Ảnh hưởng của áp suất không khí đến phần cắt

Áp suất khí là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng cắt (đặc biệt là chất lượng các mặt cắt). Tác động của nó không phải là một giá trị "cao tốt" hay "thấp tốt" duy nhất, mà là một "phạm vi tối ưu" cần được kết hợp chính xác với các thông số như tốc độ cắt, công suất/dòng điện, v.v. Nói chung,Ảnh hưởng của áp suất không khí lên mặt cắt chủ yếu thể hiện ở tình trạng xỉ treo, độ nhám mặt cắt, chiều rộng rãnh và cạnh đáy.Hai trường hợp sau đây sẽ được giải thích chi tiết:

1. Cắt bằng laser (ví dụ: cắt kim loại bằng phương pháp hỗ trợ oxy)

Trong cắt laser, vai trò chính của khí (như oxy, nitơ) là:

• Quá trình đốt phụ trợ (oxy):Phản ứng tỏa nhiệt với kim loại, làm tăng năng lượng.
• Thổi bay xỉ than:Thổi bay phần vật liệu nóng chảy trong khe hở để tạo ra vết cắt gọn gàng.
• Bảo vệ ống kính và thân súng:Ngăn ngừa nước bắn làm hư hại các linh kiện quang học.

Ảnh hưởng của áp suất không khí thấp:

• Mặt cắt thô ráp, xỉ bám dính nghiêm trọng: đây là biểu hiện trực tiếp nhất. Áp suất khí không đủ không thể thổi bay kim loại nóng chảy ở đáy khe cắt một cách hiệu quả và kịp thời. Lượng kim loại nóng chảy này sẽ bám vào đáy tấm, tạo thành xỉ (bavia) khó loại bỏ. Đồng thời, lượng kim loại nóng chảy không được thổi bay sẽ đông đặc lại, làm cho mặt cắt thô ráp, không nhẵn mịn và tạo thành các vệt.
• Giảm tốc độ cắt: Để thổi bay xỉ, có thể cần phải giảm tốc độ cắt, nếu không sẽ không thể cắt xuyên qua và ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất.
• Có thể không cắt xuyên qua được: trong trường hợp cực đoan, áp suất không khí quá thấp để thổi xuyên qua lớp nóng chảy, khiến quá trình cắt bị gián đoạn.

Tác động của áp suất không khí cao:

• Mặt cắt tạo ra hiện tượng xoáy và làm tăng độ nhám: áp suất khí quá cao sẽ tạo ra dòng chảy rối trong khe hở thay vì dòng chảy tầng ổn định. Hiện tượng rối này sẽ cản trở dòng chảy bình thường của kim loại nóng chảy và hình thành các xoáy ngang đều đặn ở phía bên của vết cắt, khiến mặt cắt trông "rất giống hoa", nhưng lại làm giảm độ nhẵn mịn.
• Vết cắt rộng ra: Khí áp suất cao tương đương với việc "thổi phồng" tiêu điểm laser, dẫn đến phần trên và phần dưới của vết cắt rộng hơn bình thường và độ chính xác bị giảm.
• Phần đáy của vết cắt bị cháy quá mức hoặc có hình nêm: khí áp suất cao sẽ truyền quá nhiều nhiệt đến đáy tấm, dẫn đến cháy quá mức vật liệu ở đáy, tạo thành cạnh đáy lớn hơn (thậm chí là các góc tròn), và vết cắt có hình nêm với đỉnh rộng và đáy hẹp, thay vì mặt cắt thẳng đứng.
• Lãng phí khí đốt, làm tăng chi phí: áp suất cao không cần thiết sẽ trực tiếp làm tăng chi phí tiêu thụ khí đốt.

Áp suất không khí tốt nhất:

• Cần phải thiết lập toàn diện dựa trên vật liệu, độ dày, tốc độ cắt và hiệu suất laser của tấm kim loại.
• Đối với các tấm dày, thường cần áp suất không khí cao hơn để đảm bảo có đủ năng lượng thổi bay xỉ ở đáy.
• Khi cung cấp oxy, việc thiết lập áp suất không khí cũng cần phải xem xét đến sự phù hợp của phản ứng cháy.

