Cắt Plasma là gì: Nguyên lý, quy trình và ứng dụng
Date: 06/01/2025
Bạn muốn hiểu cách thức hoạt động của phương pháp cắt plasma? Là một phương pháp cắt nhiệt, phương pháp cắt plasma được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do hiệu quả và độ chính xác của nó. Do đó, bài viết này sẽ đưa bạn đi sâu vào các nguyên tắc, quy trình, ứng dụng cũng như ưu điểm và nhược điểm của phương pháp cắt plasma.
Có ba trạng thái vật chất tồn tại trên thế giới: khí, lỏng và rắn. Tuy nhiên, cũng có một trạng thái thứ tư, đó là plasma. Plasma được hình thành thông qua quá trình ion hóa khí ở nhiệt độ cực cao hoặc thông qua tác động của các nguồn năng lượng mạnh. Các tác động năng lượng như vậy có thể bao gồm gia nhiệt ở nhiệt độ cao, trường điện mạnh hoặc hồ quang điện. Hơn nữa, plasma thể hiện một số đặc tính có lợi, bao gồm độ dẫn điện tuyệt vời và độ nhạy với trường điện từ. Trong tự nhiên, plasma có mặt ở khắp mọi nơi, xuất hiện trong các hiện tượng như sét, cực quang và mặt trời. Hơn nữa, plasma được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và công nghệ khác nhau, bao gồm màn hình plasma, cắt và hàn.
Tuy nhiên, việc tạo ra plasma không phải là một quá trình đơn giản và phụ thuộc rất nhiều vào loại plasma mong muốn và ứng dụng của nó. Dưới đây là một số phương pháp phổ biến.
Cắt plasma sử dụng tia plasma nóng tốc độ cao để làm tan chảy và thổi bay vật liệu. Không giống như các phương pháp cắt nhiệt khác như cắt oxy-nhiên liệu, cắt plasma sử dụng khí dẫn điện, thường là khí nén hoặc các khí trơ khác. Và khí đó được đun nóng đến nhiệt độ cực cao từ 20.000°C đến 30.000°C hoặc hơn, để tạo thành hồ quang plasma. Hồ quang plasma này sau đó được đẩy mạnh qua một vòi phun nhỏ, tạo ra chùm tia cắt rất tập trung và mạnh mẽ có khả năng cắt đứt nhiều loại vật liệu dẫn điện với độ chính xác cao. Đặc biệt, nó có hiệu quả trên các vật liệu dẫn điện như thép, nhôm và thép không gỉ, mang lại đường cắt nhanh hơn và sạch hơn.
Hệ thống cắt plasma kết hợp một số thành phần chính để tạo ra và kiểm soát hồ quang plasma nhiệt độ cao. Hiệu suất và khả năng của hệ thống phụ thuộc vào các bộ phận riêng lẻ sau:
Các thành phần của hệ thống Plasma
Chức năng cốt lõi của hệ thống này bao gồm việc chuyển đổi điện áp AC một pha hoặc ba pha (208-480VAC) thành điện áp DC ổn định đầu ra trong phạm vi 200-600VDC, thường hoạt động ở mức 300-400VDC. Điện áp DC này duy trì hồ quang plasma. Nguồn điện cũng điều chỉnh dòng điện đầu ra, điều chỉnh động theo loại vật liệu và độ dày để có hiệu suất cắt tối ưu.
Thiết bị cầm tay hoặc tự động này cung cấp hồ quang plasma cho phôi. Quan trọng là nó chứa một điện cực tạo ra hồ quang mặc dù tuổi thọ của nó bị hạn chế. Hơn nữa, một vòng xoáy ổn định hồ quang và cải thiện chất lượng cắt, trong khi một vòi phun dẫn plasma chính xác. Cuối cùng, một nắp chắn tùy chọn bảo vệ hồ quang khỏi ô nhiễm khí quyển.
