TECHNOLOGIE ŁĄCZENIA MATERIAŁÓW
Weronika Jabczyńska
WBMiZ
IM
Grupa B

CIĘCIE TERMICZNE TLENOWE ORAZ PLAZMOWE

Przebieg ćwiczenia:

Na zajęciach przeprowadziliśmy proces cięcia termicznego tlenowego oraz plazmowego. Wyposażeni w specjalne okulary ochronne mogliśmy obserwować oba procesy podczas których cięciu poddaliśmy materiały: miedź, aluminium, mosiądz oraz stal 304R.

Warunki cięcia tlenowego:

-temperatura zapłonu ciętego metalu musi być niższa od temperatury topnienia tego metalu (wówczas zamiast spalania nastąpiłoby wytapianie; warunek ten spełniają tylko metale o osnowie żelaza)

-temperatura topnienia tlenków ciętego metalu musi być niższa temperatury topnienia przecinanego metalu

-powstające tlenki (żużel) powinny być ciekłe, rzadkopłynne w temperaturze reakcji spalania (łatwe do wydmuchnięcia)

-reakcja chemiczna łączenia metali z tlenem musi być egzotermiczna a przewodnictwo cieplne metalu niezbyt duże

Parametry cięcia tlenowego i plazmowego:

1. Plazmowego:

-natężenie prądu (A)

-napięcie łuku (V)

-prędkość cięcia w m/min

-rodzaj i ciśnienie w MPa (bar) oraz natężenie przepływu gazu plazmowego w l/min

-rodzaj i konstrukcja elektrody

-średnica dyszy zwężającej [mm]

-położenie palnika względem ciętego przedmiotu

1. Tlenowego:

-rodzaj i grubość ciętego materiału

-długość i kształt linii cięcia

-wymagana jakość i dokładność cięcia (wielkość odkształcenia, szerokość strefy wpływu ciepła, geometria ciętych krawędzi)

-szybkość z jaką tnie się materiał [m/min]

-średnica i kształt dyszy tlenowej [mm]

-ciśnienie tlenu tnącego w kPa

-ciśnienie gazu palnego i tlenu płomienia podgrzewającego [kPa]

-koszty procesu (cena urządzenia, koszty obsługi)

Wpływ doboru parametrów na jakość powierzchni

a). podczas cięcia tlenowego:

Materiałami, które mogą być cięte tlenem to stale węglowe i niskostopowe. Wzrost zawartości węgla i innych składników stopowych np. Cr, Si, utrudnia proces powodując pęknięcia poprzez zwiększenie hartowności. Stosowane palniki (służące również do spawania) umożliwiają cięcie stali w zakresie grubości od 3-300 mm. Przed przystąpieniem do procesu materiał musi być odpowiednio przygotowany (oczyszczony i zukosowany). Należy usunąć zabrudzenia mechaniczne tj. farby, smary, brudy, efekty korozji (cięcie blach pokrytych rdzą lub zgorzeliną wymaga zwiększenia przepływu gazów).

Gazem tnącym stosowanym w tej metodzie to przede wszystkim acetylen ze względu na najwyższą temperaturę płomienia. Czas startu procesu podczas cięcia, gdy gazem ochronnym jest tlen jest najkrótszy, węższa jest strefa wpływu ciepła i odkształcenia ciętych przedmiotów. Zalecany jest do cięcia cienkich przedmiotów, ukosowania i żłobienia oraz w przypadku cięcia krótkich odcinków. Rzadziej stosowanym gazem jest propan (czas startu wynosi 3:1 w stosunku do stosowania acetylenu) użycie go powoduje mniejsze przywieranie żużla cięcia do dolnej krawędzi oraz mniejsze utwardzanie krawędzi ciętych i nadtopienie górnych krawędzi. Inne gazy to np. gaz ziemny, wodór, LPG.

