Porównanie cięcia plazmowego i cięcia paliwowo-tlenowego

PORÓWNANIE

Używanie tlenu do cięcia metali nie jest „martwą” technologią. Cięcie tlenem jest znane od 100 lat i będzie z nami jeszcze przez długi czas. W fachowych rękach technologia cięcia tlenem (inne odmiany: acetylen, propan) daje dobre rezultaty przy pewnych określonych zastosowaniach. Technologia cięcia tlenem bardzo dobrze sprawdza się przy cięciu bardzo grubej, niskowęglowej stali – ponad 35 mm przy cięciu palnikiem ręcznym.

Jednakże dla wielu rodzajów cięcia metali systemy plazmowe mają znaczną przewagę nad cięciem palnikami paliwowo-tlenowymi. Warto pokrótce wyjaśnić, na czym polega ta przewaga i pokazać jej kluczowe cechy. Będziemy opierać się na systemach Powermax jako przedstawiciela systemu plazmowego typu powietrznego. Porównanie to zestawimy w pięciu punktach:

• Szybkość, ogólna wydajność i koszt cięcia

  • w najważniejszych grubościach metali (90% przecinanych metali ma grubość 25 mm i poniżej)

• Bezpieczeństwo

  • Powermax nie korzysta z gazów palnych i wybuchowych, a jedynie prąd elektryczny i powietrze.

• Różnorodność materiałów

  • oprócz stali niskowęglowej plazmą można ciąć aluminium, stal nierdzewną, miedź – wszystko, co przewodzi prąd elektryczny; doskonałe wyniki daje cięcie plazmą zarówno grubych jak i cienkich metali

• Łatwość użycia

  • system Powermax jest łatwy do podłączenia, ustawienia i obsługiwania: Palnik Powermax jest łatwy w obsłudze i pozwala na długie cięcia co polepsza jakość cięcia (np. możliwość stosowania form i szablonów)

• Łatwość przeszkolenia

  • system Powermax jest łatwy w użyciu, a co za tym idzie bardzo łatwo można przeszkolić operatora do tego systemu.

SZYBKOŚĆ, WYDAJNOŚĆ I KOSZTY

Proszę spojrzeć na ten wykres. Widać na nim, że w przedziale o 30 mm system Powermax ma naprawdę bardzo dużą przewagę w szybkości cięcia nad palnikami paliwowo-tlenowymi:

Szybkość cięcia Powermax w porównaniu z palnikiem paliwowo tlenowym

Kolejny wykres jeszcze lepiej pokazuje przewagę w zakresie cięcia metali. Szybkość cięcia palnikiem paliwowo-tlenowym przyjęliśmy jako standard, a szybkość cięcia Powermax pokazaliśmy jako % tego standardu.

Porównanie cięcia plazmowego i cięcia paliwowo-tlenowego na przykładzie Hypetherm Powermax

Należy pamiętać, że szybkość cięcia plazmą przekłada się bezpośrednio na wzrost wydajności. Na wykresie powyżej przy 25mm Powermax1650 tnie dwukrotnie szybciej (200%) niż palnik tlenowy. 90% cięcia metali dotyczy obecnie grubości 25 mm albo mniejszej tak więc Powermax1650 ma przewagę w szybkości cięcia nad palnikiem paliwowo-tlenowym co najmniej dwukrotną, a dotyczy to ponad 90% czarnej stali poddawanej obecnie cięciu.

Szybkość to nie jedyny czynnik wpływający na wyższą wydajność cięcia plazmą. Plazma ma też przewagę w przypadku jakości cięcia, co również wpływa na wydajność. Palnik plazmowy tnie równo, dzięki czemu powstaje mniejszy tzw. „kożuch żużlowy” niż podczas cięcia palnikiem tlenowo-plazmowym. Dzięki temu jest on ogólnie przy plazmie łatwiejszy do usunięcia, a co za tym idzie – skracamy czas potrzebny na operacje pomocnicze.

Jak więc widzimy, porównanie cięcia plazmowego i cięcia paliwowo-tlenowego wypada korzystniej dla tej pierwszej metody.

