Wiele warsztatów produkcyjnych poświęca dużo czasu i pieniędzy na szlifowanie, podcinanie i piaskowanie, aby usunąć żużel z części, które były cięte maszyną plazmową. Jeśli w równaniu jakości cięcia jest tyle zmiennych, od czego operator palnika plazmowego powinien rozpocząć rozwiązywanie problemów z żużlem? Kontrolując dokładnie krytyczne zmienne procesu, operator może minimalizować i eliminować żużel oraz zmniejszać koszty związane z dodatkową obróbką.

Żużel to zestalony, utleniony stopiony metal, który nie jest całkowicie wyrzucany ze szczeliny podczas cięcia. Jest to najczęstsza przyczyna problemów z jakością cięcia plazmowego. Żużel może przypominać grube grudki nagromadzone wzdłuż dolnej krawędzi płyty (żużel wolnobieżny), małe i twarde grudki nieobciętego materiału (żużel szybkobieżny) lub cienką powłokę wzdłuż górnej powierzchni płyty (rozpryski na górze).

Formowanie żużlu zależy od wielu zmiennych procesu, między innymi od szybkości posuwu palnika, odsunięcia palnika, natężenia prądu, napięcia i stanu materiałów eksploatacyjnych. Wpływają na nie również parametry materiału, takie jak grubość i typ, klasa jakości, skład chemiczny, stan powierzchni, płaskość, a nawet zmiany temperatury materiału podczas cięcia. Jednak najważniejsze parametry, które należy wziąć pod uwagę w kwestii formowania żużlu, to szybkość cięcia, natężenie prądu i odsunięcie robocze palnika.

Żużel wolnobieżny

Gdy szybkość cięcia jest zbyt mała, strumień plazmy wysuwa się do przodu, szukając materiału do cięcia. Średnica kolumny łuku zwiększa się, co prowadzi do takiego poszerzenia szczeliny, że część strumienia plazmy o dużej prędkości przestaje wyrzucać stopiony materiał z miejsca cięcia. W efekcie ten stopiony materiał zaczyna gromadzić się wzdłuż dolnej krawędzi płyty w postaci grubych kłębów. Są one nazywane żużlem wolnobieżnym. Przy bardzo małych szybkościach łuk gaśnie, ponieważ ilość dostępnego metalu nie pozwala utrzymać łuku. Podobny wpływ na jakość cięcia, jak zmniejszenie szybkości cięcia, ma także zwiększenie natężenia prądu i zmniejszenie odsunięcia (przy zachowaniu niezmiennej grubości materiału i szybkości). Obie te zmiany sprawiają, że strumień plazmy przekazuje w jednostce czasu więcej energii w miejscu styku z materiałem. Żużel wolnobieżny powstaje również w przypadku stosowania zbyt dużego natężenia prądu i małego odsunięcia. (Pewna ilość żużlu wolnobieżnego w narożnikach części ciętych plazmą jest normalna, ponieważ podczas ostrego skrętu nie da się zachować stałej prędkości).

Metody eliminacji żużlu wolnobieżnego:

  • Zwiększać szybkość cięcia co 125 mm/min.
  • Zwiększać odsunięcie co 1,6 mm lub w krokach 5 V.
  • Zmniejszać natężenie prądu co 10 A.
  • Jeśli żadna z tych metod nie poprawia jakości cięcia, rozważyć zastosowanie dyszy o mniejszym rozmiarze.

Żużel szybkobieżny

Jeśli szybkość cięcia jest zbyt duża, łuk opóźnia się w szczelinie, powodując powstawanie małych i twardych grudek nieobciętego materiału wzdłuż dolnej krawędzi płyty. Żużel szybkobieżny jest bardziej uporczywy, a jego usunięcie wymaga intensywnej obróbki. Przy bardzo dużych szybkościach łuk staje się niestabilny i zaczyna oscylować w górę i w dół w szczelinie, powodując powstawanie ogona iskier oraz stopionego materiału. Przy takich szybkościach łuk może nieskutecznie przebijać metal i gasnąć.

Żużel szybkobieżny może również być powodowany dużym odsunięciem i małym natężeniem prądu (przy stałej grubości materiału i szybkości cięcia), ponieważ w obu tych przypadkach zmniejsza się energia strumienia plazmy.