Ciecie tlenem jest procesem zazwyczaj niskociśnieniowym (0,5 – 6 bar). Decydującym parametrem wpływającym na szybkość procesu cięcia jest czystość tlenu, im czystszy jest tlen i zawiera mniej związków, które utrudniają zapłon materiału i tym samym zmniejszają prędkość procesu tym proces cięcia przebiega skuteczniej i szybciej. Użycie tlenu o odpowiedniej czystości umożliwia też przecinanie elementów o większej grubości

Średnica dyszy tlenowej, rodzaj i kształt końcówki palnika oraz prędkość cięcia i natężenie przepływu tlenu i gazu tnącego wpływają na szerokość szczeliny cięcia. Jej wzrost spowodowany jest wzrostem grubości ciętego materiału oraz średnicy dyszy tlenu tnącego. Zbyt intensywny płomień podgrzewający powoduje nadmierne nadtopienie górnej części szczeliny przez co zwiększa jej szerokość- zaokrągla się górna krawędź.

Sposób sterowania palnikiem ma znaczący wpływ na jakość powierzchni. Istotna jest stała prędkość posuwu palnika oraz stała wysokość palnika nad ciętym materiałem.

b). Podczas cięcia plazmowego

Natężenie prądu decyduje o temperaturze i energii łuku plazmowego. Stąd wynika, że wraz ze zwiększeniem natężenia prądu zwiększa się prędkość cięcia lub przy zachowaniu prędkości cięcia możliwe jest obrabianie materiałów o większej grubości- wiąże się to jednak ze zwiększonym zużyciem elektrod. Zbyt duże natężenie prądu sprawia, że pogarsza się jakość cięcia, zwiększa szerokość szczeliny, pojawiają się zaokrąglenia górnych krawędzi i odchylenie od prostopadłości. Zbyt małe natężenie prądu powoduje natomiast początkowo pojawienie się nawisów metalu przy dolnej krawędzi, a następnie brak przecięcia.

Napięcie łuku plazmowego decyduje o sprawnym przebiegu procesów ięcia plazmowego i stąd musi być dokładnie sterowane.

Również prędkość ma wpływ na jakość przeprowadzonego cięcia. Zbyt mała prowadzi do zwiększenia szerokości szczeliny i pojawienia się nawisu metalu i żużla przy dolnej krawędzi. Towarzyszy temu także zjawisko zaokrąglenia górnej krawędzi cięcia i „lejkowatości” wycinanego otworu (zwężającego się ku dolnej krawędzi). Za duża prędkość daje w efekcie zjawisko identyczne, jak w przypadku zbyt dużego natężenia prądu.

Wpływ na jakość powierzchni ma także rodzaj gazu plazmowego i jego ciśnienia. To właśnie, dlatego, w zależności od rodzaju ciętego materiału, stosowane są różne gazy plazmowe.

Stosuje się: powietrze, azot, argon, tlen z różnymi mieszankami (Ar+ H₂, Ar+ N₂ + H₂)

Wnioski i obserwacje:

Podczas wykonywania ćwiczenia mogliśmy zauważyć, że nie każdy materiał można ciąć otrzymując te same efekty. Na jakość powierzchni ciętego metalu wpływ ma wiele czynników (m.in. rodzaj cięcia, natężenie przepływu gazu, rodzaj i grubość materiału, prędkość z jaką tnie się materiał).

Istotną różnica między cięciem tlenowy i plazmowym jest to, że cięcie za pomocą tlenu polega na intensywnym spalaniu (utlenianiu) metalu strumieniem czystego tlenu natomiast cięcie przy użyciu plazmy polega na stapianiu materiału i usuwaniu go za pomocą zjonizowanego w łuku plazmowym gazu.

Cięcie tlenowo jest przede wszystkim ekonomicznie korzystne, ze względu na względnie małe koszty oprzyrządowania, jest proste technicznie, szybkie do wykonania. Do zalet cięcia plazmowego należy przede wszystkim duża wydajność procesu, stosunkowo dobra jakość powierzchni cięcia. Wadami natomiast jest Duzy hałas a także powstawanie toksycznych gazów, pyłów, promieniowania ultrafioletowego oraz podczerwonego.