Pierwsza przecinarka plazmowa pojawiła się na rynku w latach 50. XX wieku. Nie od razu jednak zrewolucjonizowała przemysłowe procesy cięcia. Pierwsze maszyny wykorzystujące łuk plazmowy były bowiem mało precyzyjne, powolne i drogie w eksploatacji, nie wytrzymując konkurencji z tańszymi i wydajniejszymi palnikami tlenowymi. Jednak wraz z postępem technologicznym oraz zastąpieniem drogiego argonu alternatywnymi gazami plazmowymi przewaga tych pierwszych zaczęła szybko topnieć, aby w końcu ustąpić miejsca najpierw rywalizacji, a następnie… produktywnej kooperacji.

Trend 1: maszyny w wersji kombi

Dzisiejsze przecinarki coraz częściej wykorzystują równolegle obie technologie, oferując ich użytkownikom możliwość wyboru metody cięcia w zależności od rodzaju i grubości materiału oraz aktualnych potrzeb jakościowych. Zaś sama opcja cięcia wieloprocesowego – tlenowo-plazmowego, laserowo-plazmowego lub wodno-plazmowego – stanowi jeden z trzech głównych trendów decydujących o przyszłym kształcie rynku przecinarek.

– W przypadku tradycyjnych urządzeń CNC operator musi podjąć decyzję, w jakiej technologii wyciąć cały element. Nowoczesne przecinarki, takie jako Opal Waterjet Combo, umożliwiają natomiast zastosowanie różnych technologii dla poszczególnych krawędzi tego samego detalu – wyjaśnia Andrzej Pazdyk, kierownik do zadań marketingu w firmie Eckert. – Krawędzie, które będą podlegały dalszej obróbce możemy wyciąć technologią plazmową, która jest wielokrotnie szybsza i tańsza od cięcia wodą. Przecinarka w pełni automatycznie przełącza się między zadanymi technologiami cięcia bez konieczności ingerencji ze strony operatora.

Trend 2: najważniejsze są dodatki

Drugim dominującym trendem jest wyposażenie przecinarek w ruchomą głowicę typu vortex.

– Głowica plazmowa vortex 3D pozwala na precyzyjne ukosowanie i fazowanie blach, podczas jednego procesu cięcia. Kąt obrotu +/-540° oraz kat wychyłu głowicy +/-47° czyni z niej uniwersalne narzędzie do cięcia w trzech wymiarach wraz z przygotowaniem faz spawalniczych na Y, V i K – mówi Andrzej Pazdyk.

Jako jedna z opcji wyposażenia sama zaopatrzona jest w zaawansowane układy ułatwiające jej prowadzenie: system antykolizyjny, kontroli wysokości palnika i/lub detekcji materiału, które chronią palnik przed uderzeniem w materiał i zapewniają odpowiednią trajektorię jego ruchów.

– Przydatnym wyposażeniem opcjonalnym jest również laserowy wskaźnik punktu cięcia, który znacząco przyspiesza ustawianie punktu początkowego cięcia, a także ułatwia wprowadzenie programowej korekty położenia arkusza blachy na stole – podpowiada Janusz Zagórski, dyrektor firmy CNC-PROJEKT Sp. z o.o. Sp.k.

To jednak nie jedyne novum, które w ostatnich latach pojawiło się na rynku: nowoczesne przecinarki oferują również możliwość inteligentnego odprowadzania pyłów za pomocą systemu odciągów zlokalizowanych w podstawie stołu roboczego, ruchomą konstrukcję stołu umożliwiającą łatwy transport materiału w przestrzeni roboczej, układy filtrowentylacji usuwające powstające w procesie cięcia pyły, a także obrotniki do cięcia rur i profili oraz dodatkowe końcówki umożliwiające m.in. trasowanie i nawiercanie otworów.

