Debitarea cu plasmă. Influenţa gazelor şi a parametrilor utilizaţi

Masini-Unelte

de Sorin Udrea

Debitarea cu plasmă. Influenţa gazelor şi a parametrilor utilizaţi

In România există mulți utilizatori de echipamente automate de debitare cu plasmă de înaltă definiție sau înaltă precizie (așa cum au fost numite de diverși producători). Aceste plasme sunt definite de următoarele caracteristici: n pot utiliza o diversitate de gaze, în funcție de tipul de material care se dorește a fi debitat și de calitatea dorită; n au viteze de debitare foarte bune; n permit obținerea unor muchii debitate cu o înclinație de până în 2°, contururile interioare și exte­rioare fiind astfel aproape verticale (în cazul tablelor din oțel carbon); n permit realizarea de găuri cu diametrul minim de 1:1 relativ la grosimea materialului care se debitează; n calitatea muchiilor debitate cu astfel de plasme este foarte bună, suprafețele fiind netede și fără bavură (sau cu o cantitate redusă de bavură care se desprinde imediat).

Însă, în ciuda tuturor acestor aspecte, calitatea pieselor debitate de utilizatorii de la noi lasă de multe ori de dorit, în principal din cauza următorilor factori:

  • calitatea mașinilor pe care sunt instalate aceste plasme;
  • lipsa unor cunoștințe aprofundate despre procedeul de debitare cu plasmă, cunoștințe care să permită operatorilor să regleze corect parametrii de debitare. Din păcate, aceste cunoștințe sunt foarte limitate sau nu prea există din cauza slabei pregătiri a celor care pun în funcțiune astfel de utilaje și formează operatorii și de asemenea, din cauza fap­tului că de cele mai multe ori cumpărătorii nu știu să solicite și un curs de formare în ceea ce privește tehnologia de debitare cu plasmă;
  • modul de alegere și calitatea gazelor utilizate.

Din aceste motive voi încerca să explic în linii mari influența gazelor utilizate și de asemenea influența parametrilor setați asupra calității pieselor debitate cu plasmă.

Alegerea gazelor, concentrațiile gazelor din com­ponența amestecurilor și puritatea gazelor joacă un rol important în calitatea pieselor debitate, în viteza de debitare și implicit în costurile totale de debitare.

Cele trei tipuri de gaze care se utilizează în cazul debitării cu plasme de înaltă definiție / înaltă precizie se vor alege în funcție de materialul debitat și gro­simea acestuia conform tabelului 1.

TABELUL 1

Caracteristicile gazelor utilizate la debitarea cu plasmă

În cazul procesului de debitare cu plasmă se uti­lizează două tipuri de gaze și anume: gaz plasmagen și gaz de protecție. Gazele utilizate au un rol extrem de important în ceea ce privește calitatea de debitare și din acest motiv, pentru a se obține o debitare eco­nomică și o calitate optimă, este necesară alegerea corectă a gazului plasmagen în funcție de materialul de debitat. Dintre proprietățile gazelor care prezintă un rol important în cadrul procesului de debitare cu plasmă se pot enumera: gradul de ionizare și diso­ciere a energiei, conductivitatea termică, greutatea atomică și reactivitatea chimică.

 Aerul comprimat

Utilizarea aerului comprimat pentru debitarea cu plasmă permite obținerea unor calități și viteze bune la debitarea oțelului carbon, inoxului și aluminiului.

Însă, în ciuda acestor avantaje aerul prezintă și câteva dezavantaje:

  • Tăierea oțelului carbon cu aer comprimat duce la o durificare termică a muchiei debitate similară cu aceea rezultată în urma debitării oxigaz. Această durificare este dată de concentrația mare de azot din gazul de protecție. Nitrurarea și oxidarea muchiilor debitate cu aer comprimat influențează sudabilitatea pieselor debi­tate în acest mod, putând determina apariția de pori în cordonul de sudură.
  • Pentru furnizarea aerului comprimat de care echipamentul are nevoie va fi necesar un compresor bine proporționat și prevăzut cu stație de filtrare și uscare a aerului. În scopul măririi duratei de viață a consumabilelor este foarte important ca aerul utilizat să fie foarte curat și bine uscat.
  • Durata de viață a consumabilelor utilizate la debitarea cu aer comprimat este de maxim 600 de amorsări.

