Cięcie laserem, plazmą i tlenem – czyli nowoczesne technologie w przemyśle

Proces cięcia metalu można podzielić na dwie szerokie kategorie, znane jako procesy cięcia termicznego i procesy cięcia mechanicznego. Przed podjęciem decyzji, jakiego rodzaju metalu użyć, ważne jest, aby zrozumieć atrybuty każdego procesu skrawania metalu i jego realny wpływ na wynik skrawania. W procesie cięcia termicznego wykorzystuje się źródło energii do podgrzania i upłynnienia określonych porcji metalu przeznaczonego do cięcia. Cięcie jest wykonywane przez precyzyjne zdmuchnięcie stopionego metalu z metalu litego. Oto trzy główne procesy cięcia termicznego: cięcie laserem, cięcie plazmą oraz cięcie tlenem.

Przy współpracy z: OTS – kursy i uprawnienia spawalnicze

Cięcie laserem, podstawowe informacje

Cięcie laserem to proces, w którym wiązka laserowa jest używana do miejscowego nagrzania materiału ponad jego temperaturę topnienia i w ten sposób rozpoczyna się proces cięcia. Technika tą można ciąć prawie każdy materiał, możliwe jest skrawanie materiałów twardych, takich jak stal lub lekkich – możliwe jest nawet cięcie laserem sklejki drewnianej. Wiązka laserowa to kolumna światła o bardzo dużym natężeniu, o jednej długości fali lub kolorze. W przypadku typowego lasera, ta długość fali znajduje się w podczerwonej części widma światła, więc jest niewidoczna dla ludzkiego oka. Wiązka ma tylko około 19 mm średnicy i przechodzi od rezonatora laserowego, który tworzy wiązkę, przez ścieżkę wiązki maszyny. Może być odbijany w różnych kierunkach przez wiele luster lub „zginaczy wiązek”, zanim zostanie ostatecznie skupiony na płycie. Skupiona wiązka lasera przechodzi przez otwór dyszy tuż przed uderzeniem w płytę. Ogniskowanie wiązki lasera może odbywać się za pomocą specjalnej soczewki lub zakrzywionego lustra i odbywa się to w głowicy tnącej laserowej. Wiązka musi być precyzyjnie zogniskowana tak, aby kształt punktu skupienia i gęstość energii w tym miejscu były idealnie okrągłe i spójne oraz wyśrodkowane w dyszy. Skupiając dużą wiązkę na pojedynczym punkcie, gęstość ciepła w tym miejscu jest ekstremalna.

Wysoka gęstość mocy powoduje szybkie nagrzewanie, topienie i częściowe lub całkowite odparowanie materiału. Podczas cięcia stali miękkiej ciepło wiązki laserowej wystarcza do rozpoczęcia typowego procesu spalania „tlenowo-paliwowego”, a gazem do cięcia laserowego będzie czysty tlen, podobnie jak palnik tlenowo-paliwowy. Gdy cięcie laserem wykonywane jest na stali nierdzewnej lub aluminium wiązka lasera po prostu topi materiał, a azot pod wysokim ciśnieniem wydmuchuje stopiony metal ze szczeliny. W wycinarce laserowej CNC głowica tnąca laserowa jest przesuwana po metalowej płytce w kształcie pożądanej części, wycinając w ten sposób część z płyty. Pojemnościowy system kontroli wysokości utrzymuje bardzo dokładną odległość między końcem dyszy a ciętą płytą. Odległość ta jest ważna, ponieważ określa, gdzie ognisko znajduje się w stosunku do powierzchni płytki. Na jakość cięcia można wpływać, podnosząc lub obniżając ognisko tuż nad powierzchnią płyty, na powierzchni lub tuż pod powierzchnią. Istnieje wiele, wiele innych parametrów, które również wpływają na jakość cięcia, ale gdy wszystkie są odpowiednio kontrolowane, cięcie laserem jest stabilnym, niezawodnym i bardzo dokładnym procesem skrawania. 

Cięcie plazmą – czym jest?

Cięcie plazmą (cięcie łukiem plazmowym) to proces topienia, w którym strumień zjonizowanego gazu o temperaturze powyżej 20000 °C jest używany do topienia i wyrzucania materiału z cięcia. W przypadku gdy wykonywane jest cięcie plazmą – łuk elektryczny jest inicjowany między elektrodą (katodą) a przedmiotem obrabianym (anodą). Elektroda jest zagłębiona w dyszy gazowej chłodzonej wodą lub powietrzem, która zwęża łuk, powodując tworzenie się wąskiego strumienia plazmy o wysokiej temperaturze i dużej prędkości. Kiedy strumień plazmy uderza w przedmiot obrabiany, następuje rekombinacja, a gaz powraca do swojego normalnego stanu, emitując przy tym intensywne ciepło. To ciepło topi metal, a strumień gazu wyrzuca go z miejsca cięcia. Gazy plazmowe to zwykle argon, argon/wodór lub azot. Te obojętne gazy można zastąpić powietrzem, ale wymaga to specjalnej elektrody z hafnu lub cyrkonu. Zastosowanie sprężonego powietrza sprawia, że ten wariant procesu plazmowego jest wysoce konkurencyjny w stosunku do procesu tlenowo-paliwowego do cięcia stali węglowo-manganowych i nierdzewnych o grubości do 20 mm. Gazy obojętne są preferowane do cięcia wysokiej jakości stopów reaktywnych. 

