Ovaj je članak nastavak članka “Plazma rezanje nehrđajućih čelika – dio 1” na istu temu iz prethodnog broja časopisa.

RAZLIČITI UTJECAJI NA KVALITETU I IZGLED REZA KOD PLAZMA REZANJA

U nastavku slijedi prikaz površina rezanja i njihovih kvalitativnih značajki u ovisnosti o utjecajnim čimbenicima plazma postupaka rezanja. Na Slici 8 uočavaju se prednosti FineFocus postupka pred standardnim postupkom plazma rezanja. To su manja hrapavost i izraženi metalni sjaj površine reza uz stabilniji proces i duži životni vijek katode. Vrtložni plin dušik na rezanoj debljini lima 30 mm u potpunosti sprječava pojavu srha.

 

Plazma-rezanje-nehrdajucih-celika-dio-2

Slika 8: Usporedba kvalitete površine reza standardnog i FineFocus plazma rezanja na materijalu 1.4301, debljine 30mm.

 

 

Standardni postupak plazma rezanja (bez sekundarnog medija) Plazmeni plin: Ar / H2 / N2

FineFocus plazma rezanje Plazmeni plin: Ar / H2 Vrtložni plin: N2

Podvodno rezanje FineFocus tehnologijom prikazano je na Slici 9. Rezan je materijal 1.4571 debljine 20 mm, a varirani su plazmeni i vrtložni plinovi. Uporaba formir plina F20 kao plazmenog plina i F10 kao vrtložnog plina daje glatke, svijetle i prilično okomite površine reza isto kao i kombinacija argon/dušik – dušik i dušik – dušik. Srh se nije pojavio ni kod jedne korištene kombinacije plinova. Kombinacije plinova zrak – zrak i kisik – zrak daju nešto grublju i oksidiranu površinu. Zona utjecaja topline je vrlo mala kod svih korištenih kombinacija plinova.

Plazma-rezanje-nehrdajucih-celika-dio-2

Slika 9: Usporedba kvalitete površine reza podvodnog Fine Focus plazma rezanja na materijalu 1.4571, debljine 20mm ovisno o kombinaciji korištenih plazmenih i vrtložnih plinova.

PLAZMENI PLIN VRTLOŽNI PLIN
F20 (80% N2,20%H2) F10 (90% N2 , 10%H2)
Ar / H2 N2
N2 N2
Zrak Zrak
O2 Zrak

 

Na Slici 10 prikazan je izgled površina reza materijala 1.4301 izvedenih FineFocus tehnologijom uz korištenje iste kombinacije plazmenog i vrtložnog plina pri čemu su varirane debljine materijala od 10 do 50 mm. Uočava se da sa povećanjem debljine materijala opada metalni sjaj reza i da se na debljini 50 mm pojavio srh s donje strane rezne površine.

Plazma rezanje nehrdajucih celika dio 2

Slika 10: Utjecaj debljine materijala na kvalitetu reza plazma postupkom sa sekundarnim medijem na materijalu 1.4301

PLAZMENI PLIN VRTLOŽNI PLIN
Ar / H2 N2
Ar / H2 N2
Ar / H2 N2
Ar / H2 N2

 

Rezanje materijala 1.4301 tanjih limova 2 i 4 mm debljine sa strujom rezanja 50 A i s raznim kombinacijama plazmenih i vrtložnih plinova rezultira površinama reza prikazanim na Slici 11. Uočavamo da zrak i mješavina argon/vodik kao plazmeni plinovi uzrokuju dosta grubu površinu reza sa izraženim srhom na donjoj strani reza. U oba slučaja vrtložni je plin dušik. Kombinacija sa dušikom kao plazmenim i vrtložnim plinom daje dobru površinu reza isto kao i kombinacija sa dušikom kao plazmenim plinom i mješavinom dušik/vodik kao vrtložnim plinom. Površine takvog reza su glatke i svijetle, a rubovi izraženi.

povrsina_reza

Slika 11: Primjer izgleda površina reza kod plazma rezanja sekundarnim medijem tanjih limova 1.4301 ovisno o debljini materijala i korištenim tehničkim plinovima. Debljine limova su 2 mm (lijevo) i 4 mm (desno). U svim slučajevima korištena je struja rezanja 50A

 

Plazma-rezanje-nehrdajucih-celika01

Slika 12: Primjer izgleda površina reza kod plazma rezanja sekundarnim medijem tehnologijom HiFinox limova debljine 2 do 6 materijala 1.4301 ovisno o debljini materijala.

