Je možné řezat hliník plazmou?

Plazmové řezání je dnes nesporným lídrem mezi metodami zpracování železných a neželezných kovů. Je všestranný a umožňuje pracovat s uhlíkovou a nerezovou ocelí, litinou, hliníkem, mědí a různými slitinami. V tomto článku se podíváme na konstrukci a klasifikaci plazmových řezaček a dáme doporučení pro jejich výběr.

Plazmová řezačka neboli plazmová řezačka je zařízení, které vytváří proud ionizovaného vzduchu (plazmy), který řeže kovový obrobek. Na rozdíl od „klasického“ plamene na bázi propanu a kyslíku vytváří plazmová řezačka mnohem vyšší teplotu spalování. V důsledku toho se zvyšuje řezná rychlost a teplo nemá čas šířit se po obrobku a deformovat jej.

Jak funguje plazmová řezačka?

Princip činnosti zařízení spočívá ve vytvoření elektrického oblouku mezi tryskou plazmového hořáku a zpracovávaným kovem. Jeho teplota dosahuje 5’000 °C, což ovšem na řezání kovu nestačí. Zároveň je však do pracovní oblasti plazmové řezačky přiváděn proud vzduchu nebo plynu, interaguje s elektrickým obloukem, ionizuje a tvoří plazmu. A jeho teplota už dosahuje 30 000 °C. Přidejte k tomu výstupní rychlost plazmy až 1500 m/s – a získáme možnost vysoce přesného a přesného řezání téměř jakéhokoli kovu.

Plazmový řezací stroj se skládá z několika bloků:

Zdroj energie

Stejnosměrným zdrojem je buď transformátor nebo invertor. Mezi výhody transformátoru patří jeho nízká citlivost na poklesy napětí. Navíc umožňuje řezat kov až do tloušťky 80 mm. Nevýhodou tohoto zdroje je jeho objemnost a nižší účinnost ve srovnání s invertorem. Pokud použijete invertor, bude účinnost o 30 % vyšší, což znamená, že je ekonomičtější. Zároveň je levnější než transformátor a jeho kompaktní rozměry a mobilita umožňují jeho použití i na těžko dostupných místech.

Plazmový hořák

Toto je hlavní část frézy: nástroj, který je připojen ke zdroji proudu, vlastně tvoří plazmu a dodává ji na povrch kovového obrobku.

Hlavní prvky plazmového hořáku jsou:

• Hrot (tryska). Tvoří oblouk plazmy. Zpravidla se vyrábí z mědi a provedení závisí na typu frézy.
• Elektroda. Zapaluje a udržuje plazmový oblouk. Vyrábí se z mědi za použití vložek z kovů vzácných zemin, především hafnia. Hafniové vložky jsou potřebné pro usnadnění zapálení a pro zajištění stability plazmového oblouku.

Vzduchový kompresor

Tvoří vírový přívod stlačeného vzduchu a zajišťuje stabilitu plazmového oblouku. Kompresor se také používá k chlazení prvků plazmové řezačky. Zařízení je navíc vybaveno balíkem kabelů, které přenášejí proud do hořáku, a hadicemi, kterými proudí vzduch nebo plyn.

Klasifikace plazmových řezacích zařízení

Plazmové řezačky jsou rozděleny do typů podle několika faktorů: konstrukce, technické vlastnosti a technologické možnosti. Níže se budeme zabývat hlavními klasifikacemi.

Způsobem ovlivnění

• Přímé řezání(plazmový oblouk) je založena na vytvoření elektrického oblouku mezi elektrodou a povrchem zpracovávaného kovu. Tento typ řezání je vhodný pro kovy s dobrou elektrickou vodivostí.
• Nepřímé řezání umožňuje pracovat s kovy, které mají nízkou elektrickou vodivost, stejně jako s dielektriky. Při tomto typu řezání přichází zpracovávaný kov do kontaktu pouze s proudem plazmy, protože zdroj elektrické jiskry se nachází uvnitř plazmového hořáku.

