Plazma technológiája

A plazmaív az elektróda és az alapanyag között létrejött villamos ív és egy szűk furaton nagysebességgel kiáramló gáz együttes hatására jön létre oly módon, hogy a gázáram a vele egytengelyű villamos ívet összehúzza. Az erősen koncentrált 13.000-15.000 °C plazmaív a fémet pontszerűen megolvasztja és a gázok kinetikus energiája a megolvasztott fémet a vágási résből eltávolítja.

A plazmavágás 0,5-150 mm-es anyagok vágására használható. A vágófejek különböző kialakításúak, az egyszerűbb levegőhűtésűtől a bonyolult több gázas vízhűtéses változatig számos konstrukció megtalálható a széles kínálatban. A plazmavágás technológiája érzékeny az égő - és a munkadarab-távolság állandóságára, továbbá a vágandó anyag felületi minőségére. Igen szűk az a paraméter tartomány, ahol jó minőségű vágás érhető el.

A különböző anyagok plazmával történő vágáshoz többféle gáz, sűrített levegő, oxigén, nitrogén, nitrogén-hidrogén (F5), argon-hidrogén (H35), esetleg metán szükséges. Az alkalmazott gázok kiválasztásához és megfelelő paramétereinek beállításához jó szolgálatot nyújtanak az automata gázkonzolok, amelyek lehetővé teszik, hogy a vezérlésen néhány gombnyomás segítségével gyorsan beállíthatók legyenek az alapanyaghoz, anyagvastagsághoz, illetve vágópuskához megfelelő gázok és paramétereik.

A jellegét tekintve a plazmavágás ömlesztő vágás.

Ez azt jelenti hogy az anyag a vágási résben teljes vastagságában megolvad, a keletkező ömledéket nagy sebességű és hőmérsékletű gázsugár fújja ki.

A plazmaív azt jelenti hogy a negatív elektróda és a pozitív pólusra csatolt alapanyag között az áramot a kiáramló ionizált gáz vezeti, ezt nevezzük plazmaívnek.

A vágandó résben a koncentrált plazma megolvasztja az alapanyagot (kb 20.000 celsius fok) és a gázsugár kifújja azt. A plazmavágás esetén a lángvágástól eltérően nincsenek kémiai reakciók, a plazmavágás többféle alapanyag esetén is tökéletesen alkalmazható. Két fajta plazmavágási technológiát különböztetünk meg, belső és külsőíves technológiát. A külsőíves plazmavágás esetében az anód szerepét az alapanyag tölti be, hátránya hogy vágandó alapanyagként csak fémes alapanyagok jöhetnek szóba viszont a vágási sebessége és a vágható anyagvastagság lényegesen nagyobb.

A plazmavágás segítségével lehetővé válik a korrózióálló acélok, öntöttvasak, réz, alumínium és ötvözeteik termikus vágása.

A plazmavágás során nem megy végbe hőtermelő folyamat, mivel a vágandó anyag nem ég el oxigénben. A vágandó résben az intenzív és erősen koncentrált plazmaív a fémet megolvasztja, a gázok kinetikus energiája a megolvasztott fémet a vágási résből eltávolítja.

A plazmaív előállítása a speciális plazmavágó áramforrásokkal történik.

A plazmavágó egy nagyfeszültségű kimenettel rendelkező áramátalakító, és ez a nagy egyenfeszültség gerjeszti a vágógáz atomjait, és hozza azokat plazma állapotba.

A keletkező plazmaív hőmérséklete a gázoktól függően 10-20.000 K is lehet, és egy speciális vágópisztolyban alakul ki, amelynek a mozgatásával valósul meg a fémes anyagok vágása.

A plazmavágás a termikus vágó, és daraboló eljárások közé tartozik. A plazmavágás nagyban hasonlít a lángvágással történő anyag szétválasztási eljáráshoz. Az anyag darabolása során egy plazmaív alakítja ki a vágórést.

A vágás végezhető kézzel is, de automatizálható is, így alkalmazása gazdaságos lehet nagy sorozatú darabolás esetén is.

A W elektród és a pisztoly belső fúvókája között nagyfrekvenciás ívkisülés biztosítja az elsődleges töltéshordozókat. A plazma az elektród és munkadarab között jön létre ez a külső nyílt ívű megoldás.
A plazmasugár (láng) a W elektród és a pisztoly belső fúvókája között alakul ki, az ív és a gáz fúvatja ki a plazmát, ez a belső (zárt) ívű megoldás.

Víz befecskendezéses plazmavágás
A percenként 60 l mennyiségű víz, amely az ívet körülvevő koncentrikus fúvókából áramlik, semlegesíti a mérgező gázokat, valamint az ív hőmérsékletén a víz felbomlik, a keletkezett H2 redukáló hatást fejt ki, a vágott felület szép fényes lesz. Főleg alumínium és erősen ötvözött acéloknál alkalmazzák. A plazmagáz oxigén vagy nitrogén. A plazmaívre közvetlenül vizet fecskendeznek. A befecskendezett víz hatására a plazmaív jobban koncentrálódik, növekszik a sűrűsége és a hőmérséklete, ezáltal nagyobb vágási sebességet lehet elérni.


Levegős plazmavágás
Az argon és nitrogéngáz helyettesíthető levegővel, ekkor maga a levegő lesz a plazmagáz. Ez a technológia azonban speciális, hafnium- vagy cirkónium elektródát kíván. A hűtéshez levegőt alkalmaznak a víz helyett. A vágási mód előnye, hogy a levegő, plazma, és hűtőgázként való alkalmazásával a költségek alacsonyabbak.

