A-Z Công Nghệ Cắt Kim Loại Bằng Plasma Leave a comment

Công nghệ cắt Plasma là phương pháp cắt kim loại sử dụng luồng khí ion hóa nhiệt độ cao để làm nóng chảy và thổi bay vật liệu khỏi vết cắt. Công nghệ này được phát minh vào năm 1955 bởi Union Carbide Corporation, đã cách mạng hóa ngành công nghiệp gia công kim loại với khả năng cắt chính xác và hiệu quả vượt trội. Đây là phương pháp sử dụng luồng khí ion hóa (plasma) có nhiệt độ cực cao, từ 25.000°C đến 30.000°C, để cắt các vật liệu dẫn điện với tốc độ có thể đạt tới 12 mét/phút đối với thép carbon dày 10mm.

Theo báo cáo của Global Market Insights năm 2023, thị trường thiết bị cắt plasma toàn cầu đạt giá trị 795 triệu USD vào năm 2022 và dự kiến tăng trưởng với tốc độ CAGR 5.8% trong giai đoạn 2023-2032.

Bài viết này, Vegatec sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về công nghệ cắt plasma, từ nguyên lý hoạt động cơ bản đến các yếu tố ảnh hưởng như: khí plasma, thông số cắt, vật liệu cắt và thiết bị cắt plasma cùng quy trình thực hiện chi tiết giúp người sử dụng tự tin hơn trong vận hành và tối ưu hóa hiệu quả công việc.

Tổng Quan Về Công Nghệ Cắt Plasma

Công nghệ cắt plasma đã trở thành một phương pháp cắt kim loại tấm hiệu quả và phổ biến từ những năm 1980, sau khi hình thành và phát triển từ phương pháp hàn plasma trong những năm 1960.

Cắt plasma là một quy trình sử dụng một luồng khí plasma nóng lên đến 30.000°C để cắt xuyên qua kim loại dẫn điện, đạt được độ chính xác cao và chất lượng bề mặt tốt. Khí nén đóng vai trò là khí làm việc trong máy cắt plasma, tạo ra nhiệt độ cao và tốc độ gia nhiệt cực nhanh để làm nóng chảy kim loại.

Công nghệ này ngày càng trở nên quan trọng trong ngành gia công cơ khí hiện đại, nơi các sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp đều đòi hỏi chất lượng cao.

Nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) năm 2023 cho thấy việc ứng dụng công nghệ cắt plasma trong ngành ô tô giúp giảm 15% chi phí sản xuất và tăng 20% năng suất so với phương pháp cắt truyền thống.

Yếu Tố Nào Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Cắt Plasma?

Quá trình cắt plasma chịu ảnh hưởng bởi 4 yếu tố chính: khí plasma, thông số cắt, vật liệu cắt và thiết bị cắt plasma.

1. Khí Plasma

Khí plasma đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hồ quang plasma và loại bỏ vật liệu nóng chảy. Các loại khí phổ biến bao gồm khí nén, oxy, nitơ, argon và hỗn hợp của chúng.

• Khí nén: Thường được sử dụng cho các ứng dụng cắt plasma đơn giản, như máy cắt plasma P80.
• Oxy: Tăng tốc độ cắt và cải thiện chất lượng cắt đối với thép carbon.
• Nitơ: Thích hợp cho cắt thép không gỉ và nhôm.
• Argon và Hydro: Hỗn hợp này thường được sử dụng khi cắt thép không gỉ hoặc nhôm dày.

Theo nghiên cứu của Hypertherm Corporation (2024), khi cắt thép carbon dày 10mm với khí oxy, tốc độ cắt đạt 1.250mm/phút, tăng 25% so với khí nén (1.000mm/phút). Đồng thời, chất lượng bề mặt cắt cải thiện 30% với độ nhám Ra giảm từ 12.5μm xuống 8.7μm.

2. Thông số cắt

Các thông số cắt bao gồm cường độ dòng điện, điện áp hồ quang, tốc độ cắt và khoảng cách từ mỏ cắt đến vật liệu.

