Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt plasma đến chất lượng của chi

Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,
nghành cơ khí chế tạo, đóng tàu… đã và đang được chú trọng đầu tư phát triển do
vậy nhu cầu: gia công, pha cắt, khai triển phôi là rất lớn. Sử dụng phương pháp cắt
nào và chế độ cắt ra sao để nhằm mục đích nâng cao năng suất và chất lượng cho
chi tiết, sản phẩm để cạnh tranh tốt trên thị trường.
Do vậy, nghiên cứu và ứng dụng thiết bị, công nghệ mới là then chốt quyết
định cho sự phát triển ngành chế tạo máy. Trong ngành chế tạo máy cắt kim loại là
yếu tố quyết định cho quá trình gia công. Tương ứng với các phương pháp cắt cho
ta thời gian gia công, giá thành sản phẩm và chất lượng khác nhau. Một trong những
phương pháp cắt đem lại chất lượng và hiệu quả cao là cắt bằng tia Plasma.
Những ưu điểm của phương pháp cắt Plasma so với các phương pháp khác là
có thể cắt được các loại vật liệu khác nhau, vận tốc cắt lớn, khả năng đạt được chất
lượng mạch cắt cao, hoàn toàn có thể cơ khí hoá và tự động hoá trong quá trình cắt.
Có thể cắt được các chi tiết có biên dạng phức tạp phục vụ cho sản xuất hàng loạt,
đặc biệt là cắt được thép hợp kim và kim loại màu mà phương pháp cắt bằng oxy và
khí cháy không thực hiện được.
Với những ưu thế này của cắt bằng tia Plasma mở ra triển vọng lớn ứng dụng
trong ngành chế tạo máy. Đặc biệt trong công nghệ đóng tàu, các nhà máy đóng tàu
đều đóng theo phương pháp phân tổng đoạn. Theo phương pháp này, thân tàu
được chia thành nhiều phân đoạn phẳng và phân đoạn khối. Từ những phân đoạn
này chia thành các cụm chi tiết lớn và tiếp tục chia các cụm chi tiết lớn thành các
cụm chi tiết nhỏ hơn và cuối cùng là chi tiết. Do vậy khối lượng công việc khai
triển và cắt phôi là vô cùng lớn. Ở các nước phát triển công nghệ cắt Plasma được
ứng dụng rộng rãi, nhiều thiết bị cắt hiện đại được chế tạo. Khi đó mỏ cắt Plasma
được gắn vào hệ thống chuyển động linh hoạt như máy CNC, máy đột CNC,

Robot…
Tuy nhiên, từ trước đến nay chỉ đi sâu về nghiên cứu chế tạo và cách
thức vận hành máy cắt Plasma. Việc lựa chọn chế độ cắt cho phù hợp nhằm
nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm còn gặp nhiều bất cập vì

HV: Trần Ngọc Quý

1

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng; mối quan hệ giữa chế độ cắt với nhiệt độ và biến
dạng trong sản phẩm cắt, chưa được đánh giá đầy đủ; việc chọn chế độ cắt hiện
nay vẫn dựa vào kinh nghiệm thể hiện trong các bảng tra và lựa chọn trong một
khoảng rộng mà chưa đưa ra được thông số cụ thể chế độ cắt tối ưu…Do vậy ảnh
hưởng không nhỏ tới thiết bị, chất lượng, năng suất sản phẩn.
Từ những lý do trên và với những kiến thức đã được học tập và nghiên cứu
tại Trường ĐHBK Hà nội Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt Plasma
đến chất lượng của chi tiết dạng mặt bích từ thép tấm ” là rất cần thiết.
2. Lịch sử nghiên cứu
* Trên thế giới
Plasma là một khái niệm vật lý về một trạng thái đặc biệt của chất khí được
đưa ra vào năm 1923. Đến năm 1955 khi cắt thép hợp kim, nhôm, đồng gặp nhiều
khó khăn thì hãng Linder của Mỹ đưa ra được quá trình cắt Heli – Argon, mở ra
một phương pháp cắt mới và khi phương pháp này phổ biến thì lấy tên là : “ Cắt

bằng dòng Plasma”.
Công nghệ Plasma được sử dụng nhiều trong công nghiệp đặc biệt là ở các
nước phát triển công nghệ cắt Plasma được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực như : Cắt,
Hàn , Phun phủ…Với các thiết bị hiện đại.

Hình 1: Hàn đắp Palsma
Đã có những nghiên cứu về công nghệ cắt Plasma với các biên dạng phức tạp,
đã có những nghiên cứu về Thiết kế và chế tạo máy cắt Plasma với các kết cấu và

HV: Trần Ngọc Quý

2

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

kích thước khác nhau, nghiên cứu kết nối điều khiển máy cắt Plasma bằng bộ Vi
điều khiển, hoặc thông qua các phần mềm khác nhau…
Trên thế giới người ta chế tạo các máy cắt 3 trục có kích thước rất lớn. Ví dụ
máy cắt HBBI-3000x6000 với kích thước máy là 3x6m với kích thước vùng làm
việc là 2.5x5m.

Hình 2: Máy cắt plasma cỡ trung bình

Hình 3: Máy cắt plasma cỡ lớn với hành trình cắt 2.5 x 5m
Gần đây có một số máy dạng nhỏ (hành trình làm việc ngắn) được các nhà sản

xuất Trung quốc nghiên cứu, sản xuất .
Ví dụ như máy XF-3: là loại máy cắt plasma tự động, sử dụng hiệu quả, tiết
kiệm năng lượng, thích hợp với thép cacbon, thép không gỉ và kim loại màu. Tuy
nhiên nhược điểm của loại máy này là menu sử dụng bằng tiếng Trung Quốc nên
làm cho người sử dụng rất khó khăn trong việc vận hành máy.