Cięcie plazmą można stosować do bardzo szerokiej gamy stopów przewodzących prąd elektryczny, w tym zwykłą stal węglową i nierdzewną, aluminium i jego stopy, stopy niklu i tytan. Metoda, jaką jest cięcie plazmą, została pierwotnie opracowana do cięcia materiałów, których nie można było zadowalająco ciąć w procesie tlenowo-paliwowym. Zwykle wycinany komponent lub arkusz pozostaje nieruchomy, a palnik plazmowy jest przesuwany. Dodatkowo, ponieważ koszt palnika plazmowego jest niski w porównaniu z ceną sprzętu manipulacyjnego, na stole do cięcia plazmą często montuje się kilka palników. Cięcie plazmą można również przeprowadzić pod wodą przy użyciu specjalistycznego sprzętu. Cięcie łukiem plazmowym o wysokiej tolerancji jest ważnym rozwinięciem technologii łuku plazmowego. Cięcie plazmą zapewnia lepszą precyzję na materiałach o grubości poniżej 12 mm i może być tanią alternatywą dla cięcia laserowego.

Cięcie tlenem

Cięcie tlenem odbywa się w zasadzie w wyniku reakcji chemiczno-termicznej zachodzącej tylko w przypadku żelaza i jego stopów. Żelazo lub jego stopy można podgrzać do temperatury, w której żelazo będzie szybko utleniać się w atmosferze tlenu o wysokiej czystości. Cięcie tlenem wykorzystywane w procesie skrawania materiału przebiega następująco:

1. Na małym obszarze metal jest wstępnie podgrzewany do określonej temperatury, a następnie na ten obszar wdmuchiwany jest ograniczony strumień tlenu.
2. Żelazo jest następnie utleniane w wąskim paśmie, a stopiony tlenek i metal są usuwane za pomocą energii kinetycznej strumienia tlenu.
3. Następnie między ciętymi krawędziami pozostaje wąska równoległa szczelina.

Gdy wykonywane jest cięcie tlenem, płomień podgrzewania wstępnego pozostaje włączony, aby ogrzać górną część cięcia, ponieważ większość ciepła wytwarzanego przez reakcję na froncie cięcia nie jest natychmiastowa i ma tendencję do uwalniania się tylko na dolnym poziomie cięcia. Cięcie tlenem jest również jednym z powszechnych stosowanych przemysłowych procesów cięcia termicznego, ponieważ może być stosowany do skrawania grubości od 0,5 mm do 250 mm, sprzęt jest tani i może być używany ręcznie lub mechanicznie. Istnieje również wiele opcji konstrukcji gazowych i dysz, które mogą znacznie zwiększyć wydajność pod względem jakości i szybkości cięcia.

Zaawansowane możliwości inżynieryjne

Możliwości inżynieryjne i produkcyjne w naszej firmie Unihut Kraków umożliwiają nam dostarczanie elastycznych rozwiązań, umożliwiających partnerstwo na każdym etapie projektowania i produkcji. Dzięki najnowocześniejszemu sprzętowi obsługiwanemu przez personel Unihut Kraków, który zna krytyczny charakter swojej pracy, produkujemy bardzo złożone, wieloaspektowe komponenty i produkty medyczne zgodnie z dokładnymi specyfikacjami i wąskimi tolerancjami. Firma Unihut Kraków regularnie inwestuje w najnowsze technologie, aby zapewnić klientom najbardziej zaawansowane możliwości na rynku. Nasze inwestycje i ciągłe doskonalenie technologii, wiedzy inżynierskiej i oprogramowania pozwalają nam oferować niestandardowe możliwości projektowania oraz usprawniać programowanie, modelowanie i działania inżynierskie. Potrafimy szybko i precyzyjnie obrabiać nawet najbardziej złożone, wieloaspektowe komponenty. Jednocześnie oferujemy konkurencyjny i elastyczny cennik wykonywanych usług. Wykorzystaj nasze możliwości, aby szybko wejść na rynek z produktami, które zapewniają wyjątkową wydajność.