Đặc điểm, công dụng, nguyên lý của phương pháp cắt plasma

I. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy cắt khí chuyên dụng

1. Đặc điểm, công dụng, nguyên lý của phương pháp cắt plasma

1.1. Khái niệm về cắt Plasma

Plasma là khí dẫn điện bao gồm các, ion, phần tử trung hoà. Plasma cắt kim loại có nhiệt độ từ 5000030.0000C, hình thành do thổi dòng khí tạo plasma qua hồ quang điện trong mỏ cắt. Vùng giữa catod và anod trong hồ quang, mật độ năng lượng lên đến 106 w/cm2

.

Đây thực chất là dòng hồ quang nén với tốc độ cháy của khí plasma đạt tới tốc độ âm thanh.

Từ dòng plasma được sinh ra giữa điện cực và bép cắt. Dòng plasma này có nhiệt độ rất cao được nén, thổi qua lỗ bép dẫn ra ngoài tạo ra hồ quang plasma (hồ quang chính) giữa điện cực và vật liệu cắt. Hồ quang plasma làm nóng chảy vật liệu cắt. Sau đó dùng luồng khí plasma có vận tốc cao

thổi kim loại nóng chảy ra khỏi rãnh cắt. Bởi khí nén được sử dụng như khí plasma và khí làm mát thiết bị nên phương pháp này được gọi là cắt plasma khí nén.

Hình 4.1: Cắt plasma

1.2. Nguyên lý cắt plasma, khí plasma

1.2.1. Nguyên lý cắt plasma

Quá trình cắt plasma vật liệu cắt được nung tới trạng thái chảy bằng nhiệt của dòng plasma sau đó được thổi bay khỏi kim loại cắt hình thành mạch cắt. Trong quá trình cắt plasma chỉ sử dụng khoảng 730% năng lượng của hồ quang.

Chất khí tạo plasma được đưa vào buồng hồ quang và thoát ra khỏi vòi cắt dưới dạng cột khí hình trụ. Việc gây hồ quang được thực hiện bằng cách tạo điện áp trong khoảng không gian hồ quang thông qua nguồn điện cắt và cả dưới dạng điện áp cao, tần số cao Catod của mỏ cắt được chế tạo từ kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao và đặctính bước xạ điện tử tốt.

Hình 4.2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cắt plasma

Nói chung tuổi thọ của vòi cắt phụ thuộc vào cường độ dòng cắt, đường kính và chiều dày của vòi, chiều dày thành vòi, lưu lượng và thành phần khí tạo plasma, mức độ làm mát, v.v.. Tuổi thọ trung bình catod bằng vonfram là 3040 giờ.

1.2.2. Khí tạo plasma

Các khí tạo plasma hay dùng là nitơ, argon, ôxy, không khí nén. Khí trơ cho bề mặt cắt sạch nhất, thích hợp cho kim loại màu. Khí chứa ôxy có hiệu quả năng lượng cao khi cắt, tạo phản ứng toả nhiệt của ôxy với vật liệu cắt, cho năng suất cao. Khí được sử dụng nhiều nhất là khí nén. Có thể bổ sung nước vào mỏ cắt để cải thiện chất lượng bề mặt cắt thép và tăng tốc độ cắt. Cũng có thể bổ sung khí cháy để tăng tốc độ cắt đồng và hợp kim đồng và cải thiện chất lượng bề mặt cắt.

1.3. Đặc điểm công dụng cắt plasma

1.3.1. Đặc điểm cắt plasma

- Cắt nhanh gấp 2 lần so với phương pháp cắt bằng khí cháy. - Không cần nung nóng sơ bộ và điều chỉnh nhiên liệu cắt.

- Tia hồ quang plasma nhỏ hẹp làm cho rãnh cắt nhỏ, rãnh cắt sắc cạnh và không làm biến dạng chi tiết.

- Có các mạch điện an toàn và chức năng bảo vệ. - Có thể cắt được nhiều kim loại.

- Giảm chi phí cắt (như tiền mua khí cháy, ôxy). - Giảm được nguyên công làm sạch bề mặt cắt.

1.3.2. Ứng dụng cắt plasma

Điểm khác căn bản nhất giữa cắt bằng hồ quang plasma so với cắt bằng ngọn lửa khí là khi cắt bằng hồ quang plasma, kim loại mép cắt được cắt bởi nhiệt lượng của hồ quang plasma có nhiệt độ rất cao, tập trung, do vậy có thể dùng cắt được tất cả các kim loại và hợp kim với vùng ảnh hưởng nhiệt hầu như không có. Tuy nhiên do khả năng xuyên sâu của hồ quang bị hạn chế nên cắt bằng hồ quang plasma thường chỉ dùng để cắt các tấm kim loại và hợp kim có chiều dày nhỏ và trung bình. Hồ quang plasma được sử dụng để cắt các kim loại không thể cắt hoặc khó cắt nếu sử dụng phương pháp cắt khác, như thép hợp kim chống ăn mòn (thép không gỉ ), nhôm, magie, titan, gang và đồng.