HV: Trần Ngọc Quý

3

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 4: Máy cắt 3 trục XF-3 dạng xách tay
 Máy cắt Nano 1212:
o

Hãng sản xuất: ACTECH

o

Sản xuất tại: Malaysia

o

Đặc điểm kỹ thuật của bàn cắt:

 Bộ giá đỡ đèn cắt: 1 cái
 Điều khiển trục dọc: Stepper/ bánh răng- thanh răng
 Điều khiển trục ngang: Stepper/ bánh răng- thanh răng
 Vị trí bảng điều khiển: bên trái
 Chiều rộng cắt hữu ích: 1200 mm/48”
 Chiều dài cắt hữu ích: 1200 mm/48”
 Tốc độ cắt tối đa: 13000 mm/phút
 Nguồn điện: 115/230 VAC - 50/60 Hz - 10A

Hình 5: Máy ACTECH dạng xách tay
* Ở Việt Nam
Hiện nay các máy cắt đã được một số doanh nghiệp trong nước trang bị và
đưa vào vận hành phục vụ sản xuất. Tuy nhiên với giá thành đắt và kích thước lớn,
cồng kềnh làm cho việc trang bị máy đối với hầu hết các doanh nghiệp vừa và nhỏ
là hết sức khó khăn. Năm 1997, từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ "Nghiên

HV: Trần Ngọc Quý

4

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt kim loại tấm khổ lớn", các nhà khoa học thuộc
Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp (IMI) đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo chiếc
máy cắt tấm thép model CP 2580 - CNC sử dụng gas-plasma, điều khiển tự động.

Ưu điểm của hệ thống máy cắt này là người vận hành có thể lập trình trực tiếp
hoặc gián tiếp hình dạng của chi tiết trên máy.

Hình 6: Máy cắt 3 trục của Viên máy và dụng cụ công nghiệp

Hình 7: Máy cắt của công ty AN HÒA
Chúng ta có thể khẳng định rằng, việc đầu tư nghiên cứu và phát triển các máy
tự động nói chung và các robot tự động trong lĩnh vực chế tạo phôi nói riêng phải là
vấn đề được quan tâm hàng đầu. Bên cạnh đó việc nghiên cứu những ảnh hưởng của
quá trình cắt, chất lượng mạch cắt đến sự thay đổi các thông số của chế độ cắt để
tìm ra phương án tối ưu nhằm tăng năng xuất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí
gia công và vận hành an toàn là một trong những phương pháp nhanh nhất để nước
ta hoàn thành sớm sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu:

HV: Trần Ngọc Quý

5

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt Plasma đến chất lượng
của chi tiết dạng mặt bích từ thép tấm” người nghiên cứu thể hiện với các mục
đích sau:

+ Chỉ ra các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạch cắt
+ Đưa ra thông số của chế độ cắt tối ưu: vận tốc cắt và cường độ dòng điện để
cắt dạng mặt bích có đường kính khác nhau nhằm hạn chế công đoạn cắt thử nhiều
lần làm tăng chi phí gia công. Đồng thời xác định được nhiệt độ và vùng ảnh
hưởng nhiệt để biết được sự biến dạng của tấm thép sau khi cắt. Trên cơ sở đó,
khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt plasma
+ Góp phần phát triển trong lĩnh vực chế tạo phôi cho các phân xưởng, xí
nghiệp.
- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán và cắt dạng mặt bích trên tôn tấm bằng
phương pháp cắt Plasma. Đồng thời xác định được nhiệt độ và vùng ảnh hưởng
nhiệt để biết được sự biến dạng của tấm thép sau khi cắt.
- Đối tượng: Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt của quá trình cắt dạng mặt bích
trên tôn tấm bằng phương pháp cắt Plasma
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
- Trình bày một số phương pháp cắt kim loại bằng năng lượng nhiệt
- Trình bày sự truyền nhiệt trong quá trình cắt Plasma trên tôn tấm và ảnh
hưởng của nó tới chi tiết, sản phẩm
- Đưa ra thông số chế độ cắt tối ưu như vận tốc cắt, cường độ dòng điện khi
cắt dạng mặt bích trên tôn tấm bằng phương pháp cắt Plasma.
- Ứng dụng hiệu quả khi làm việc ngoài khu vực xưởng sản xuất: Nâng cao
năng suất và chất lượng khi cắt dạng mặt bích trên tôn tấm bằng phương pháp cắt
Plasma
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tham khảo tài liệu: Tài liệu về các phương pháp cắt kim loại
bằng năng lượng nhiệt, tài liệu về công nghệ cắt Palsma, tài liệu về mô phỏng quá
trình truyền nhiệt khi hàn, tài liệu về tính toán quy hoạch thực nghiệm…

HV: Trần Ngọc Quý

6

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

- Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện cắt dạng mặt bích trên tôn tấm với
chiều dày và đường kính khác nhau bằng máy cắt CNC Plasma sau đó đo sự biến
dạng và kết hợp với phương pháp quy hoạch thực nghiệm đưa ra thông số tối ưu
của chế độ cắt như vận tốc cắt, cường độ dòng điện cắt.

HV: Trần Ngọc Quý

7

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chương 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT KIM LOẠI BẰNG NĂNG LƯỢNG NHIỆT
Trong ngành cơ khí chế tạo phương pháp cắt kim loại đóng vai trò quyết
định đến năng suất chất lượng của sản phẩm mỗi phương pháp cắt đều có những
mặt tích cực và hạn chế riêng song nhà sản xuất phải biết được phạm vi sử dụng của
từng phương pháp để đem lại hiệu quả tốt nhất. Có nhiều phương pháp cắt kim loại

