1. Giới thiệu về công nghệ cắt plasma
Hiện nay công nghệ cắt plasma với máy cắt plasma được sử dụng khá phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo cơ khí. Công nghệ cắt Plasma được phát minh cách đây khoảng hơn 50 năm, trong thời kỳ đỉnh cao của thế chiến thứ 2. Trong một nổ lực để cải thiện các mối nối của máy bay chiến đấu, một phương pháp hàn đã được phát triển mà dùng một hàng rào khí trơ để bảo vệ chung quanh tia hồ quang điện để bảo vệ mối hàn khỏi quá trình oxy hóa.
Một vài thập kỷ sau, người ta phát hiện rằng việc giới hạn độ mở của đường khí trơ đi qua tia hồ quang điện tạo ra một loại vật chất thứ tư (khác với 3 loại vật chất cơ bản là rắn, lỏng và khí) gọi là plasma, và nó tạo ra một nhiệt lượng vô cùng lớn khoảng 10.000 - 15.000 °C. Cùng lúc đó độ mở nhỏ hơn làm tăng tốc độ của dòng khí thoát ra, nó có khả năng thổi bay tất cả các loại kim loại mà nó đi qua. Từ đó, công nghệ này được dùng để cắt kim loại, nhưng với quy mô rất lớn vì khi đó chi phí cắt cũng rất cao.
* Nguyên lý hoạt động của máy cắt plasma
Plasma là một trạng thái vật chất trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân.
Máy cắt plasma sử dụng nguyên lý hoạt động của khí plasma để thực hiện quá trình cắt kim loại. Nguyên lý cắt plasma dựa trên sự tận dụng nhiệt độ rất cao và tốc độ chuyển động lớn của khí từ miệng phun của đầu cắt plasma để làm nóng chảy và thổi kim loại khỏi rãnh cắt. Khi ứng dụng chế độ thích hợp mép cắt phẳng không sần sùi, để tạo mép cắt vuông góc cần giảm tốc độ cắt.
Chất lượng cắt plasma phụ thuộc vào cường độ dòng điện , khí sử dụng , tốc độ cắt và khoảng cách từ vật tới đầu cắt
* Cắt bằng plasma
 |
| Máy cắt plasma Riland cut 100I |
Hệ thống máy cắt plasma gồm những gì?
Một hệ thống cắt plasma cơ bản bao gồm: một bộ nguồn cung cấp năng lượng, một mạch khởi động hồ quang và đầu cắt. Các thành phần hệ thống cung cấp năng lượng điện, khả năng ion hóa và quy trình điều khiển là cần thiết để cho ra đường cắt chất lượng và năng suất cao trên nhiều loại kim loại khác nhau.
Bộ nguồn cung cấp năng lượng là một nguồn điện một chiều liên tục có điện áp từ 240 đến 400 VDC. Dòng điện ngõ ra của bộ nguồn xác định tốc độ và độ dày vật liệu cần cắt của hệ thống. Chức năng chính của bộ nguồn là để cung cấp năng lượng chính xác để duy trì hồ quang plasma sau khi ion hóa.
Mạch khởi động hồ quang là một bộ phát tần số cao tạo ra một điện áp xoay chiều từ 5000 đến 10000 volt ở tần số 2 triệu Hz (2MHz). Điện áp này được sử dụng để tạo ra một hồ quang cường độ cao bên trong đầu cắt để ion hóa khí, vì thế tạo ra plasma.
Đầu cắt dùng để giữ các chi tiết tiêu hao như vòi phun (béc cắt) và điện cực, cung cấp chất làm mát (khí hoặc nước) đến những bộ phận này. Các vòi phun và điện cực nén và duy trì tia plasma.
Khí tạo Plasma là loại khí nào?
Môi trường khí tạo plasma phải bảo đảm: tạo dáng hữu hiệu cho hồ quang cắt; tạo bề mặt cắt chất lượng cao; truyền nhiệt hữu hiệu vào kim loại vật cắt; tuổi thọ cao cho các chi tiết của mỏ cắt; bổ sung thêm nhiệt cắt thông qua phản ứng tỏa nhiệt và có tính kinh tế, an toàn.
