REZANJE PLAZMOM

OTC D-12000

REZANJE PLAZMOM

HiFocus 100

Prof.dr.sc. Ivan Samardžić Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu

PB-S45 WPBW -1 PA--S45 W PA

2

Plazma je četvrto agregatno stanje!

Plazma Plinovito Tekuće

Energija

Kruto SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

Katedra za tehnologije

Plazma je električki provodljiv, disociran i visokoioniziran plin. Broj pozitivnih i negativnih naboja je jednak, pa je plazma kao cjelina električki neutralna (broj nosača pozitivnog naboja tj. pozitivnih iona = broju nosača negativnog naboja, tj. elektrona)

3

+

Dovođenje topline (napr. iz elektri čnog luka)

+

+

DISOCIJACIJA SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

-

IONIZACIJA Katedra za tehnologije

4

Disocijacija i ionizacija plinova

SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


5

Plazmeni mlaz se dobiva tlačenjem određenog plina kroz električni luk. Električni luk se uspostavlja između elektrode koja je spojena na “-” pol i radnog komada ili sapnice pištolja samog uređaja.

Distribucija temperaturnog polja SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


6

Uređaji za rezanje plazmom: •

Sa prenesenim lukom (rezanje limova)

1. Pla Plazmen zmenii plin

2. elek elektro troda da

• Sa neprenesenim lukom

3. ras rashlad hladna na vod voda a


(naštrcavanje, rezanje tankih limova)

4. izol izolacij acija a

5. pla plazma zma

6. ele elektr ktriični luk


7

Neke od mogućnosti primjene plazme: • Za Zava vari riva vanj nje e (plaz (plazma ma i mikr mikrop opla lazm zma), a),

• REZANJE, • • • • • • • •

Žljebljenje, Naštrcavanje, Navarivanje, Zagr Za grijijav avan anje je teš teško koob obra radi divi vih h ma mate teri rija jala la za za OOČ u toplom stanju, Površinske Površ inske toplin toplinske ske i topli toplinsko-k nsko-kemijs emijske ke obrade (nitri (nitriranje, ranje, cementiranje,…), Modi Mo dififika kaci cije je po povr vrši šine ne (P (Pla lasm sma a Su Surf rfac ace e En Engi gine neer erin ing g – PS PSE) E),, Incener Inc eneraci acija ja (sp (spalj aljiva ivanje nje)) otr otrovn ovnog og otp otpada ada i raz razaran aranje je osnove materijala na sastojke, …



8

PREGLED RAZVOJA POSTUPAKA REZANJA PLAZMOM



9

Konvencionalni postupak rezanja. Uveden

50-tih godina, dominirao od 1957. do 1970, i često je zahtjeva zah o vrlo skupe skupe plinske plinske mješavin mješavine e argona argona i zahttjevao jevao vodika. • Tzv. “suha” tehnika. • Mogućnost rezanja limova do 250 mm, no u industrijskoj primjeni rezanje do 50 mm. Pojavaa nakošenja nakošenja i zaobljenj zaobljenjaa • Pojav rubova reza zbog rasipanja toplinske energije na vrhu luka. • Ova se pojava neravnoteže reducirala postavljanjem pištolja za rezanje što je bliže moguće radnom predmetu. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


Luk plazme sa dualnim tokom (1962.).

10

Ova tehnika sadrži osobine konvencionalnog rezanja plazmom, ali je dodan i sekundarni plin oko sapnice s plazmom. Uobičajeno je plin za rezanje dušik, a sekundarni plin se izabire prema materijalu koji se reže. Obi čno se koristilo zrak ili kisik za meke čelike, ugljični dioksid za ner đajuće čelike, te mješavina argon/vodik za aluminij •

• •

•


Brzine Brzi ne re reza zanj nja a bo boljlje e neg nego o kod kod konvencionalnog konvencional nog rezanja za meke čelike (ne za ner đajuće i za aluminij!). Kva vallit ite eta re reza za nijije e zadovoljavajuća za sve primjene. Keramička zaštita onemogu ćava skraćenje sapnice i reducira pojavu stvaranja tzv. dvostrukog luka. Seku Se kund ndar arni ni pl plin in,, pre prekr kriv iva a zon zonu u rezanja i poboljšava kvalitetu i brzinu reza , a tako đer i hladi sapnicu i kerami čku zaštitu. Katedra za tehnologije

Plazma rezanje zrakom (od 1963.)