trong đó phương pháp cắt bằng nhiệt được ứng dụng rộng rãi, sau đây tôi giới thiệu
một số phương pháp cắt bằng nhiệt sau:
+ Cắt kim loại bằng oxy khí cháy
+ Cắt bằng hồ quang tay
+ Cắt kim loại bằng điện cực Cacbon
+ Cắt kim loại bằng hồ quang Plasma
+ Cắt kim loại bằng tia điện tử
+ Cắt kim loại bằng laze
1.1 Cắt kim loại bằng oxy khí cháy
Cắt kim loại bằng oxy khí cháy là quá trình dùng nhiệt lượng của ngọn lửa
khí cháy ( khí axetylen, khí propan, khí gas…) với khí oxy để nung nóng chỗ cắt
đến nhiệt độ cháy của kim loại, sau đó dùng luồng oxy có lưu lượng lớn thổi lớp
oxit kim loại đã nung chảy để lộ ra phần kim loại chưa bị oxy hoá, lớp kim loại này
lập tức bị cháy (oxy hoá) thành lớp ôxit các bon thấp cháy ở nhiệt độ khoảng 1350
độ C.
Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của
kim loại đó. Nếu điều này không thoả mãn thì oxit kim loại sinh ra trên bề mặt do
phản ứng cháy với oxy sẽ không nóng chảy và không bị thổi đi làm cản trở sự oxy
hoá của kim loại tiếp theo tiếp theo ( Nhôm không thoả mãn điều kiện này)
Nhiệt sinh ra trong phản ứng cháy của kim loại phải đủ duy trì quá trình
cháy liên tục ( Khi cắt thép 70% nhiệt lượng sinh ra là do phản ứng của kim loại với
oxy cung cấp, chỉ có 30% là do ngon lửa nung nóng)
Xỉ tạo thành phải có tính chảy loãng cao có thể dễ dạng bị thổi khỏi rảnh cắt

HV: Trần Ngọc Quý

8

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà

Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.1: Cắt thép tấm bằng oxy và khí cháy

Tính dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim không cao quá. Bởi vì nếu cao quá
nhiệt sẽ bị truyền nhanh khỏi chỗ cắt làm cho quá trình cắt không ổn định.
* Có thể sử dụng phương pháp cắt này để cắt những tấm có chiều dày lớn do
công suất của ngọn lửa giữa hỗn hợp khí cháy với khí oxy có nhiệt độ cao ( Trên
3000°C) nên nó là một phương tiện cắt nhanh cả các đường thẳng và các đường
cong theo kích thước yêu cầu mà không cần các thiết bị xử lý đắt tiền. Hướng cắt
cũng có thể thay đổi liên tục trong quá trình cắt.
Các ngọn lửa nung nóng sơ bộ được sử dụng để nung kim loại tới một nhiệt
độ mà ở đó kim loại sẽ phản ứng với oxy. Dòng oxy sẽ nhanh chóng oxy hóa kim
loại trong một vùng hẹp để tạo thành vết cắt. Các oxit kim loại và kim loại nóng
chảy sẽ bị đẩy ra khỏi rãnh cắt bằng động năng của khí oxy. Sự dịch chuyển của mỏ
cắt ngăng tấm kim loại với một tốc độ thích hợp sẽ tạo nên một quá trình cắt liên
tục. Mỏ cắt có thể được di chuyển bằng tay hoặc bằng cơ cấu tự động hóa.
Tính chính xác của việc vận hành bằng tay phụ thuộc phần lớn vào khả năng
của người thợ. Các thiết bị tự động hóa thường đạt được độ chính xác, tốc độ cắt và
hình dạng cuối cùng của bề mặt tốt hơn so với cắt bằng tay.
* Khí oxy: Oxy được sử dụng để cắt có độ tinh khiết trung bình hoặc cao. Độ
tinh khiết thấp sẽ làm giảm hiệu quả cắt. Nếu độ tinh khiết giảm đi 1% đối với khí
oxy tinh khiết 99,5% sẽ làm tăng lượng oxy tiêu hao lên 15%, còn nếu độ tinh khiết
giảm đi 1% đối với khí oxy tinh khiết 98,5% sẽ làm lượng oxy tiêu hao tăng 25%.

HV: Trần Ngọc Quý

9

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Chất lượng của vết cắt cũng sẽ giảm đi, số lượng xỉ cũng nhiều hơn và bám chắc
hơn. Với độ tinh khiết dưới 95%, không thể tiến hành cắt được nữa và hoạt động cắt
trở thành hoạt động làm nóng chảy, thổi tạt sản phẩm nóng chảy đi với hình dạng
vết cắt không thể chấp nhận được.
* Khí cháy nung nóng sơ bộ: Các chức năng của ngon lửa nung nóng sơ bộ
trong hoạt động cắt như sau:
- Tăng nhiệt độ của thép lên nhiệt độ cháy.
- Thêm nhiệt lượng vào vật cắt để duy trì phản ứng cắt
- Cung cấp một lớp khí bảo vệ cho phản ứng cắt
- Lột bỏ khỏi bề mặt thép các chất như rỉ sét, sơn hoặc các tạp chất khác mà
làm dừng hoặc làm chậm tiến độ cắt
Cường độ nung nóng sơ bộ mà tăng nhiệt độ của thép rất nhanh tới nhiệt độ
cháy thường đủ để duy trì hoạt động cắt ở tốt độ cao. Tuy nhiên, chất lượng cắt sẽ
không phải là tốt nhất. Hoạt động cắt chất lượng cao thường được tiến hành nung
nóng sơ bộ thấp hơn đáng kể so với cường độ nung nóng cần khi nung nóng nhanh.
Trong những máy cắt lớn nhất, người ta điều khiển dòng khí nung nóng sơ bộ theo
hai chế độ: khi bắt đầu nung nóng sơ bộ sử dụng cường độ cao, sau đó ngọn lửa
nung nóng sơ bộ được giảm tới cường độ thấp trong quá trình cắt để tiết kiệm khí
cháy, khí oxy để tạo ra ngọn lửa nung nóng sơ bộ. Để có kết quả hoạt động và độ an
toàn cao nhất, các mỏ cắt và đầu cắt cần phải được thiết kế riêng cho lại khí cháy sử
dụng.