Podle typu řezu

Stroje používané pro plazmové řezání lze rozdělit do dvou hlavních kategorií podle typu řezání:

• Zařízení pro ruční řezání se používají v malých průmyslových odvětvích pro výrobu a zpracování kovových dílů, jakož i při pokládání potrubí, konstrukci kovových konstrukcí ve stavebnictví atd. V tomto případě operátor drží plazmový hořák zavěšený a vede jej podél linie řezu. Pro zajištění přesnosti řezu a minimalizaci prohýbání a okují se používá zarážka, která je umístěna na trysce plazmového hořáku. Udržuje požadovanou vzdálenost mezi opracovávaným kovovým povrchem a tryskou konstantní.
• CNC strojní plazmová řezací zařízení se používají tam, kde je potřeba zakřivené řezání nebo maximální přesnost (například ve strojírenských provozech). Taková zařízení fungují podle daného programu s minimální účastí operátora.

Podle typu chlazení

Plazmové hořáky se dělí na zařízení podle typu chlazení:

• Chlazení vzduchem. Tyto frézy se používají pro domácí i profesionální účely.
• Chlazení kapalinou. Tento typ chlazení se používá u fréz určených pro řezání vysokým proudem.

Podle druhu použitého plynu

Plazmové řezačky jsou schopny pracovat s různými plyny a jejich směsmi. Hlavními parametry výběru jsou v tomto případě jakost a tloušťka zpracovávaného kovu a požadavky na kvalitu řezu.

Typy plazmových hořáků v této klasifikaci závisí na typu použitého plynu nebo směsi plynů. Při provozu plazmových hořáků se používají následující plyny:

• Stlačený vzduch. Univerzální a ekonomické řešení pro zpracování železných kovů a mědi do tloušťky 60 mm, stejně jako hliníku do 70 mm.
• Dusík. Zaručuje čistý řez a také zvyšuje životnost elektrody a dalších částí plazmového hořáku, ale rychlost řezání není tak vysoká jako u plazmových hořáků pracujících na stlačený vzduch. Dusík je vhodný pro řezání hliníku a mědi do 20 mm, nízkouhlíkových nízkolegovaných ocelí do 30 mm, vysokolegovaných ocelí do 75 mm, mosazi do 90 mm, titanu.
• Dusík a vodík se používají pro řezání mědi, hliníku a jejich slitin až do 100 mm.
• Směs na bázi dusíku a argonu se používá při práci s vysoce legovanými materiály do tloušťky 50 mm.
• Směs argonu a vodíku se používá pro řezání vysoce legované oceli, hliníku a slitin mědi do tloušťky 100 mm.

Kritéria výběru

Zde jsou hlavní charakteristiky zařízení, na které se musíte při výběru zaměřit.

Invertorový proud

Vyberte si měnič, který poskytuje proud potřebný k řezání kovu, se kterým hodláte pracovat. Pro řezání železných kovů a oceli budete potřebovat 1 A na každý 4 mm tloušťky. Pro řezání mědi, mosazi, hliníku je toto číslo 6 A na 1 mm. To znamená, že k řezání 7mm ocelového plechu budete potřebovat zařízení s proudovou silou alespoň 28 A a k řezání mosazi stejné tloušťky – alespoň 42 A. Při nákupu zařízení odborníci doporučují zvolit proudovou sílu s rezervou, aby nedošlo k přetížení zařízení.

Režim a intenzita používání

Zde je hlavním parametrem doba zapnutí (ON). Ukazuje dobu provozu zařízení bez přerušení. Například řezačka s pracovním cyklem 40 % v pracovním cyklu 10 minut bude schopna pracovat nepřetržitě po dobu 4 minut. Zde se zaměřte na režim používání zařízení. Pro dílnu nebo garáž jsou vhodné přístroje s PV 40 %. Pro serióznější výrobu zvolte zařízení s pracovním cyklem alespoň 60-80%.

Délka kabelu (balení hadice)

Při výběru délky kabelu plazmového hořáku byste měli vzít v úvahu podmínky, ve kterých budete muset pracovat. Čím kratší je balík hadic, tím častěji se bude muset celá instalace přesouvat. Pokud potřebujete plazmovou řezačku k řezání malých dílů nad stolem nebo pracovním stolem, můžete si zakoupit plazmový hořák s balením krátké hadice.