Các khí tạo plasma hay dùng là nitơ, argon, hydro, oxi, không khí nén. Khí trơ cho bề mặt cắt sạch nhất, thích hợp cho kim loại màu. Khí O2 nguyên tử có tác dụng cải thiện việc truyền năng lượng vào hồ quang cho vật cắt thông qua cơ chế phân ly - tái hợp. Khí chứa oxi có hiệu quả năng lượng cao khi cắt, tạo phản ứng tỏa nhiệt của oxi với vật liệu cắt, cho năng suất cao. Khí được sử dụng nhiều nhất là không 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
Nguyên lý hoạt động của máy cắt plasma
Hiện nay có 2 loại thiết bị cắt plasma tiêu biểu là máy cắt plasma bằng tay và máy cắt plasma CNC tự động
* Hàn kim loại với hồ quang plasma
 |
| Máy cắt plasma CNC |
1. Đầu tiên khi một tín hiệu khởi động được gửi đến bộ nguồn cung cấp. Điều này đồng thời kích hoạt điện áp và dòng khí đến đầu cắt. Chú ý rằng vòi phun được nối đến cực dương của bộ nguồn thông qua một điện trở và relay(gọi là Pilot arc relay), trong khi vật liệu cần cắt được nối trực tiếp đến cực dương. Luồng khí đi qua vòi phun và thoát ra ngoài. Không có tia hồ quang ở thời điểm này, cũng như không có dòng điện chạy qua nguồn DC (Nên mới gọi là điện áp hở mạch).
2. Sau khi dòng khí ổn định, mạch khởi động hồ quang bắt đầu làm việc. Với điện áp do mạch này tạo ra khoảng từ 5000 – 10000 VAC ở tần số cao, tia lửa điện sẽ được phóng qua giữa điện cực và vòi phun bên trong đầu cắt, nơi dòng khí phải đi qua để thoát ra ngoài. Năng lượng chuyển từ tia lửa điện với tần số cao qua dòng khí làm cho nó bị ion hóa và trở nên dẫn điện. Dòng khí dẫn điện này tạo thành đường dẫn điện giữa điện cực và vòi phun, và kết quả là hồ quang plasma được hình thành. Dòng khí này buộc tia hồ quang này đi qua lổ của vòi phun ra ngoài, tạo thành dòng mồi hồ quang (Pilot arc).
3. Khi vòi phun đủ gần với vật liệu cần cắt, dòng hồ quang mồi sẽ đánh vào vật liệu như là đường dẫn dòng điện đến cực dương (của bộ nguồn) mà không bị giới hạn bởi điện trở như vòi phun nối đến cực dương. Dòng điện chảy qua vật liệu được nhận biết bởi bộ nguồn. Khi dòng điện này được phát hiện bộ khởi động hồ quang ngưng làm việc và pilot relay sẽ mở ra. Dòng khí ion hóa được duy trì với năng lượng từ hồ quang của nguồn điện một chiều.
4. Nhiệt độ của hồ quang plasma sẽ làm chảy kim loại, đánh thủng qua tấm phôi và dòng khí với tốc độ cao sẽ thổi bay vật liệu nóng chảy từ phía dưới của đường cắt. Tại thời điểm này đầu cắt bắt đầu di chuyển và qui trình cắt bắttt đầu.
máy cắt plasma cnc
Máy cắt plasma CNC (cắt tự động)
5. Trường hợp đầu cắt Plasma được gắn trên máy CNC (Máy cắt plasma CNC), bộ điều khiển của máy CNC sẽ cảm ứng tín hiệu từ bộ nguồn plasma cho biết dòng hồ quang plasma đã được thiết lập thành công. Lúc đó máy CNC sẽ bắt đầu di chuyển đầu cắt theo bản vẽ. Đồng thời cho phép bộ điều khiển độ cao đầu cắt plasma (THC – Torch Height Controller) hoạt động, thiết bị này sẽ tự động cảm ứng và điều khiển độ cao đầu cắt lên xuống theo độ cong vênh của vật liệu, để đảm bảo độ cao của vòi phun so với bề mặt liệu luôn ổn định ở độ cao mong muốn.
Càng ngày với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị cắt plasma ngày càng có chi phí thấp hơn và được thương mại hóa cách đây khoảng hơn 10 năm. Tuy nhiên, do tia plasma phát ra có hình dạng như giọt nước nên đường cắt hơi bị nghiêng khoảng từ 3 - 10 ° tùy theo chất lượng của nguồn cắt plasma.
