Cięcie plazmą – jaki gaz wybrać do konkretnych materiałów?

Do stali miękkiej najczęściej wybiera się tlen, gdy liczy się szybkość i jakość, albo powietrze, gdy priorytetem są koszty. Do stali nierdzewnej i aluminium stosuje się azot, a przy najwyższej jakości nierdzewki – mieszankę F5, czyli 95% azotu i 5% wodoru. Powietrze pozostaje najbardziej uniwersalne, ale wymaga dokładnego osuszenia i filtracji.

Dlaczego wybór gazu ma znaczenie?

Gaz plazmowy jest jonizowany przez łuk elektryczny i tworzy strumień, który topi materiał oraz usuwa go ze szczeliny cięcia. Jego rodzaj wpływa na stabilność łuku, szybkość pracy, ilość tlenków, trwałość części eksploatacyjnych i wygląd krawędzi.

W praktyce nie liczy się wyłącznie cena gazu. Tańsze powietrze może zwiększyć koszty szlifowania, czyszczenia albo przygotowania krawędzi do spawania. Trzeba też rozróżnić gaz plazmowy od osłonowego. Pierwszy tworzy strumień plazmy, drugi chroni strefę cięcia i może wpływać na wykończenie powierzchni.

Jaki gaz wybrać do konkretnego materiału?

Poniższa tabela pozwala szybko dopasować gaz do materiału, grubości i oczekiwanej jakości krawędzi:

Czym różnią się najczęściej stosowane gazy?

Tlen jest branżowym wyborem do stali miękkiej. Reaguje z materiałem, tworząc drobniejsze krople stopionego metalu, które łatwiej usunąć ze szczeliny. Dzięki temu cięcie może być szybkie, a krawędź wymagać mniejszej ilości dodatkowego czyszczenia. Ceną za ten efekt są wyższe koszty gazu i części eksploatacyjnych. Tlen nie jest zalecany do aluminium ani stali nierdzewnej.

Azot dobrze nadaje się do aluminium i stali nierdzewnej. Zapewnia dobrą jakość krawędzi oraz wysoką trwałość części palnika. Przy materiałach o grubości powyżej około 1,27 cm możliwości azotu mogą być niewystarczające, dlatego system często przełącza się na mieszankę argon–wodór. Azot może pracować z powietrzem jako gazem osłonowym, a w niektórych urządzeniach także z wodą lub dwutlenkiem węgla.

Powietrze jest najbardziej uniwersalnym i zwykle najtańszym rozwiązaniem. Można nim ciąć stal miękką, nierdzewną i aluminium. Na krawędzi mogą jednak powstawać tlenki oraz warstwa związana z azotowaniem. Ma to znaczenie przy spawaniu, ponieważ może zwiększać ryzyko porowatości spoiny i wymagać dodatkowego oczyszczania.

Mieszanka argon–wodór jest przeznaczona przede wszystkim do grubego aluminium i stali nierdzewnej. Osiąga wyższą temperaturę strumienia niż podstawowe gazy, dlatego zwiększa możliwości cięcia. Jest jednak kosztowna i wymaga urządzenia przystosowanego do takiej konfiguracji. W zastosowaniach przemysłowych może być używana z azotem jako gazem osłonowym.

Najważniejsze cechy tych rozwiązań można ująć następująco:

• Tlen – najwyższa szybkość i jakość cięcia stali miękkiej, ale wyższy koszt gazu i eksploatacji.
• Azot – dobry wybór do aluminium i nierdzewki, szczególnie przy grubościach do około 1,27 cm.
• Powietrze – niska cena i szerokie zastosowanie, lecz większe ryzyko utlenienia i azotowania krawędzi.
• F5 – 95% azotu i 5% wodoru, czysta krawędź nierdzewki oraz mniejsza potrzeba szlifowania.
• Argon–wodór – rozwiązanie do grubych elementów, kiedy ważna jest zdolność cięcia i jakość powierzchni.

F5 do stali nierdzewnej – kiedy warto ją zastosować?

F5 jest mieszanką 95% azotu i 5% wodoru. Dodatek wodoru ogranicza utlenianie podczas cięcia lub żłobienia stali nierdzewnej. W systemach obsługujących ten gaz, między innymi w wybranych konfiguracjach Powermax, można uzyskać jaśniejszą i czystszą krawędź niż przy powietrzu albo samym azocie.

Ma to znaczenie, gdy element po cięciu ma być spawany, malowany lub przekazany do dalszej obróbki bez intensywnego szlifowania. F5 nie jest jednak automatycznie najlepszym wyborem dla każdego zadania. Jeśli element nie wymaga wysokiej jakości powierzchni, koszt powietrza lub azotu może być bardziej uzasadniony.

Tlenu nie należy stosować do stali nierdzewnej. Jego reaktywność sprzyja utlenianiu krawędzi i pogarsza efekt, szczególnie gdy powierzchnia ma pozostać czysta albo ma być później spawana.

Jak przygotować powietrze zakładowe?

Powietrze nie jest bezpłatnym gazem procesowym. Instalacja musi zapewnić odpowiednie ciśnienie, przepływ oraz jakość medium. Wilgoć, olej i cząstki stałe mogą destabilizować łuk, przyspieszać zużycie elektrody i dyszy oraz pogarszać krawędź cięcia.

W instalacji przeznaczonej do plazmy powinny znaleźć się:

• sprężarka o wydajności dopasowanej do wymagań źródła plazmy,
• osuszacz czynnika chłodniczego ograniczający ilość wilgoci,
• filtry cząstek stałych zatrzymujące zanieczyszczenia mechaniczne,
• filtry mgły olejowej chroniące palnik i strefę cięcia.

Jakość cięcia powietrzem zależy od jakości całej instalacji sprężonego powietrza. Pominięcie osuszacza lub filtrów może sprawić, że pozornie tani gaz zwiększy zużycie części i koszty poprawek.

Przy cięciu powietrzem należy też uwzględnić azotowanie krawędzi. Jeżeli element będzie spawany, sama poprawa parametrów cięcia może nie wystarczyć. Trzeba ocenić stan powierzchni po cięciu, dobrać procedurę przygotowania złącza i w razie potrzeby usunąć warstwę zanieczyszczonego materiału.

Jak podjąć decyzję krok po kroku?

Dobór gazu można uprościć do trzech kolejnych pytań:

1. Jaki materiał tniesz? Do stali miękkiej rozważ tlen lub powietrze, do aluminium i nierdzewki azot, a do grubych elementów mieszankę argon–wodór.
2. Jaka jest grubość materiału? Przy większych grubościach azot może przestać zapewniać wymaganą zdolność cięcia, dlatego sprawdź tabelę konkretnego systemu.
3. Jaki efekt i budżet są ważniejsze? F5 lub gazy specjalistyczne ograniczą utlenianie i obróbkę końcową, natomiast dobrze przygotowane powietrze obniży koszt samego procesu.

Jeśli priorytetem jest najwyższa jakość krawędzi, wybierz tlen do stali miękkiej, azot lub F5 do nierdzewki i azot albo argon–wodór do aluminium, zależnie od grubości. Jeśli najważniejsza jest ekonomia, stosuj czyste, suche i przefiltrowane powietrze, pamiętając o możliwym utlenieniu i azotowaniu krawędzi.