Các loại khí cháy thường được sử dụng:
- Khí Axetylen: được sử dụng rộng rãi làm khí cháy để cắt và để hàn. Ưu
điểm chính của nó là tính sẵn có, nhiệt độ ngọn lửa cao và người sử dụng quen với
những đặc điểm của ngọn lửa.
Nhiệt độ cao của ngọn lửa và các tính chất truyền nhiệt của oxy – axetylen là
đặc biệt quan trọng đối với việc cắt xiên. Chúng cũng có ưu điểm đối với những
hoạt động mà trong thời gian nung nóng sơ bộ là chiếm một phần đáng kể trong
tổng thời gian cho việc cắt, như là vết cắt ngắn.

HV: Trần Ngọc Quý

10

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Axetylen ở trạng thái tự do không nên sử dụng ở áp suất cao hơn 15psi
(103kPa) hay 30psi (207kPa). Với những áp suất cao hơn, khí này tự phân hủy gây
nổ khi bị nung nóng hoặc bị va đập.
- Khí Metyl Axetylen-propadien đã ổn định hóa (MPS):
MPS là một khí cháy giống như Axetylen, khi được ổn định có dạng lỏng.
Nó có thể được chứa và vận chuyển tương tự như là propan lỏng. MPS lad một hỗ
hợp của vài loại khí Cacbon hidro, gồm có propadien, propan, butan, butadien và
metyl axetylen. Ngọn lửa trung tính có được khi tỷ lệ giữa oxy và MPS cấp cho mỏ
cắt là 2,5:1 Nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa đạt đước tỷ lệ 3,5:1. Các tỷ lệ này được
sử dụng cho các ứng dụng cắt giống như của ngọn lửa axetylen.

Mặc dù khí MPS là tương tự như Axetylen ở nhiều tính chất, nó đòi hỏi một
thể tích oxy lớn gấp đôi đối với một đơn vị thể tích khí nhiên liệu để tạo ra ngon lửa
trung tính. Vì vậy, chio phí cho oxy sẽ cao hơn khi dùng khí MPS thay vì axetylen
với một công việc cụ thể. Để đảm bảo tính cạnh tranh, chi phí của MPS cần phải
thấp hơn của Axetylen đối với công việc đó.
MPS có một ưu điểm so với Axetylen là có thể dùng cắt dưới nước ở độ sâu
lớn. Vì áp suất đầu ra của Axetylen bị giới hạn ở 30psi ( 207kPa), nó thương không
được dùng ở độ sâu lớn hơn 6m dưới nước. MPS có thể được sử dụng ở độ sâu này
hoặc sâu hơn.
- Khí tự nhiên: Các thành phần của khí tự nhiên thường thay đổi tùy thuộc
vào nguồn của nó, nhưng thamhf phần chính của khí tự nhiên thấp hơn ngọn lửa khí
Axetylen.
Do nhiệt độ của ngọn lửa thường thấp hơn và hiệu quả gia nhiệt thấp hơn,
cần có một lượng khí lớn nhiều để cung cấp một lượng nhiệt tương đương với ngọn
lửa của oxy-axetylen. Để cắt với khí tự nhiên, chi phí và tính sẵn có của khí tự
nhiên, lượng tieu hao lớn hơn và thời gian nung nóng sơ bộ lâu hơn là những yếu tố
cần phải cân nhắc. Việc sử dụng các bộ đầu cắt được thiết kế để cung cấp ngọn lửa
nung nóng sơ bộ lớn hơn, hoặc cho máy cắt lớn hơn cho phép có thể nung sơ bộ
nhanh hoặc chậm có thể bù trừ được sự kém hơn của sản lượng nhiệt của ngọn lửa
khí tự nhiên.

HV: Trần Ngọc Quý

11

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

- Khí Propan: Propan được sử dụng thường xuyên trong phương pháp cắt
dung oxy trong một số nhà máy vì tính sẵn có và tổng trị nhiệt của nó cao hơn khí
tự nhiên. Để cắt tốt, lượng prpan phải gấp từ 4 đến 5 lần thể tích oxy nung nóng sơ
bộ. Tuy lượng nhiệt tiêu hao lớn nhưng bù lại propan có lượng bù nhiệt cao. Nó
được chứa trong bình ở dạng lỏng và có thể vận chuyển tới vị trí công tác dễ dàng.
Các ứng dụng chung của phương pháp cắt bằng khí nhiên liệu oxy: Được sử
dụng rộng rãi để cắt thép và một số hợp kim khác của sắt. Tính cơ động cho phép có
thể đưa thiết bị tới nơi làm việc. Có thể cắt những hình dạng kết cấu khác nhau phục
vụ cho xây dựng và bảo trì, hoặc cắt bỏ những phần thừa. Trong các xưởng luyện
thép, xưởng đúc có rất nhiều vật đúc cần cắt các phần nhô ra như các đậu hơi, đậu
rót, ba via…có thể cắt rất nhanh bằng khí.
Phương pháp cắt khí cháy và oxy bằng máy được sử dụng rất phổ biến trong
ngành công nghiệp và các kho chứa thép để pha cắt các tấm lớn thành các tấm nhỏ
với kích thước và hình dạng đa dạng và để chuẩn bị vát mép cho vật hàn.
Phương pháp cắt bằng khí nhiên liệu oxy cho phép cắt tới một khoảng chiều
dày lớn của kim loại có thể cắt kim loại có chiều dày tới 300mm.

Hình 1.2: Cắt thép tấm có chiều dày lớn bằng oxy và khí cháy

1.2 Cắt bằng hồ quang tay
Đây là phương pháp cắt thô sử dụng điện cực hàn thông dụng hoặc điện cực
cắt được thiết kế đặc biệt (đường kính 4,5 hoặc 6,3mm) với cường độ dòng điện cao
hơn 30÷50% so với dòng điện hàn hồ quang tương ứng. Mặc dù có thể dùng nguồn
AC nhưng dung nguồn DC với điện cực dương được áp dụng nhiều hơn.