11

Kisik iz zraka osiguravao je dodatnu energiju egzotermičkom reakcijom s rastaljenim čelikom, što je povećavalo brzine rezanja do 25 % u odnosu na plazma rezanje s dušikom. Iako se proces mogao koristiti za rezanje ner đajućeg čelika i aluminija, površina rezanja na ovim materijalima je bila vrlo oksidirana i neprihvatljiva za mnoge primjene. Najveći problem je brza erozija elektrode. Čak i sa elektrodama od specijalnih mate ma teri rija jala la (ci (cirk rkon onijij,, hafn hafnijij i njegove legure) vijek elektrode pri rezanju zrakom je znatno kraći nego kod konvencionalnog rezanja plazmom. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


12

Rezanje plazmom s vodenom zaštitom (1965.) Ova je tehnika slična tehnici dualnog toka osim što je zaštitni plin pli n zamje zamjenje njen n vod vodom. om. Izg Izgled led reza a i vije vvijek k sapni sa pnice cee su su Izgl Izgled ed rez reza viijek jek sapnic sap nice poboljšani zbog efekta hlađenja koji osigurava voda.



Rezanje plazmom s ubrizgavanjem vode (1968.)

13

Kvaliteta reza je kod postupka sa ubrizgavanjem vode postignuta na svim metalima sa samo jednim plinom; dušikom. Zbog toga je ovaj postupak postao ekonomičniji i lakši za upotrebu. Fizikalno, dušik je idealan zbog svoje mogućnosti da prenosi toplinu sa luka na radni komad. Vijek sapnice je produžen (hladi se i štiti na mjestu maksimalnog suženja i maksimalne topline luka). Zaštitna svojstva sloja vodene pare omogu ćila su uvođenje jedinstvene inovacije: cijeli donji dio sapnice mogao je biti izrađen od keramike. Kao posljedica toga, pojava dvostrukog luka, najve ći uzročnik uništenja sapnice, je eliminirana. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


Rezanje ispod vode (1977.)

14

Ova metada plazma rezanja visokom snagom sa strujom rezanja iznad 100 amp. postala je danas vrlo popularna. Kod ove tehnike, radni je komad potopljen pod vodu na dubinu od 50 – 75 mm i rezanje se odvija dok je komad potopljen u vodu. Nivo buke, dima i bljesak luka značajno su smanjeni. Prednosti: smanjenje buke i eliminiranje stvaranja dima. Nedostatci: smanjenje brzine rezanja, nemogućnost ocjene kvalitete po zvuku plazme, disocijacija vode (vodik, kisik). Kisik ima tendenciju spajanja s rastaljenim metalom (osobito kod Al i lakih metala) i formiraju se metalni oksidi, a u vodi zaostaje slobodan vodikov plin. Voda mora konstantno mješati da ne dođe do nakupljanja vodika u “ đžepovima” ispod lima i malih eksplozija u dodiru sa plazmom. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


15

Plazma rezanje kisikom (1983) Problem: visoka temperatura na vrhu sapnice i djelovanje kisika - brzo uništenj un ištenje e elektrode. elektrode. Uvođenjem elektroda čistog kisika uništen je od hafni hafnija cirkonija, ija, te konst konstrukcij rukcijaskim askim pobolj poboljšanji šanjima maa glave hafnijjaa i cirkon cirkonija, poboljšanjim za rezanje omogućena je upotreba kisika kao plazma plina, što je omogućilo rezanje bez šljake i pove ćanje brzine za do 30% za vrijeme rada pri nižoj struji i dobivanje glatkih i pravilnih rubova. Prednosti: Kvaliteta reza na čeliku je zadovoljavajuća, i većina korisnika smatra da je omjer između visokih brzina rezanja i kavlitete reza na nasuprot kr kraćem vijeku elektrode zadovoljavajući. Skupi postupci uklanjanja šljake koji su se često morali izvršavati kod plazma rezanja dušikom, kod rezanja kisikom su eliminirani. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


Rezanje plazmom s ubrizgavanjem kisika (1985.)

16

Ova tehnika je zaobišla problem s vijekom elektrode korištenjem dušika kao plazma plina i ubrizgavanjem kisika na izlazu iz sapnice. Postupak je isklju čivo korišten na mekim čelicima i nešto malo je povećao brzine rezanja. Ipak, neki od nedostataka bili su nepravilan oblik reza, ograničenost primjene (meki čelici)…



Rezanje plazmom duboko ispod vode. Kako produžiti vijek nuklearnim postrojenjeima? Kako rastaviti postrojenja koja više ne rade?

Zahtjevi za suvremenu opremu: Rezanje plazmom visoke gustoće ! Visoka produktiv produktivnost, nost, kvaliteta kvaliteta rezne površi površine. ne. površin e. Produženje trajanja dodatnog materijala!

18

Suvremena oprema za rezanje • FineFocus torc rch hes with swirl gas te tecchnology (FF gorionici sa “vrtložnim” sekundarnim plinom (Kjellberg) • FineFocus torches with swirl gas + XL-L -LiifeTim Ti me Syst Syste em = High High-T -Tec ech h Pl Plas asma ma Cut uttiting ng of Mild Mi ld St Stee eels ls (K (Kje jellllbe berg rg)) • Fi Fine neFo Focu cuss i HiFo HiFocu cuss te tehn hnol olog ogijija a (Kje (Kjellllbe berg rg)) • HiD iDef efin inititio ion n Pl Pla asm sma a (H (Hyp ype ert rthe herm rm)) • … SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


19

Swirl Gas Technology

“Suho” rezanje plazmom Rezanje plazmom pod vodom bez “vrtložnog plina” sa “vrtložnim plinom” bez “vrtložnog plina”

www.servus.hr www.kjellberg.de SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


20

FineFocus i HiFocus tehnologija



21

HiFocus 100 (Variante rezanja konstrukcijskog čelika, CrNi-čelika i aluminija)

O2

O2 O2

PGE2-HM

PGE1-HM



22

Plasmaschneidanlage HiFocus 100 für das Trocken Troc kensch schnei neiden den mit Wir Wirbel belgas gas/Se /Sekun kundärg därgas as Laserähnliche Laserähnlic he Quali Qualität tät Baust Baustahl ahl HiFocus - Techn Technologie ologie Laserähnlic Laser ähnliche he Qualit Qualität ät Edelst Edelstahl ahl HiFinox – – Techn Technologi ologie e Qualitätsschnitt / Bartfreigrenze Qualitätssc Qualit ätsschnitt hnitt FineFocus – – Techn Technologie ologie Trennschnitt Einste Ein steche chen n aus dem Sta Stand nd Einstechen Einste chen fliege fliegend nd Schneidstrom Plasmagase Plasm agase Baust Baustahl ahl Plasmagase Edelstahl Plasmagase Aluminium

0,5 bis 10 mm mm 1 bis bis 6 mm mm 16mm 6 bis bis 25 mm mm bis 40 mm 12 mm 25 mm 20 - 13 130 0A O2 N2, Ar/H2, Ar/H2/N2 N2, Ar/H2, Ar/H2/N2



23

Plasmaschneidan Plasmaschn eidanlage lage FineFocus 900 für das Sauer Sauerstoff stoff-Hochleistungs-Trockenschneiden von Austell mit Wirbelgas/Sekundärgas

Qualitätsschnitt bartfrei Qualitätssc Qualit ätsschnitt hnitt FineFocus- Technologie Technologie bis 40 mm 5 bis 60 mm mm Trennschnitt bis 90 mm Einste Ein steche chen n aus dem Sta Stand nd 30 mm Einstechen Einste chen fliege fliegend nd 45 mm Schneidstrom 80 – 40 400 0A Plasmagas Plasma gas für Baust Baustahl ahl O2



24

Glavni parametri rezanja plazmom • Snaga Snaga pla plazme zme (Ja (Jakos kostt struj struje e x Nap Napon) on) • Brzina rez rezanja • Vrsta i količina ina/pr /proto otokk plazmen plazmenog og (i sekundarnog) plina/plinske mješavine • Ud Udalj aljeno enost st mlaz mlaznic nice e od rad radnog nog kom komada ada



25

Brzina rezanja



26

UTJECAJ RAZLIČITIH ZAŠTITNIH PLINOVA NA REZANJE PLAZMOM • Primjena Primjena poje pojedini dinih h plino plinova va za rezanj rezanjee plazmom plazmom ovisno o vrsti materijala • Važne Važne su karakt karakterist eristike ike plino plinova va kao kao napr. napr. energi energija ja disocijacije, ionizacije, toplinska vodljivost vodljivost,, specifična masa. • Kv Kval alit itet etaa re reza za ov ovis isii o čistoći plina.



27

Smjernice za izbor plina za rezanje plazmom

• Ugljični čelici: • Zrak Zrak kao kao pla plazm zmen enii pl plin in:: visok visoka a produ produkt ktiv ivno nost st,, manje onečišćenje dušikom i oksidima na površini reza • Ki Kisi sikk kao pla plazm zmen enii pl plin in:: visok visoka a produ produkt ktiv ivno nost st,, rezna rez na pov površi ršina na bez bez onečišćenja dušikom



28

Smjernice za izbor plina za rezanje plazmom • Cr-Ni čelici: • Zr Zrak ak kao kao pla plazm zmen enii pl plin in:: visok visoka a produ produkt ktiv ivno nost st,, prihvatljiva kvaliteta reza, potrebna naknadna dorada ako slijedi zavarivanje • Mješa šavvina ArH2/ArH2N2 kao plazm plazmen enii pli plin: n: vrlo vrlo čista površina reza