2. Nguyên lý cắt plasma
- Các phương pháp cắt thông thường(cắt oxy, cắt hồ quang điện) chỉ cho phépcắt thép cacbon thấp và thếp hợp kim thấp không thể cắt dược gang ,thép hợp kim cao, nhôm đồng và các hợp kim của chúng.
- Nguyên lý cắt plasma dựa trên sự tận dụng nhiệt độ rất cao và tốc độ truyển động lớn của khí từ miệng phun của đầu plasmatron để làm nóng chy và thổi kim loại khỏi rãnh cắt.
- Thông thường sử dụng hỗn hợp khí 65% Ar+ 35%H2; 80%N2+20%H2. Khi ứng dụng chế độ thích hợp mép cắt phẳng không sần sùi, để tạo mép cắt vuông góc cần gim tốc độ cắt.
- Chất lượng cắt pasma phụ thuộc vào cường độ dòng điện , khí sử dụng , tốc độ cắt và khoảng cách từ vật tới plasmatron.
- Do tốc độ của plasma lớn khó khống chế khá chính xác khoảng cách cắt nên ít khi dùng tay để cắt plasma. Khi cắt tự động phải gá plasmatron lên xe với tốc độ di chuyển của xe bằng tốc độ cắt plasma
3. Các kỹ thuật cắt plasma
1. Trước khi bạn thực hiện cắt. Sử dụng cánh tay không cầm súng hỗ trợ cho tay cầm súng điều này giúp giữ vững tay cầm súng cũng như giúp duy trì khoảng cách của đầu súng với vật cắt. Bạn cần lưu ý rằng hầu hết mọi người đều cảm thấy dễ dàng khi di chuyển súng cắt về phía mình hơn là đưa súng ra xa.
* Những điều cần lưu ý khi mua máy cắt plasma
2. Trước khi thực hiện cắt công nhân cắt cần chú ý đến đường cắt, với đường cắt dài cần phải thử thao tác di chuyển tay cắt để chắc chắc mức độ thuần thục của tay cắt khi thực hiện cắt thực tế. Dừng tay cắt hoặc bắt đầu lại trong quá trình cắt thực tế tại điểm dừng sẽ là rất khó khăn và có thể gây ra ảnh hưởng xấu đến chất lượng đường cắt.
3. Công nhân kỹ thuật cần phải đảm bảo rằng bạn sử dụng đúng dòng cắt và tốc độ cắt, cần phải cắt thử trên cùng một loại vật liệu mà bạn sẽ thực hiện trên thực tế.
4. Nếu xuất hiện các tia lửa plasma trên bề mặt vật cắt, điều đó có nghĩa là bạn đã di chuyển tay cắt quá nhanh. với một tốc độ cắt phù hợp hồ quang plasma nên duy trì ở góc 15 đến 20 độ so với hướng di chuyển.
5. Đối với vật liệu dày, đoạn cuối đường cắt có thể không được như ý nếu bạn không thực hiện cẩn thận. Để có được một đường cắt có kết thúc tốt bạn nên tạm dừng di chuyển tay cắt trong một thời gian ngắn để có thể cắt hoàn toàn phần kim loại còn lại trên đường cắt.
6. Khi cắt vật dày xỉ cắt plasma có thể đọng cứng bên dưới đường cắt, bạn không cần phải lo lắng vì nó có thể dễ dạng loại bỏ bởi búa gõ xỉ, hoặc bằng cọ kim loại.
7. Với vật cắt mỏng, hồ quang plasma dễ dàng cắt thủng kim loại, đối với vật hàn dày hơn để đảm bảo chất lượng đường cắt cũng như vòng đời sử dụng của của vật được gia công bạn nên bắt đầu với một góc cắt nghiêng 45 độ sau đó chuyển từ từ sang góc cắt thẳng để xuyên thủng kim loại.
8. Plasma có thể sử dụng để cắt một lỗ tròn dễ dàng hơn việc sử dụng thiết bị khoan, khi sử dụng plasma đơn giản là cắt kim loại theo một đường tròn kín. Chú ý máy cắt plasma có thể xuyên thủng một kim loại với độ dày nhỏ hơn hoặc bằng một nửa với độ dày có thể cắt của thiết bị đó.
9. Cắt plasma cũng có thể dễ dàng được sử dụng để vát mép các tấm kim loại dày, bạn chỉ cần nghiêng mỏ cắt theo độ vát và thực hiện cắt như thông thường.
