Problemy z trwałością części eksploatacyjnych

Jednym z najczęstszych i najbardziej frustrujących problemów związanych z procesem cięcia łukiem plazmowym (PAC, plasma-arc cutting) jest zbyt mała trwałość części eksploatacyjnych. Ten problem jest kłopotliwy dla wykonawcy ze względu na większe koszty zakupu materiałów eksploatacyjnych oraz ze względu na czas przestoju maszyny poświęcany na wymianę części i rozwiązywanie problemów. Większość firm prowadzi rejestry trwałości części eksploatacyjnych, zapisując liczbę przebić, czas włączenia łuku oraz liczbę obrobionych arkuszy i płyt. Zwykle pierwszą osobą, która wie, że część nie spełnia oczekiwań związanych z trwałością, jest operator. W niniejszym artykule przedstawiamy porady techniczne, które ułatwiają operatorom i technikom serwisowym rozwiązywanie tego problemu.

OSTRZEŻENIE! Przed włączeniem lub przystąpieniem do naprawy systemu PAC należy przeczytać wszystkie informacje związane z bezpieczeństwem. W systemach PAC jest wykorzystywane wysokie napięcie i prąd stały (DC). Istnieje niebezpieczeństwo śmiertelnego porażenia prądem.

Objaw

Elektroda i dysza całkowicie się zużywają, powodując spadek jakości cięcia, niemożliwość przebijania lub nagłe zgaśnięcie łuku podczas cięcia.

Informacje wstępne

Elektroda przekazuje ujemny ładunek prądu stałego z zasilacza. Zwykle składa się ona z miedzianej oprawy, która utrzymuje wkładkę emitującą wykonaną z hafnu lub wolframu, czyli metalu charakteryzującego się wysoką temperaturą topnienia, zdatnego do utrzymywania łuku. Wkładka emitująca powoli eroduje pod wpływem działania ciepła łuku oraz strumienia gazu plazmowego o dużej szybkości. W typowych warunkach zużycia na końcu wkładki formuje się nieznacznie wklęsłe wgłębienie, które zwiększa się co kilka tysięcznych milimetra do głębokości około 1,02–3,18 mm. Gdy wgłębienie staje się zbyt duże, łuk przyczepia się do miedzianej oprawy i topi ją. Elektroda jest uznawana za „zepsutą”, gdy nie umożliwia zainicjowania i utrzymania łuku. Dobrą praktyką jest zdemontowanie elektrody przed jej całkowitym zużyciem.

Dysza koncentruje strumień plazmy. Otwór w dyszy powinien być doskonale okrągły i koncentryczny. Krytyczne znaczenie ma zarówno jego średnica, jak i długość: nawet najmniejsze uszkodzenie otworu wpływa niekorzystnie na kształt łuku, a zatem również na jakość cięcia części. Łuk plazmowy przechodzi przez dyszę bez kontaktu z miedzianym materiałem, ponieważ ścianki dyszy są chronione warstwą zawirowanego gazu. Jeśli łuk zetknie się z dyszą, zacznie topić materiał. Typowe zużycie dyszy można poznać po nieznacznym sfazowaniu lub poszerzeniu otworu na jego krawędzi czołowej. Każde zapalenie łuku pilota powoduje pewne uszkodzenie czoła części, skutkujące odbarwieniem cieplnym wokół otworu. Na wewnętrznej powierzchni może tworzyć się osad tlenku hafnu i powodować zaburzenia przepływu gazu. Dysza jest uznawana za „zepsutą”, gdy nie umożliwia wytworzenia prostego łuku i uzyskania dobrej jakości cięcia.

Typowa trwałość części eksploatacyjnych nowoczesnego systemu powietrza i plazmy tlenowej wynosi 1–2 godziny pracy łuku oraz kilkaset przebić. Niektóre systemy mogą osiągnąć nawet powyżej 1000 rozruchów do momentu wymaganej wymiany części.

Rozwiązywanie problemów

Pierwszym etapem rozwiązywania jakichkolwiek problemów z trwałością części eksploatacyjnych jest dokładne zbadanie części i określenie, która z nich uległa przedwczesnemu zużyciu. Główną przyczynę problemu można zwykle ustalić, wzrokowo oceniając stan części.

Występują 3 potencjalne przypadki:

Przypadek 1: Uszkodzona elektroda i uszkodzona dysza

Jeśli w wyniku sprawdzenia części okaże się, że elektroda i dysza uległy poważnemu zużyciu, prawdopodobnie to elektroda spowodowała uszkodzenie dyszy. Elektroda znajduje się na początku strumienia, więc gdy stopiony materiał zostanie wydmuchany z końca części i osadzi się we wnętrzu dyszy, dojdzie do uszkodzenia dyszy. Jeśli praca w takich warunkach będzie trwać długo, wszystkie części ulegną uszkodzeniu.