PLAZMENI PLIN VRTLOŽNI PLIN
F20 (80% N2,20%H2) F10 (90% N2 , 10%H2)
Ar / H2 N2
N2 N2
Zrak Zrak
O2 Zrak

 

Na Slici 12 prikazan je izgled površina reza materijala 1.4301 izvedenih HiFinox tehnologijom rezanja uz korištenje iste kombinacije plazmenog i vrtložnog plina pri čemu su varirane debljine materijala od 2 do 6 mm. Korišteni plazmeni plin je dušik, a vrtložni plin je mješavina dušik/vodik. Uočava se da su, bez obzira na debljinu lima koji se rezao, sve površine glatke i metalno sjajne bez pojave srha. Uočavaju se manja odstupanja od pravog kuta kod debljina materijala ispod 4 mm.

usporedba-površina

Slika 13: Usporedba površina reza kod plazma rezanja sekundarnim medijem tehnologijom HiFinox (1) i HiFocus (2) lima debljine 3mm materijala 1.4301

PLAZMENI PLIN VRTLOŽNI PLIN
N2 N2 / H2
O2 N2

 

Na Slici 13 uočavaju se bolji izgled površine i manje odstupanje od pravog kuta kod HiFocus postupka za debljine lima do 3 mm te oksidirane površine reza.

povrsina_reza_b

Slika 14: Usporedba površina reza kod plazma rezanja sekundarnim medijem tehnologijom HiFocus F materijala 1.4571 različitih debljina.

PLAZMENI PLIN VRTLOŽNI PLIN
Ar / H2 N2 + N2 / H2
Ar / H2 N2 + N2 / H2

 

Na Slici 14 uočavaju se sjajne metalne površine reza male hrapavosti i bez pojave srha do debljine lima 20 mm. Površine reza su pod gotovo pravim kutom.

Plazma-rezanje-nehrdajucih-celika-dio22

Slika 15: Primjeri izgleda površine reza HiFinox (lijevo) i HiFocus F (desno) tehnologijom.

 

Na Slici 15 uočavaju se mogunosti kvalitete reza koja se može postići HiFinox postupkom na debljinama 0,5 do 6 mm i HiFocus F postupkom na debljinama 5 do 35 mm. Oba postupka daju glatke i sjajne metalne površine reza, a u navedenom rasponu debljina osiguravaju izvrsnu kutnost uz minimalno srha.

Usporedba_hrapavosti

Slika 16: Usporedba hrapavosti površina reza kod rezanja materijala 1.4301 debljine 20 mm plazma i laserskim postupkom rezanja.

PARAMETRI

Struja rezanja : 200A

Brzina rezanja : 0,9 m/min

Plazmeni plin: Ar / H2

Vrtložni plin: N2

Širina reza: oko 3 mm

Snaga lasera: 5kW

Brzina rezanja: 0,4 m/min

Širina reza: 0,3 do 0,5mm

 

Na Slici 16 prikazane su površine reza postignute sa FineFocus plazma i laserskim rezačem od 5kW na materijalu 1.4301 debljine 20 mm. Rezanje ove debljine je dvostruko brže sa plazmom nego laserom. Obje su površine reza sjajne metalne površine, a glavna je razlika u hrapavosti. Rez plazmom ima po cijelom presjeku ujednačenu hrapavost, a rez laserom je vrlo gladak do dubine 4-5 mm, a nakon toga postaje grublji tako da na tom presjeku postoje dva stanja površine.

 

USPOREDBA TROŠKOVA REZANJA Cr-Ni ČELIKA HiFocus PLAZMA I LASERSKOM TEHNOLOGIJOM

U dosadašnjem dijelu članka iz više se primjera moglo vidjeti da nova generacija Kjellbergovih plazma uređaja može dostojno zamijeniti laser u mnogim primjenama kad se radi o rezanju nehrđajućih čelika. Ako usporedimo HiFocus plazmu i laser snage 4kW sa stolom za rezanje radnih dimenzija 3000 x1500 mm prvo što se uočava je da je cijena nabave i puštanja u pogon novog plazma uređaja oko 120 000 Eura, a cijena nabave i puštanja u pogon laserskog rezača četiri do šest puta veća (ovisno od proizvođača lasera).