29

Smjernice za izbor plina za rezanje plazmom • Aluminij: • Zr Zrak ak ka kao o pl plaz azme meni ni pl plin in:: vi viso soka ka produktivnost, prihvatljiva kvaliteta reza • Mješavina Ar ArH2 kao pla plazme zmeni ni pli plin: n: izuzetna kvaliteta površina reza



30

• -

Zrak se često korist koristii kao kao plazme plazmeni ni plin: rela re latitivn vno o lak lako o je je dost dostup upan an,, vijek trajan trajanja ja potro potrošnih šnih mater materijala ijala je prihv prihvatlji atljiv, v, kvalit kva liteta eta rez reza a je pri prihva hvatlj tljiva iva za ve većinu materijala, iako kod ugljičnih čelika može doći do pojave nitracije, ili oksidacije koja se obično javlja na aluminiju i ner đajućem čeliku.



31

Dušik: - daj daje e izvrs izvrsnu nu kva kvalite litetu tu reza reza na alum alumini iniju ju i ner đajućem čeliku, - kv kva alilite teta ta re reza za na ve većini ugljičnih čelika je marginaln margi nalna a zbog pojave pojave nitracije nitracije na površini površini i formiranja šljake, - vij vijek ek trajan trajanja ja potro potrošno šnog g materi materijal jala a je izvrst izvrstan. an. Dušik zahtjeva veći napon (i energiju) kod prelaska u stanje plazme, ali mu je zato sadržaj energije veliki.



32

• Argon-vodik- mješavina koristi se za dualne plinske sustave radi poboljšanja kvalitete reza na ner đajućim čelicima i aluminiju. - Vij Vijek ek potr potrošn ošnog og mate materij rijala ala je izvr izvrsta stan. n. - Pre Premal malo o H daje daje gru grublj blju u površ površinu inu rez reza ai zaobljen gornji rub reza, a previše H daje glatku gornju stranu reza ali na donjem rubu ostaje dio rastaljenog metala (eng. dross). - Argon osigura osigurava va lagano lagano uspostav uspostavljanj ljanje e luka i njegovu stabilnost, dok mu je s druge strane sadržaj energije manji i cijena nešto ve ća. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


33

• Kisik se koristi za dobivanje najbolje kvalitete reza na ugljičnim čelicima. - Ivi Ivice ce reza reza su bez bez duši dušika, ka, i imaju imaju dob dobru ru zavarljiv zava rljivost, ost, deforma deformabiln bilnost ost i strojnu strojnu obradivost. - Do neda nedavn vno o vijek vijek doda dodatni tnih h mater materija ijala la je bio u granici prihvatljivosti. Danas je trajanje potrošnih materijala poboljüano.



34

Utjecaj kvalitete plina – rezanje laserom



Područ je učestalije primjene pojedinih postupaka rezanja

35

Debljina materijala, mm … Schneiden mit Wasserstrahlen , Werkstatt und Betrieb Betrieb,, 3/1994, str. 16. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


Uobičajena debljina lima koji se reže

… Svetsarsen , A welding review published by Esab Group Group,, Vo Vo.. 54, No.1No.1 -2, 1999., pg 34. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


36

37

Tolerancije Air Plasma (Manual)

) 1,0 m m ( N O I T A I R A0,5 V E Z I S T R A P

0,1

g n i t t u C s a G

HyDefinition Plasma r e s a L G A Y

CO2 Las Laseer

Electric Spark Erosion 3

6

9

12

PART THICKNESS (mm)

… Svetsarsen , A welding review published by Esab Group Group,, Vo Vo.. 54, No.1No.1 -2, 1999., pg 34. SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


Kvaliteta reza


38


39

Primjena plazme za rezanje – bliža okolina • • • • • • • •

Zavare Zava rene ne pos posud ude e d.o. d.o.o. o.,, SB Austrian Energy – ĐĐ TEP d.o.o. , SB Tedington (u (uvvodi se se zra zračna plazma), SB Montaža ĐĐ, SB Pla Pl ame men, n, Po Pože žega ga Starco Sta rco,, B. Manas Manastir tir (zav (zavari ariva vanje nje,, rezanje rezanje)) Stro St roja jars rski ki fak fakul ulte tet, t, SB SB ….



CNC rezanje plazmom – Varstroj (Lendava, SLO)



40

41

KjellbergKjell berg- Plasma Plasmabrenn brenner er PB-S76 W-2/O W-2/O2

www.servus.hr www.kjellberg.de



42

HiFocus 100 mit 2D-Führungsmaschine (Baustahl)



43

HiFocus -Technologija -Technologija

Razanj Razanjee cijevi cijevi (s vanjeske vanjeske i unutarnje unutarnje strane), kvaliteta reza, postojanost elektrode, povećan radijus rada (do 55 m), …

PerCut-Brenner SVEUČILIŠTE U OSIJEKU – STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU


REZANJE PLAZMOM

Recommend Documents