Este important ca aerul comprimat să fie curat, uscat și fără particule de ulei.

 Oxigen

Debitarea cu oxigen a oțelului carbon oferă cea mai bună calitate de debi­tare și cele mai mari viteze dintre toate gazele plasmagene.

Oxigenul poate fi clasificat în mod similar cu azotul în ceea ce privește conductivitatea termică și greutatea atomică. Totuși, oxigenul are o anumită afinitate pentru oțelurile carbon, și anume, în timpul oxidării se generează căldură care poate fi utilizată la creșterea vitezei de debitare.

Drept gaz plasmagen oxigenul reacționează cu oțelul carbon, producând topirea și eliminarea facilă a materialului din zona de debitare sub formă de picături foarte mici și cu o tensiune superficială mică.

Oxigenul este utilizat în principal drept gaz plasmagen, însă poate fi utilizat și drept gaz de protecție pentru debitarea oțelurilor nealiate și a celor slab aliate. Totuși, cel mai utilizat gaz de protecție, care merge foarte bine împreună cu oxigenul utilizat drept gaz plasmagen, este aerul comprimat.

Dezavantajul utilizării oxigenului drept gaz plasmagen constă în costul mai mare al acestuia față de aerul comprimat, însă acest dezavantaj este com­pensat prin eliminarea unor operații secundare costisitoare cum ar fi opera- țiile de debavurare și de eliminare a stratului durificat termic (în cazul utilizării O2 zona durificată termic va fi de numai 0,35 mm adâncime, cu mult mai pu- țin față de utilizarea aerului comprimat).

Oxigenul este recomandat să fie ambalat sub formă lichidă și trebuie să aibă o puritate de minim 99,5%.

 Azot

Azotul este un gaz inert și din acest motiv reac- ționează cu materialul doar la temperaturi foarte ridi­cate și rămâne inert la temperaturi relativ scăzute. În ceea ce privește proprietățile sale (în special con­ductivitatea termică și greutatea atomică), azotul se situează între argon și hidrogen.

Din acest motiv, azotul poate fi utilizat drept gaz plasmagen sau drept gaz de protecție pentru debitarea tablelor subțiri din oțel înalt aliat. Utilizarea azotului drept gaz plasmagen pentru debitarea inoxului și aluminiului rămâne cea mai bună variantă, indife­rent dacă se utilizează drept gaz de protecție tot azot sau apă sau amestec N2/H2. Cel mai des utilizat gaz de protecție, în cazul debitării cu azot drept gaz plas­magen, este tot azotul, însă, în cazul în care sistemul permite acest lucru, utilizarea apei în locul gazului de protecție duce la scăderea costurilor de debitare și permite obținerea unei suprafețe netede și lucioase în cazul pieselor din inox.

Principalele avantaje aduse de către azot sunt excelenta calitate de debitare și durata lungă de viață a consumabilelor.

Din păcate, \n general, azotul nu oferă posibili­tatea de debitare a tablelor din inox și aluminiu mai groase de 10 mm și din această cauză, la grosimi mai mari se utilizează amestecuri Ar/H2.

Azotul este recomandat să fie ambalat sub formă lichidă și trebuie să aibă o puritate de minim 99,5%.

 Argon

Argonul este și el un gaz inert, ceea ce înseamnă că nu reacționează cu materialul în timpul debitării. Greutatea sa atomică – cea mai mare greutate atomică dintre toate gazele plasmagene – ajută la eliminarea materialului topit din zona de debitare. Acest lucru este determinat de energia cinetică mare a jetului de plasmă.