Mạch này tạo ra tia lửa điện xoay chiều tần số cao, điện áp cao, khoảng 5.000-10.000 VAC ở tần số 1-5 MHz, để bắt đầu hồ quang plasma bên trong mỏ hàn. Tia lửa này ion hóa khí, tạo ra đường dẫn điện ban đầu cho hồ quang DC chính.
Điều này cung cấp khí nén, bao gồm không khí, nitơ, argon hoặc hỗn hợp, cần thiết để tạo và đẩy hồ quang plasma. Ngoài ra, máy nén phải cung cấp đủ áp suất và lưu lượng để cắt tối ưu.
Điều này điều chỉnh đầu ra của nguồn điện, lưu lượng khí và các thông số khác để có chất lượng cắt đồng nhất. Điều này có thể bao gồm từ công tắc bật/tắt đơn giản đến hệ thống điều khiển bằng máy tính tinh vi với màn hình kỹ thuật số và cài đặt được lập trình sẵn cho nhiều loại vật liệu và độ dày khác nhau.
Bây giờ chúng ta đã tìm hiểu về máy cắt plasma, hãy chuyển sang cách thức hoạt động của nó
Để bắt đầu, nguồn điện của máy cắt plasma gửi dòng điện cao áp đến điện cực, tạo ra hồ quang điện. Hồ quang này ion hóa khí, biến nó thành plasma. Việc lựa chọn khí, chẳng hạn như không khí, oxy hoặc nitơ, phụ thuộc vào vật liệu và chất lượng cắt mong muốn.
Tiếp theo, khí ion hóa bị ép qua một vòi phun bị thắt chặt, làm tăng vận tốc và nhiệt độ của nó. Kết quả là, luồng plasma thoát ra khỏi vòi phun ở nhiệt độ lên tới 20.000°C, đủ nóng để làm tan chảy các kim loại như thép, nhôm và đồng.
Sau đó, tia plasma được hướng vào phôi, nơi nhiệt độ cực cao làm tan chảy vật liệu tại điểm cắt. Ngoài ra, plasma tốc độ cao thổi bay vật liệu nóng chảy, đảm bảo vết cắt sạch và hẹp với lượng xỉ tối thiểu.
Khi kim loại nóng chảy bị đẩy ra, nó để lại một cạnh nhẵn, sạch. Đường cắt hẹp này cũng giảm thiểu vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt, giảm nguy cơ biến dạng hoặc cong vênh ở vật liệu xung quanh.
Người vận hành điều khiển mỏ cắt plasma bằng cách dẫn nó dọc theo đường cắt. Có thể thực hiện thủ công hoặc bằng các hệ thống tự động như CNC. Điều quan trọng là phải duy trì tốc độ và góc cắt chính xác; nếu không, chất lượng cắt có thể bị ảnh hưởng do không hoàn chỉnh hoặc quá rộng.
Cuối cùng, để hồ quang plasma hoạt động bình thường, phôi phải được nối đất. Điều này thường được thực hiện bằng cách kết nối phôi với bàn cắt hoặc sử dụng kẹp nối đất riêng, đảm bảo dòng điện chạy hiệu quả.
Mặc dù cắt plasma là phương pháp hiệu quả và linh hoạt, nhưng nó có cả ưu điểm và hạn chế tùy thuộc vào vật liệu và ứng dụng. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm chính của quy trình:
Cắt plasma có hiệu quả đối với nhiều loại kim loại dẫn điện. Các vật liệu thường được cắt nhất bao gồm:
Cắt plasma và cắt laser là hai công nghệ cắt kim loại phổ biến, mỗi công nghệ có những ưu và nhược điểm riêng.
Cơ khí Intech là nhà cung cấp dịch vụ sản xuất theo yêu cầu hàng đầu, chuyên về gia công cơ khí và sản xuất linh kiện chất lượng cao. Chúng tôi phục vụ các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, y tế, v.v., cung cấp các giải pháp phù hợp cho cả tạo mẫu và sản xuất hàng loạt. Nhóm của chúng tôi sử dụng công nghệ tiên tiến và nhiều phương pháp cắt để đảm bảo kết quả tốt nhất cho các dự án của bạn.
