Tre stærke kort til termisk metalskæring
Metalindustrien anvender et bredt spektrum af værktøjer til at forme de metaller, der bearbejdes. Termisk skærende værktøjer såsom laserskæring, flammeskæring og plasmaskæring er blandt andre kendte bearbejdningsværktøjer stærke kort i formningsprocessen. Her i denne artikel vil vi især se lidt på teknikken ved og bearbejdningsmulighederne med flammeskæring og plasmaskæring.
Høj præcision
Alle smede kender værktøjet eller har prøvet at skærebrænde et stykke stålplade med et håndført skærebrændersæt. Man får ikke snævre skæretolerancer, men udstyret er nemt at arbejde med. Det var derfor overraskende for os at høre at V. Løwener A/S for nogle år siden havde leveret et flammeskæringsudstyr til Lindø hvor man som leverandør skulle garantere en max. afvigelse i snittet på + - 0,2 mm fra top til bund på en 120 mm tyk stålplade.
Så man kan i princippet bearbejde meget præcist i en flammeskæremaskine, hvis ikke frigjorte varmespændinger og trækninger i stålet, grundet varmen under skæringen, ofte er årsag til meget større unøjagtigheder.
Lad det være sagt med det samme, at man kun flammeskærer ulegeret kulstofstål, men også at man med det rigtige udstyr skærer helt op til 450 mm tykt stål. Det siger man hos Messer.
Energistoffet til skæringen er en blandingsgas af eksempelvis acetylen, propan eller naturgas og ren ilt til forvarmning af stålet til smeltepunktet og så ilt under højtryk til at nære forbrændingen og dermed skære igennem stålet. Forvarmegassen blandes i værktøjet og føres ud gennem en ydre krans af huller i skæredysen, mens højtryksskæreilten - den der foretager det egentlige snit gennem forceret smeltning og afbrænding af stålet - føres frem gennem et centerhul i dysen.
Værktøjet kan være alt fra et håndværktøj til en CNC-skæremaskine med flere og om ønsket skråtstillelige skærehoveder. Flammeskæring er frem for alt en relativt billig skæreform og i øvrigt andre termiske processer overlegen i kulstofstål i tykkelser over 50 mm.
Plasma skærer det hele
Energikilden i plasmaskæring er først og fremmest en kraftig elektrisk jævnstrøm, men dertil også en ioniseret plasmagas i form af luft, oxygen, nitrogen eller argon som elektrisk leder for lysbuen, og dertil en beskyttelsesgas der medvirker til indsnævring af lysbuen og forbedring af skærekantkvaliteten samt afkøling af brænderen.
Meget forenklet kan man sige om plasma, at pladematerialet skæres med en meget varm elektrisk ledende plasma-luftstrøm med temperaturer på op til 40.000 graders celsius eller mere, og at det er en alsidig skæreproces velegnet for de fleste typer af metaller for pladetykkelser op til omkring 50 mm. Plasmaskæring er også en hurtig proces med skærehastigheder i eksempelvis 25 mm stål på 2200 mm/min. ved 400 amp. I tykt materiale er plasma laserskæring langt overlegen i hastighed, som til gengæld kan opvise langt bedre skæretolerancer og mere uniforme skærekonturer.
Giftige gasser i fokus
Alting har sin pris, siger man. Således også plasmaskæring. Hvor flammeskæring i ulegeret kulstofstål kun udleder relativt harmløse gasser fra smelten, så kan plasma under skæring aflevere andre stoffer til den omgivende luft, som eksempelvis ozon og partikler fra krom-nikkel stål. Det er absolut usunde gasser der kræver effektiv udsugning.
Plasmaskyen med de høje varmegrader
I plasmaskæring dannes den termiske energi i en plasmalysbue - i gabet mellem skærehovedets dyse og materialet der skal skæres - med en kraftig jævnstrøm der ledes og forstærkes af en ioniseret plasmagas til en plasmalysbue med den førnævnte voldsomme varme til følge. Plasma er en elektrisk ledende gas, hvor ionisering af plasmagassen betyder at der dannes frie elektroner og positive ioner mellem gasatomerne. Dermed skabes der en elektrisk leder fra plus til minus, hvor plasmaskærestrømmen frit kan overføres mellem skærehovedet og metallet der skal skæres, også selv om afstanden eksempelvis er 10 mm. Med en klemmeforbindelse fra metallet og tilbage til plasmaudstyret er det elektriske kredsløb etableret og en skæring kan tage sin begyndelse.
