Phương pháp gia công đặc biệt: Gia công bằng hồ quang plasma

3.4. Gia công bằng hồ quang plasma

Sơ lược Plasma

3.4.1 Bản chất và phân loại

3.4.2 Thiết bị tạo plasma

3.4.3 Gia công bằng hồ quang plasma


 Sơ lược plasma
• Lịch sử phát triển
 Cắt plasma được phát triển vào năm 1960.
 Năm 1980 nổi lên như một phương pháp hữu hiệu cho cắt các tấm thép lá và
thép tấm.

 Tạo ít phôi vụn và bề mặt chế tạo chính xác hơn, sạch hơn.
 Với sự phát triển của máy công cụ, công nghệ CNC được áp dụng vào cắt
plasma trong những năm sau 1980 đến năm 1990.


 Sơ lược plasma
• Khái niệm plasma
Plasma “dạng vật chất thứ 4”
Vd: H2O


•

Khái niệm plasma

Khi năng lượng ở dạng nhiệt tác động vào nước đá ( băng ), nước đá tan chảy thành
nước.


•

Khái niệm plasma

Khi nhiều nhiệt lượng hơn chuyển vào nước, nước bốc hơi thành hơi nước (trạng
thái khí).


•

Khái niệm plasma

Cuối cùng khi bổ sung nhiệt lượng vào khí, khí bị ion hóa.
Khí ở trạng thái dẫn điện gọi là plasma.


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.1 Bản chất và phân loại

a.

Bản chất : Sử dụng nhiệt độ cao làm nóng chảy kim loại vật cắt, khí thổi với áp
suất cao đủ để thổi kim loại nóng chảy ra khỏi mặt cắt.

Một vài chất khí tạo plasma :

•.
•.
•.
•.

Argon(Ar)
Nitơ(N2)
Hêli(He)
Hiđrô(H2)


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.1 Bản chất và phân loại

b.
-.
•.
•.
•.
•.
-.
•.

Ưu, nhược điểm gia công = hồ quang plasma
Ưu điểm :
Tốc độ cắt nhanh
Có thể cắt nhiều loại vật liệu
Dễ dàng vận hành
Tính kinh tế

Nhược điểm :
Điện cực cắt, vòi phun thường xuyên phải thay thế làm tăng giá thành sản xuất.


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.1 Bản chất và phân loại
c. Phân loại :

•
•
•
•
•

Theo các biện pháp thu nhận plasma
Gây nổ dây dẫn điện trong mạch điện
Tia lửa điện
Sự phóng điện vầng quang cao tần
Sự phóng điện ăn mòn
Sự phóng điện hồ quang


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.2 Thiết bị tạo plasma(plasmatron)

-Thiết bị tạo plasma là thiết bị kỹ thuật điện gồm
+ Điện cực
+ Buồng phóng điện
+ Bộ phận tạo ra luồng plasma
+ Hệ thống đầu phun ngọn lửa plasma

+ Hệ thống điều khiển sự phóng điện hồ quang


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.2 Thiết bị tạo plasma(plasmatron)

-Thiết bị tạo plasma là thiết bị kỹ thuật điện


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.2 Thiết bị tạo plasma(plasmatron)

-Thiết bị tạo plasma là thiết bị kỹ thuật điện


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.2 Thiết bị tạo plasma(plasmatron)
Thiết bị tạo plasma nhiệt độ thấp


3.4 Gia công bằng hồ quang plasma
3.4.2 Thiết bị tạo plasma(plasmatron)
Các kiểu hồ quang plasma


1. Khái Niệm

Tập hợp các hạt tích điện bao gồm số lượng tương đương các ion dương và các
điện tử

Có đặc tính của khí nhưng dẫn điện tốt hơn
Ion hóa khí tạo ra các điện tử tự do và các ion dương giữa các nguyên tử khí
Khí trở thành dẫn điện với khả năng mang dòng điện
Ví dụ : Một dạng của Plasma trong tự nhiên là hiện tượng tia chớp trong mưa giông