Plazmové řezání: klady a zápory

Na rozdíl od jiných typů řezání kovů má plazma řadu zjevných výhod:

• Vyšší výkon, a tedy i vyšší produktivita (ve srovnání např. s kyslíkovým hořákem).
• Ruční plazmová řezací zařízení jsou kompaktní, mobilní a energeticky účinná.
• Cenově výhodné, zejména při práci s kovy do tloušťky 60 mm.
• Vysoce přesné a nejkvalitnější zpracování kovů. Plazmové řezání nevyžaduje prakticky žádné dodatečné broušení.
• Všestrannost použití: lze použít ve zcela odlišných oblastech, jak v každodenním životě, tak v průmyslu.
• Minimální příprava před řezáním: plazma umožňuje řezat kov bez předchozího čištění od nečistot nebo rzi.
• Vysoká úroveň požární bezpečnosti: materiály používané v technologii plazmového řezání nejsou hořlavé.
• Vysoká úroveň šetrnosti k životnímu prostředí: řezání plazmou minimalizuje odpad a škodlivé emise do životního prostředí.

Mezi nevýhody tohoto typu řezání stojí za zmínku především malá tloušťka řezu (do 100 mm). Vzhledem k tomu, že vzduch nebo plyn jsou přiváděny vysokou rychlostí, jsou plazmové řezačky hlučné. Technicky složitá zařízení navíc vyžadují vysoce kvalifikovanou údržbu.

Rozsah použití plazmových hořáků

Univerzální, s mnoha zjevnými výhodami, se plazmové řezání rozšířilo. Uveďme hlavní oblasti použití.

Řezání, vč. figurovaný, plech

Plazmová řezačka nemá prakticky žádná omezení na typ zpracovávaného kovu. Ale jelikož jsou jeho možnosti omezeny tloušťkou materiálu, ukazuje maximum svých možností při práci s plechem. To platí i pro řezání figurek, které se provádí pomocí CNC. Výroba složitých plochých dílů, umělecké řezání kovů – v těchto oblastech nemá plazmová řezačka obdoby.

Řezání trubek

Pro tuto aplikaci se používají speciální instalace – řezačky trubek s centralizátory. Je důležité, že na rozdíl od plynových autogenních hořáků plazmové řezačky umožňují vysoce přesné zpracování trubek.

Řezání litiny

Dnes se jedná o nejefektivnější způsob řezání litiny, který kombinuje efektivitu, rychlost a pohodlí. Například pomocí plazmového řezání se litinový šrot připravuje k recyklaci v podnicích.

Řezání oceli

Na rozdíl od kyslíkového hořáku vám plazmové řezání umožňuje pracovat s nerezovou ocelí. V kombinaci s minimální tvorbou otřepů a vysokou produktivitou je plazmová řezačka v této oblasti téměř nepostradatelná.

Zveme vás, abyste se seznámili s celou řadou plazmových hořáků KEDR pro plazmové řezání, jakož i komponenty pro plazmové hořáky v našem katalogu.

Hliník patří mezi neželezné kovy jako je mosaz, měď, stříbro a zlato. Neželezné kovy mají vlastnosti, jako je nízká hmotnost a dobrá vodivost. Hliník je lehký, měkký, ale pevný, takže jej lze snadno řezat a tvarovat na stroji. řezání laserem.

Na rozdíl od železa nebo oceli má hliník tu vlastnost, že zabraňuje korozi a korozi. Díky vysoké flexibilitě hliníku produkuje nejmenší množství odpadu.

Hliník je široce žádaný v mnoha průmyslových odvětvích:

• ve stavebnictví: pro výrobu venkovních reklamních předmětů;
• v reklamním průmyslu: při výrobě písmen, štítků, nápisů;
• v automobilovém průmyslu: jako prvek tuningu automobilů a motocyklů, prvky dekorace exteriéru a interiéru;
• ve výrobě nábytku: pro zdobení obchodu, výstavy, exkluzivní nábytek;
• v oblasti průmyslové výroby svítidel a reflektorů.

Výrobky vyrobené z hliníku a jeho slitin se vyznačují:

• vysoká plasticita;
• dobrá tepelná kapacita a elektrická vodivost;
• Díky přítomnosti oxidu na kovovém povrchu jsou vyrobené produkty méně náchylné ke korozi.

Nejběžnější slitinou je dural, obsahující hliník a měď, používaný v konstrukci automobilů a letadel. Další slitina, která je založena na přidání části křemíku do kovové struktury, je známá jako silumin, který je široce používán v různých technologických cyklech. Přídavek manganu k hliníku zvyšuje odolnost kovu proti korozi. Zbývající chemické složky zajišťují pružnost a ohebnost kovu. Hliník se v praxi používá k náhradě hlavních konstrukčních dílů a klíčových dílů u strojů, které byly dříve vyrobeny z oceli.