Opstarten og etableringen af plasmalysbuen - tændingen - sker gennem en kortvarig strøm peak på omkring 3000 volt, som derefter synker til måske 120-180 volt. Strømstyrken, der kan variere fra 7 til 1000 ampere, tilpasses i et moderne udstyr automatisk til skæreopgaven.
Skæredyser med indbygget swirvel
Plasmaskæring har gennem årene gennemløbet en teknisk udvikling, der har forbedret skærekvaliteteten radikalt. På illustrationen, der viser princippet i en plasmaskæredyse, har man i centrum en elektrode af metallet hafnium (tidligere var det wolfram). Den overfører den elektriske strøm til plasmagassen der i denne skæredyse passerer en spiralformet indsats, der sørger for en lineær ført plasmalysbue, hvis form yderligere understøttes af beskyttelsesgassen. Resultatet er, at man i dag opnår meget glatte og jævne skæreflader med meget beskeden slaggedannelse på udgangssiden af metallet.
Skæretolerancer med plasma
Det for plasmaskæring nødvendige elektriske kredsløb kræver, at skærestrålen skal være i konstant og relativt høj fremdrift for ikke at tabe forbindelsen. Det betyder i praksis, at skærestrålen, især ved tykt materiale, kan få en afbøjning fra den rette linje, og det påvirker naturligvis skæretolerancerne.
Ifølge produktchef Ken Mølgaard Hansen ligger finstråleplasma i dag med vinkelafvigelser i henhold til ISO område 3 og 4 startende fra 1,5 - 3,4 grader og ved afslutningen af sliddelenes levetid op til mellem 3,4 og 6,8 grader, mens man med standardplasma må regne afvigelser på fra 3,4 til 10,4 grader afvigelse (ISO 4 og 5).
I praksis kan man med finstråleplasma i for eksempel i ulegeret stål, CrNi og aluminium opnå skæretolerancer der ligger inden for + - 1,0 og 1,5 mm afhængig af produktion og materialetykkelse.
Og endelig skal det nævnes at man med en ny CNC skæreteknik True hole cutting, der dels indebærer et spiralformet skæreindløb, og dels et fuldstændig CNC kontrolleret og varierende parameterindstilling af skærestrøm, skærehastighed, gasflow og afstandskontrol, er i stand til skære huller uden betydelige afsluttende skæresår.
Ser man samlet på de tre nævnte termiske skæresystemer er konklusionen nok at flammeskæring har sin begrænsning til ulegeret kulstofstål, at den er overraskende præcis med hensyn til skærerethed, at den især er interessant fordi det er en billig skæreform, men også fordi flammeskæring nærmest ingen begrænsninger har med hensyn til skæretykkelse.
Laserskæring er en dyr proces, men en meget præcist arbejdende skæreform og uovertruffen i skærehastighed i tyndt materiale. Men det skal også siges at metoden taber pusten i materialer over 20 mm.
Plasma kan skære det hele med høje skærehastigheder og med rimelige skæretolerancer op til 50 mm materialetykkelse.Ÿ
Fakta om Messer Cutting Systems.
Messer Cutting Systems blev grundlagt i Tyskland i 1898 af Adolf Messer som producent af acetylengas og blev tidlig kendt for udstyr til gassvejsning og skærebrænding.
Messer beskæftiger sig i dag med produktion of salg af industrigasser og autogenudstyr, men også produktion af CNC maskiner til autogen- plasma- og laserskæring.
På verdens plan beskæftiger koncernen 6000 medarbejdere og havde i 2010 en omsætning på 6,8 milliarder kroner.Fakta om Messer Cutting Systems.
Messer Cutting Systems blev grundlagt i Tyskland i 1898 af Adolf Messer som producent af acetylengas og blev tidlig kendt for udstyr til gassvejsning og skærebrænding.
Messer beskæftiger sig i dag med produktion of salg af industrigasser og autogenudstyr, men også produktion af CNC maskiner til autogen- plasma- og laserskæring.
På verdens plan beskæftiger koncernen 6000 medarbejdere og havde i 2010 en omsætning på 6,8 milliarder kroner.