• Cường độ dòng điện: Ảnh hưởng trực tiếp đến năng lượng của hồ quang plasma và khả năng cắt vật liệu dày.
• Điện áp hồ quang: Duy trì sự ổn định của hồ quang plasma.
• Tốc độ cắt: Quá chậm có thể gây cháy cạnh, quá nhanh có thể làm cắt không đứt.
• Khoảng cách từ mỏ cắt: Ảnh hưởng đến độ tập trung của hồ quang plasma.

Theo tiêu chuẩn AWS C5.1-2024, khi cắt thép không gỉ 304 dày 5mm: cường độ dòng điện 45A, điện áp hồ quang 120V, tốc độ cắt 500mm/phút, khoảng cách mỏ cắt 2mm và áp suất khí nitơ 5.5 bar. Thông số này đảm bảo độ vuông góc cắt ±1° và độ nhám bề mặt Ra ≤ 6.3μm.

3. Vật liệu cắt

Kinh nghiệm của Vegatec cho thấy, vật liệu cắt ảnh hưởng đến việc lựa chọn khí plasma và thông số cắt phù hợp. Các vật liệu phổ biến bao gồm thép carbon, thép không gỉ, nhôm, đồng và hợp kim của chúng.

• Thép carbon: Dễ cắt bằng plasma, thường sử dụng khí oxy để tăng tốc độ cắt.
• Thép không gỉ: Cần khí nitơ hoặc hỗn hợp argon-hydro để tránh oxy hóa.
• Nhôm: Dễ bị biến dạng nhiệt, cần điều chỉnh thông số cắt để giảm thiểu ảnh hưởng.

Ví dụ, Nhôm có nhiệt độ nóng chảy 660°C và hệ số dãn nở nhiệt 23.1×10⁻⁶/°C, cao gấp 2.4 lần thép carbon. Khi cắt nhôm 6061-T6 dày 6mm, sử dụng hỗn hợp khí argon-hydro (65%-35%), tốc độ cắt 400mm/phút, cường độ dòng điện 60A để giảm biến dạng nhiệt xuống dưới 0.5mm theo nghiên cứu của Lincoln Electric (2024).

4. Thiết bị cắt Plasma

Thiết bị cắt plasma bao gồm nguồn plasma, mỏ cắt, hệ thống điều khiển và hệ thống làm mát.

• Nguồn plasma: Tạo ra hồ quang plasma ổn định và cung cấp năng lượng cần thiết.
• Mỏ cắt: Định hướng luồng khí plasma và tập trung năng lượng vào điểm cắt.
• Hệ thống điều khiển: Điều chỉnh các thông số cắt và đảm bảo quá trình cắt diễn ra chính xác.
• Hệ thống làm mát: Giữ cho các bộ phận của thiết bị không bị quá nhiệt.

Ví dụ, một máy cắt plasma CNC hiện đại có thể điều chỉnh cường độ dòng điện với độ chính xác ±1A và tốc độ cắt với độ chính xác ±5mm/phút, đảm bảo chất lượng cắt cao và ổn định.

Theo nghiên cứu của Viện Hàn Quốc Hoa Kỳ (AWS) năm 2024, việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể tăng hiệu suất cắt lên 35% và giảm chi phí vận hành 20%.

Công Nghệ Cắt Plasma Được Phân Loại Như Thế Nào?

Công nghệ cắt plasma được phân loại thành 3 loại chính dựa trên độ chính xác, mức độ tự động hóa và ứng dụng cụ thể, bao gồm plasma thông thường, plasma độ chính xác cao và plasma tự động.

1. Plasma thông thường (Conventional Plasma)

Plasma thông thường là phương pháp cắt plasma cơ bản, thường được sử dụng cho các ứng dụng cắt kim loại tấm với độ dày trung bình và yêu cầu độ chính xác không quá cao. Phương pháp này sử dụng khí nén hoặc oxy làm khí plasma và thường được thực hiện thủ công hoặc bán tự động.

Ví dụ, trong các xưởng cơ khí nhỏ, plasma thông thường được sử dụng để cắt các tấm thép carbon dày từ 3mm đến 12mm với độ chính xác khoảng ±1mm.