Ako se uzme u proračun da se u jednoj godini može ostvariti oko 210 radnih dana i da sustav za rezanje radi u jednoj smjeni od 8 sati pri čemu se efektivno reže oko 60% vremena te kad se uzmu u obzir troškovi investicije uz rok amortizacije od 2 godine, zastoja, održavanja, potrošni materijala, energije i radne snage, dolazi se do satnice plazma rezača od 60 do 75 Eura ako se proizvodi u EU i 45 do 60 Eura ako se proizvodi kod nas zbog nižih troškova plaća. U ovakvoj analizi proračunska satnica laserskog rezača je za istu primjenu minimalno dvostruko veća.

Na Slici 17 dana je usporedba troškova po metru reza za postupke rezanja plazmom izvora FineFocus 100 i Laserskog rezača od 3kW. Evidentno je da je za sve navedene debljine lima rezanje plazmom jeftinije. Za navedene izvore te su razlike do debljine materijala 2 mm male, ali već kod debljine 4mm rezanje plazmom je dvostruko jeftinije, a kod debljine 10 mm jeftinije je pet puta. Kod rezanja ovim plazma izvorom porast troškova rezanja po metru ima linearnu tendenciju s obzirom na porast debljine materijala koja se reže tako da je trošak po metru reza za debljinu 20mm 1,7 Eura, a za debljinu 30mm 3 Eura.

 

usporedba-troskove-reza

Slika 17: Usporedba troškova reza po metru reza CrNi čelika HiFocus plazme i lasera

Posebno mjesto primjene gdje rezanje FineFocus i HiFocus plazmama u velikoj mjeri zamjenjuje laserske rezače je 3D rezanje gdje se plazma gorionici montiraju na robotske ruke i time dobivaju 5 stupnjeva slobode gibanja. Ovo se naročito koristi za obrezivanje cijevi i profila te za izrezivanje svih vrsta otvorenih i zatvorenih krivulja (rupa) na polu gotovim i gotovim proizvodima (Slika 18). Višestruko manja cijena instalacije plazma izvora u odnosu na laserski izvor bitno pojeftinjuje uvođenje robotskih stanica u proizvodnju.

primjeri-implementacije-plazma-postuoka

Slika 18: Primjeri implementacije plazma postupka na robotskoj ruci za izrezivanje složenih prostornih geometrija

ZAKLJUČAK

Na osnovu navedenih podataka, dijagrama, tablica i slika mogu se izvesti slijedeći zaključci:

  • Kada se odabere plazma tehnologija za rezanje nehrđajućih čelika potrebno je za svaki pojedini materijal i debljinu odabrati adekvatne parametre i sagledati utjecajne čimbenike da bi se ostvarila očekivana kvaliteta reza i stanje površine reza.
  • Različitim kombinacijama plazmenih i vrtložnih plinova moguće je bitno utjecati na stabilnost procesa rezanja i kvalitetu reza.
  • Rezanje FineFocus plazmom na 200A materijala 1.4301 debljine 20 mm u odnosu na rezanje laserom od 5kW daje ujednačeniju površinu reza i dvostruko je brže.
  • Analiza troškova rezanja FineFocus plazmom i laserom 3kW pokazuje da je za sve debljine nehrđajućeg čelika rezanje plazmom jeftinije i da je razlika u cijeni to veća što je većća debljina lima.
  • Tehnologije plazma rezanja Fine Focus i HiFocus pogodne su za ugradnju na robotske stanice.

LITERATURA:

  1. Hugo Simler: Plasmafeinstrahlschneiden von CrNi-Staehlen, Kjellberg Finsterwalde 2006.
  2. Promotivni materijali tvrtke Kjellberg Finsterwalde 2007.
  3. Laboratorijski izvještaji Kjellberg Finsterwalde 2006.
  4. Izvještaji i slučajevi iz prakse, Servus d.o.o. ,Čakovec 2007.
  5. www.kjellberg.de