Cięcie plazmowe
Wykorzystanie łuku plazmowego pozwalającego na cięcie wszystkich materiałów przewodzących prąd elektryczny znalazło zastosowanie w przemyśle w latach 50-tych ubiegłego wieku. Rozwój technologii cięcia oraz specjalistycznych urządzeń pozwolił na rozszerzenie zakresu zastosowań cięcia plazmowego – z wcześniej rozwiniętego cięcia stali austenitycznych i stopów lekkich – o stale niskostopowe. Olbrzymi rozwój tej technologii spowodował, że w pewnych warunkach cięcie plazmowe stało się konkurencyjne dla takich procesów jak np. cięcie laserowe czy cięcie gazowe. Ponadto w zależności od wielkości produkcji, jak i potrzeby osiąganej jakości powierzchni i powtarzalności wymiarów procesy cięcia termicznego mogą być prowadzone manualnie, półautomatycznie i automatycznie (CNC).
Plazmotwórczy gaz, przepływając przez łuk elektryczny jarzący się między elektrodami, ulega jonizacji i dzięki dużemu zagęszczeniu mocy wytwarza strumień plazmy (zjonizowanego gazu). Dysza zamontowana w palniku skupia łuk plazmowy. Chłodzone ścianki dyszy powodują zawężanie kolumny łuku. Wysoka temperatura w jądrze łuku plazmowego i bardzo duża prędkość strumienia plazmy (energia kinetyczna) to zjawiska powodujące, że materiał jest stopiony i wydmuchany ze szczeliny.
Gaz plazmotwórczy musi charakteryzować się wysoką entalpią i dużą przewodnością cieplną oraz możliwie najmniejszym potencjałem dysocjacji i jonizacji oraz dużym ciężarem cząsteczkowym.
Do cięcia plazmowego wykorzystywane są m.in.:
argon – doskonały składnik gazowy do zajarzania i podtrzymawania łuku stosowany w mieszaninie z wodorem,
wodór – do cięcia stali austenitycznych i stopów lekkich używany w połączeniu z argonem lub azotem,
azot – zapewnia cięcie z dużymi prędkościami bez utlenienia krawędzi i ogranicza powstawanie nawisów;
tlen – stosowany do wydajnego cięcia stali niskostopowych gwarantuje uzyskanie gładkiej powierzchni ciętego materiału, wolnej od nawisów i tlenków.
Operacje cięcia można wykonać pod warstwą wody, co powoduje znaczne obniżenie poziomu hałasu. Proces cięcia plazmowego polega na stapianiu i wyrzucaniu metalu ze szczeliny cięcia silnie skoncentrowanym plazmowym łukiem elektrycznym, jarzącym się między elektrodą nietopliwą a ciętym przedmiotem. Plazmowy łuk elektryczny jest silnie zjonizowanym gazem o dużej energii elektrycznej, przemieszczającym się z dyszy plazmowej zawężającej go w kierunku szczeliny cięcia z prędkością bliską prędkości dźwięku. Temperatura strumienia plazmy zależna jest od natężenia prądu, stopnia zwężenia łuku oraz rodzaju i składu gazu plazmowego, i mieści się w granicach 10 000 – 30 000 K. Do cięcia plazmowego stosowany jest tylko prąd stały z biegunowością ujemną, zasilany z prostowników lub inwentorowych źródeł prądu. Możliwe jest cięcie wszystkich materiałów konstrukcyjnych przewodzących prąd elektryczny. Proces cięcia plazmowego stosowany jest do cięcia ręcznego, zmechanizowanego i zrobotyzowanego stali i metali nieżelaznych, z dużymi prędkościami. Dzięki wysokiej temperaturze łuku plazmowego cięcie rozpoczyna się natychmiast, bez podgrzewania.
Do zalet cięcia plazmowego można zaliczyć:
dużą gładkość ciętych powierzchni,
pewny i powtarzalny zapłon łuku pilotującego niezależnie od pokrycia ciętych materiałów warstwą rdzy lub lakieru,
wydłużony czas pracy elementów zużywalnych dzięki stosowaniu odpowiednich systemów,
w pełni zautomatyzowane cięcie za pomocą systemów maszynowych.