Slitiny hliníku, vyznačující se vysokou elektrickou vodivostí, jsou široce používány v elektrotechnice. Hliníkové dráty se vyznačují zvýšenou odolností proti opotřebení a trvanlivostí.

Rýže. 1. Hliníkový plech

Laserové řezání hliníku

CO2 nebo vláknové lasery lze použít pro řezání tenkých plechů z neželezných kovů. Při řezání oxidem uhličitým laserem je však nutné zakrýt povrch materiálu, aby se zabránilo poškození laserového zařízení odraženým světlem. Vláknový laser lze použít k řezání neželezných kovů.

Hliník lze řezat různými typy řezacích strojů, jako je laser, plazma, vodní paprsek nebo mechanický řezací stroj. Ve srovnání s tradičními stroji na řezání hliníku je hlavní výhodou laserového řezacího stroje rychlost a kvalita a obrobek, který vyrábí, je hladší a bez vad.

Je možné řezat hliníkovou desku laserem?

Tloušťka hliníkové desky řezané laserovým řezacím strojem závisí na výkonu laseru. Obecně platí, že 6000W laserový řezací stroj může řezat maximálně 16 mm a 4500W laserový řezací stroj může řezat až 12 mm, ale náklady na zpracování jsou vysoké, protože hliník je vysoce reflexní materiál.

Řezání laserem zahrnuje použití zaostřeného laserového paprsku s vysokou hustotou výkonu k ozařování obrobku tak, aby se ozařovaný materiál mohl rychle roztavit a odpařit.

Rýže. 2. Laserové řezání hliníku

Typy zařízení pro laserové řezání hliníkových plechů

Hliníkové laserové řezací zařízení je rozděleno do tří typů:

• řezací stroj s oxidem uhličitým laserem;
• vláknový laserový řezací stroj;
• lampou čerpaný laser.

Při zpracování hliníku CO2 laserem se značná část energie odráží, v důsledku čehož se pohltí jen její malá část, která nestačí hliník roztavit a odpařit.

Tento problém lze vyřešit použitím vysoce výkonného CO2 laseru s vysokou pracovní frekvencí, který dosáhne hliníkového povrchu dostatečně rychle, aby kompenzoval ztrátu výkonu v důsledku odrazu. Vláknový laser je schopen řezat hliník při téměř trojnásobné rychlosti CO3 laseru podobného výkonu.

Pokud jde o náklady a investice, běžně používaným zařízením pro řezání hliníku laserem jsou vláknové a YAG lasery. Tyto dva typy zařízení mají dobrý výkon při řezání hliníku nebo jiných materiálů, jako je nerez a uhlíková ocel.

Protože hliníková deska je vysoce reflexní materiál, ani vláknový laserový řezací stroj ani YAG laser nemohou zpracovat hliníkové desky, které jsou příliš silné. Při řezání laserem se doporučuje používat dusík kvůli speciální barvě hliníku a pro zajištění rovnoměrné barvy řezu. Dusík zabraňuje oxidaci a zachovává vlastnosti samotného materiálu.

Kritéria pro výběr laserové řezačky

Aby bylo možné vybrat optimální zařízení pro laserové řezání hliníku, je třeba vzít v úvahu následující faktory:

• kvalita řezání;
• Rychlost řezání;
• Výrobní náklady.

Kvalita řezání

Hliníkový profil je vysoce reflexní materiál, takže stroj na řezání optických vláken a laser YAG nemohou řezat silný hliník. Tloušťka řezu: 2000W laser může řezat 6-8 mm, 4000W může řezat 12 mm, 6000W může řezat 16 mm. Optické vlákno je lepší pro řezání hliníkové desky. Hliníkové materiály také nejsou odolné vůči vysokým teplotám a jsou náchylné k tvorbě otřepů během procesu řezání.

Rychlost řezání

Rychlost řezání je důležitým faktorem ovlivňujícím konečný výsledek. Příliš vysoké řezné rychlosti způsobí otřepy. Příliš pomalé řezné rychlosti způsobí tvorbu trhlin. U vláknového a YAG laseru se stejným výkonem bude řezná rychlost u vláknového laseru vyšší.

Výrobní cena

Náklady na zpracování pomocí laserového řezacího stroje jsou mnohem nižší než při použití jiných typů zařízení. Ve srovnání mezi vláknovým laserem a řezačkou YAG jsou náklady na řezání vláknovým laserem nižší. Z dlouhodobého hlediska však hliníkový materiál utrpí vážné poškození, což výrazně snižuje životnost vláknového laseru. Z tohoto pohledu jsou náklady na YAG nižší než náklady na vláknový stroj.

Výhody laserového řezacího stroje na hliníkové desky

• Laser pro řezání hliníkových plechů má vysokou přesnost, řez je úzký a hladký;
• Laserový stroj poskytuje vysokorychlostní řezání hliníku s přesností ±0,1 mm a opakovatelností přibližně ±0,05 mm;
• Laserové zařízení je bezkontaktní, bez nárazové síly během mechanického obrobku, bez opotřebení nástrojů a forem;
• Přířezy jsou umístěny blízko sebe, což umožňuje úsporu 20% – 30% materiálu;
• Obrobek je vytvořen jedním pohybem bez dalšího zpracování;

• Mechanická část hlavy laserové řezačky nemá žádný kontakt s obrobkem a během provozu nepoškrábe povrch obrobku;
• Malá oblast ovlivněná teplem řezání, malá deformace desky a úzký řezný šev (0,1 mm ~ 0,3 mm).

Technologie řezání hliníku laserem

Do ošetřované oblasti je přiváděn proud plynu, který čistí řeznou hranu od roztavených kovových částic. To je nezbytné, aby se zabránilo dodatečnému zpracování, protože roztavené částice nemají čas usadit se na povrchu a okraje řezu jsou hladké a rovné. Laserový paprsek je aplikován na povrch obrobku tak, aby dosáhl teploty tavení. Současně vysokotlaký plyn vyfukuje roztavený kov.

S relativní polohou pohybující se mezi nosníkem a obrobkem tvoří materiál mezeru, která umožňuje dosažení účelu řezání. Proces řezání laserem používá místo tradičního mechanického nože paprsek. Má vlastnosti vysoké přesnosti a rychlosti, neomezený řezný vzor, ​​automatické psaní, úsporu materiálu, hladké řezání a nízké náklady na zpracování.

Rýže. 3. Hliníková konstrukce

Jaký plyn se používá k řezání hliníku laserem?

Efektivní provoz laseru není možný bez čistoty a správného výběru procesních plynů. Celkem v současnosti existují dvě technologie řezání laserem: v prostředí s nízkým tlakem kyslíku a ve vysokotlakém prostředí inertního plynu (dusík nebo argon).

K řezání hliníku o tloušťce 1,6 mm lze použít dusík nebo vzduch. Povrch hliníkové desky řezané dusíkem je hladší. Při řezání desky vzduchem může být přítomno malé množství strusky.

Pomocné plyny, které lze použít v laserovém řezacím stroji:

Laserové řezání vytváří velké množství tepla. Když se paprsek tepla soustředí dohromady, materiál začne hořet a oxidovat, což může způsobit deformaci obrobku. Proto je nutné přidat nějaké pomocné plyny jako je kyslík a dusík.

Dusík by měl být volbou při ošetřování nerezové oceli.

Dusík dokáže zabránit oxidační reakci řezu, takže ošetřená hrana nezčerná. Při výběru dusíku byste měli zvolit dusík s vysokou čistotou.

Rýže. 4. Nerezová ocel 28 mm a 25 mm, vzorky řezané laserem vysokotlakým dusíkem

Při zpracování plechu z uhlíkové oceli by měl být zvolen kyslík. Kyslík hraje roli podpory spalování, která urychluje zpracování obrobku. Čistota kyslíku by měla být co nejvyšší.

Při řezání silných plechů kyslík zvyšuje řeznou rychlost, ale zároveň vytváří širokou oxidovou vrstvu po obvodu hrany výrobku. Použitím dusíku je možné zachovat schopnost nerezové oceli nepodléhat korozi. Dusík je navíc jedinečný plyn, který dokáže zajistit vysoce kvalitní řezání hliníku. Kyslíkové řezání zanechává hliníkové díly se zubatými, otřepenými hranami. Dusík naproti tomu taví kov, ale nevznítí se ani se nevypařuje.

Pomocné plyny mají mnoho společných funkcí. Tyto plyny dokážou odfouknout strusku vznikající při řezání, chránit čočku, zabraňovat ulpívání strusky na čočce a prodlužovat její životnost. Vzduch a dusík mohou řezací hlavu také chladit.