Plazma

Proces řezání

Metoda řezání plazmou je ze tří zde prezentovaných metod tou nejuniverzálnější. Velmi výkonný plazmový paprsek se při této metodě dělení materiálu používá k lokálnímu roztavení materiálu, který je následně řezán. K tvorbě plazmového paprsku dochází uvnitř plazmového hořáku, kde pomocí elektrického napětí dochází k ionizaci řezného plynu, který se stává v prostoru plazmové komory (mezi elektrodou a tryskou) elektricky vodivým a následně vytvoří plazmový oblouk vystupující velkou kinetickou energií ústím trysky (často chlazené kapalinou) směrem k řezanému materiálu. Teplota takto vytvořeného oblouku se pohybuje okolo 30 000 ° C. 

Kyslík, dusík, dusíkovo-vodíkové směsi, argon-vodíkové směsi, ale velmi často také stlačený vzduch jsou používány jako hlavní plyny pro plazmové řezání. Plazmou je možné řezat všechny elektricky vodivé materiály; při použití speciální varianty tohoto postupu mohou být odděleny i nevodivé izolační materiály, jako například plasty.

Plazmový paprsek o velmi vysoké teplotě taví materiál a vyfoukává nespálenou část taveniny z řezné spáry, která je tvořena pohybem plazmového hořáku nad materiálem. Tento proces je svým velkým počtem parametrů (řezací proud, otvor trysky, řezná rychlost, složení plynu, vzdálenost plazmového hořáku k obrobku, atd), individuálně nastavitelný. Nicméně z důvodu jeho vysoké složitosti tato metoda vyžaduje zkušenou obsluhu.

Plazmová technologie dělení materiálu je hojně využívána také v podobě ručního řezání.  Vzhledem k potenciálu této technologie a jejímu vývoji v uplynulých letech, je dnes zcela běžné její využití na CNC portálech. V tomto případě najdou své uplatnění zejména zdroje o řezném výkonu nad 100A.

Ruční řezání plazmou je široce používáno při separaci odpadu, v řemeslech, stejně tak i při malovýrobě a stavbě lodí. V ruční či automatizované podobě je proces take využíván na odstranění svarů drážkováním, drážkování a odstranění rzi a nečistot z povrchu materiálu, který je následně připraven pro další použití. Automatizovanou variantu lze nalézt obecně všude tam, kde je jakýkoli druh kovových materiálů řezán jako polotovar. Jako příklad použití lze uvést loděnice, agrotechniku, ocelové konstrukce či těžké strojírenství.

  

Laserový paprsek

Proces řezání

Laserový paprsek se používá na řezání téměř všech materiálů. Například oceli, neželezných kovů, plastů, keramiky, dřeva, .... Nicméně maximální hranice tloušťky materiálu je 50mm pro vysoce legované oceli a 25mm pro nelegované a nízkolegované oceli, stejně jako pro neželezné kovy. CO2, stejně jako vláknové lasery jsou používány pro generování paprsku a jeho přenesení na řezaný materiál.

Použití kyslíku probíhá podle stejných principů, které byly popsány v předešlé části “Řezání kyslíkem”. Pouze nahřátí materiálu na teplotu vznícení je dosaženo pomocí laserového paprsku.

Laserový paprsek taví materiál po celé tloušťce, podobně jako při řezání plazmou. Na rozdíl od plazmového oblouku však používá jako zdroj energie laserový paprsek. Zkapalněný materiál je pomocí tlaku plynu vyfukován z řezné spáry.  Neviskózní, nízkoviskozní, organické materiály, plasty jsou tepelným procesem spáleny či odpařeny a vyfouknuty ven z řezu bez tavení. Obecnou výhodou laserového dělení je dosahovaná nízká drsnost povrchu a přesnost úhlu řezu často bez nároků na jeho další opracování.

Proces řezání laserovým paprskem a jeho varianty se používají v automatizovaných výrobních procesech v oblastech s vysokými požadavky na drsnost řezného povrchu a přesnost úhlu řezu převážně pro nižší tloušťky materiálu do 12mm. Výhodou je, že kvalita řezu umožňuje další použití bez nutnosti dalších výrobních operací.  Pro použití pro větší tloušťky je nutno zvážit poměr vyšší investice do laserové technologie a dosažitelné kvality a rychlosti řezu, neboť jak kvalita, tak rychlost řezu se s vyšší tlouškou materiálu výrazně snižuje a lepších výsledků je možno dosáhnout plazmovým řezáním. Pomyslná hranice efektivního použití laseru je v současnosti v závislosti na podmínkách (tzn.: druhu stroje, požadované kvalitě řezu a nákladů na řez) 5 – 20mm.

 

 

Řezání kyslíkem

Proces řezání

Tento druh řezání se používá pro větší tloušťky materiálů, v praxi už cca od 15mm, při čemž u tlouštěk okolo 35mm už v podstatě nemá konkurenci.

Při tomto typu řezání se používá kyslík jako řezný plyn. Nahřívacím plynem je nejčastěji používán acetylén, propan, zemní plyn a jejich směsi. Pro zahájení procesu je nutno materiál nejprve zahřát nahřívacím plamenem na teplotu vznícení, která umožňuje spustit proces řezání. Vedlejším efektem je rovněž zbavení povrchu materiálu od všech nečistot, jako jsou rez, okuje, atd. Teprve když je dosaženo teploty vznícení, je spuštěn řezný plamen (kyslík) a začíná proces exotermické reakce, tavící materiál do hloubky a to ve směru plamene.

Během procesu je materiál roztaven na vysoce tekutou strusku, která je tlakem řezného plynu vyfukována ven ze spodní části řezné spáry. Rozhodujícím faktorem této metody je reaktivita materiálu s kyslíkem a dále pak, že teplota vznícení materiálu je nižší, než je jeho teplota tání. Kromě toho je pro proces zásadní skutečnost, že struska má nízkou viskozitu (tekutost), a že tepelná vodivost materiálu, který má být řezán, je na úrovni, kdy umožňuje tavení materiálu a strusky, ale nezpůsobuje natavování či deformace řezaných hran. Například hliník a slitiny mědi jsou pro řezání kyslíkem nevhodné, zatímco běžné konstrukční oceli, nízko legované oceli, ocelolitiny a slitiny titanu jsou pro tento proces naopak vhodné. Nejběžněji dělený materiál je běžná konstrukční ocel.

Dosažitelná rychlost řezání je závislá na typu a tloušťce řezaného materiálu a druhu použitého plynu. Při optimálním nastavení vystupuje plamen ve svislém směru na spodní straně výpalku.

Ruční řezání kyslíkem (hovorově autogen) je široce používáno při separaci odpadu, demontáži průmyslových staveb, v řemeslech, v loděnicích a podobně.

Automatizované procesy dělení lze obecně nalézt všude tam, kde je nutná příprava ocelových dílů větších tlouštěk z deskového polotovaru. Jako příklad použití lze uvést loděnice, ocelové konstrukce či těžké strojírenství.