HV: Trần Ngọc Quý

12

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Có thể sấy điện cực đề tăng năng suất cắt bởi vì điện cực ẩm thì giảm được
sự quá nhiệt và sự phân huỷ trong hồ quang để dễ xuyên thấm sâu hơn
Đối với vật liệu có chiều dày nhỏ hơn 10mm quá trình cắt thực hiện một cách
dễ dàng bằng cách dịch chuyển điện cực dọc theo đường cắt. Đối với các tấm vật
liệu có chiều dày lớn hơn cần phải để thoáng phía dưới của mạch cắt để kim loại
nóng chảy và xỉ dễ thoát ra khỏi rãnh cắt.
Đường cắt có thể bắt đầu từ mép tấm hoặc cắt một lỗ xuyên qua bề mặt do
đó có thể cắt ở một điểm tuỳ ý.
Trong thao tác cắt lỗ, điện cực phải vuông góc với bề mặt tấm vật liệu và sử
dụng dòng điện cao để cắt lỗ. Để kim loại và xỉ dễ dàng thoát ra khỏi đường cắt cần
có hồ quang ngắn và điện cực phải đẩy sát trong rãnh cắt, đầu điện cực phải đẩy vào
vũng chảy và thao tác bằng chuyển động lên xuống. Chuyển động lên phải rất
nhanh và chuyển động xuống phải có tác dụng đẩy để kim loại lỏng và xỉ chảy ra
ngoài.
Phương pháp cắt bằng hồ quang tay có thể dung để cắt các lỗ cho các ống,
cắt lỗ cho vật liệu tấm, cắt phá các liên kết hàn…
Khi thao tác cắt lỗ, điện cực cắt đặc biệt hiệu quả đối với hợp kim và kim
loại khó gia công. Các tấm bọc thép, thép tôi có độ thấm tôi cao hoặc tôi bằng
không khí, thép không rỉ là các vật liệu tương đối dễ cắt. Trong các xưởng đúc hợp
kim sắt và hợp kim ko chứa sắt, điện cực cắt dung để cắt các đậu rót, đậu hơi, cắt
các khối lớn để đúc lại.
Hạn chế của phương pháp cắt bằng hồ quang tay là chiều rộng mạch cắt lớn,

bề mặt mạch cắt nhiều bavia, độ chính xác thấp do ít được áp dụng chỉ sử dụng khi
không có phương pháp cắt tốt hơn.
1.3 Cắt kim loại bằng điện cực Cacbon
Hồ quang điện tạo ra giữa các điện cực cacbon và chi tiết gia công làm cho
kim loại nóng chảy và bị đẩy ra xa bằng dòng khí nén hướng đến điểm nóng chảy,
khi hồ quang Cacbon dịch chuyển kim loại lỏng liên tục được loại bỏ

HV: Trần Ngọc Quý

13

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý cắt kim loại bằng điện cực Cacbon
1. Nguồn điện cắt; 2. Kìm kẹp điện cực; 3. Điện cực cacsbon;
4. Chi tiết cắt; 5. Bình khí nén.

Phương pháp cắt này thích hợp để cắt kim loại ở đáy đường hàn hoặc đường
hàn bị hư hỏng và để chuẩn bị rãnh trước khi làm, khác với phương pháp cắt bằng
khí nhiên liệu oxy là dựa trên sự oxy hoá và loại bỏ xỉ nóng chảy thấp, thì phương
pháp này chỉ làm nóng chảy chứ không oxy hoá. Do đó có thể áp dụng cắt được
nhiều loại vật liệu kim loại kể cả có màng oxit khó nóng chảy như Nhôm. Trong khi
cắt đầu điện cực cacbon bị nung nóng đến nhiệt độ cao nhưng không nóng chảy.
Cacbon ở đầu điện cực bị oxi hoá và thăng hoa (chuyển từ trạng thái rắn sang trang
trạng thái khí )do đó điện cực dễ bị tiêu hao dần trong quá trình cắt. Quy trình có

thể thực hiện bằng tay, bán tự động hoặc tự động.
Điện cực dùng để cắt bằng hồ quang không khí được chế tạo từ hỗn hợp
cacbon và graphit, cacbon là vô định hình, cứng và chống mài mòn tốt. Ngược lại
graphit là tinh thể lục giác, mềm, oxy hoá ở nhiệt độ cao, có tốc độ oxy hoá thấp,
tính dẫn điện tốt nhưng dẫn nhiệt kém.

HV: Trần Ngọc Quý

14

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý cắt bằng điện cực Cacbon
1. Hướng cắt; 2. Điện cực cacbon; 3. Kìm kẹp điện cực; 4. Khí thổi

Các tính chất này đạt được nhờ cách pha trộn hợp lý cacbon và graphit sử
dụng chất kết dính thích hợp. Hỗn hợp được thiêu kết ở nhiệt độ cao để tạo ra điện
cực graphit đồng nhất có điện trở thấp và được mạ một lớp đồng tinh khiết. Lớp mạ
đồng được dùng để tăng khả năng dẫn điện, tăng thời gian vận hành, giảm bức xạ
nhiệt và tăng chất lượng đường cắt.
Các điện cực thường được thiêu kết để sử dụng với nguồn điện DC điện cực
dương. Đôi khi cũng sử dụng điện cực AC, chúng có hàn lượng nhở các nguyên tố
hiếm ( họ lantandies) để tăng tính ổn định của hồ quang với dòng điện AC. Các điện
cực AC thường để cắt Gang và hợp kim Ni. Có thể sử dụng nguồn DC nhưng phải
là điện cực âm. Các đường kính DC trong khoảng 4-19mm, các điện cực AC có

đường kính trong khoangr4,8-12,7. Để cắt tự động lien tục thể sử dụng các điện
cực nối ghép chúng được cung cấp với mộng nối và khớp nối tương ứng khoảng
dòng điện của các kiểu điện cực thông dụng.
Các mỏ cắt(kẹp cực điện) có thiết kế đặc biệt tương tự mỏ hàn hồ quang tay,có
them các đường khí nén và các lỗ phun để định hướng dòng không khí .Các mỏ cắt
bán tự động được thiết kế để lắp trên xe di trượt cơ khí hóa,sử dụng các điện nối
ghép và bộ điều khiển điện áp duy trì hồ quang không đổi.
Thiết bị dùng chop máy cắt hồ quang không khí là máy phát.Động cơ dòng
điện một chiều hoặc bộ chỉnh lưu được thiết kế cho hàn hồ quang tay với nhiều kiểu
và kích thước điện cực điện áp tối thiểu 60V.Đối với các điện cực AC có thể dùng
máy biến áp hàn với dòng điện không đổi.

