Phương pháp gia công cắt bằng hồ quang

1/ Khái niệm cơ bản

Về phương diện vật lý, Plasma là chất khí đã phân hủy và ion hóa mạnh, tức là hỗn hợp của phân tử, nguyên tử, ion và điện tử theo một tỉ lệ nhất định.

Một vật chất có trạng thái Plasma nếu động năng trung bình (W) của các phần tử hạt lớn hơn thế năng ion hóa (U) (bắt đầu) có sự phân hủy nguyên tử, điện tử tách ra từ hạt của nguyên tử, ion được cấu thành, nhưng nhỏ hơn 106 eV. Plasma là một trạng thái vật chất thứ tư, là hỗn hợp có n thành phần (ion, điện tử và phần tử trung tính).

Gia công bằng tia Plasma là công nghệ dùng tia Plasma sinh ra từ hồ quang cháy giữa catod và anod (vật gia công đầu phun) hoặc bằng tia hồ quang Plasma.

2/ Nguyên lý gia công

Là phương pháp gia công dùng dòng plasma có nhiệt độ từ 10.000 – 14000° c để cắt kim loại bằng cách làm cho nó nóng chảy cục bộ tại vị trí và vùng áp lực của dòng khí đẩy phần kim loại nóng chảy ra khỏi vị trí đó. Quá trình cắt plasma được chia làm 2 phần :

Đầu tiên dòng khí nóng làm nóng chảy và xuyên thủng vật liệu
Sau đó dòng plasma được dịch chuyển theo đường dẫn đã được vạch sẵn để cắt vật liệu.

Dòng plasma là một hỗn hợp khí của các electron tự do, các ion dương, nguyên tử và phân tử. Các loại khí thường dùng để tạo plasma là nitrogen, Argon, Hydrogen hay hỗn hợp các khí này. Dòng plasma được phát sinh giữa điện cực (Catod) bên trong vòi phun (thường là tungsten) và chi tiết gia công (Anod).

Dòng plasma đi qua dòng nước làm nguội ở đầu vòi phun và nó được thu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vị trí yêu cầu. Tia plasma đến chi tiết gia công có vận tốc cao và nhiệt độ cực nóng tại tâm của nó, nhiệt độ này đủ để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4m

3/ Dụng cụ và thiết bị gia công hồ quang

Quá trình xảy ra bằng plasma không phải là quá trình toả nhiệt, tức là không nung nóng vật liệu cần lấy đi mà dùng tia plasma cực mạnh và mật độ tập trung cao làm nóng chảy bề mặt gia công, bằng động năng nó đẩy kim loại đã nóng chảy.

Tia Plasma cực mạnh và mật độ tập trung cao làm nóng chảy bề mặt gia công, bằng động năng nó đẩy đi kim loại đã nóng chảy. Dùng chất khí mà động năng của nó ( là lớn ở một nhiệt độ nhất định. Hỗn hợp khí argon- 2.m.v
hydrogen có thể thỏa mãn yêu cầu này. Quá trình động lực trong cắt bằng tia Plasma cũng giống như cắt trên bàn tiện thông thường, chỉ có điều khác là thay vì dùng dao tiện, ở đây chúng ta dùng đầu phun Plasma.

Để tiện thì nên dùng đầu phun có hồ quang trọng, vì trong trường hợp này điện cực được làm mát bằng nước nối với cực âm của nguồn phát điện một chiều và từ điện cực đó nó qua điện cực của vòi phun với cực dương của nguồn phát.

Để cho quá trình được ổn định thì phải giữa góc nghiêng giữa vòi phun plasma với mặt phẳng thẳng góc với mặt gia công khoảng 60°.

Các thông số công nghệ cắt bằng tia Plasma

Tốc độ (Vk)
Tốc độ tiến của vòi phun (e).
Cường độ dòng điện (I).
Điện áp (V).
Tốc độ chảy của gas (Vg).
Góc đặt của vòi phun.

Việc điều chỉnh khoảng cách giữa đầu phun và chi tiết gia công là quan trọng. Kích thước của một điện cực có thể được dùng để gia công vật liệu có bề rộng hay bề dày bằng cách điều chỉnh thích hợp các thông số như mức năng lượng, loại khí, tốc độ phun khí, tốc độ di chuyển của đầu phun và góc cắt

Bằng thực nghiệm người ta tìm ra những trị số tối ưu với nhiều vật liệu khác nhau. Bảng 5.11 cho ta các trị số cụ thể.

Để các biến dạng đã vạch sẵn có thể điều khiển vòi phun plasma bằng tay , tuy nhiên độ chính xác không cao. Để cải thiện điều này người ta cho gắn đầu phun plasma vào một tay máy được điều khiển bằng chương trình số như vậy không nhưng tăng độ chính xác mà tốc độ cắt cũng được 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.Tcíc 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 giảm dần với tấm vật liệu dày hơn Ví dụ tốc độ tối đa 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 quy định 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 ngoại, tia cực tím …).

Cần đặc biệt chú ý chống ngộ độc, chống nổ gas. 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

Phạm vi ứng dụng