Kolejną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest strefa przegrzania. Jak wiemy, strefa przegrzania ma ujemny wpływ na chemiczną strukturę stali i niekiedy trzeba tę strefę przegrzania zeszlifować, jeżeli najważniejszym kryterium jest spawalność. Użycie plazmy powoduje, że strefa przegrzania w większości przypadków ma mniejszą powierzchnię. Ogólnie można przyjąć, że głębokość strefy przegrzania jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości cięcia. Przy grubości stali 25mm, cięcie przy użyciu Powermax1650 powoduje powstanie strefy przegrzania o połowę płytszą w porównaniu z cięciem tlenem. Przy cięciu stali o grubości 18 mm Powermax1650 wytwarza mniej niż jedną trzecią strefy przegrzania w porównaniu z cięciem palnikiem paliwowo-tlenowym. Pamiętajmy, że mniejsza strefa przegrzania może skrócić czas poświęcony operacjom drugorzędnym.

Inną rzeczą, jaka ma wpływ na wydajność cięcia jest to, że w przypadku palników paliwowo-tlenowych przed rozpoczęciem cięcia stal musi być podgrzana do jasnoczerwonego koloru (ok. 980 stopni Celsjusza). Przykładowo, przy cięciu prostą linią, aby zacząć cięcie musimy podgrzewać stal w czasie do 7 sekund przy grubości stali równej 15 mm. W tym czasie Powermax1650 jest w stanie przeciąć ponad 180 mm. Na zdjęciu poniżej widać rozgrzany do czerwoności materiał, który trzeba było podgrzać przed otwarciem przepływu tlenu, aby zacząć cięcie.

Kolejną zaletą systemów Powermax, która wpływa na wydajność jest zdolność cięcia kliku warstw stali (tnie więcej niż jedną płytę stalową na raz). Palnik paliwowo-tlenowy tego nie zrobi.

Porównanie

To zdjęcie nie wymaga komentarza. Jasno wykazuje przewagę cięcia plazmowego.

BEZPIECZEŃSTWO

“Operator zapalał palnik paliwowo-tlenowy. Nastąpiło cofnięcie płomienia do butli
z acetylenem, która zaczęła wibrować. Trzy minuty później nastąpił wybuch. Butla rozpadła
się na dwie części. Większa część wyleciała przez okno i leciała 23 metry, zanim wbiła się w
nasyp na granicy terenu fabryki. Warsztat bardzo ucierpiał. Okna wyleciały, a dach się
zawalił. Wybuch wyrzucił także dach głównego budynku fabryki. Dach trzeba było wymienić.
Koszt katastrofy wyniosły ponad 1 milion funtów.”

– Z publikacji brytyjskiej Zdrowie i Bezpieczeństwo,
“Take care with Acetylene”
(Ostrożnie z acetylenem)

Katastrofa spowodowana wybuchem tlenu i acetylenu

Opinia Londyńskiej Straży Pożarnej:

• Acetylen powoduje wyjątkowe zagrożenia w porównaniu z wszystkimi innymi gazami w butlach, a to z powodu swojej niestabilności :

  • Wysoka temperatura lub uraz mechaniczny mogą spowodować samoistny wewnętrzny wzrost temperatury

  • Ryzyko wybuchu istnieje jeszcze w ciągu 24 godzin po ugaszeniu ognia

  • Siła wybuchu może być tak duża, że całe butle i ich części mogą lecieć na odległość do 175 metrów

• W związku z ryzykiem wybuchu, określa się strefę o promieniu 200 metrów wokół butli z acetylenem w każdym miejscu, gdzie istnieje zagrożenie pożarowe

• Setki osób były ewakuowane ze swoich domów z powodu licznych wypadków związanych z acetylenem

• Koleje Londyńskie zakazały użytkowania tlenu w połączeniu z acetylenem

Plazma potrzebuje prądu elektrycznego do wygenerowania wysokiej energii cieplnej (~20KºC), a ubocznie powoduje to emisję promieni ultrafioletowych. W związku z tym należy podjąć właściwe środki ostrożności

• Zabezpieczenie oczu przed wpływem promieni ultrafioletowych i właściwe ubranie robocze

Ale…

• Nie używamy gazów łatwopalnych i wybuchowych. Wszystko czego potrzebujemy to sprężone powietrze i prąd elektryczny

• Wbudowaliśmy w nasze systemy wiele zabezpieczeń i urządzeń zabezpieczających

Paliwowo-tlenowy system do cięcia metali, odwrotnie niż system Powermax, powoduje potencjalne niebezpieczeństwo, nawet jeżeli nie jest w tym momencie używany.

Chociaż często skupiamy się na szybkości i wydajności, to dla wielu użytkowników bezpieczeństwo jest najważniejszą zaletą plazmy w porównaniu z cięciem palnikami paliwowo-tlenowymi!