Datorită potențialului său scăzut de ionizare argonul este excelent pentru utilizare în faza de amorsare a arcului. Totuși, argonul nu poate fi utilizat drept gaz plasmagen decât în amestec cu hidrogenul, deoarece are conductivitate termică și capacitate termică scăzute și din acest motiv nu poate furniza suficientă energie pentru debitarea tablelor mai groase.

Argonul este recomandat să fie ambalat sub formă gazoasă și trebuie să aibă o puritate de minim 99,995%.

 Hidrogen

Spre deosebire de argon, hidrogenul are o con­ductivitate termică foarte bună. Mai mult, hidrogenul disociază la temperaturi ridicate, fapt ce determină retragerea din arc a unei cantități mari de energie (prin ionizare), iar în acest fel straturile superfi­ciale se răcesc. Acest efect conduce la o constrângere superficială a arcului și implicit la obținerea unei densități mari de energie. Procesul de recombi­nare determină eliberarea energiei retrase în baia de material topit sub formă de căldură. Totuși, hidro­genul nu poate fi utilizat la debitare decât în amestec cu argonul, deoarece, datorită greutății atomice mici nu poate produce suficientă energie cinetică pentru îndepărtarea materialului topit.

Utilizarea unui procent mare de hidrogen în amestec va conduce, în cazul oțelului inoxidabil, la modificarea vâscozității.

Amestecuri de gaze

O bună parte dintre gazele enumerate mai sus se combină în ameste­curi în scopul îmbunătățirii calității și vitezei de debitate. Cele mai întâlnite amestecuri utilizate la debitarea cu plasmă sunt Argon / Hidrogen (H35) și Azot / Hidrogen (F5).

Argon / Hidrogen este amestecul cel mai utilizat la debitarea inoxului și respectiv a aluminiului cu grosimi mai mari de 10 mm. Acest amestec este în mod standard realizat din 35% Hidrogen și 65% Argon (H35). Amestecul Argon / Hidrogen are cea mai mare capacitate calorică dintre toate gazele plasmagene și astfel permite debitarea materialelor groase. Nu în ultimul rând, acest amestec se utilizează și la debitarea altor materiale precum: titan, diverse aliaje pe bază de aluminiu, etc.

Cantitatea de hidrogen din amestec nu poate depăși 35%, însă este foarte important ca sursa de plasmă utilizată să permită reglarea procentelor de Argon și Hidrogen din amestec, în funcție de grosimea materialului și de com­poziția chimică a acestuia. Cu cât materialul va fi mai gros cu atât procentul de Hidrogen va fi mai mare.

În mod tipic, acest amestec se utilizează împreună cu azot drept gaz de protecție.

În cazul debitării inoxului, amestecul Argon / Hidrogen determină obți-nerea unei muchii drepte și a unei suprafețe netede.

Amestecul H35 (35% Hidrogen și 65% Argon) este recomandat să fie ambalat sub formă gazoasă și trebuie să aibă o puritate de minim 99,995%.

În ceea ce privește parametrii de debitare, găsiți în continuare câteva exemple (atât pentru oțel carbon cât, și pentru oțelul inoxidabil) despre modul în care calitatea este influențată de parametri precum: n Viteza de debitare; n Distanța de debitare; n Presiunea gazu­lui, în cazul plasmelor cu consolă manuală de gaze.

 Oţel carbon

  •  Influenţa vitezei: 
  • Viteza de debitare corectă (foto 1 – piesa 1):

– muchie netedă, aproape verticală;

– nu apare bavură.

  • Viteza de debitare prea mică determină (foto 1 – piesa 2):

– obținerea unei cantități semnificative de bavură la partea de jos a piesei, bavură relativ ușor de îndepărtat;

– ascuțirea colțurilor care în mod normal trebuie să fie rotunjite;

– pe muchia debitată apar striații înclinate la partea de jos în sensul de înaintare a torței de debi­tare.

