Come fa una macchina a tagliare con facilità il metallo duro? Le macchine da taglio al plasma sfruttano la potenza del gas ionizzato a temperature incredibilmente elevate per tagliare i metalli. Questo articolo spiega la scienza alla base delle macchine al plasma e come queste utilizzino archi elettrici e gas ad alta velocità per ottenere tagli precisi. I lettori apprenderanno la storia, i principi e le applicazioni della tecnologia di taglio al plasma, nonché la risoluzione dei problemi più comuni. Immergetevi in questo affascinante argomento e scoprite come il taglio al plasma modella il mondo che ci circonda.
L'industria moderna richiede la lavorazione di metalli pesanti e leghe, e la produzione di utensili e mezzi di trasporto necessari alle attività quotidiane non può prescindere dai metalli.
Ad esempio, gru, automobili, grattacieli, robot e ponti sospesi sono tutti costituiti da componenti metallici lavorati con precisione.
Il motivo è semplice: i materiali metallici sono molto resistenti e durevoli. Per la maggior parte dei processi produttivi, in particolare quelli che coinvolgono oggetti grandi e/o robusti, materiali metallici sono una scelta naturale.
È interessante notare che la forza dei materiali metallici è anche il loro svantaggio: poiché i metalli non si danneggiano facilmente, è molto difficile lavorarli in forme specifiche. Quando si deve lavorare un componente che ha le stesse dimensioni e la stessa resistenza di un'ala d'aereo, come si può ottenere un taglio e una sagomatura precisi?
Nella maggior parte dei casi, ciò richiede l'uso di un Taglio al plasma macchina. Sebbene possa sembrare qualcosa di fantascientifico, in realtà, fin dalla Seconda Guerra Mondiale, le macchine per il taglio al plasma sono state ampiamente utilizzate.
In teoria, il principio di una macchina per il taglio al plasma è molto semplice. Si lavora manipolando una delle forme di materia più comuni nell'universo conosciuto.
In questo articolo sveleremo il velo misterioso delle macchine per il taglio al plasma e vedremo come questo strumento magico modella il nostro mondo.
Durante la Seconda Guerra Mondiale, le fabbriche americane produssero armature, armi e aerei cinque volte più velocemente delle potenze dell'Asse, grazie alle grandi innovazioni apportate dall'industria privata nella produzione di massa.
Il modo in cui tagliare e collegare i componenti degli aerei in modo più efficace ha dato vita ad alcune innovazioni tecnologiche.
Molte fabbriche che producono aerei militari hanno adottato un nuovo metodo di saldatura, che prevede l'uso di un materiale inerte. saldatura a gas schermata.
La scoperta rivoluzionaria sta nel fatto che il gas elettrolizzato dalla corrente può formare una barriera vicino alla saldatura per prevenire l'ossidazione. Questo nuovo metodo rende le saldature più pulite e la struttura di collegamento più solida.
All'inizio degli anni '60, gli ingegneri hanno fatto un'altra scoperta. Hanno scoperto che l'aumento della portata del flusso d'aria e la riduzione delle dimensioni dei pori possono contribuire a migliorare il rendimento del sistema. temperatura di saldatura. Il nuovo sistema può raggiungere temperature più elevate rispetto a qualsiasi saldatrice commerciale.
Infatti, a temperature così elevate, questo strumento non serve più come saldatore. È piuttosto una sega che taglia il metallo duro come un coltello caldo nel burro.
L'introduzione dell'arco al plasma ha rivoluzionato la velocità, l'accuratezza e la varietà delle lavorazioni. utensili da taglioe può essere applicato a vari metalli. Nella prossima sezione introdurremo i principi scientifici alla base di questo sistema.
La facilità con cui una macchina per il taglio al plasma può penetrare nel metallo è dovuta alle proprietà uniche dello stato del plasma. Che cos'è uno stato di plasma?
Nel mondo esistono quattro stati della materia. La maggior parte delle sostanze con cui entriamo in contatto nella nostra vita quotidiana sono solidi, liquidi o gas. Lo stato della materia è determinato dall'interazione tra le molecole. Prendiamo ad esempio l'acqua:
L'acqua solida è il ghiaccio. Il ghiaccio è un solido composto da atomi elettricamente neutri disposti in un reticolo esagonale. Poiché l'interazione tra le molecole è stabile, mantiene una forma fissa.
L'acqua liquida è acqua potabile.Le molecole continuano a esercitare forze l'una sull'altra, ma si muovono lentamente. I liquidi hanno un volume fisso ma non una forma fissa. La forma del liquido cambia a seconda della forma del contenitore.