RÓŻNORODNOŚĆ MATERIAŁÓW

Cięcie palnikami paliwowo-tlenowymi polega na wytworzeniu reakcji egzotermicznej z metalem podlegającym cięciu; taka reakcja nie zachodzi w metalach nieżelaznych (np. stal nierdzewna i aluminium). Natomiast plazma to proces wykorzystujący elektryczność, wytwarzający ekstremalnie wysoką energię cieplną. Energia ta topi metal, a strumień gazu plazmowego o dużej szybkości wydmuchuje go.

Plazmą można w efektywny sposób ciąć wszystko co przewodzi prąd elektryczny:

• Stal niskowęglowa

• Stal nierdzewna

• Stopy

• Aluminium

• Miedź

• Mosiądz

Widzieliśmy już, że system Powermax z łatwością przecina grube (>25 mm) materiały. Można też tak nim sterować, żeby przecinał materiały zarówno żelazne, jak i nieżelazne, grube i cienkie. Firma Hypertherm stosuje do tego między innymi części z serii FineCut.

ŁATWOŚĆ UŻYWANIA

Systemy Powermax mają łatwe do odczytu panele sterowania i łatwą do ustawienia regulację.

W przypadku najnowszych modeli Powermax 65 i Powermax 85 jest już wyświetlacz LCD, co jeszcze bardziej upraszcza obsługę urządzenia:

• Wszystkie palniki Powermax są tak zaprojektowane, aby można było nimi przeprowadzać cięcie w optymalny sposób z końcówką palnika w bezpośrednim kontakcie z obrabianym elementem

• Operator nie musi wysilać się, aby kontrolować odległość palnika od materiału. Powermax robi to za niego – ta cecha pozwala na cięcie wzdłuż szablonów (wzory zrobione na materiale przed cięciem), co powoduje, że praca jest łatwiejsza, a jakość cięcia wyższa

Systemy Powermax mają zaawansowane systemy zasilania, pozwalające operatorowi na cięcie perforowanych metali i siatek metalowych rozciąganych, bez zatrzymywania pracy na ponowne włączanie.

Cięcie perforowanego metalu lub siatek metalowych rozciągniętych nie może być łatwiejsze i szybsze.

• Większość systemów Powermax ma ETRTM (Easy Torch Removal – Łatwe Odejmowanie Palnika), co pozwala na bardzo łatwe przejście z cięcia ręcznego na mechaniczne. Łatwy dostęp do złączy ETR pozwala na zamianę palników Powermax w bardzo prosty sposób.

Instalowanie palnika w Systemie Powermax1650

• Przy używaniu palnika paliwowo-tlenowego wyjątkowo ważne jest kontrolowanie odległości palnika od materiału. Operator musi cały czas kontrolować ten parametr.

Przy cięciu palnikiem paliwowo-tlenowym kontrola odległości palnika od materiału jest sprawą najważniejszą, o ile chcemy uzyskać dobrą jakość cięcia. Wymaga to pewnej ręki i doświadczenia.

O ile operator jeszcze jest w stanie prowadzić palnik paliwowo-tlenowy wzdłuż prostej krawędzi dla poprawienia jakości cięcia, to jest to bardzo trudne, jeżeli chodzi o linie krzywe. Przy wycinaniu krzywych zaleca się cięcie wzdłuż widocznych linii narysowanych na materiale.

SZKOLENIE

• Cięcie plazmą w systemie Powermax jest łatwe w zastosowaniu, a tym samym łatwiej się tego nauczyć;

• Operator może nauczyć się cięcia plazmą w kilka minut;

• Jest to szczególnie ważne, gdy mamy do czynienia z dużą rotacją kadry pracowników fizycznych;

• Przy pomocy palnika paliwowo-tlenowego nie można ciąć warstwy płyt. Wiele stali jest formowanych w laminaty, czyli w zasadzie są to gęsto położone płyty, jedna na drugiej. Czasami szczeliny pomiędzy poszczególnymi płytami powodują przerwy w cięciu, a w wyniku tego powstają wady w krawędzi cięcia. Nawet wykwalifikowany operator nie może zapobiec tym wadom.

PODSUMOWANIE

Jeśli potrzebujesz:

• Szybkości, wydajności i ogólnie rzecz biorąc obniżki kosztów przy cięciu metalu do grubości 35mm

• Bezpieczeństwa

• Elastyczności w cięciu materiałów

• Łatwości użytkowania

• Łatwości szkolenia

to system cięcia plazmowego (Powermax) jest właściwym rozwiązaniem.