Jeśli w elektrodzie znajduje się głębokie i szerokie wgłębienie, a miedziany element ma kolor słomiany, niebieski lub czarny w wyniku przegrzania, przyczyną jest prawdopodobnie zbyt mały przepływ płynu chłodzącego. W ekstremalnych przypadkach końcówka elektrody może być stopiona. Należy wtedy sprawdzić szybkość przepływu czynnika chłodniczego. W palnikach chłodzonych wodą należy sprawdzić szybkość przepływu płynu chłodzącego przy użyciu testu wiaderka na przewodzie powrotnym do zbiornika płynu chłodzącego. Jeśli natężenie przepływu nie jest zgodne ze specyfikacją, należy sprawdzić, czy pompa działa prawidłowo oraz czy nie ma zagiętych przewodów, wycieków, zapchanych filtrów i innych ograniczeń przepływu. W palnikach chłodzonych gazem należy sprawdzić, czy przepływ gazu jest odpowiedni.

Jeśli na końcowej części elektrody znajdują się wszędzie małe wgłębienia, a podobne uszkodzenia można zauważyć we wnętrzu dyszy, przepływ gazu jest zbyt mały. Zbyt mały przepływ gazu prowadzi do niekontrolowanego zapalania łuku między dyszą a elektrodą. Należy wtedy sprawdzić szybkość przepływu gazu do palnika. Najlepszą metoda polega na użyciu przepływomierza (0–189 l/min) i węża założonego na wylocie palnika, który jest podłączony do testowanego systemu. Jeśli nie jest to możliwe, inny szybki test polega na dotykowym sprawdzeniu przepływu gazu na wylocie palnika przy włączonym wyłącznie gazie plazmowym. Powinno dać się wyczuć zawirowany przepływ gazu, który odznacza się siłą ssania.

Jeśli na elektrodzie znajduje się gruba warstwa czarnego osadu, należy sprawdzić, czy gaz nie jest zanieczyszczony. Aby to szybko zrobić, można użyć testu z ręcznikiem papierowym. W tym celu należy przytrzymać czysty ręcznik papierowy pod palnikiem i włączyć przepływ gazu w systemie. Na ręczniku nie powinno być żadnych śladów wilgoci ani zanieczyszczeń.

Przypadek 2: Elektroda sprawna, dysza uszkodzona

Jeśli elektroda wygląda na całkiem nową, a dysza jest poważnie uszkodzona, prawdopodobną przyczyną usterki jest zjawisko powstawania podwójnego łuku na dyszy. Występuje ono, gdy łuk styka się z dyszą i powoduje erozję miedzianego materiału w otworze.

Uszkodzenie wnętrza dyszy w kształcie szczelin lub „dziurek klucza” wskazuje na niskie ciśnienie w komorze plazmy. Takie warunki skutkują przywieraniem łuku do dyszy. Należy sprawdzić, czy w przewodach gazu nie ma wycieków. W tym celu należy zwiększyć ciśnienie w przewodach i nałożyć na wszystkie połączenia wodę z mydłem.

Uszkodzenie zewnętrznej powierzchni dyszy często wskazuje na problem z nieprawidłowym roboczym odsunięciem palnika. Najpierw należy sprawdzić wysokość przebijania. Aby uniknąć rozpryskiwania metalu, powinna ona być dwa razy większa niż wysokość cięcia. Przebijanie na zbyt małej wysokości to najczęstsza przyczyna przedwczesnego zużycia dyszy. Należy sprawdzić, czy kontroler wysokości palnika działa prawidłowo. Jeśli palnik zaczyna przebijanie, gdy jest dociśnięty do płyty, albo rysuję płytę podczas cięcia, dysza ulegnie natychmiastowemu zniszczeniu.

Jeśli dysza wygląda na bardzo rozgrzaną, zabarwioną na kolor słomkowy, niebieski lub czarny, należy sprawdzić przepływ gazu osłonowego. Gaz osłonowy chłodzi dyszę i chroni przedni koniec palnika.

Przypadek 3: Uszkodzona elektroda i nieuszkodzona dysza

Jeśli dysza jest w dobrym stanie, ale w elektrodzie znajduje się głębokie koncentryczne wgłębienie, procentowe natężenie przepływu gazu plazmowego może być zbyt duże. Jeśli zawirowanie gazu plazmowego jest zbyt intensywne, wkładka szybko zeroduje. Będzie to skutkować gwałtownym zużyciem. Należy sprawdzić szybkość przepływu gazu plazmowego.

Istnieje jeszcze czwarty przypadek: Jeśli obie części wyglądają na nowe, ale palnik nie „zapala” się, a po założeniu nowego zestawu wszystko działa, jak należy, przyczyną problemu nie jest trwałość części eksploatacyjnych, lecz zjawisko trudnego rozruchu. Często całkiem sprawne elektrody i dysze są wyrzucane tylko dlatego, że nie udało się zapalić palnika. Tymczasem trudny rozruch najczęściej wynika ze zbyt dużego ciśnienia plazmy podczas wstępnego przepływu w trakcie zapłonu palnika. W takiej sytuacji palnik podczas próby zapalenia pryska i dławi się.