L'acqua gassosa è il vapore acqueo. Nel vapore acqueo, le molecole si muovono rapidamente e non vi è alcun legame tra loro. Poiché non c'è forza tra le molecole, i gas non hanno una forma o un volume fisso.
La quantità di calore (convertito in energia) assorbita dalle molecole d'acqua ne determina le proprietà e lo stato. In parole povere, più calore (più energia) fa sì che le molecole d'acqua raggiungano uno stato critico in cui i legami chimici tra loro si spezzano.
A basse temperature, le molecole sono strettamente legate tra loro e la sostanza è allo stato solido. Assorbendo più calore, le interazioni tra le molecole si indeboliscono e la sostanza diventa liquida.
Assorbendo ancora più calore, le interazioni tra le molecole quasi scompaiono e la sostanza diventa un gas. Cosa succede se continuiamo a riscaldare il gas? In questo modo entrerà nel quarto stato, lo stato di plasma.
Quando un gas raggiunge temperature estremamente elevate, entra nello stato di plasma. L'energia inizia a separare completamente le molecole le une dalle altre e gli atomi iniziano a dividersi.
In genere, gli atomi sono costituiti da protoni e neutroni nel nucleo atomico (vedi teoria atomica) e da elettroni che circondano il nucleo atomico.
Nello stato di plasma, gli elettroni sono separati dagli atomi. Quando l'energia termica fa sì che gli elettroni lascino gli atomi, iniziano a muoversi ad alta velocità. Gli elettroni hanno una carica negativa, mentre i nuclei atomici rimanenti hanno una carica positiva. Questi nuclei atomici con carica positiva sono chiamati ioni.
Quando gli elettroni ad alta velocità si scontrano con altri elettroni o ioni, rilasciano enormi quantità di energia. Sono proprio queste energie a conferire al plasma le sue proprietà speciali e le sue incredibili capacità di taglio.
Conoscenze comuni sullo stato del plasma:
Quasi il 99% della materia nell'universo è allo stato di plasma. A causa della sua temperatura estremamente elevata, non si trova comunemente sulla Terra, ma è molto comune nei corpi celesti come il Sole. Sulla Terra, questo stato è visibile nei fulmini.
Le macchine per il taglio al plasma non sono gli unici dispositivi che manipolano l'energia del plasma. Dispositivi come le luci al neon, le luci fluorescenti e gli schermi al plasma funzionano tutti in base allo stato del plasma. Questi dispositivi utilizzano lo stato di plasma "freddo". Sebbene il plasma freddo non possa essere utilizzato per taglio del metalloma ha ancora notevoli applicazioni.
Le macchine per il taglio al plasma sono disponibili in varie forme e dimensioni. Esistono macchine per il taglio al plasma giganti controllate da bracci robotici per un taglio preciso, ma anche macchine per il taglio al plasma manuali e semplificate, utilizzate nelle officine.
Indipendentemente dalle dimensioni, tutte le macchine per il taglio al plasma si basano sugli stessi principi e hanno un design strutturale simile.
Quando una macchina per il taglio al plasma è in funzione, i gas compressi come azoto, argon o ossigeno vengono erogati attraverso uno stretto canale. Al centro del canale è posizionato un elettrodo negativo. Quando l'elettrodo negativo viene alimentato e l'ugello è a contatto con il metallo, si forma un circuito elettricamente conduttivo che genera scintille ad alta energia tra l'elettrodo e il metallo.
Mentre il gas inerte scorre attraverso il canale, le scintille riscaldano il gas fino a raggiungere il quarto stato della materia. Questa reazione produce un flusso di plasma con una temperatura fino a circa 16.649 gradi Celsius e una velocità di flusso fino a 6.096 metri al secondo, trasformando rapidamente il metallo in scorie.
Il plasma stesso è attraversato da una corrente. Finché l'elettrodo è continuamente alimentato e il plasma è in contatto con il metallo, il ciclo dell'arco sarà continuo.
Per evitare l'ossidazione e i danni causati dalle proprietà sconosciute del plasma, la ugello per taglio al plasma è dotato di un'altra serie di canali che rilasciano continuamente gas protettivo per proteggere l'area di taglio. La pressione del gas di protezione può controllare efficacemente il raggio del plasma colonnare.
Le macchine per il taglio al plasma sono diventate uno strumento comune nell'industria moderna. Sono state ampiamente utilizzate nelle officine automobilistiche personalizzate e nella produzione di telai e carrozzerie personalizzate da parte delle case automobilistiche.