Hi vọng những điều chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp ích cho các bạn- những kỹ sư cơ khí, người thợ hàn cắt có thể hiểu thêm về kỹ thuật cắt plasma để ứng dụng trong sản xuất chế tạo cơ khí.
Quy tắc an toàn và cách để có đường cắt chính xác
1. Trước khi cắt, bạn nên đọc lại các hướng dẫn sử dụng, cũng như các quy định an toàn của nhà sản xuất thiết bị.
2. Thiết bị bảo hộ lao động cần có của thợ cắt plasma cũng tương tự như với thợ hàn, với áo có cổ cao, găng tay, túi, áo sơ mi chống cháy khi bị bắt tia lửa.
3. Bạn phải bảo vệ mắt mình với các loại mũ có trang bị kính lọc bảo vệ phù hợp với cắt plasma, bạn có thể sử dụng các mũ chuyên dụng bảo vệ sử dụng trong cắt plasma/ oxy gas hoặc có thể sử dụng mũ hàn và chuyến sang chế độ bảo vệ cắt.
4. Sử dụng không khí nén bình thường để cắt plasma, với yêu cầu di động các xưởng có thể sử dụng bình khí ni tơ, khi cắt thép không gỉ mọi người có thể nghĩ khí ni tơ sẽ bảo vệ đường cắt khỏi oxy hóa nhưng thực tế việc sử dụng ni tơ hay không khí đều không ảnh hưởng gì đến chất lượng đường cắt.
5. Nếu nguồn khí cung cấp bị nhiễm dầu hoặc nước nó sẽ ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm cắt, bạn nên sử dụng bộ lọc không khí trong trường hợp này, điều này cần thiết để tiết kiệm chi phí .
6. Đối với các phụ kiện súng cắt, như béc phải kiểm tra thường xuyên trong quá trình sử dụng để đảm bảo độ chính xác của tia cắt, cũng như khi bắt đầu hồ quang. Khi vòi cắt bị biến dạng, lỗ cắt bị che lấp hoặc thay đổi bạn nên loại bỏ nó. Tại mỗi đầu điện cực đều chứa một lượng nhỏ chất liệu dẫn điện cao trong quá trình phát hồ quang phần này bị tiêu hao dần dần, do đó phi phát hiện ra phần này xuất hiện một lỗ nhỏ bạn nên loại bỏ nó.
* Phương pháp thổi bằng Plasma
 |
| Hình ảnh phụ kiện súng cắt plasma |
7. Bạn không nên vặn quá chặt chụp sứ bảo vệ, bạn nên sử dụng tay vặn vừa phải hết ren để đảm bảo khoảng cách giữa các bộ phận được đảm bảo.
8. Bạn phải đảm bảo bộ phận tiếp mát được kẹp trên kim loại sạch, bạn nên loại bỏ sơn, gỉ cát và bụi bẩn trên bên mặt để đảm bảo dòng plasma.
 |
| Hình ảnh kỹ thuật kẹp mass khi hàn cắt plasma |
9. Đặt kẹp mát gần điểm cắt nhất có thể, và kẹp lên trực tiếp vật cắt là tốt nhất, cần phải kiểm tra lại dây cáp, các điểm nối và kẹp, bất cứ sự lỏng lẻo nào cũng có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng đường cắt.
10. Bạn có thể để dòng plasma cực đại và điều chỉnh tốc độ di chuyển tay cắt để phù hợp với độ dày vật cắt. tuy nhiên bạn nên chú ý đến việc sử dụng tay cắt phù hợp với dòng cắt plasma để đảm bảo độ bền của thiết bị.
11. Bạn có thể sử dụng các thiết bị phụ trợ để duy trì khoảng cách súng mỏ cắt với vật cắt để đảm bảo chất lượng mối cắt, cũng như độ chính xác của đường cắt.
 |
| Hình ảnh dùng bánh xe đẩy khi hàn cắt plasma |
12. Với các thao tác cắt lặp lại bạn nên xem xét việc sử dụng khuôn cắt để đảm bảo độ đồng đều của các sản phẩm thu được.
CÔNG TY CỔ PHẦN THIẾT BỊ VIỆT
Nguồn : www.chothietbi.com
CÔNG TY CỔ PHẦN THIẾT BỊ VIỆT
157 - 159
Xuân Hồng, Phường 12, Quận Tân Bình, TP HCM
Điện thoại:
08 3536 8888 | Fax: 08 3536 8866
Giấy ĐKKD
số: 4103011129 tại TP HCM
