí hỗn hợp khác, miễn là hệ thống được thiết kế để sử dụng an toàn. Điều quan trọng là phải kiểm tra hướng dẫn vận hành của hệ thống trước khi sử dụng các loại khí đặc biệt.
 |
| Hình 3 Hầu hết các nhà sản xuất mỏ cắt plasma đều cung cấp các phụ kiện như bộ bảo vệ dây dẫn bằng da này, được thiết kế để ngăn tia lửa điện làm hỏng dây dẫn. |
Khí plasma argon/hydro có thể tạo ra một vết rạch sạch, sáng, mịn trên nhôm và thép không gỉ. Plasma nitơ kéo dài tuổi thọ của các bộ phận và tạo ra chất lượng chấp nhận được trên thép mềm và thép không gỉ. Air plasma cung cấp chi phí vận hành thấp nhất và chất lượng chấp nhận được trên thép nhẹ, không gỉ và nhôm.
Đuốc. Các mỏ hàn plasma không khí thủ công ngày nay có thể cung cấp khả năng làm mát tốt, khả năng cắt cao, tuổi thọ vật tư tiêu hao dài và chất lượng cắt ổn định. Các tính năng này cho phép cắt vật liệu dày hơn ở tốc độ nhanh và cải thiện hiệu suất khoét lỗ.
Vật tư tiêu hao và Phụ kiện. Nhiều hệ thống PAC được bán ngày nay có thể được sử dụng để cắt lỗ mà không cần sửa đổi hoặc thêm chi phí. Các bộ phận khoét lỗ thường được bao gồm trong bộ khởi động được bán cùng với máy hoặc có sẵn thông qua nhà phân phối. Các biểu đồ cắt đặc biệt hoặc hướng dẫn trong sách hướng dẫn vận hành giải thích các thông số an toàn, các bộ phận và vận hành cho việc cắt lỗ. Hầu hết các nhà sản xuất đều cung cấp các phụ kiện được thiết kế đặc biệt để khoét lỗ, chẳng hạn như tấm chắn nhiệt bằng kim loại để bao quanh và bảo vệ tay của người vận hành và bộ phận bảo vệ dây dẫn bằng da (xem Hình 3 ).
Kỹ thuật đục lỗ
Người vận hành sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để đạt được các cấu hình và kích thước lỗ khoét khác nhau. Nói chung, mỏ hàn nghiêng một góc 40 đến 60 độ so với phôi gia công khi hồ quang dẫn hướng được hình thành và hồ quang chuyển sang tấm. Sau đó, người vận hành đưa hồ quang vào rãnh, di chuyển ngọn đuốc dọc theo tấm theo chuyển động tịnh tiến. Góc dốc hơn và tốc độ chậm hơn làm cho hồ quang thâm nhập sâu hơn vào phôi. Các góc nhỏ hơn và tốc độ nhanh hơn sẽ loại bỏ ít vật liệu hơn và tạo ra một rãnh nông hơn. Hình 4 cho thấy một số cấu hình khoét lỗ có thể thực hiện được.
 |
| Hình 4 Một số cấu hình lỗ cắt có thể thu được bằng cách thay đổi các thông số quy trình về tốc độ, góc mỏ hàn và điểm dừng. |
Ba kỹ thuật khác nhau được minh họa trong Hình 5 :
- rãnh thẳng
- rãnh bên
- dệt gouge
Một rãnh thẳng một lần tạo ra một rãnh hình parabol tương đối hẹp. Để khoét các phần rộng hơn và sâu hơn, có thể sử dụng cách dệt hoặc khoét bên.
Các ứng dụng
Cắt plasma được phát triển như một công cụ để loại bỏ mối hàn và chuẩn bị mối hàn. Backgouging được sử dụng để loại bỏ kim loại khỏi mặt trái của mối hàn hồ quang nhằm loại bỏ khuyết tật và cải thiện độ bền. Các khuyết tật của mối hàn như vết nứt, rỗ khí và thiếu nhiệt hạch có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng đèn khò plasma và sau đó sửa chữa bằng mối hàn mới, chắc chắn.
 |
| Hình 5 Thẳng, cạnh và dệt là ba loại kỹ thuật cắt lỗ. |
Ngày nay, cắt hồ quang plasma có nhiều ứng dụng công nghiệp hơn, từ đóng tàu và bảo trì, đến sản xuất và sửa chữa thiết bị hạng nặng, đến sản xuất thân xe tải, xe tăng và kết cấu thép. Cắt plasma loại bỏ phần lưng chắc chắn, vấu nâng, giá đỡ tạm thời, mối hàn đinh và đinh tán. Nó cũng thích hợp cho các hoạt động phá dỡ hoặc trục vớt để tháo rời các kết cấu hàn. Trong các xưởng đúc, nó loại bỏ vật liệu dư thừa khỏi vật đúc. Bất cứ nơi nào cần loại bỏ kim loại thừa, mối hàn thừa hoặc khuyết tật, đều có thể sử dụng máy cắt plasma.