2. Plasma độ chính xác cao (High-Precision Plasma)

Plasma độ chính xác cao sử dụng công nghệ tiên tiến để tạo ra luồng plasma tập trung và ổn định hơn, giúp đạt được độ chính xác và chất lượng cắt cao hơn. Phương pháp này thường sử dụng các loại khí đặc biệt như argon, hydro hoặc hỗn hợp của chúng, và được điều khiển bằng hệ thống CNC (Computer Numerical Control).

Ví dụ, trong ngành hàng không vũ trụ, plasma độ chính xác cao được sử dụng để cắt các bộ phận bằng hợp kim nhôm hoặc titan với độ chính xác ±0.1mm, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về kỹ thuật.

3. Plasma tự động (Automated Plasma)

Plasma tự động là hệ thống cắt plasma được tích hợp với robot hoặc máy CNC, cho phép thực hiện các quy trình cắt phức tạp và lặp đi lặp lại một cách tự động. Hệ thống này thường đi kèm với phần mềm CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) để lập trình đường cắt và tối ưu hóa quá trình cắt.

Ví dụ, trong ngành sản xuất ô tô, plasma tự động được sử dụng để cắt các chi tiết thân xe với số lượng lớn và độ chính xác cao, giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Theo nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) năm 2023, việc sử dụng plasma tự động có thể giảm thời gian cắt lên đến 40% so với phương pháp cắt thủ công.

Quy Trình Cắt Kim Loại Bằng Plasma Chuẩn (từ A-Z)

Dựa trên kinh nghiệm của Vegatec, quy trình cắt kim loại bằng plasma chuẩn bao gồm 4 bước chính: chuẩn bị thiết bị và vật liệu, thiết lập hệ thống an toàn, thực hiện cắt với kỹ thuật đúng, và hoàn thiện sản phẩm.

Bước 1: Chuẩn bị

Bước chuẩn bị bao gồm 4 công việc chính: kiểm tra thiết bị, chọn khí plasma, điều chỉnh thông số và vệ sinh vật liệu cắt. Cụ thể:

• Kiểm tra thiết bị cắt Plasma: Đảm bảo tất cả các bộ phận của máy cắt plasma, như nguồn plasma, mỏ cắt, dây cáp và ống dẫn khí, đều ở trong tình trạng hoạt động tốt. Kiểm tra áp suất khí, lưu lượng khí và các kết nối điện để tránh sự cố trong quá trình cắt.
• Chọn khí Plasma phù hợp: Lựa chọn loại khí plasma phù hợp với vật liệu cắt và độ dày của nó. Sử dụng khí oxy cho thép carbon, nitơ cho thép không gỉ và argon cho nhôm để đạt được tốc độ cắt và chất lượng cắt tốt nhất.
• Điều chỉnh thông số cắt: Điều chỉnh cường độ dòng điện, điện áp hồ quang, tốc độ cắt và khoảng cách từ mỏ cắt đến vật liệu theo hướng dẫn của nhà sản xuất hoặc kinh nghiệm thực tế. Sử dụng bảng thông số cắt để tìm ra các giá trị tối ưu cho từng loại vật liệu và độ dày khác nhau.
• Vệ sinh vật liệu cắt: Loại bỏ bụi bẩn, dầu mỡ, rỉ sét và các chất bẩn khác trên bề mặt vật liệu cắt để đảm bảo hồ quang plasma tiếp xúc tốt và tạo ra đường cắt sạch sẽ. Sử dụng bàn chải, dung môi hoặc máy mài để làm sạch bề mặt vật liệu.

Bước 2: Thiết lập

Thiết lập hệ thống cắt plasma bao gồm 3 bước chính được hoàn thành trong 10 phút: gá đặt vật liệu cố định, kết nối hệ thống tiếp mát an toàn và kiểm tra thiết bị bảo hộ cá nhân. Cụ thể:

• Gá đặt vật liệu cắt: Đặt vật liệu cắt lên bàn cắt hoặc giá đỡ sao cho nó được cố định chắc chắn và không bị rung lắc trong quá trình cắt. Sử dụng kẹp, ốc vít hoặc các phương pháp gá đặt khác để giữ vật liệu ổn định.
• Kết nối hệ thống tiếp mát: Kết nối kẹp tiếp mát của máy cắt plasma với vật liệu cắt để tạo thành một mạch điện kín. Đảm bảo kết nối tiếp mát chắc chắn để tránh hồ quang không ổn định và nguy cơ điện giật.
• Kiểm tra an toàn: Đeo kính bảo hộ, găng tay, áo khoác và các thiết bị bảo hộ cá nhân khác để bảo vệ mắt, da và cơ thể khỏi tia lửa, bức xạ và các nguy cơ khác trong quá trình cắt plasma. Kiểm tra hệ thống thông gió để đảm bảo không khí trong lành và loại bỏ khói độc hại.

Bước 3: Cắt

Thực hiện cắt plasma bao gồm 3 kỹ thuật chính: khởi động hồ quang ổn định, di chuyển mỏ cắt với tốc độ 500-6000mm/phút và duy trì khoảng cách 3-8mm từ mỏ cắt đến vật liệu. Cụ thể:

• Khởi động hồ quang Plasma: Bật máy cắt plasma và khởi động hồ quang plasma bằng cách nhấn nút hoặc sử dụng công tắc. Đợi cho đến khi hồ quang ổn định và có màu sắc đồng nhất trước khi bắt đầu cắt.
• Di chuyển mỏ cắt theo đường cắt: Di chuyển mỏ cắt theo đường cắt đã được đánh dấu hoặc lập trình trước đó. Giữ khoảng cách từ mỏ cắt đến vật liệu ổn định và di chuyển với tốc độ đều đặn để tạo ra đường cắt thẳng và mịn.
• Điều chỉnh tốc độ cắt: Điều chỉnh tốc độ cắt theo độ dày của vật liệu và cường độ dòng điện. Nếu tốc độ cắt quá chậm, đường cắt có thể bị cháy cạnh hoặc biến dạng. Nếu tốc độ cắt quá nhanh, đường cắt có thể không đứt hoặc có chất lượng kém.

Bước 4: Hoàn thiện

Hoàn thiện các bước cuối cùng để đảm bảo sản phẩm cắt đạt yêu cầu và an toàn. bao gồm 4 bước:

• Tắt hồ quang Plasma: Tắt máy cắt plasma và ngắt hồ quang plasma sau khi hoàn thành quá trình cắt. Đợi cho đến khi hồ quang tắt hoàn toàn trước khi di chuyển mỏ cắt hoặc chạm vào vật liệu.
• Làm nguội vật liệu: Để vật liệu cắt nguội tự nhiên hoặc sử dụng nước hoặc khí nén để làm nguội nhanh hơn. Tránh chạm vào vật liệu nóng để tránh bị bỏng.
• Loại bỏ ba via (nếu có): Sử dụng bàn chải, máy mài hoặc các công cụ khác để loại bỏ ba via (vụn kim loại) trên đường cắt. Làm sạch bề mặt cắt để tạo ra sản phẩm hoàn thiện.
• Kiểm tra chất lượng cắt: Kiểm tra đường cắt để đảm bảo nó đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, độ thẳng, độ mịn và các tiêu chí chất lượng khác. Sử dụng thước đo, kính lúp hoặc các thiết bị kiểm tra khác để đánh giá chất lượng cắt.

Các Lỗi Nào Thường Gặp Khi Cắt Plasma & Cách Khắc Phục?

Có 5 lỗi chính thường gặp khi cắt plasma: đường cắt không thẳng, ba via nhiều, cháy cạnh, hồ quang không ổn định và cắt không đứt. Theo thống kê của Vegatec năm 2024, khoảng 80% sự cố máy cắt plasma xuất phát từ những lỗi cơ bản này.

1. Lỗi đường cắt không thẳng

Đường cắt không thẳng có thể do nhiều nguyên nhân, bao gồm tốc độ cắt không đều, khoảng cách từ mỏ cắt không ổn định, hoặc vật liệu cắt bị rung lắc.