Le imprese edili utilizzano le macchine per il taglio al plasma in progetti su larga scala per tagliare e produrre grandi travi e piastre metalliche. I fabbri possono utilizzare le macchine da taglio al plasma per praticare fori in aree sicure quando i clienti sono chiusi fuori.
In a CNC (Computer Numerical Control), non è necessario toccare il materiale. Tutto ciò che si deve fare è disegnare la forma che si desidera tagliare sul computer e il processo di taglio sarà automatizzato.
Il plasma è un gas riscaldato a temperature estremamente elevate e altamente ionizzato. L'energia dell'arco viene trasferita al pezzo da lavorare, che fonde e viene soffiato via, creando uno stato di lavoro al plasma. taglio ad arco.
L'aria compressa entra nella torcia di taglio e viene distribuita in due flussi dalla camera del gas, formando il gas plasma e il gas ausiliario. L'arco di gas plasma fonde il metallo, mentre il gas ausiliario raffredda le varie parti della torcia di taglio e soffia via il metallo fuso.
L'alimentatore di taglio comprende un circuito principale e un circuito di controllo. Lo schema a blocchi del principio elettrico è illustrato nella figura:
Il circuito principale è costituito da un contattore, un trasformatore di potenza trifase ad alta resistenza di dispersione, un raddrizzatore a ponte trifase, una bobina di accensione ad arco ad alta frequenza ed elementi di protezione. Presenta una caratteristica esterna ripida causata dalla resistenza ad alta dispersione. Il circuito di controllo completa l'intero processo di taglio attraverso l'interruttore a pulsante sulla torcia di taglio:
Alimentazione pre-gas - Alimentazione del circuito principale - Accensione dell'arco ad alta frequenza - Processo di taglio - Arresto dell'arco - Arresto.
L'alimentazione del circuito principale è controllata dal contattore; il flusso di gas è controllato dall'elettrovalvola; l'oscillatore ad alta frequenza accende l'arco e smette di funzionare una volta stabilito l'arco.
Inoltre, il circuito di controllo dispone delle seguenti funzioni di blocco interno:
Azione dell'interruttore di controllo termico, stop al funzionamento.
(1) Non tagliare:
a: Lo spessore della piastra supera la gamma applicabile dell'apparecchiatura.
b: La velocità di taglio è troppo elevata.
c: L'inclinazione della torcia di taglio è eccessiva.
d: La pressione dell'aria compressa è troppo alta o troppo bassa.
e: La tensione di rete è troppo bassa.
(2) Instabilità dell'arco di plasma:
a: La torcia di taglio si muove troppo lentamente.
b: L'alimentazione viene fornita da due fasi e la tensione di esercizio diminuisce.
c: La pressione dell'aria compressa è troppo alta.
Quando si installano o si sostituiscono le parti della torcia da taglio, smontarle nell'ordine coperchio di protezione-ugello conduttivo-distributore di gas-elettrodo-corpo della torcia da taglio con la testa della torcia da taglio rivolta verso l'alto, e montarle nell'ordine inverso.
Quando si installa l'ugello, assicurarsi che sia concentrico con l'elettrodo. Il coperchio protettivo deve essere serrato e l'ugello deve essere premuto a fondo. In caso di allentamento, non è possibile eseguire il taglio.
Utilizzare la torcia da taglio in modo ragionevole. Mettere a contatto l'ugello con il pezzo prima di accendere l'arco. Al termine del taglio, rilasciare il pulsante dell'impugnatura per arrestare l'arco, quindi allontanare la torcia da taglio dalla superficie del pezzo per prolungare la durata delle parti. Se l'incavo centrale dell'ugello influisce sulla qualità del taglio, è necessario sostituirlo in tempo.
Quando il centro dell'elettrodo è incassato per più di 2 millimetri o non riesce ad accendere l'arco, l'elettrodo può essere installato al contrario o aggiornato.
Se il coperchio di protezione o il distributore di gas sono incrinati o gravemente danneggiati, devono essere sostituiti in tempo.
Se si riscontrano danni all'isolamento del corpo della torcia, al rivestimento in pelle sintetica, all'isolamento del cavo o al tubo del gas, è necessario ripararli o sostituirli tempestivamente.
Per rimuovere la torcia da taglio, ritrarre il rivestimento in pelle sintetica, smontare i fili di collegamento dell'interruttore, ritrarre l'impugnatura all'indietro e quindi smontare i giunti di collegamento del corpo della torcia da taglio.