– Cięcie plazmowe generuje dużą ilość dymu i pyłu. W celu zapewnienia dobrego odciągu spalin niezbędne jest wytworzenie odpowiedniego podciśnienia pod ciętym materiałem, aby maksymalna ilość dymu została przechwycona przez urządzenie filtrowentylacyjne. Aby zminimalizować moc wentylatora odciągowego i tym samym zużycie energii, stosuje się opcjonalny system sekcyjnego odciągu, w którym największe podciśnienie wytwarzane jest zawsze w strefie cięcia – tłumaczy Janusz Zagórski.

To właśnie owo wyposażenie dodatkowe stanowi dziś o przewadze jednej maszyny nad drugą, umożliwiając integrację wielu funkcji w jednym urządzeniu.

Trend 3: ulepszona konstrukcja palnika

Owej tendencji do uniwersalizacji przecinarek przez maksymalne rozszerzenie spektrum ich możliwych aplikacji towarzyszy równoległy rozwój technologii budowy palnika ukierunkowany na zwiększenie zakresu grubości ciętych blach. Choć za bezpieczne wartości brzegowe uznaje się dziś przedział 6-40 mm, niektóre przecinarki dobrze radzą sobie z jakościowym cięciem materiału już o grubości 2 mm. Ich zwiększona efektywność w tym zakresie jest pochodną nowoczesnej konstrukcji dyszy palnika (np. wentylowanej dyszy HyFlow firmy Hypertherm) oraz niskiej prędkości pracy obrabiarki.

– Technologia HyFlow Vortex pozwala na uzyskanie wysokiej precyzji cięcia przy jednoczesnym wydłużeniu żywotności głowicy. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu specjalnej dwuczęściowej, wentylowanej dyszy, która zawęża i stabilizuje łuk plazmowy, zapewniając idealne centrowanie względem elektrody – tłumaczy Yvette van der Linden-Leeflang, specjalista ds. marketingu na Europę w firmie Hypertherm Europe.

Z kolei wyższy zakres obsługiwanych grubości (nawet do 300 mm, np. w przecinarkach firmy Stigal) jest konsekwencją wyposażenia maszyn w źródła prądu o wysokim amperażu, wyprofilowane dysze zwężające, a także zaawansowane systemy chłodzenia w osłonie pary wodnej lub z wtryskiem wody. Pełniąc funkcję cieczy osłonowej, a jednocześnie zacieśniając łuk, woda podnosi gęstość i temperaturę plazmy, zwiększając tym samym precyzję i prędkość cięcia lub zakres grubości obrabianego materiału przy zachowaniu tego samego, relatywnie wysokiego tempa cięcia.

Owe nowatorskie metody chłodzenia dyszy oraz inne modyfikacje w zakresie jej konstrukcji i budowy elektrod – choć wydają się nie mieć wiele wspólnego z pozostałymi trendami – hołdują temu samemu celowi, który można podsumować trzema słowami: szybciej – dokładniej – więcej.

Prąd o odpowiednim natężeniu

Wybór przecinarki plazmowej powinien zostać również poprzedzony kontrolą jej podstawowych parametrów pod kątem ich zgodności z profilem produkcyjnym oraz typowymi dla danego przedsiębiorstwa czasami pracy maszyn. Gdy już bowiem zdecydujemy się na konkretny model, musimy dostosować parametry procesu cięcia do wartości zalecanych przez producenta danego urządzenia. To one właśnie – obok wiedzy operatora – w najwyższym stopniu wpływają na końcową jakość cięcia. Najważniejszą rolę odgrywa tutaj natężenie prądu [A] decydujące o temperaturze i energii łuku plazmowego.

– Regulując energię łuku plazmowego przez zmianę natężenia prądu, możemy kontrolować prędkość cięcia, a także maksymalną grubość ciętego materiału. Im większe natężenie prądu, tym szybciej możemy pracować i tym grubszy materiał obrabiać – tłumaczy Janusz Zagórski.