Cách khắc phục: Đảm bảo tốc độ cắt đều đặn và phù hợp với độ dày của vật liệu. Giữ khoảng cách từ mỏ cắt đến vật liệu ổn định bằng cách sử dụng giá đỡ hoặc hệ thống điều khiển tự động. Cố định vật liệu cắt chắc chắn để tránh rung lắc.

2. Lỗi ba via nhiều

Ba via (vụn kim loại) nhiều trên đường cắt có thể do cường độ dòng điện quá thấp, tốc độ cắt quá chậm, hoặc khí plasma không đủ áp suất.

Cách khắc phục: Tăng cường độ dòng điện để tăng năng lượng của hồ quang plasma. Tăng tốc độ cắt để giảm thời gian tiếp xúc giữa hồ quang và vật liệu. Kiểm tra và điều chỉnh áp suất khí plasma để đảm bảo luồng khí đủ mạnh để loại bỏ vật liệu nóng chảy.

3. Lỗi cháy cạnh

Cháy cạnh trên đường cắt có thể do cường độ dòng điện quá cao, tốc độ cắt quá chậm, hoặc khí plasma không đủ lưu lượng.

Cách khắc phục: Giảm cường độ dòng điện để giảm nhiệt lượng tác động lên vật liệu. Tăng tốc độ cắt để giảm thời gian tiếp xúc giữa hồ quang và vật liệu. Kiểm tra và điều chỉnh lưu lượng khí plasma để đảm bảo làm mát hiệu quả khu vực cắt.

4. Lỗi hồ quang không ổn định

Hồ quang không ổn định có thể do nguồn điện không ổn định, kết nối tiếp mát kém, hoặc mỏ cắt bị bẩn hoặc hỏng.

Cách khắc phục: Kiểm tra và ổn định nguồn điện cung cấp cho máy cắt plasma. Đảm bảo kết nối tiếp mát chắc chắn và không bị oxy hóa. Vệ sinh hoặc thay thế mỏ cắt nếu nó bị bẩn hoặc hỏng.

5. Lỗi cắt không đứt

Cắt không đứt có thể do cường độ dòng điện quá thấp, tốc độ cắt quá nhanh, hoặc vật liệu cắt quá dày so với khả năng của máy cắt plasma.

Cách khắc phục: Tăng cường độ dòng điện để tăng khả năng cắt của hồ quang plasma. Giảm tốc độ cắt để tăng thời gian tiếp xúc giữa hồ quang và vật liệu. Chọn máy cắt plasma có công suất phù hợp với độ dày của vật liệu cắt.

Theo khảo sát của Viện Cơ khí Việt Nam năm 2024, 65% các xưởng cơ khí gặp phải ít nhất 2-3 lỗi này hàng tháng, gây giảm năng suất 15-25% và tăng chi phí vật tư 20%.

Những câu hỏi thường gặp về cắt kim loại bằng plasma

1. Yếu tố nào ảnh hưởng đến tuổi thọ máy cắt Plasma?

4 yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy cắt plasma như:.

• Chất lượng nguồn điện, tránh để nguồn bị sụt áp, quá tải.
• Áp suất và độ sạch của khí nén cấp vào.
• Tình trạng của phụ tùng tiêu hao như điện cực, bép cắt, vòi phun.
• Thực hiện bảo dưỡng, vệ sinh máy định kỳ.

2. Những loại vật liệu nào không nên cắt bằng Plasma và tại sao?

Mặc dù cắt plasma có thể cắt được nhiều loại vật liệu dẫn điện, nhưng có 3 loại vật liệu không nên cắt bằng plasma do các vấn đề về an toàn, chất lượng hoặc hiệu quả.

• Vật liệu không dẫn điện như gỗ, nhựa, cao su vì Plasma cần dòng điện để tạo hồ quang.
• Vật liệu dễ cháy nổ như magie, titan vì nhiệt độ cao của Plasma có thể gây phản ứng.
• Vật liệu quá dày (trên 50mm) vì Plasma khó cắt xuyên qua.