A plazmavágás lehet:

  • Plazmaíves
  • Plazmasugaras

Plazmaíves vágás
Általánosabban elterjedt változat a plazmaívvel történő vágás. Az ív akkor jön létre, ha elektromos áram folyik a nem megolvadó elektródtól az elvágandó, elektromosan vezető munkadarab, azaz az anód felé. A munkadarab megolvasztásához szükséges energiát egyrészről a plazmasugár, másrészről a villamos ív szolgáltatja. A plazmagázok a villamos ív hatására részben felbomlanak és ionizálódnak - elektromos vezetővé válnak - az ívben, majd a nagy energiasűrűség és hőmérséklet következtében a hangsebesség többszörösével megindulnak a munkadarab felé. Az eljárás előnye a nagy vágási sebesség és a nagy vágási mélység, A plazmagáz sűrített levegő vagy nitrogén.

Plazmasugaras vágás
A plazmasugaras vágásnál az ellenpólust a vágófej biztosítja és nem a munkadarab. Amint a munkadarab felületére koncentrált nagyenergiájú plazmaív eléri a munkadarab felületét, az atomok és molekulák egyesülnek, így az ívben tárolt energia felszabadulása megolvasztja, és részben elgőzölteti a munkadarabot. A nagy mozgási energiájú plazmasugár lehetővé teszi az olvadt rész kiszorítását a munkadarabon lévő vágási résből.

A megmunkálást a plazmatronban előállított stabilizált plazmasugár végzi. A stabilizált ív vízhűtéses anód és katód között ég. Az ív előállításához nagy áramerősségű (100A) és viszonylag kis feszültségű egyenáramra van szükség. Az ív áramló munkagázban ég, ez a munkagáz a fúvókán áramlik ki, részben ionizált állapotban van, magas hőmérsékletű, nagy teljesítménysűrűséget képvisel.

A fej belsejében lévő magas olvadáspontú anyagból készült rúd a katód és körülötte lévő vízhűtéses fúvóka
az anód. A katód anyaga általában W vagy Mo, az anód vörösréz. A nagy hőterhelése miatt vízhűtéssel kell ellátni. A plazmatronba gázbevezető cső megfelelő szelepekkel csatlakozik az esetleg szükséges védőgázok és a plazmát alkotó gáz bevezetésére.

Az igen magas hőmérsékletű plazmasugár a fúvókán 2-3 Mach sebességgel áramlik ki és ez a plazmasugár végzi el a vágást.

Plazmasugaras vágásnál a gáz áramlási sebességét a plazma teljesítményével és a fókuszfolt ármérőjével összhangban szabályozzuk, sima felületű vágatot kapunk. Mivel a haladási sebesség nagy, a plazma széle utáni légáram intenzíven hűt is, a plazma hatása nem terjed lényegesen túl a fókuszfolt átmérőjénél, ezért az anyag belsejében szövetszerkezeti átalakulásra nem kell számítani.

A plazmasugár magja igen magas hőmérsékletű, elérheti a 30000 K-t is, de a levegőn a külső része már csak 103 K körül van. Ez a hőmérséklet is elég azonban a legtöbb ismert anyag megolvasztására.

Elvileg bármilyen egyenáramot előállító eszköz lehet az áramforrás. Régebben dinamó látta el ezt a feladatot, ma már félvezető egyenirányítós tápforrások használatosak. A szükséges feszültség 50-400 V, áram 150-200 A szabályozható értékekkel.

A lángvágással szemben, ahol túlnyomórészt fémeket vágnak, a plazmasugaras vágás alkalmas egyéb anyagok vágására, mint pl. Al2O3 és egyéb kerámiák, üveg, kvarc stb. Könnyen oxidálódó anyagok (fémek) vágása esetén az Ar-ba célszerű H2 gázt is keverni.

Fémek közül az Al is kiválóan vágható, ami a hagyományos technikával közismerten nehéz feladat. Alkalmazásának nagy előnye még, hogy lemezkötegek is vághatók anélkül, hogy a vágatok szélei összehegednének.

Vágási hibák

  • Vágandó anyag előkészítése nem alapos (felületi állapot, belső folytonossági hiányok)
  • Vágóégő és a munkadarab távolsága nem állandó
  • A munkadarabból kieső hulladék okozhat kettős ívet, mely akkor keletkezik, ha az égő fejrésze a munkadarabhoz ér.

A plazmavágás legfontosabb technológiai jellemzői:

  • A vágandó anyag vastagsága
  • A pisztoly, ill. fúvóka kialakítása
  • A munkagáz fajtája és keveréke
  • Az áramerősség és a feszültség
  • A volfrámelektróda mérete és távolsága a fúvóka felületétől
  • A fúvóka távolsága a vágandó anyag felületétől
  • A vágás sebessége és iránya

A plazmavágás technológiája érzékeny a vágandó anyag előkészítésére (felületi állapot, belső folytonossági hiányok stb.), valamint a vágás során az égő- és a munkadarab-távolság állandóságára. Különösen a leeső hulladék, ill. a vágandó darab vetemedése miatt jelenthet veszélyt az égő fejrészének munkadarabhoz való érintkezése során létrejövő ún. kettős ív.



Erősen ötvözött acélok optimális vágósebessége a lemezvastagság függvényében
A görbékre írt számok a megengedhető legnagyobb áramerősséget jelentik.

 

Amennyiben további kérdései lennének,
hívjon minket bizalommal!
06-92/329-001

 

  Technikart 94 Kft - 8900 Zalaegerszeg, Rákóczi út 56-58 | info@varstroj.hu | info@daihenvarstroj.hu | 06-92/329-001 | 06-30/957-08-71