Metody eliminacji żużlu szybkobieżnego:

  • Sprawdzić dyszę pod kątem oznak zużycia (żłobienie, za duży otwór lub eliptyczny kształt otworu)
  • Zmniejszać szybkość cięcia co 125 mm/min.
  • Zmniejszać odsunięcie co 1,6 mm lub w krokach 5 V.
  • Zwiększać natężenie prądu (ale nie przekraczać 95% natężenia znamionowego otworu dyszy).

Żużel rozpryskiwany na górze

Żużel rozpryskiwany na górze to nagromadzenie rozprysków zestalonego metalu na górze ciętej części. Zwykle można go bardzo łatwo usunąć. Typowe przyczyny to zużycie dyszy, zbyt duża szybkość cięcia lub za duże odsunięcie. Żużel jest powodowany zawirowaniem przepływu strumienia plazmy, który pod pewnym kątem wyrzuca stopiony materiał z przodu szczeliny, a nie w dół przez szczelinę.

Metody eliminacji żużlu rozpryskiwanego na górze:

  • Sprawdzić dyszę pod kątem oznak zużycia.
  • Zmniejszać szybkość cięcia co 125 mm/min.
  • Zmniejszać odsunięcie co 1,6 mm lub w krokach 5 V.

Wpływ szybkości cięcia na jakość cięcia

Żużel

Odpowiednia szybkość cięcia

 

Za duża szybkość cięcia

 

Za mała szybkość cięcia

Przedział bez żużlu

Między granicznymi warunkami powodującymi powstawanie żużlu szybkobieżnego i żużlu wolnobieżnego znajduje się przedział bez żużlu lub z minimalną ilością żużlu. Znalezienie tego przedziału pozwala zminimalizować ilość dodatkowych operacji wykonywanych z częściami ciętymi plazmą.

Przedział zależy od używanego gazu plazmowego: W przypadku azotu i plazmy powietrznej przedział bez żużlu jest względnie mały, natomiast w przypadku stali miękkiej i plazmy tlenowej przedział bez żużlu jest większy. (Plazma tlenowa reaguje ze stalą miękką, powodując powstanie mniejszych drobin stopionego metalu, z których każda charakteryzuje się mniejszym napięciem powierzchniowym. Taki aerozol stopionego materiału jest łatwiej usuwany ze szczeliny).

Przedział bez żużlu zależy także od typu materiału. Na przykład podczas cięcia stali walcowanej na zimno powstaje mniej żużlu niż w przypadku stali walcowanej na gorąco. Podobnie jest ze stalą wytrawioną (mniej żużlu) i niewytrawioną (więcej żużlu).

Metody oceny optymalnej szybkości cięcia:

  • Metoda 1: Wykonaj serię cięć wstępnych z różnymi szybkościami cięcia i wybierz tę szybkość, która zapewnia najbardziej czyste cięcie. Linie połukowe (małe grzbiety na powierzchni cięcia) to dobry wskaźnik szybkości cięcia. Przy małych szybkościach cięcia powstające linie połukowe są prostopadłe do płaszczyzny płyty. Przy dużych szybkościach cięcia linie polukowe mają kształt litery S i biegną równolegle do płyty wzdłuż dolnej krawędzi. Analizując linie połukowe, operator może stwierdzić, czy w celu uzyskania cięcia bez żużlu należy zwiększyć, czy zmniejszyć szybkość. Wielu operatorów w sytuacji pierwszego pojawienia się żużlu zwykle zmniejsza szybkość maszyny, jednak często jest wymagane jej zwiększenie.

  • Metoda 2: Obserwuj łuk (za pomocą odpowiednich okularów spawalniczych) podczas cięcia i dynamicznie zmieniaj szybkość w celu uzyskania łuku o optymalnej charakterystyce. W tym celu obserwuj kąt łuku na dole elementu obrabianego. W przypadku cięcia plazmą powietrzną łuk wychodzący na spodzie ciętej części powinien być ustawiony pionowo. W przypadku azotu lub argonu/wodoru najlepsze jest nieznaczne opóźnienie łuku, natomiast w przypadku plazmy tlenowej najlepsza szybkość cięcia to taka, która powoduje nieznaczne wyprzedzanie łuku.