2. Bản chất :

•
•
•

Dựa trên đặc điểm của hồ quang thắt

•

Quá trình cắt plasma có 2 giai đoạn là :

Có khả năng xuyên sâu vào kim loại và làm nóng chảy nó theo mép cắt
Dùng dòng Plasma có nhiệt độ từ 10.000 - 14.000 độ C làm kim loại nóng chảy
cục bộ tại vị trí cắt và dùng áp lực của dòng khí đẩy phần kim loại nóng chảy ra
khỏi vị trí đó
- Dòng khí làm nóng chảy và xuyên thủng vật liệu


 Quá trình cắt plasma có 2 giai đoạn là :
- Dòng khí làm nóng chảy và xuyên thủng vật liệu
-Dòng Plasma di chuyển theo đường đã vạch sẵn để cắt vật liệu

2. Nguyên lý gia công :



Sử dụng miệng đầu phun thích hợp để làm thắt lại luồng khí ion hóa có nhiệt
độ rất cao.




Sử dụng để làm nóng chảy và cắt đứt các kim loại dẫn điện.
Plasma được sử dụng để chuyển năng lượng âm (-) cung cấp bởi một nguồn
điện từ mỏ plasma đến vật liệu cắt.



Mỏ plasma là công cụ lắp các phụ tùng tiêu hao và có vai trò cung cấp chất làm
mát (khí hoặc nước) cho các phụ tùng này.


Cắt bằng hồ quang Plasma được chia làm 2 loại là cắt trực tiếp và gián tiếp

•

Cắt hồ quang bằng phương pháp trực tiếp

- Dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong hồ quang nén,khí đi qua vùng tích điện hồ
quang sẽ bị ion hóa rất mạnh, tạo thành luồng Plasma làm nóng chảy kim loại mép
cắt. Hồ quang tạo thành giữa kim loại nóng chảy và diện cực Vonfram không nóng
chảy phân bố bên trong đầu cắt

•
-

Cắt hồ quang bằng phương pháp gián tiếp
Vật cắt không tham gia vào mạch tạo hồ quang
Hồ quang cháy giữa điện cực vonfram và thành trong của đầu cắt
Điện cực được nối với cực âm của nguồn điện,cực dương được nối với đầu cắt
Khí tạo Plasma chủ yếu dùng argon và hỗn hợp argon- nitor
Phương pháp này dùng để cắt kim loại có độ dày bé và vật liệu phi kim loại


•
•
•
•

Khác nhau cơ bản giữa cắt hồ quang Plasma và cắt bằng ngọn
lửa khí là khi cắt bằng hồ quang kim loại là mép cắt được nung
chảy bởi hồ quang Plasma có nhiệt độ rất cao từ (5000 tới
200.000 độ C ) và tập trung .
Có thể cắt được tất cả các kim loại và hợp ki với vùng ảnh
hường nhiệt có kích thước rất bé.
Chiều dài của hồ quang Plasma bị hạn chế
Chỉ cắt được các các tấm kim loại và hợp kim có độ dài nhỏ
và trung bình.


Hồ quang Plasma dùng để cắt những vật liệu khó cắt hoặc không thể cắt nếu sử dụng

phương pháp cắt khác.
VD : Thép hợp kim chống ăn mòn, nhôm, magie, titan, đồng và gang.



3. Dụng cụ và thiết bị gia công :

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Nguồn điện
Máy nén khí
Ống mềm dẫn khí
Bộ phận lọc và điều chỉnh áp lực khí nén
Nguồn cắt
Mỏ cắt
Vật cắt


3.1 Nguyên lý hoạt động :
Một tín hiệu khởi động được gửi tới nguồn công suất DC. Khi đó, đồng thời xuất
hiện điện áp mạch hở (OCV) và khí phun ra mỏ.