HV: Trần Ngọc Quý

15

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khí nén đối với áp suất 560-700 KPa được dùng được dùng để đảm bảo đối
với đường cắt sạch với vận tốc tối ưu.Nếu áp suất không khí không đủ đường cắt sẽ
rất nhám và chứa nhiều xỉ.Các ống và các nối ghép ống phải có đường kính lớn để
có đủ thể tích không khí đi đến mỏ cắt.
Đường cắt có thể thực hiện ở mọi vị trí.Ở vị trí thẳng đứng có thể cắt theo
chiều đi xuống,ở vị trí ngang có thể cắt từ trái qua phải hoặc ngược lại với dòng khí
nén phía sau điện cực.Khi cắt ở vị trí trần điện cực phải kẹp gần như song song với

mỏ cắt,còn mỏ cắt phải nghiêng một góc để kim loại nóng chảy không rơi vào tay
người thợ.
Chiều sâu,chiều rộng và biên dạng rãnh cắt được điều khiển bằng các yếu tố
kết hợp từ góc đầy điện cực,tốc độ hành trình hồ quang và kích thước điện cực.Góc
độ nhỏ và tốc độ hành trình chậm làm tăng chiều sâu và thu hẹp rãnh cắt. Chiều rộn
rãnh căt thường lớn hơn kích thước điện cực tầm 3mm. Với kích thước điện cực cho
trước có thể đạt được độ rộn rãnh cắt lớn hơn bằng cách dao động điện cực.
Tốc độ cắt hợp lý phụ thuộc vào chất liệu cắt,kích thước điện cực,cường độ
dòng điện và áp suất khí nén.
Ảnh hưởng về kim loại học khi dùng phương pháp cắt hồ quang không khí.
Do hầu hết các quá trình cắt được thực hiện với điện cực dương DC,các nguyên tử
C ion hóa sẽ được truyền từ điện cực đến kim loại cơ bản nóng chảy,sự hấp thụ C là
không thể tránh khỏi,do đó sự phun khí nén để thổi hết kim loại nóng chảy ra khỏi
rãnh cắt. Nếu rãnh được cắt hợp lý sẽ có màu sang. Nếu hợp kim có chứa đến 1%C
thì sẽ làm cho rãnh cắt có màu xám đen không đủ lưu lượng khí,hành trình điện cực
không đều và góc của điện cực bị lệch.
Nếu có lẫn kim loại giàu C cần phải loại bỏ bằng cách mài trước khi hàn,đặc
biệt là cần mối hàn có độ dẻo dai cao.
C thường được truyền từ điện cực đến rãnh hoặc bề mặt cắt. Với thép kết cấu
và thép không nhiệt luyện bề mặt này là không gia công được. Trong mọi trường
hợp vùng ảnh hưởng nhiệt thường rất thấp.
Các ứng dụng: phương pháp cắt hồ quang thường dùng để cắt hoặc cắt rãnh
cho thép cacsbon.thép không rỉ,thép hợp kim thấp,thép Mn cao,gang,các hợp kim
Al,Mg,Cu và Ni.

HV: Trần Ngọc Quý

16

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà

Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Phương pháp này cũng dùng để loại bỏ một lớp vật liệu để đắp bề mặt cũ
trước khi hàn đắp lớp mới.
Phương pháp này cũng dùng để loại bỏ một lớp vật liệu đắp bề mặt cũ trước
khi hàn đắp lớp mới. Phương pháp này thích hợp để cắt rãnh mối hàn trước khi hàn
đường hàn mặt đối diện,cắt bỏ mối hàn bị khuyết tật cần sửa chữa,cắt kim loại bằng
hồ quang không khí là công cụ đơn giản và đa năng được dùng nhiều để cắt các kết
cấu thép tại hiện trường,xưởng đúc,xưởng phá dỡ tàu biển,lò hơi..

Hình 1.5: Thổi chân mối hàn bằng điện cực cacbon và khí nén

Ưu điểm: nhanh gấp 5 lần đục,có thể cắt rãnh sâu 9.5mm dễ điều khiển,loại bỏ
các khuyết tật với độ chính xác cao. Chiều sâu cắt dễ điều chỉnh,chi phí thiết bị
thấp,dễ vận hành,thiết bị gọn,đa năng,dễ vận hành,cắt tương đối sạch,tốn ít năng
lượng,chi tiết gia công ít bị biến dạng
Nhược điểm: chiều rộng rãnh cắt lớn,phải thay đổi điện cực thường xuyên,khi
cắt tạo ra khói và ồn.
1.4 Cắt kim loại bằng hồ quang Plasma
Là phương pháp cắt sử dụng hồ quang Plasma làm nóng chảy kim loại và nhờ
áp suất của khí nén đẩy phần oxit của kim loại tạo thành rãnh cắt.Hồ quang Plasma
được tạo ra giữa hai điện cực catot và anot và có nhiệt độ rất cao (5000-20000 độ C
tập trung,do vậy có thể dùng để cắt tất cắt tất cả các vùng kim loại hoặc hợp kim với
vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.Tuy nhiên do khả năng xuyên sâu của hồ quang bi hạn
chế nên chế độ cắt bằng hồ quang Plasma chỉ dùng để cắt kim loại hoặc hợp kim có
chiều dày nhỏ hoặc trung bình

HV: Trần Ngọc Quý

17

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý cắt Plasma
1: Vật liệu cắt; 2: Cột Plasma; 3: Khí tạo Plasma;
4:Điện cực; 5: Nguồn Plasma