  •  Viteza de debitare prea mare determină (foto 1 – piesa 3):

– stropi la partea superioară a piesei; stropi ușor de îndepărtat;

– o cantitate relativ redusă de bavură la partea de jos a piesei, bavură greu de îndepărtat;

– pe muchia debitată apar striații pronunțate înclinate la partea de jos în sensul opus direcției de înaintare a torței de debitare.

FOTO 1 -  Debitare OL

  •  Influenţa înălţimii de debitare: 
  • Înălțimea de debitare corectă (foto 1 – piesa 1):

– muchie netedă, aproape verticală;

– nu apare bavură;

– kerf-ul este unul normal, având dimensiunile indicate de producători, în manualele de utilizare, pentru respectivii parametri.

  •  Înălțime de debitare prea mică (foto 1 – piesa 5):

– piesa va avea o muchie cu înclinație negativă (mai mare la partea superioară și mai mică la partea inferioară);

– fața superioară a piesei va prezenta un unghi ascuțit care iese ușor în exterior;

– kerf lat foarte pronunțat la partea de jos a piesei;

– cantitate exagerat de mare de  bavură la partea de jos a piesei.

  •  Înălțime de debitare prea mare (foto 1 – piesa 4):

– stropi la partea superioară a piesei; stropi ușor de îndepărtat;

– fața superioară a piesei va prezenta o muchie rotunjită (în unele cazuri în mod excesiv);

– piesa va avea o muchie cu înclinație pozitivă (mai mare la partea inferioară și mai mică la partea superioară);

– kerf lat foarte pronunțat la partea de sus a piesei;

– cantitate relativ mare de bavură la partea de jos a piesei.

  •  Influenţa presiunii gazului plasmagen: 
  • Presiune corectă (foto 1 – piesa 1):

– muchie netedă, aproape verticală;

– nu apare bavură;

– kerf-ul este unul normal, având dimensiunile indicate de producători, în manualele de utilizare, pentru respectivii parametri.

Presiune prea mică (foto 1 – piesa 6):

– muchia piesei va avea un aspect neregulat în special la partea de jos a ei unde va avea în general o înclinație negativă;

– cantitate mare de bavură la partea de jos a piesei.

Presiune prea mare (foto 1 – piesa 7):

– în primul rând, în acest caz, deși toți ceilalți parametri vor fi setați corect se va observa că amor­sarea arcului se face greu (mașina încearcă de multe ori să amorseze arcul) și de asemenea electrodul se va uza foarte rapid;

– stropi la partea superioară a piesei; stropi ușor de îndepărtat;

– cantitate exagerat de mare de bavură la partea de jos a piesei.

 Oţel inoxidabil

  • Influenţa vitezei:
  • Viteza de debitare corectă (foto 2 – piesa 1):

– muchie netedă cu aspect regulat;

– nu apare bavură;

– kerf-ul este unul normal, având dimensiunile indicate de producători, în manualele de utilizare, pentru respectivii parametri.

Viteza de debitare prea mică determină (foto 2 – piesa 2):

– culoarea muchiei debitate va fi aurie (puțin opacă) și mai concentrată în jumătatea inferioară a muchiei debitate; coloritul depinde și de gazele utilizate;

– cantitate destul de mare de bavură la partea de jos a piesei; bavura este dură și greu de îndepărtat.

Viteza de debitare prea mare determină (foto 2 – piesa 3):

– muchia debitată prezintă striații cu o înclinație, în direcție opusă sensului de avans al torței, mai mare de 15o;

– o cantitate relativ redusă de bavură la partea de jos a piesei, bavură greu de îndepărtat (apare doar pe unele zone ale piesei nu pe întregul contur).


Sorin Udrea este General Manager  Lastechno Weld-Cut SRL



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord