So Sánh Phương Pháp Cắt Oxy Gas, Plasma và Laser Leave a comment

Trong ngành công nghiệp chế tạo, cắt kim loại là một quá trình quan trọng không thể thiếu. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều phương pháp cắt hiện đại đã ra đời như cắt bằng oxy gas, plasma và laser để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng. Việc hiểu rõ và so sánh sự khác biệt giữa chúng sẽ giúp doanh nghiệp lựa chọn được giải pháp tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

Cắt Oxy Gas

Cắt oxy gas (oxy-fuel cutting) là phương pháp sử dụng nhiệt từ phản ứng oxy hóa giữa oxy và nhiên liệu gas để làm nóng chảy và cắt kim loại. Phương pháp này chủ yếu được dùng để cắt các vật liệu dày như thép các-bon và thép hợp kim thấp.

Ưu điểm:

• Chi phí đầu tư, vận hành thấp. Một hệ thống cắt oxy gas CNC kích thước 1,5m x 3m chỉ khoảng 15.000 USD.
• Có thể cắt được vật liệu dày đến 500mm.
• Tạo ra bề mặt cắt sạch và phẳng, độ rộng đường cắt từ 2-5mm.

Nhược điểm:

• Tốc độ cắt chậm, khoảng 180-250mm/phút đối với thép dày 10mm.
• Chỉ cắt được thép các-bon và thép hợp kim thấp. Không cắt được inox, nhôm, đồng, gang…
• Tạo ra nhiều khói, bụi và ô-xít sắt trong quá trình cắt.
• Cần có nguồn cung cấp oxy và gas riêng.

Cắt Plasma

Cắt plasma (plasma cutting) dùng hồ quang plasma có nhiệt độ cao (khoảng 25.000°C) để làm nóng chảy và thổi bay kim loại. Đây là phương pháp cắt nhanh, linh hoạt, có thể ứng dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau.

Ưu điểm:

• Tốc độ cắt nhanh. Với thép dày 10mm, tốc độ có thể lên đến 2.800mm/phút.
• Cắt được hầu hết các kim loại như thép, inox, nhôm, đồng, gang, titan…
• Chất lượng cắt tốt, bề mặt cắt sạch và nhẵn. Đường cắt hẹp 1-1,5mm với máy plasma độ chính xác cao (HD plasma).
• Dễ tự động hóa, tích hợp với robot và hệ thống CNC.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư cao hơn cắt oxy gas. Một hệ thống cắt plasma CNC kích thước 1,5m x 3m khoảng 20.000-35.000 USD.
• Độ dày cắt hạn chế, tối đa khoảng 50-80mm tùy vật liệu.
• Tạo ra tia lửa, tia UV và tiếng ồn lớn khi cắt.
• Cần có nguồn điện, khí nén và nước làm mát.

Cắt Laser

Cắt laser (laser cutting) sử dụng chùm tia laser tập trung năng lượng cao để nung nóng, làm bay hơi vật liệu và tạo thành đường cắt. Đây là phương pháp cắt chính xác và linh hoạt nhất hiện nay, có thể ứng dụng cho nhiều loại vật liệu kim loại và phi kim.

Ưu điểm:

• Cắt được hầu hết các loại vật liệu kim loại và phi kim như nhựa, gỗ, cao su, vải, da, gốm…
• Tốc độ cắt nhanh, có thể lên đến 10-20m/phút với vật liệu mỏng dưới 3mm.
• Độ chính xác và chất lượng cắt rất cao. Sai số vị trí đường cắt ±0,05mm. Bề rộng đường cắt chỉ 0,1-0,2mm.
• Ít bị biến dạng và ảnh hưởng nhiệt. Không tạo ba-via và không cần gia công sau cắt.
• Dễ dàng tự động hóa, số hóa và tích hợp sản xuất.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư rất cao. Một hệ thống cắt laser CNC công nghiệp có giá từ 100.000 USD trở lên.
• Chi phí vận hành, bảo trì, thay thế linh kiện cao.
• Hạn chế về độ dày cắt, thường dưới 12-15mm đối với laser CO2 và dưới 5mm đối với laser fiber.
• Hiệu suất năng lượng thấp, chỉ khoảng 10-25% công suất đầu vào được chuyển thành công suất cắt.
• Không cắt được vật liệu phản quang như nhôm, đồng bóng.

Để chọn lựa phương pháp cắt tối ưu, cần dựa trên các yếu tố như:

• Loại và độ dày vật liệu cần cắt
• Yêu cầu về tốc độ, chất lượng và độ chính xác
• Khối lượng sản xuất
• Điều kiện lắp đặt và vận hành
• Ngân sách đầu tư

Ví dụ, để cắt các tấm thép dày trên 20mm với số lượng ít, cắt oxy gas là lựa chọn hợp lý nhất. Còn nếu cắt inox, nhôm mỏng dưới 10mm với số lượng lớn và yêu cầu chất lượng cao thì nên dùng máy cắt laser.

Theo số liệu thống kê, thị trường máy cắt CNC toàn cầu ước tính đạt 3,96 tỷ USD vào năm 2020 và sẽ tăng lên 5,84 tỷ USD vào năm 2026. Xu hướng phát triển công nghệ cắt tiên tiến và nhu cầu sản xuất linh hoạt ngày càng tăng là động lực thúc đẩy sự tăng trưởng này.

Tóm lại, với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp cắt kim loại ngày càng đa dạng và hiệu quả hơn. Việc nắm rõ đặc điểm, so sánh ưu nhược điểm của từng phương pháp sẽ giúp doanh nghiệp đưa ra quyết định đầu tư phù hợp, nâng cao năng lực sản xuất và tăng sức cạnh tranh trên thị trường.

Những câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Tốc độ cắt tối đa của phương pháp cắt plasma là bao nhiêu?

Với công nghệ plasma hiện đại, tốc độ cắt có thể lên đến 12-15m/phút đối với thép mỏng dưới 2mm và 2-5m/phút đối với thép dày 10-20mm.

2. Máy cắt laser fiber thường sử dụng bước sóng nào?

Máy cắt laser fiber thường dùng bước sóng 1.064μm, thuộc vùng hồng ngoại gần. Bước sóng này cho phép cắt hiệu quả các kim loại phản quang như đồng, nhôm, inox.

3. Áp suất khí nén yêu cầu cho máy cắt plasma là bao nhiêu?

Hầu hết các máy cắt plasma đều yêu cầu áp suất khí nén đầu vào từ 5,5-8,3 bar (80-120 psi) để tạo ra hồ quang plasma ổn định và chất lượng.

4. Cắt oxy gas tiêu thụ bao nhiêu lít oxy và gas mỗi giờ?

Tùy thuộc vào độ dày vật liệu và cỡ béc cắt, lượng oxy tiêu thụ có thể từ 2.000-10.000 lít/giờ, lượng gas từ 1.000-4.000 lít/giờ. Ví dụ, để cắt thép dày 100mm cần tới 8.500 lít oxy và 2.800 lít gas 1 giờ.

5. Tuổi thọ trung bình của một bộ tiêu hao (nozzle, điện cực) của máy cắt plasma là bao lâu?

Với vật liệu thép các-bon, tuổi thọ trung bình của nozzle và điện cực khoảng 1-2 giờ cắt liên tục. Với inox và nhôm, tuổi thọ ngắn hơn, khoảng 30-60 phút. Tần suất thay thế phụ thuộc vào chế độ cắt, chất lượng khí và tình trạng máy.

6. Máy cắt laser CO2 có công suất bao nhiêu?

Máy laser CO2 công nghiệp thường có công suất từ 1-6kW. Máy công suất 2-3kW phổ biến nhất, phù hợp để cắt các tấm kim loại độ dày trung bình dưới 10mm. Máy 4-6kW dùng để cắt vật liệu dày hơn, lên đến 15-20mm.

7. Giá thành trung bình để cắt 1 mét dài bằng phương pháp cắt oxy gas là bao nhiêu?

Với thép các-bon dày 10mm, giá thành cắt 1 mét dài khoảng 0,15-0,25 USD, bao gồm chi phí khấu hao máy, nhiên liệu tiêu thụ, nhân công và phụ liệu. Giá thành sẽ tăng lên 0,3-0,5 USD/m đối với vật liệu dày 20-30mm.

8. Máy cắt plasma có thể cắt được vật liệu dày đến bao nhiêu?

Hầu hết các máy cắt plasma thương mại hiện nay đều cắt được kim loại dày đến 50-80mm. Một số model đặc biệt có thể cắt đến 150-300mm nhưng tốc độ và chất lượng bị giảm sút nhiều.

9. Cắt laser fiber có ưu điểm gì so với laser CO2?

So với laser CO2, laser fiber có hiệu suất điện quang cao hơn (30-35% so với 10-15%), bước sóng ngắn hơn nên có thể cắt kim loại phản quang tốt hơn, kích thước gọn nhẹ hơn, tuổi thọ nguồn laser dài hơn (100.000 giờ so với 20.000 giờ) và chi phí bảo trì thấp hơn.

10. Khí nén sử dụng trong cắt plasma thường là loại nào?

Khí plasma thường là không khí nén khô hoặc nitơ (N2). Không khí nén rẻ tiền nhưng làm giảm tuổi thọ tiêu hao. Nitơ cho chất lượng cắt tốt hơn, nhất là với inox và nhôm nhưng giá thành cao hơn 2-3 lần. Một số máy plasma hiện đại còn sử dụng oxy và hydro để tăng tốc độ và giảm ba-via. Để hiểu rõ hơn, đọc ngay bài viết: Các loại khí thường dùng trong cắt plasma được chia sẻ chi tiết, đầy đủ nhất trên website.