Phương pháp cắt hồ quang Plasma được dùng để cắt các kim loại không thể
cắt hoăc khó cắt nếu sử dụng phương pháp cắt khác như thép không rỉ, nhôm,
magie, titan, gang, đồng

Hình 1.7: Cắt tạo hình phức tạp bằng máy cắt CNC Plasma

1.5 Cắt kim loại bằng tia điện tử
Là phương pháp sử dụng năng lượng của tia điện tử làm nóng chảy kim loại và
bốc hơi trong buồng chân không tạo thành rãnh cắt
Nguồn điện tử được tạo ra từ dây tóc vonfram gắn trong điện cực catot giữa
anot và catot có sự chênh lệch điện áp rất lớn từ 15÷150KV

HV: Trần Ngọc Quý

18

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia điện tử
1. Bộ dẫn động cơ cấu truyền dịch; 2. Tia điện tử; 3. Súng điện tử;
4. Nguồn cao áp; 5. Buồng chân không; 6. Bơm chân không;
7. Chi tiết cắt; 8. Cơ cấu dịch chuyển chi tiết.

Dưới tác động của điện áp các điện tử chuyển động nhanh từ catot đến anot đi
qua lỗ tâm của anot chuyển động đến vật cắt tạo thành nhiệt năng làm nóng chảy
kim loại
Tia điện tử được điều chỉnh bằng các cuộn điền tiên để đạt được kích thước
và vị trí cảu tia theo mong muốn
Quá trình cắt được thực hiện trong buồng chân không, buồng chân không
không có tác dụng đảm bảo năng lượng của tia không bị tổn hao bởi môi trường và
bảo vệ người thợ khỏi bị tác động của tia X tạo thành tia điện tử bắn phá trên bề mặt
của vật liệu
Cắt bằng tia điện tử có độ rộng của mạch cắt và kích thước vùng ảnh hưởng
nhiệt nhỏ có thể cắt được nhiều loại vật liệu ( kim loại, phi kim loại)
Nhưng hạn chế về chiều dày và kích thước của vật liệu, giá thành cắt cao bởi
phải thực hiện trong buồng chân không. Do đó phương pháp này ứng dụng đối với
những sản phẩm quan trọng có kích thước nhỏ.
1.6 Cắt kim loại bằng laze
Là phương pháp dùng năng lượng nhiệt của tia laze làm nóng chảy cục bộ kim

loại sử dụng áp lực khí nén để đẩy kim loại nóng chảy để tạo thành rãnh cắt. Laze

HV: Trần Ngọc Quý

19

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

có nghĩa là sự khuyếch ánh sáng với sự trợ giúp của bức xạ cưỡng bức. Laze bức
xạ chùm ánh sáng có mật độ năng lượng rất cao. Tia sáng với cùng một bước sóng
lan toả ở một hướng và có tính kết hợp nghĩa là cùng pha. Có thể điều chỉnh tia sáng
sao cho đạt được mật độ năng lượng đủ để cắt kim loại, trong laze thường chứa bức
xạ CO2

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laze
1. Tia laze; 2. Thấu kính hội tụ; 3. Tia hồng ngoại; 4. Buồng tạo ánh sáng hồng
ngoại; 5. Gương; 6. Khí bảo vệ; 7. Chi tiết cắt

Cắt bằng tia laze cho chất lượng mạch cắt cao ( độ chính xác của rãnh cắt,
vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ) và có thể cắt trên nhiều loại vật liệu khác nhau như: kim
loại, gốm sứ, composite, cao su, chất dẻo…
Nhưng hạn chế của phương pháp cắt laze là chiều dày vật cắt nhỏ, năng suất
thấp, việc tạo ra tia laze còn khó khăn, thiết bị đắt tiền.

Hình 1.10: Cắt kim loại bằng tia Laze

HV: Trần Ngọc Quý

20

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1.7 So sánh phương pháp cắt Plasma với các phương pháp khác
Từ các nội dung về nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng của các phương pháp cắt
đã trình bày trên ta thấy:
Về chất lượng mạch cắt ( mạch cắt nhỏ, sạch, mịn và có đường ảnh hưởng
nhiệt nhỏ) thì phương pháp cắt bằng Plastma cho chất lượng mạch cắt chất lượng
cao hơn các phương pháp cắt bằng oxy khí cháy, hồ quang tay và cắt bằng điện cực
cacbon. Ngược lại chất lượng mạch cắt của phương pháp cắt Plastma kém hơn
phương pháp cắt bằng tia laze và tia điện tử.
Về khả năng cắt được các loại vật liệu: Phương pháp cắt bằng oxy khí cháy cắt
được các kim loại thoả mãn điều kiện cắt
- Nhiệt độ cháy của kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của nó.
- Nhiệt độ nóng chảy của ôxit kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của
kim loại đó. Nếu điều kiện này không thỏa mãn thì ôxit kim loại trên bề mặt do
phản ứng cháy với ôxy sẽ không nóng chảy và không bị thổi đi, làm cản trở sự ôxy
hóa lớp kim loại tiếp theo. Do vậy không cắt được nhôm, đồng, tian, thép không
rỉ…
Còn cắt Plasma được dùng để cắt các kim loại không thể cắt hoặc khó cắt nếu
sử dụng phương pháp cắt khác như thép không rỉ, nhôm, magie, titan, gang, đồng…

Cắt bằng tia laze có thể cắt trên nhiều loại vật liệu khác nhau như: kim loại,
gốm sứ, composite, cao su, chất dẻo…
Về khả năng cơ khí hoá, tự động hoá thì cắt bằng Plastma, laze, điện tử dễ cơ
khí hoá và tự động hoá hơn các phương pháp còn lại.
Về khả năng cắt chiều dày vật liệu thì phương pháp cắt laze và điện tử cắt các
chi tiết nhỏ, mỏng và yêu cầu độ chính xác cao. Phương pháp cắt plastma cắt các
chi tiết có chiều dày trung bình từ 30mm trở xuống. Phương pháp cắt bằng oxy khí
cháy có thể cắt với chiều dày lớn nhất có thể cắt được chiều dày 300mm.
Về giá thành: Phương pháp cắt hồ quang tay và cắt bằng điện cực Cacbon giá
thành thấp nhất vì thiết bị vật liệu phổ biến. Phương pháp cắt bằng tia laze và điện
tử yêu cầu thiết bị đặc biệt cho nên giá thành cao. Phương pháp cắt bằng Plastma