2. Cắt plasma

• Trong cắt plasma, khí (và nước) là môi trường tạo ra hồ quang plasma, đồng thời cũng là năng lượng thổi bay vật liệu nóng chảy và giữ cho hồ quang không bị lan rộng.

Ảnh hưởng của áp suất không khí thấp:

• Hồ quang không ổn định và dễ bị đứt: áp suất không đủ để tạo thành một hồ quang plasma ổn định và tập trung.
• Năng lượng cắt bị giảm và không thể cắt xuyên qua: năng lượng và tốc độ của hồ quang plasma không đủ để làm tan chảy và thổi bay vật liệu một cách hiệu quả, đặc biệt là khi cắt các tấm dày hơn.
• Hiện tượng xỉ bám dính nghiêm trọng: tương tự như cắt laser, xỉ không thể được loại bỏ hiệu quả, dẫn đến lượng xỉ bám dính ở đáy tăng lên.
• Đường cắt có dạng "vòm": đường cắt sẽ tạo thành hình chữ V với phần trên rộng và phần dưới hẹp, vì cung tròn không có đủ năng lượng ở phần dưới để cắt theo chiều dọc.

Tác động của áp suất không khí cao:

• Hồ quang bị "thổi" và năng lượng không được tập trung: áp suất khí quá cao sẽ làm cho hồ quang plasma bị phân tán quá mức, dẫn đến giảm mật độ năng lượng. Mặc dù tốc độ luồng khí rất nhanh, năng lượng cắt có thể giảm, đặc biệt là đối với các tấm dày.
• Tăng cường sự mài mòn điện cực và vòi phun: Áp suất cao đồng nghĩa với cường độ làm việc cao hơn, điều này làm giảm đáng kể tuổi thọ của các bộ phận hao mòn (điện cực, vòi phun).
• Phần trên của vết cắt bị nóng chảy, tạo thành hình "miệng chuông": hồ quang phân kỳ sẽ làm nóng chảy quá mức phần trên của vết cắt, tạo thành vết cắt hình chữ V ngược với phần trên rộng và phần dưới hẹp, đây là đặc điểm điển hình của việc cắt plasma với áp suất không khí quá cao.
• Mặt cắt thô: cung hàn không ổn định sẽ dẫn đến các rãnh và gợn sóng sâu hơn ở mặt cắt.

Áp suất không khí tốt nhất:

• Các thông số được nhà sản xuất nguồn điện plasma khuyến nghị cho từng loại nguồn điện, kích thước lỗ phun và loại/độ dày tấm vật liệu cụ thể phải được tuân thủ nghiêm ngặt. Đối với việc cắt plasma, yêu cầu về sự phù hợp áp suất càng khắt khe hơn.

Bảng so sánh tóm tắt

Kết luận và khuyến nghị

1. Không có giá trị phổ quát:Giá trị áp suất tối ưu phụ thuộc vào quy trình cắt cụ thể (laser/plasma), loại vật liệu, độ dày, tốc độ cắt và các thông số quy trình khác.

2. Xác định bằng cách cắt thử:Phương pháp đáng tin cậy nhất là thử cắt. Với công suất và tốc độ cố định, điều chỉnh áp suất khí, quan sát sự thay đổi của mặt cắt và tìm ra giá trị áp suất khí cho lượng xỉ bám dính ít nhất, mặt cắt mịn nhất và độ thẳng đứng tốt nhất của đường cắt.

3. Hãy chú ý đến sự phù hợp tổng thể:Áp suất khí phải phù hợp chặt chẽ với tốc độ cắt. Tăng tốc độ thường đòi hỏi phải tăng áp suất khí tương ứng để đảm bảo xỉ được thổi bay kịp thời.

4. Đảm bảo chất lượng nguồn khí:Bên cạnh áp suất, độ tinh khiết và độ khô của khí cũng rất quan trọng, đặc biệt đối với việc cắt laser và cắt plasma các vật liệu có độ phản xạ cao.

Do đó, khi phát hiện chất lượng của phần cắt kém, áp suất khí là một trong những thông số quan trọng cần được kiểm tra và điều chỉnh đầu tiên.