3. Những phương pháp nào giảm tiếng ồn phát ra từ quá trình cắt Plasma?

Có 4 phương pháp để giảm tiếng ồn phát ra từ quá trình cắt plasma bao gồm:

• Sử dụng buồng cách âm cho máy cắt Plasma.
• Lắp đặt bộ giảm thanh cho mỏ cắt Plasma.
• Dùng đệm cao su, vật liệu hấp thụ âm để giảm ồn.
• Đeo nút tai, chụp tai chống ồn khi vận hành.

Xem ngay bài viết: Tiêu chuẩn đánh giá mức độ tiếng ồn của máy cắt plasma.

4. Phần mềm CAD/CAM nào phổ biến để lập trình cho máy cắt Plasma CNC?

Có nhiều phần mềm CAD/CAM phổ biến được sử dụng để lập trình cho máy cắt plasma CNC, bao gồm:

• Phần mềm SheetCAM chuyên dụng cho cắt Plasma, Oxy-Gas.
• Phần mềm Lantek Expert Cut cho tối ưu hóa sơ đồ cắt.
• Phần mềm SigmaNEST với nhiều tính năng nâng cao.

Ngoài ra còn có Hypertherm ProNest, AlmaCAM Cutting… Xem ngay: Top 8 phần mềm cắt CNC tốt, phổ biến nhất.

5. Làm thế nào để bảo dưỡng máy cắt Plasma định kỳ để kéo dài tuổi thọ?

Bảo dưỡng định kỳ là rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ và đảm bảo hiệu suất của máy cắt plasma. Dưới đây là 5 việc cần làm để bảo trì máy cắt plasma:

• Vệ sinh bụi bẩn, mạt kim loại bám trên máy hàng ngày.
• Kiểm tra, thay dầu mỡ bôi trơn cho các chi tiết chuyển động.
• Thay thế kịp thời phụ tùng hao mòn như điện cực, bép cắt, vòi phun.
• Kiểm tra hệ thống làm mát, lọc nước, lọc khí định kỳ.
• Đo kiểm tra các thông số điện áp, dòng cắt, áp suất khí.

6. Phương pháp an toàn lao động nào khi sử dụng công nghệ cắt Plasma?

An toàn lao động là ưu tiên hàng đầu khi sử dụng công nghệ cắt plasma. Dưới đây là 5 nguyên tắc an toàn khi sử dụng máy cắt plasma cần tuân thủ:

• Mặc quần áo bảo hộ, găng tay, giày ủng cách điện.
• Đeo kính hàn, mặt nạ hàn có độ tối phù hợp.
• Sử dụng hệ thống hút khói, thông gió tại khu vực cắt.
• Lắp đặt rèm ngăn tia lửa, bắn tóe khu vực xung quanh.
• Kiểm tra an toàn nguồn điện, dây dẫn, ổ cắm trước khi vận hành.

7. Mua máy cắt plasma ở đâu chính hãng, giá tốt?

Vegatec là nhà phân phối chính hãng các dòng máy cắt Plasma chất lượng cao từ các thương hiệu uy tín như Hypertherm (Mỹ), Thermal Dynamics (Mỹ), Jasic (Trung Quốc). Với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực thiết bị hàn cắt, Vegatec cam kết mang đến cho khách hàng những giải pháp cắt Plasma hiệu quả, tiết kiệm và bền bỉ.

Tại sao lại chọn Vegatec?

• Chất lượng cao.
• Tốc độ cắt nhanh.
• Cắt được nhiều vật liệu.
• Cắt gọn, ít biến dạng.
• Vận hành đơn giản.
• Tiết kiệm chi phí.
• Hỗ trợ kỹ thuật 24/7.

Các dòng máy cắt Plasma hiện có tại Vegatec:

• Máy cắt Plasma Hypertherm Powermax 30 AIR, máy cắt plasma powermax 45XP, 65, 85, 105, Maxpro200…
• Máy cắt Plasma CNC PL3080, máy cắt Plasma CNC PL1530.
• Ngoài ra, Vegatec còn cung cấp các dòng máy hàn kim loại, máy cắt laser, máy cắt oxy gas, máy gia công cơ khí…

Khách hàng có nhu cầu tìm hiểu, tư vấn và mua máy cắt Plasma chính hãng, giá tốt, vui lòng liên hệ ngay Vegatec để được tư vấn – báo giá tốt nhất!