การตัดพลาสม่า

การตัดพลาสม่าเป็นกระบวนการตัดด้วยความร้อนโดยใช้เจ็ทพลาสม่าที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเพื่อตัดผ่านโลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่น เหล็ก สแตนเลส อลูมิเนียม และทองแดง จริงๆ แล้วพลาสมาเป็นไอพ่นความเร็วสูง-ของก๊าซไอออไนซ์ซึ่งใช้ในการหลอมวัสดุ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตโลหะเพื่อความคุ้มค่าและความอเนกประสงค์

 

คำอธิบาย

 

ตัวพลาสมาเองจะนำกระแสไฟฟ้า และพลาสมาอาร์คจะต่อเนื่องตราบใดที่พลังงานถูกจ่ายให้กับอิเล็กโทรด และพลาสมายังคงสัมผัสกับชิ้นงาน การตัดด้วยพลาสมาเป็นเทคโนโลยีการตัดโลหะที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งใช้-อาร์คพลาสมาอุณหภูมิสูงเป็นแหล่งความร้อน และหลักการสำคัญของมันคือการใช้อาร์คความถี่สูง-ในการทำให้แก๊สแตกตัวเป็นไอออนเพื่อสร้างพลาสมาในขณะที่ละลายโลหะชิ้นงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 3,000 องศา และใช้กระแสลมเหนือเสียงเพื่อเป่าโลหะที่หลอมละลายออกไปเพื่อให้ได้การตัด ความดันของการไหลของก๊าซนี้จะควบคุมรัศมีของลำแสงพลาสมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการควบคุมสถานะของสสารที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งมีการควบคุมผ่านหัวฉีดแบบโฟกัส คุณสามารถตัดวัสดุ เช่น วัสดุเหล็ก สแตนเลส และอลูมิเนียมได้อย่างง่ายดาย

 

ตัวเลือกผู้ช่วยแก๊ส

 

เครื่องตัดพลาสม่าสามารถทำงานกับก๊าซต่างๆ ซึ่งรวมถึงอากาศอัด ไนโตรเจน อาร์กอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน หรือส่วนผสมของก๊าซสองหรือสามชนิดที่แตกต่างกัน ฟังก์ชันของมันค่อนข้างคล้ายกับก๊าซกำบัง ซึ่งแต่ละชนิดให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน และด้านล่างนี้คือบทสรุปโดยย่อ:

 

√อากาศอัด ก๊าซนี้ใช้งานได้หลากหลายและราคาไม่แพง และสามารถทำงานได้ดีกับเหล็กเหนียว สแตนเลส และอลูมิเนียมที่มีความหนาไม่เกิน 30 มม.

√ออกซิเจน เป็นก๊าซยอดนิยมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนในการใช้งานที่ต้องการการตัดที่สะอาดและความเร็วในการตัดที่รวดเร็ว และโดยปกติสามารถตัดเหล็กเหนียวได้ถึง 35 มม. ด้วยความร้อนที่สูงกว่า ซึ่งหมายความว่าต้องได้ยินมากขึ้น ผลที่ตามมาคือพลังงานความร้อนที่มากขึ้นสามารถสร้างความเสียหายให้กับชิ้นงานได้ อีกทั้งออกซิเจนไม่เป็นมิตรกับสแตนเลสและอลูมิเนียมมากนัก และพื้นผิวการตัดจะถูกออกซิไดซ์โดยสมบูรณ์เนื่องจากปริมาณออกซิเจนและความร้อนที่ใช้

√ไนโตรเจน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับงานหนัก-สำหรับโลหะหนาถึง 80 มม. และสามารถสร้างการตัดคุณภาพดีสำหรับวัสดุส่วนใหญ่ รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กคาร์บอน และอลูมิเนียม โดยปกติแล้วไนโตรเจนมักจะใช้กับก๊าซทุติยภูมิหลายชนิด เช่น อากาศ คาร์บอนไดออกไซด์ และอาร์กอนสำหรับแผ่นหนา

√อาร์กอน เป็นก๊าซเฉื่อยที่ไม่ทำปฏิกิริยากับการตัดที่อุณหภูมิสูง และไม่ใช่ก๊าซผู้ช่วยมาตรฐานเนื่องจากมีการนำไฟฟ้าต่ำ ดังนั้น จึงมักผสมกับไฮโดรเจนเพื่อสร้างเปลวไฟตัดพลาสม่า-ที่ร้อนที่สุดสำหรับการตัดที่สะอาด

 

 

ข้อควรพิจารณาในการลงทุนระหว่างพลาสมาและไฟเบอร์เลเซอร์

 