HV: Trần Ngọc Quý

21

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

yêu cầu thiết bị ở mức trung bình và có hiệu suất cao trong công việc giữa hai nhóm
phương pháp trên cho nên được áp dụng phổ biến trong sản xuất hiện nay.
Từ những ưu điểm của phương pháp cắt Plastma như cắt được nhiều loại kim
loại khác nhau, tốc độ cắt lớn, chất lượng mạch cắt cao và hoàn toàn có thể cơ khí
hoá tự động hoá và cắt những sản phẩm có biên dạng phức tạp. Ta thấy nhu cầu là
rất lớn nhưng do hạn chế hiểu biết về công nghệ kỹ thuật. Do vậy việc nghiên cứu
những ảnh hưởng của chế độ cắt plasma tới chi tiết dạng mặt bích từ thép tấm để

giúp chúng ta xác định được chế độ công nghệ để đưa ra phương án cắt hiệu quả
nhất nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm.

HV: Trần Ngọc Quý

22

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chương 2

CẮT KIM LOẠI BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA
2.1 Thực chất về plasma
2.1.1 Nguyên lý chung về plasma
Plastma là hiện tượng phóng điện ổn định qua một khoảng môi trường không
khí đã được ion hoá giữa hai điện cực. Plasma được hiểu là một luồng khí ion hoá.
Nó được biểu thị như trạng thái thứ tư của vật chất. Quá trình ion hoá chất khí của
môi trường khí giữa hai điện cực có thể bao gồm các dạng sau:
- Ion hoá bằng va đập
- Ion hoá do tác động của các lượng tử
- Ion hoá khi nhiệt độ tăng
Sự ion hoá chất khí được tạo ra khi nhiệt độ tăng nhờ năng lượng của hồ
quang giữa hai điện cực. Bởi vậy có thể coi plasma làm một hồ quang đặc biệt mà
nhiệt độ của nó được nâng cao rất nhiều, trong kỹ thuật còn gọi là hồ quang
khuyếch đại.
Nhiệt độ của dòng plasma rất cao và được phân bố khác nhau theo đường kính

và chiều dài, nhiệt độ cao nhất đạt được là tâm của dòng plasma.

Hình 2.1: Sự phân bố nhiệt của dòng plasma
a. Trong hồ quang; b. Dòng plasma

Với hồ quang plasma sẽ đáp ứng được các mục đích kỹ thuật đặc biệt trong cắt
kim loại

HV: Trần Ngọc Quý

23

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

2.1.2 Các phương pháp tạo plasma
- Hồ quang trực tiếp: Chi tiết catot và chụp trung tính làm nhiệm vụ ổn định và
thắt cột hồ quang (a)
- Hồ quang gián tiếp: Chụp plasma là anot chi tiết là trung tính (b)
- Hồ quang hỗn hợp: Có hai anot riêng và một catot chung (điện cực) các anot
đó là chi tiết và chụp plasma (c)

Hình 2.2: Nguyên lý tạo plasma
1. Nguồn cắt; 2. Nguồn tần số cao; 3. Biến trở hồ quang; 4. Chi tiết cắt; 5. Điện cực
vofram; 6. Khí tạo plasma; 7. Cột plasma

2.1.3 Nguyên lý cắt plasma
Bộ nguồn cung cấp và mạch khởi động hồ quang được nối với đầu cắt qua các
ống và dây dẫn bên trong. Các ống và dây dẫn này cung cấp các dòng khí, dòng
điện và dòng hồ quang mồi (dòng pilot) thích hợp đến đầu cắt để mồi và duy trì quá
trình.

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý quá trình cắt Plasma
Power source: Nguồn cắt

HV: Trần Ngọc Quý

Electrode: Điện cực

24

Cooling water: Nước làm mát

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà


Luận văn Thạc sỹ
Pilot arc: Hồ quang mồi

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Plasma gas: Khí nén

Đầu tiên khi một tín hiệu khởi động được gửi đến bộ nguồn cung cấp. Điều
này đồng thời kích hoạt điện áp 280 VDC và dòng khí đến đầu cắt . Điện áp này có
thể đo từ điện cực (electrode) đến vòi phun (Nozzle). Chú ý rằng vòi phun được nối

đến cực dương của bộ nguồn thông qua một điện trở và relay(gọi là Pilot arc relay),
trong khi vật liệu cần cắt được nối trực tiếp đến cực dương. Luồng khí đi qua vòi
phun và thoát ra ngoài. Không có tia hồ quang ở thời điểm này, cũng như không có
dòng điện chạy qua nguồn DC (Nên mới gọi là điện áp hở mạch).

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị cắt plasma

Sau khi dòng khí ổn định, mạch khởi động hồ quang bắt đầu làm việc. Với
điện áp do mạch này tạo ra khoảng từ 5000 – 10000 VAC ở tần số cao, tia lửa điện
sẽ được phóng qua giữa điện cực và vòi phun bên trong đầu cắt, nơi dòng khí phải
đi qua để thoát ra ngoài. Năng lượng chuyển từ tia lửa điện với tần số cao qua dòng
khí làm cho nó bị ion hóa và trở nên dẫn điện. Dòng khí dẫn điện này tạo thành
đường dẫn điện giữa điện cực và vòi phun, và kết quả là hồ quang plasma được hình
thành. Dòng khí này buộc tia hồ quang này đi qua lổ của vòi phun ra ngoài, tạo
thành dòng mồi hồ quang (Pilot arc).

HV: Trần Ngọc Quý

25

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà