9. Nghiên cứu phương pháp cắt hồ quang: Nêu nguyên lý, cấu tạo máy. Ứng dụng trong lĩnh vực nào?

TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP VIỆT-HUNG KHOA CƠ KHÍ - - BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: Nghiên cứu phương pháp cắt hồ quang: Nêu ngun lý, cấu tạo máy Ứng dụng lĩnh vực nào?Lấy ví dụ minh họa (hình ảnh, clip_ nộp mềm ghi CD) Giáo viên: Phí Tuấn Sơn Sinh viên: Dương Đắc Thắng Lớp: K37_ĐHCK MSV: 1300360 Hà Nội: 4-2016 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CẮT HỒ QUANG (Plasma Arc Cutting - PAC) Mục tiêu : Sau học nghiên cứu xong chương này, người nghiên cứu có khả sau - Hiểu khái niệm gia công cắt hồ quang - Hiểu, biết nguyên lý gia công cắt hồ quang - Tường minh dụng cụ thiết bò - Biết tường tận thông số công nghệ - Tường minh phạm vi ứng dụng hướng phát triển I: Khái niệm - Về phương diện vật lý, Plasma chất khí phân hủy ion hóa mạnh, tức hỗn hợp phân tử, nguyên tử, ion điện tử theo tỉ lệ đònh - Một vật chất có trạng thái Plasma động trung bình (W) phần tử hạt lớn ion hóa (U) (bắt đầu) có phân hủy nguyên tử, điện tử tách từ hạt nguyên tử, ion cấu thành, nhỏ 106 eV Plasma trạng thái vật chất thứ tư, hỗn hợp có n thành phần (ion, điện tử phần tử trung tính) - Gia công tia Plasma công nghệ dùng tia Plasma sinh từ hồ quang cháy catod anod (vật gia công đầu phun) tia hồ quang Plasma Cắt Plasma – Plasma cutting q trình để cắt thép kim loại khác độ dày cắt khác sử dụng mỏ cắt plasma Trong phương pháp khí trơ ( khơng khí nén ) thổi qua vòi phun với áp suất ccao, cung thời điểm dòng hồ quang điện truyền qua dòng khí từ vòi phun đến bề mặt vật cắt, chuyển phần khí sang thành Plasma Plasma có nhiệt độ cao làm nóng chảy kim loại vật cắt, khí thổi với áp suất cao đủ để thổi kim loại nóng chảy khỏi mặt cắt - Plasma tập hợp hạt tích điện bao gồm số lượng tương đương ion dương điện tử Chúng có vài đặc tính khí khác với khí có tính dẫn điện tốt” Sự ion hóa khí tạo điện tử tự ion dương ngun tử khí Khi điều xảy ra, khí trở thành dẫn điện với khả mang dòng điện Một ví dụ plasma thấy tự nhiên tượng tia chớp thường hay xảy bầu trời có mưa giơng Giống tia plasma phát từ mỏ plasma, tia chớp phóng từ vị trí sang vị trí khác, hai đám mây tích điện Trong khơng gian hình thành tia chớp, loại khí khơng trung khí ion hóa, trở nên dẫn điện II Ngun Lí gia cơng : - Là phương pháp gia công dùng dòng plasma có nhiệt độ từ 10.000 – 14.0000 C để cắt kim loại cách làm cho nóng chảy cục vò trí vùng áp lực dòng khí đẩy phần kim loại nóng chảy khỏi vò trí Quá trình cắc plasma chia làm phần : + Đầu tiên dòng khí nóng làm nóng chảy xuyên thủng vật liệu + Sau dòng plasma dòch chuyển theo đường dẫn vạch sẵn để cắt vât liệu - Dòng plasma hỗn hợp khí electron tự do, ion dương, nguyên tử phân tử Các loại khí thường dùng để tạo plasma nitrogen, Argon, Hidrogen hay hỗn hợp khí Dòng plasma phát sinh điện cực (Catod) bên vòi phun (thường tungsten) chi tiết gia công (Anod) - Dòng plasma qua dòng nước làm nguội đầu vòi phun thu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vò trí yêu cầu Tia plasma đến chi tiết gia công có vận tốc cao nhiệt độ cực nóng tâm nó, nhiệt độ đủ để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4mm Cắt Plasma quy trình sử dụng miệng đầu phun thích hợp để làm thắt lại luồng khí ion hóa có nhiệt độ cao, cho sử dụng để làm nóng chảy cắt đứt kim loại dẫn điện Khí dẫn điện (plasma) sử dụng để chuyển lượng âm (-) cung cấp nguồn điện từ mỏ plasma đến vật liệu cắt Mỏ plasma đóng vai trò cơng cụ lắp phụ tùng tiêu hao có vai trò cung cấp chất làm mát (khí nước) cho phụ tùng Đầu phun điện cực trì tia plasma Một tín hiệu khởi động gửi tới nguồn cơng suất DC Khi đó, đồng thời xuất điện áp mạch hở (OCV) khí phun mỏ Sau có luồng khí ổn định, mạch tần số cao (HF) kích hoạt HF phóng hồ quang điện cực đầu phun bên mỏ hồ quang làm cho khí thổi qua bị ion hóa Khí dẫn điện tạo nên dòng điện điện cực đầu phun kết hình thành hồ quang mồi (pilot arc) Khi hồ quang mồi tiếp xúc với vật cắt, hồ quang plasma hình thành điện cực vật cắt Hồ quang plasma làm nóng chảy kim loại, luồng khí tốc độ cao thổi kim loại nóng chảy Chọn khí sử dụng cắt Plasma - Các loại khí sử dụng cắt plasma có ưu điểm nhược điểm q trình thực cắt cho thép, thép khơng gỉ nhơm Các loại khí sử dụng cắt Plasma: Khơng khí làm sạch, Oxy, khí ni tơ, hỗn hợp khí Argon – Hidro Cắt plasma sử dụng khơng khí Khí sử dụng phổ biến cắt plasma, cung cấp tốc độ cắt, chất lượng cắt tốt với thép cacbon, thép khơng gỉ nhơm Giá thành thấp lợi sử dụng khơng khí Tuy nhiên trước sử dụng khơng khí phải làm sạch, loại bỏ bụi bẩn, nước Khi sử dụng khơng khí cần phải chọn hệ thống khí nén, lọc thích hợp với u cầu cắt Một vấn đề cắt plasma sử dụng khơng khí ảnh hưởng lên mối hàn đường cắt plasma Đường cắt thường có vùng bị ni tơ hóa, oxy hóa Điều ảnh hưởng đến mối hàn Nó giải tốt sử dụng dây hàn có chứa chất khử nito, oxy Với ưu điểm tốc độ cắt tốt, xỉ ít, tuổi thọ thiết bị tiêu hao trung bình Khơng khí lựa chọn tốt cho cắt plasma xưởng nhỏ Cắt plasma sử dụng khí Oxy Đây lựa chọn hàng đầu nhà máy cắt thép Carbon chúng mang lại chất lượng mối cắt tốt nhât, tốc độ cắt nhanh Oxy tương tác với thép carbon giảm nhiệt độ nóng chảy tạo oxit tạo đường cắt kích thước hạt nóng chảy nhỏ Nhược điểm cắt plasma sử dụng oxy giá thành khí sử dụng cao, tuổi thọ thiết bị tiêu hao thấp Tuy nhiên thực tế người ta thường sử dụng khí nito bắt đầu hồ quang plasma cải thiện tuổi thọ thiết bị tiêu hao ngang với cắt plasma sử dụng khơng khí Chi phí cho khí oxy thiết bị tiêu hao cao, cắt plasma sử dụng khí oxy bù lại với xuất cao chất lượng mối cắt tốt Cắt plasma sử dụng khí ni tơ Phương pháp sử dụng phổ biến q khứ lựa chọn tốt cắt nhơm thép khơng gỉ chất lượng đường cắt tuổi thọ thiết bị tiêu hao Tuy nhiên với nhơm thép khơng gỉ dày 0.5 inch nên chuyển sang sử dụng hỗn hợp khí argon + hidro Bình thường khơng khí sử dụng làm khí bảo vệ Nếu sử dụng CO2 cải thiện phẩn chất lượng tốc độ cắt Nước sử dụng với cắt plasma nito Nước đảm bảm đường cắt nhẵn bóng cắt nhơm, thép khơng gỉ Khi sử dụng với nước cắt plasma nito thường sử dụng bàn cắt nước Cắt plasma sử dụng Argon- Hidro Khi cắt nhơm thép khơng gỉ dày 0.5inch hỗn hợp khí 35% Hidro,65% argon thường sử dụng Hỗn hợp khí cung cấp nhiệt độ cắt plasma cao (với hệ thống plasma 1000Amp có kèm phun nước sử dụng khí argon-hidro cắt thép khơng gỉ dày đến 15cm) Cắt plasma sử dụng argon-hidro cung cấp đường cắt với thép khơng rỉ, Nito thường chọn khí bảo vệ trường hợp Yếu điểm hệ thống chi phí cho thiết bị chi phí vận hành III Dụng cụ thiết bị gia cơng : - Hồ quang Plasma dùng nhiều thiết bò hàn, cắt, tiện: phần xin giới thiệu thiết bò tiên plasma - Quá trình xảy tiện plasma trình toả nhiệt, tức không nung nóng vật liệu cần lấy mà dùng tia plasma cực mạnh mật độ tập trung cao làm nóng chày bề mặt gia công, động đẩy kim loại nóng chảy - Tia Plasma cực mạnh mật độ tập trung cao làm nóng chảy bề mặt gia công, động đẩy lim loại kim loại nóng chảy Dùng chất khí mà động ( Wk =1/2.m.v2) lớn nhiệt độ đònh Hỗn hợp khí argonhidrogen thỏa mãn yêu cầu Quá trình động lực tiện tia Plasma giống tiện bàn tiện thông thường, có điều khác thay dùng dao tiện, dùng đầu phun Plasma - Để tiện nên dùng đầu phun có hồ quang trọng, trường hợp điện cực làm mát nước nối với cực âm nguồn phát điện chiều từ điện cực qua điện cực vòi phun vơí cực dương nguồn phát - Để cho trình ổn đònh phải góc nghiêng vòi phun plasma với mặt phẳng thẳng góc với mặt gia công khoảng 600 Các q trình hồ quang plasma sử dụng mỏ hồ quang đặc biệt cải tiến từ mỏ hàn TIG, hồ quang wolfram định hướng qua ống dẫn khí trơ Ống dẫn bố trí điện cực wolfram kim loại giúp tránh khuyếch tán hồ quang, cho phép tập trung dòng hồ quang vào phạm vi hẹp, làm tăng rõ rệt cấp nhiệt hồ quang, tăng nhiệt độ điện áp hồ quang Hệ thống tạo thành dòng plasma Electrode: Điện cực wonlfram lắp bên ống dẫn khơng chạm vào chi tiết gia cơng Điện cực phân cực âm, bị phân cực dương nhanh chóng bị hư hại Collet: Kẹp kim dùng để giữ cố định điện cực Electrode cap: Chi hàn dùng để giữ kín khí, thay kim hàn cần Welding tip: Đầu phun nơi tập trung khí tạo hồ quang plasma Nozzle: Vòi phun khí bảo vệ cung cấp qua ống ngồi tương tự q trình hàn TIG, bảo vệ vũng hàn xung quanh dòng plasma Handle: Tay cầm cách điện chứa ống dẫn khí, cáp cấp điện, nước làm mát Plasma Gas: Ống dẫn khí cho plasma Shielding gas: Ống dẫn khí bảo vệ Water in: Ống dẫn nước vào Water out: Ống dẫn nước Curent (+)(-): Cáp điện đưa vào đầu mỏ súng hàn IV Các thơng số cơng nghệ : - Các thông số công nghệ tiện tia Plasma : + Tốc độ (Vk) + Tốc độ tiến vòi phun (e) + Cường độ dòng điện (I) + Điện áp (V) + Tốc độ chảy gaz (Vg) + Góc đặt vòi phun - Việc điều chỉnh khoảng cách đầu phun chi tiết gia công quan trọng Kích thước điện cực dùng để gia công vật liệu có bề rộng hay bề dày băng cách điều chỉng thích hợp thông số mức lượng, loại khí, tốc độ phun khí, tốc độ di chuyển đầu phun góc cắt - Bằng thực nghiệm người ta tìm trò số tối ưu với nhiều vật liệu khác Bảng 5.11 cho ta trò số cụ thể - Để biến dạng vạch sẵn điều khiển vòi phun plasma tay , nhiên độ xác không cao Để cải thiện điều người ta cho gắn đầu phun plasma vào tay máy điều khiển chương trình số không tăng độ xác mà tốc độ cắt tăng lên Phương pháp gia công hồ quang plasma cắt kim loại dẫn điện nào, vật liệu thường cắt hồ quang plasma thép cacbon, thép không rỉ nhôm - Ưu điểm cắt hồ quang plasma điều khiển chương trình số tốc độ cao.Tốc độ cắt dọc theo đường dẫn lên đến 0,182 m/s cho miếng nhôm dày 6,35 mm; 0,085 m/s cho miếng thép dày 6,35 mm Tốc độ cắt giảm dần với vật liệu dày Ví dụ tốc độ tối đa cắt miếng nhôm dày 100 mm 0,0085 m/s - Khi sử dụng tia Plasma, biện pháp an toàn lao động công nhân cần thêm qui đònh nghiêm ngặt để đề phòng tai nạn Điện áp không tải nguồn 100- 400 V, điện áp làm việc 80-120 V, có nguy điện giật, cần ý nối đất cách điện tốt, đồng thời tăng cường biện pháp chống nóng chống xạ (tia rơngen, tia hồng ngoại, tia cực tím ) - Cần đặc biệt ý chống ngộ độc, chống nổ gaz Trong trình làm việc có chất nóng độc sinh ra, nên chỗ sản xuất cần ý lắp hệ thống thông mạnh Cũng cần lo việc chống tác dụng tiếng ồn 400 V, điện áp làm việc 80-120 V, có nguy điện giật, cần ý nối đất cách điện tốt, đồng thời tăng cường biện pháp chống nóng chống xạ (tia rơngen, tia hồng ngoại, tia cực tím ) - Cần đặc biệt ý chống ngộ độc, chống nổ gaz Trong trình làm việc có chất nóng độc sinh ra, nên chỗ sản xuất cần ý lắp hệ thống thông mạnh Cũng cần lo việc chống tác dụng tiếng ồn V Phạm vi ứng dụng : - Hầu hết ứng dụng gia công plasma gia công cắt kim loại - Đột lỗ hay gia công cắt dọc theo đường dẫn xác đònh - Có thể gia công tay điều khiển CNC - Có thể gia công kim loại Như : thép cacbon, nhôm, thép không gỉ VI Ứng dụng cắt Plasma máy gia cơng kim loại - Cắt plasma ưa chuộng mang lại hiệu suất cao cơng việc vết cắt đẹp Chúng ta tìm hiểu số loại máy cắt plasma được ứng dụng phổ biến thực tế Ứng dụng cắt plasma máy cắt tay Các máy cắt có kích thước tương đối nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển để cắt trường Ứng dụng cắt plasma máy cắt CNC Được gắn lên máy cắt CNC, mỏ cắt plasma thực cắt hình theo vẽ AutoCAD Ứng dụng sử dụng rộng rãi cơng nghiệp đóng tàu, chế tạo thiết bị, chế tạo kết cấu thép… Sử dụng mỏ cắt plasma máy đột dập Kết hợp tính máy đột dập với mỏ cắt plasma tạo nên thiết bị có tính kép Thơng thường, mũi đột hoạt động tạo thành lỗ xác, mỏ cắt plasma dùng để cắt lỗ kích thước lớn, đường cắt đa hình đường bao chi tiết Sử dụng mỏ cắt plasma với robot Các robot tay máy đa trục chuyển động theo chiều khơng gian Một mỏ cắt plasma gắn tay robot cho phép cắt vật liệu có hình dạng Vì vậy, đảm bảo tính xác cao thao tác cắt Sơ đồ ngun lý phun hồ quang plasma Để tạo nên dòng ion người ta sử dụng phóng điện với khoảng cách lớn hai điện cực Hồ quang cháy rãnhtrụ kín cách điện với điện cực đầu mỏ phun , đồng thời làm nguội mãnh liệt bị ép áp lực dòng khí nén (khí trơ) Nhờ có hệ thống mà nhiệt độ tăng lên Sơ đồ ngun lý phun đắp plasma a/ Sơ đồ ngun lý máy phun đắp plasma b/ Sơ đồ cấu tạo đầu phun plasma 1- Van n−ớc làm mát, - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại, 3,6 - van giảm áp, - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp, 5- Bình chứa khí ổn định , 7- Van, Thiết bị kích thích hồ quang, 9- Đầu cắt đầu phun, 10, 11, 12 cơng tắc, 13 nguồn điện Phạm vi ứng dụng - Gia cơng hồ quang Plasma chủ yếu dùng để cắt kim loại - Đột lỗ hay gia cơng cắt dọc theo đường dẫn xác định - Có thể gia cơng tay điều khiển CNC (khả TĐH cao) Đầu phun plasma: Đầu vòi phun dòng Plasma (Nozzel) làm từ Vonfram (tungsten) (bên vòi) kết hợp với ngun tố khác Cacbon… để tăng tính chịu nhiệt nó, BKMetalx số biện pháp xử lý tăng khả chịu nhiêt, kết hợp với chế độ làm nguội nước đầu vòi phun Plasma sinh Đầu vòi phun đóng vai trò Catot chi tiết gia cơng Anot Như Plasma sinh khoảng cách đầu voi phun chi tiết gia cơng Nó khơng hồn tồn nằm vòi phun Phương pháp Sơ đồ ngun lý gia cơng tia điện tử Sơ đồ ngun lý hàn chùm tia điện tử a- dạng cấp khơng có thiết bị tăng tốc b- dạng cấp có thiết bị tăng tốc điều khiển hướng chùm tia 1-Catốt; 2- Catốt điều khiển chùm tia điện tử , 3- Chùm tia điện tử 4-Màng anơt 5- Buồng chân khơng (khoảng 10-5 - 10-6 mm Hg) 6- Cơ cấu hội tụ chùm tia điện từ trường 7- Cửa quan sát 8- Hệ thống điều khiển hướng chùm tia điện tử từ tr−ờng [...]... VI Ứng dụng cắt Plasma trong các máy gia cơng kim loại - Cắt plasma hiện nay rất được ưa chuộng bởi nó mang lại hiệu suất cao trong cơng việc và vết cắt đẹp Chúng ta có thể tìm hiểu một số loại máy cắt plasma dưới đây được được ứng dụng phổ biến trong thực tế hiện nay Ứng dụng cắt plasma bằng máy cắt tay Các máy cắt này có kích thước tương đối nhỏ gọn, do đó dễ dàng di chuyển để cắt tại hiện trường Ứng. .. trường Ứng dụng cắt plasma bằng máy cắt CNC Được gắn lên máy cắt CNC, mỏ cắt plasma thực hiện cắt các hình bất kỳ theo bản vẽ AutoCAD Ứng dụng này được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp đóng tàu, chế tạo thiết bị, chế tạo kết cấu thép… Sử dụng mỏ cắt plasma trên máy đột dập Kết hợp tính năng của máy đột dập với mỏ cắt plasma tạo nên thiết bị có tính năng kép Thơng thường, mũi đột hoạt động tạo thành... q trình hồ quang plasma sử dụng mỏ hồ quang đặc biệt được cải tiến từ mỏ hàn TIG, trong đó hồ quang wolfram được định hướng qua một ống dẫn khí trơ Ống dẫn này được bố trí giữa điện cực wolfram và kim loại nền giúp tránh được sự khuyếch tán hồ quang, do đó cho phép tập trung dòng hồ quang vào phạm vi hẹp, làm tăng rõ rệt sự cấp nhiệt hồ quang, tăng nhiệt độ và điện áp hồ quang Hệ thống này tạo thành... tăng lên Phương pháp gia công bằng hồ quang plasma có thể cắt được bất cứ kim loại dẫn điện nào, các vật liệu thường cắt bằng hồ quang plasma là thép cacbon, thép không rỉ và nhôm - Ưu điểm của cắt hồ quang plasma điều khiển bằng chương trình số là tốc độ cao.Tốc độ cắt dọc theo một đường dẫn nào có thể lên đến 0,182 m/s cho miếng nhôm dày 6,35 mm; 0,085 m/s cho miếng thép dày 6,35 mm Tốc độ cắt này... lỗ chính xác, trong khi đó mỏ cắt plasma được dùng để cắt các lỗ kích thước lớn, các đường cắt đa hình và các đường bao của chi tiết Sử dụng mỏ cắt plasma với robot Các robot là các tay máy đa trục có thể chuyển động theo 3 chiều khơng gian Một mỏ cắt plasma được gắn trên tay robot cho phép cắt các vật liệu có hình dạng bất kỳ Vì vậy, nó đảm bảo tính chính xác cao trong từng thao tác cắt Sơ đồ ngun... b/ Sơ đồ cấu tạo đầu phun plasma 1- Van n−ớc làm mát, 2 - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại, 3,6 - van giảm áp, 4 - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp, 5- Bình chứa khí ổn định , 7- Van, Thiết bị kích thích hồ quang, 9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 10, 11, 12 các cơng tắc, 13 nguồn điện Phạm vi ứng dụng - Gia cơng bằng hồ quang Plasma chủ yếu dùng để cắt tấm kim loại - Đột lỗ hay gia cơng cắt dọc... cực tím ) - Cần đặc biệt chú ý chống ngộ độc, chống nổ gaz Trong quá trình làm việc có những chất nóng và hơi độc sinh ra, nên chỗ sản xuất cần chú ý lắp hệ thống thông hơi mạnh Cũng cần lo việc chống tác dụng của tiếng ồn V Phạm vi ứng dụng : - Hầu hết ứng dụng của gia công bằng plasma là gia công cắt tấm kim loại - Đột lỗ hay gia công cắt dọc theo những đường dẫn xác đònh - Có thể gia công được... robot cho phép cắt các vật liệu có hình dạng bất kỳ Vì vậy, nó đảm bảo tính chính xác cao trong từng thao tác cắt Sơ đồ ngun lý phun bằng hồ quang plasma Để tạo nên dòng các ion người ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách lớn giữa hai điện cực Hồ quang sẽ cháy trong một rãnhtrụ kín cách điện với điện cực và đầu mỏ phun , đồng thời nó được làm nguội mãnh liệt và bị ép bởi áp lực của dòng khí nén (khí... khi cắt một miếng nhôm dày 100 mm là 0,0085 m/s - Khi sử dụng tia Plasma, ngoài các biện pháp an toàn lao động đối với công nhân còn cần thêm những qui đònh nghiêm ngặt để đề phòng tai nạn Điện áp không tải của nguồn là 100- 400 V, điện áp làm việc là 80-120 V, có nguy cơ điện giật, cần chú ý nối đất và cách điện tốt, đồng thời tăng cường các biện pháp chống nóng và chống bức xạ (tia rơngen, tia hồng... chú ý chống ngộ độc, chống nổ gaz Trong quá trình làm việc có những chất nóng và hơi độc sinh ra, nên chỗ sản xuất cần chú ý lắp hệ thống thông hơi mạnh Cũng cần lo việc chống tác dụng của tiếng ồn 400 V, điện áp làm việc là 80-120 V, có nguy cơ điện giật, cần chú ý nối đất và cách điện tốt, đồng thời tăng cường các biện pháp chống nóng và chống bức xạ (tia rơngen, tia hồng ngoại, tia cực tím ) - Cần