Quando si sostituisce un nuovo coperchio di protezione in ceramica, applicare un po' di olio di vaselina alla guarnizione O-ring sul corpo della torcia da taglio prima di avvitarla per prolungare la durata della guarnizione.
| No. | Guasti | Cause | Soluzioni |
| 1 | Accendere l'interruttore di alimentazione, la spia dell'alimentazione non si accende | 1. Il fusibile dell'interruttore di alimentazione è rotto. | sostituire |
| 2. Il fusibile dietro la scatola di alimentazione è rotto | Controllare e sostituire | ||
| 3. Il trasformatore di controllo è difettoso | sostituire | ||
| 4. L'interruttore di alimentazione è rotto | sostituire | ||
| 5. La spia è rotta | sostituire | ||
| 2 | Impossibile preimpostare la pressione del gas di taglio | 1. La sorgente d'aria non è collegata o non c'è aria nella sorgente d'aria. | Collegare la sorgente d'aria |
| 2. L'interruttore di alimentazione non è in posizione "on". | Innesco | ||
| 3. Il riduttore di pressione è danneggiato | Riparazione o sostituzione | ||
| 4. Cablaggio inadeguato dell'elettrovalvola | Controllare il cablaggio | ||
| 5. L'elettrovalvola è difettosa | sostituire | ||
| 3 | Se si preme il pulsante della torcia da taglio durante il funzionamento, il flusso d'aria è assente. | 1. Perdite nelle condutture | Riparare la parte che ha subito una perdita |
| 2. L'elettrovalvola è difettosa | sostituire | ||
| 4 | Dopo che l'ugello conduttivo è entrato in contatto con il pezzo, premere il pulsante della torcia di taglio e la spia di lavoro si accende, ma il taglio ad arco non è stato attivato. | 1. KT1 è rotto | sostituire |
| 2. Il trasformatore ad alta frequenza è difettoso | Controllare o sostituire | ||
| 3. Ossidazione della superficie della candela o distanza impropria della fessura | Lucidatura o regolazione | ||
| 4. Cortocircuito del condensatore ad alta frequenza C7 | sostituire | ||
| 5. La pressione dell'aria è troppo alta | Abbassamento | ||
| 6. La perdita dell'ugello conduttore è troppo breve | sostituire | ||
| 7. Elemento raddrizzatore a ponte circuito aperto o cortocircuito | Controllare e sostituire | ||
| 8. Scarso contatto o circuito aperto del cavo della torcia di taglio | Riparazione o sostituzione | ||
| 9. Il filo di terra del pezzo non è collegato al pezzo. | Collegato al pezzo in lavorazione | ||
| 10. Sulla superficie del pezzo è presente uno spesso strato di vernice o di sporco. | Chiarire e rendere conduttivo | ||
| 5 | La spia di taglio non si accende quando l'ugello conduttivo entra in contatto con il pezzo e si preme il pulsante della torcia di taglio. | 1. Azione dell'interruttore di controllo termico | Attendere il raffreddamento o lavorare di nuovo |
| 2. L'interruttore a pulsante della torcia da taglio è danneggiato | sostituire | ||
| 6 | Controllo dell'interruzione del fusibile dopo l'avviamento ad alta frequenza | 1. Trasformatore ad alta frequenza danneggiato | Controllare e sostituire |
| 2. Trasformatore di controllo danneggiato | Controllare e sostituire | ||
| 3. Cortocircuito della bobina del contattore | sostituire | ||
| 7 | Il fusibile dell'interruttore principale di alimentazione è rotto | 1. Cortocircuito dell'elemento raddrizzatore | Controllare e sostituire |
| 2 Guasto al trasformatore principale | Controllare e sostituire | ||
| 3. Cortocircuito della bobina del contattore | Controllare e sostituire | ||
| 8 | Frequenza elevata, ma nessun arco elettrico | 1. Il componente del raddrizzatore è difettoso (si sente un suono anomalo all'interno della macchina). | Controllare e sostituire |
| 2. Il trasformatore principale è danneggiato | Controllare e sostituire | ||
| 3. C1-C7 Giù | Controllare e sostituire | ||
| 9 | Interruzione del lavoro a lungo termine e guasto dell'arco elettrico | 1. La temperatura del trasformatore principale è troppo elevata e l'interruttore di controllo termico interviene | Attendere il raffreddamento prima di lavorare, prestando attenzione all'abbassamento |
| Funziona la ventola della temperatura e la direzione del vento |
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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