Istotną rolę w tym procesie odgrywa wiedza operatora, który musi odpowiednio dobrać amperaż do rodzaju i grubości materiału, tak aby nie wywierał negatywnego wpływu na jakościowe parametry obróbki.

– Zbyt duży prąd względem prędkości cięcia sprzyja powstawaniu szerokiej szczeliny oraz nierównoległych, skośnych krawędzi. Zbyt małe natężenie prądu przynosi zaś efekt przeciwny: szczelina cięcia jest co prawda wąska, ale ze względu na zbyt małą siłę wydmuchiwania płynnego materiału osadza się on u jej wylotu, tworząc nawisy na dolnej krawędzi. W skrajnych przypadkach zwężenie szczeliny będzie tak duże, że nie dojdzie do przecięcia materiału – wyjaśnia Janusz Zagórski.

Natężenie prądu przekłada się z kolei bezpośrednio na napięcie łuku plazmowego, które wynosi przeważnie 50-200 V i wymaga napięcia źródła prądu stałego w przedziale odpowiednio 150-400 V. Aby utrzymać je na stałym poziomie i tym samym wyrównać energię łuku plazmy, konieczna jest stabilizacja wysokości dyszy palnika nad materiałem oraz regularne korekty jego położenia. Taki zabieg zapewnia utrzymanie stałej jakości ciętych krawędzi.

– Należy jednak pamiętać, że dobór poszczególnych parametrów cięcia jest trudny do precyzyjnego stabelaryzowania ze względu na wpływ wielu czynników, np. dynamiki ruchu palnika nad materiałem. Dlatego oprócz tabel nastaw parametrów cięcia od operatorów wycinarek plazmowych wymaga się ciągłej obserwacji jakości pracy maszyny i szybkiej reakcji na jej zmiany – przypomina Janusz Zagórski.

Gazy odpowiednio zmieszane

Istotnymi parametrami decydującymi o jakości i prędkości cięcia są też ciśnienie i rodzaj gazu tnącego. Wybierając gaz, należy uwzględnić zarówno jego właściwości fizyczne, jak i mechaniczne, a także rodzaj ciętego materiału. 

Zwyczajowo w procesach cięcia plazmowego wykorzystuje się pięć podstawowych gazów: argon, wodór, azot, tlen, powietrze oraz ich mieszanki. Ten pierwszy – uważany początkowo za podstawowy gaz plazmowy – w czystej postaci jest dziś stosowany rzadko, głównie ze względu na niskie prędkości cięcia oraz tępienie ciętych powierzchni. Dużo częściej wykorzystuje się go jako gaz pomocniczy w procesie zajarzenia łuku plazmowego, a także w mieszankach z wodorem bądź azotem i wodorem. Te ostatnie również nie sprawdzają się zbyt dobrze w postaci czystej: wodór sprzyja powstawaniu bardzo wysokich temperatur, a tym samym nadmiernemu upłynnieniu materiału, zaś azot wchodzi w reakcję z metalem, powodując powstawanie bruzd i obniżając wartość spawalniczą ciętych powierzchni.Istotnymi parametramidecydującymi o jakości i prędkości cięcia są też ciśnienie i rodzaj gazu tnącego. Wybierając gaz, należy uwzględnić zarówno jego właściwości fizyczne, jak i mechaniczne, a także rodzaj ciętego materiału.

Pozbawione tych wad mieszaniny gazów – dzięki odpowiednim proporcjom poszczególnych składników – przyśpieszają proces cięcia i pozytywnie wpływają na jego jakość, pozostawiając gładkie, niewymagające dalszej obróbki krawędzie. Wykorzystywane szczególnie w procesach cięcia stali wysokostopowych i aluminium zdecydowanie przeważają nad tlenem i powietrzem stosowanymi głównie do cięcia stali niskostopowych i niestopowych. W tej dziedzinie dużo lepiej radzi sobie tlen, który jako pozbawiony azotu nie niesie ze sobą ryzyka powstawania bruzd i obniżania wartości spawalniczej powierzchni.