เครื่องจักรพลาสม่าทำงานโดยกำหนดทิศทางการตัดก๊าซ (อากาศ ออกซิเจน ไนโตรเจน อากาศ อาร์กอน ฯลฯ) ผ่านหัวฉีดที่มีช่องเปิดแคบ จากนั้นก๊าซจะถูกแตกตัวเป็นไอออนเพื่อสร้างพลาสมาอาร์ก ในขณะที่มีการใช้แก๊สป้องกันเพื่อล้อมรอบพลาสมาอาร์กเพื่อช่วยกำหนดรูปร่างของอาร์ค และพลาสมาอาร์กที่มีอุณหภูมิสูงมากสามารถตัดผ่านวัสดุโลหะได้

ในขณะที่ไฟเบอร์เลเซอร์ใช้แสงที่เกิดจากไดโอดและส่องไปตามสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกและส่วนประกอบออปติก{0}} จากนั้นลำแสงจะถูกโฟกัสและเพิ่มความเข้มข้นเพื่อตัดผ่านชิ้นงานโลหะ ไฟเบอร์เลเซอร์ยังต้องการก๊าซตัดซึ่งถูกฉีดเข้าไปในหัวตัดด้านล่างส่วนประกอบออปติก และออกจากหัวฉีดพร้อมกับลำแสงเลเซอร์ ตามประสบการณ์ของ Fabmann แผ่นทินเนอร์ < 12 มม. ท่อหรือโปรไฟล์ที่ต้องการความคลาดเคลื่อนมิติสูง เครื่องเลเซอร์ไฟเบอร์เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า แม้ว่าต้นทุนการได้มาและการดำเนินงานโดยทั่วไปจะสูงกว่าต้นทุนของเครื่องพลาสมา แต่โดยเฉลี่ยแล้วจะใช้เวลาประมาณ 5 ปีจึงจะคุ้มทุน เครื่องตัดพลาสม่ามีอัตราการผลิตที่ค่อนข้างสูงกว่า ช่วงการตัดที่กว้าง และต้นทุนการซื้อค่อนข้างต่ำ โดยมีระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ย 3 ปี แผนภูมิด้านล่างช่วยให้คุณเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับคุณลักษณะหลักๆ เหล่านี้ได้

 

พารามิเตอร์	ไฟเบอร์เลเซอร์	เอชดี พลาสมา
ตัวเลือกวัสดุ	เหล็กเหนียว, สแตนเลส, อลูมิเนียม, ทองแดง	โลหะนำไฟฟ้าทั้งหมด
ช่วงความหนา	สูงสุด 30 มม	สูงสุด 50 มม
ความเหลี่ยมขอบ	ไอเอสโอ 1	ISO 2 - 4
ความอดทนในการตัด	0.05-0.1 มม. ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ	0.2 มม. - 0.5 มม. ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ
ความกว้างเคอร์ฟ	0.15 - 0.4 มม	0.5 – 2.2 มม
ฮาซ	แคบลง	กว้างขึ้น
ความเร็วตัด (<10 mm)	เร็วขึ้น	ช้าลง
Cutting Speed (>10 มม.)	ช้าลง	เร็วขึ้น
ราคาซื้อ	สูง	เลเซอร์ 25-35%
ต้นทุนการดำเนินงาน	ต่ำ	ต่ำ
การซ่อมบำรุง	ปานกลาง	ปานกลาง
กรอบเวลาคุ้มทุน	4-6 ปี	3-4 ปี

 

เพื่อการตัดสินใจลงทุนอย่างเป็นกลาง มีปัจจัยสำคัญบางประการที่คุณต้องพิจารณา:

 

√ประเภทวัตถุดิบและเครื่องแยก พลาสมา และเลเซอร์มีความคล้ายคลึงกันอย่างมากในเรื่องประเภทวัสดุ และความแตกต่างที่สำคัญคือช่วงความหนาของการตัดและคุณภาพการตัด ทั้งสองสามารถตัดวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ทั้งหมด เช่น เหล็กเหนียว สแตนเลส ทองเหลือง ทองแดง และอลูมิเนียม หากวัสดุส่วนใหญ่ของคุณมีขนาดน้อยกว่า 10 มม. และโปรไฟล์ที่ซับซ้อนรวมถึงท่อด้วย อาจคุ้มค่ากว่า{3}}ในการลงทุนเครื่องตัดไฟเบอร์เลเซอร์และการตัดพลาสมาจากภายนอก

 

√คุณภาพการตัดครอบคลุมองค์ประกอบที่สำคัญบางประการ เช่น ความเป็นรูปสี่เหลี่ยม ขี้เถ้า คมตัด HAZ (โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน) สำหรับไฟเบอร์เลเซอร์ คุณภาพการตัดจะขึ้นอยู่กับกำลัง ความเร็วในการตัด แรงดันแก๊สและแก๊ส และขนาดหัวฉีดเป็นอย่างมาก โดยปกติ การตั้งค่ากำลังที่ได้รับความนิยมจะปราศจากคราบ-สำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์ เช่น 4 มม. สำหรับเลเซอร์ 2 KW, 6 มม. สำหรับเลเซอร์ 6 KM ด้านล่างนี้คือบทสรุปสั้นๆ เกี่ยวกับปัญหาคุณภาพการตัดยอดนิยม:

 

● ความเป็นสี่เหลี่ยม ไฟเบอร์เลเซอร์สามารถสร้างการตัดได้เกือบเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส และสามารถแบ่งได้เป็น ISO 1 การตัดด้วยพลาสมาโดยทั่วไปจะมีรูปร่างเว้าเล็กน้อยที่ขอบการตัด และมุมเอียงจะอยู่ในช่วง ISO 3-5

●ขี้เถ้า หมายถึง เศษโลหะที่ไม่ต้องการซึ่งไม่ได้ถูกขับออกจากรอยตัดที่ก่อตัวที่ด้านล่างของการตัด เครื่องตัดพลาสม่าสามารถให้คุณภาพคมตัดที่ดี แต่ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องตัดสินใจว่าคุณภาพการตัดหรือความเร็วตัดเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก การตัดต่ำอาจส่งผลให้เกิดคราบสกปรกหนักที่ด้านล่างของชิ้นงาน ในขณะที่การตัดเร็วเกินไปอาจส่งผลให้เม็ดโลหะเรียงกันที่ด้านล่างของการตัด และเป็นการยากที่จะเอาเม็ดบีดเหล่านี้ออก

●เครื่องตัดพลาสม่า Edge สามารถให้ขอบการตัดที่นุ่มนวลขึ้นเนื่องจากขนาดจุดที่ใหญ่กว่า แต่แน่นอนว่ายังขึ้นอยู่กับว่าผู้ปฏิบัติงานจะตั้งค่าพารามิเตอร์การตัดอย่างไรเพื่อให้ได้คุณภาพการตัดที่เหมาะสมที่สุด

●HAZ โดยส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับกำลังขับของเครื่องจักรและความเร็วในการตัด และทั้งไฟเบอร์เลเซอร์และเครื่องตัดพลาสม่าก็ผลิต HAZ แต่โดยปกติแล้วไฟเบอร์เลเซอร์จะสร้าง HAZ ที่น้อยกว่า

 

 

√ความทนทานต่อการตัดและคุณภาพของรู เรียกอีกอย่างว่าคุณภาพของชิ้นส่วนที่ตัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณภาพของรูมักจะถือเป็นการวัดความแม่นยำ ซึ่งจะตัดสินจากขนาดของรูที่เป็นทรงกระบอก ระดับความแม่นยำมักตัดสินจากความกว้างของรอยตัด ยิ่งรอยตัดกว้างเท่าไร ความหยาบก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ร่องจะกำหนดว่าเส้นขอบด้านในจะเล็กเพียงใดที่สามารถตัดได้ และในขณะเดียวกันการบิดเบือนความร้อนก็สามารถเปลี่ยนขนาดของชิ้นงานได้ ไฟเบอร์เลเซอร์มีความทนทานสูงกว่าเมื่อเทียบกับพลาสมาคิวเทอร์

 

√ต้นทุน ไฟเบอร์เลเซอร์โดยทั่วไปจะมีราคาแพงกว่าเครื่องพลาสมา ทั้งในต้นทุนการซื้อเริ่มแรกและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน

 

กล่าวโดยสรุป เลเซอร์เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเมื่อตัดเหล็กสเตนเลสและอลูมิเนียมบางบางที่มีความหนาระหว่าง 0.5 มม. ถึง 10 มม. และความแม่นยำ ความเร็ว และความสามารถในการตัดรูปทรงที่ซับซ้อนที่สูงกว่า ทำให้เป็นที่ต้องการมากกว่าเครื่องพลาสมา ในช่วง 10-15 มม. ไฟเบอร์เลเซอร์ค่อนข้างเทียบได้กับเครื่องพลาสม่า สำหรับเพลตสำหรับงานหนักซึ่งมีขนาดมากกว่า 15 มม. เครื่องพลาสม่า CNC สมัยใหม่อาจเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

 

วัสดุเหล็กที่แตกต่างกันโดยการตัดพลาสม่า

 

คุณสมบัติของการตัดพลาสม่า

 

เครื่องพลาสม่าเริ่มได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากมีการลงทุนที่ต่ำกว่าและคุณภาพการตัดที่เทียบเคียงได้ แม้ว่าจะไม่ดีเท่ากับเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ในการตัดวัสดุโลหะที่บางกว่า และมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

 

 

ดังนั้นพลาสมาจึงมักถูกใช้สำหรับการตัดโลหะหนา เช่น เพื่อสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและการออกแบบเชิงศิลปะ โดยสรุป การตัดพลาสม่าเป็นการตัดโลหะที่มีราคาไม่แพง (โดยเฉพาะสำหรับเหล็กสเตนเลส อลูมิเนียม และแผ่นหนา) โดยมีความแม่นยำต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการตัดด้วยเลเซอร์ และเป็นที่นิยมอย่างมากสำหรับการผลิตโครงสร้างที่ใช้งานหนัก เช่น การต่อเรือและการก่อสร้าง