Chúng tôi cung cấp nhiều kỹ thuật cắt khác nhau, bao gồm:
Bài viết liên quan:
Plasma là gì?
Có ba trạng thái vật chất tồn tại trên thế giới: khí, lỏng và rắn. Tuy nhiên, cũng có một trạng thái thứ tư, đó là plasma. Plasma được hình thành thông qua quá trình ion hóa khí ở nhiệt độ cực cao hoặc thông qua tác động của các nguồn năng lượng mạnh. Các tác động năng lượng như vậy có thể bao gồm gia nhiệt ở nhiệt độ cao, trường điện mạnh hoặc hồ quang điện. Hơn nữa, plasma thể hiện một số đặc tính có lợi, bao gồm độ dẫn điện tuyệt vời và độ nhạy với trường điện từ. Trong tự nhiên, plasma có mặt ở khắp mọi nơi, xuất hiện trong các hiện tượng như sét, cực quang và mặt trời. Hơn nữa, plasma được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và công nghệ khác nhau, bao gồm màn hình plasma, cắt và hàn.

Làm thế nào để tạo ra khí Plasma?
Tuy nhiên, việc tạo ra plasma không phải là một quá trình đơn giản và phụ thuộc rất nhiều vào loại plasma mong muốn và ứng dụng của nó. Dưới đây là một số phương pháp phổ biến.
- Ion hóa nhiệt: Phương pháp này liên quan đến việc làm nóng khí đến nhiệt độ cực cao. Ở nhiệt độ này, động năng của các nguyên tử khí đủ để thắng lực tĩnh điện giữ electron với hạt nhân, dẫn đến sự ion hóa.
- Phóng điện: Truyền dòng điện cao thế qua khí cũng có thể tạo ra plasma. Trường điện tăng tốc các electron, sau đó va chạm với các nguyên tử khí, ion hóa chúng.
- Ion hóa bằng laser: Ngoài ra, tia laser công suất cao cũng có thể ion hóa khí vì năng lượng mạnh của ánh sáng laser trực tiếp tách các electron ra khỏi nguyên tử.
- Ion hóa tần số vô tuyến (RF): Áp dụng trường điện từ tần số vô tuyến vào khí cũng có thể ion hóa khí. Trường điện dao động làm tăng tốc các electron, dẫn đến va chạm và ion hóa.
Cắt Plasma là gì?
Cắt plasma sử dụng tia plasma nóng tốc độ cao để làm tan chảy và thổi bay vật liệu. Không giống như các phương pháp cắt nhiệt khác như cắt oxy-nhiên liệu, cắt plasma sử dụng khí dẫn điện, thường là khí nén hoặc các khí trơ khác. Và khí đó được đun nóng đến nhiệt độ cực cao từ 20.000°C đến 30.000°C hoặc hơn, để tạo thành hồ quang plasma. Hồ quang plasma này sau đó được đẩy mạnh qua một vòi phun nhỏ, tạo ra chùm tia cắt rất tập trung và mạnh mẽ có khả năng cắt đứt nhiều loại vật liệu dẫn điện với độ chính xác cao. Đặc biệt, nó có hiệu quả trên các vật liệu dẫn điện như thép, nhôm và thép không gỉ, mang lại đường cắt nhanh hơn và sạch hơn.
Các thành phần của hệ thống Plasma
Hệ thống cắt plasma kết hợp một số thành phần chính để tạo ra và kiểm soát hồ quang plasma nhiệt độ cao. Hiệu suất và khả năng của hệ thống phụ thuộc vào các bộ phận riêng lẻ sau:
Các thành phần của hệ thống Plasma
1. Nguồn điện:
Chức năng cốt lõi của hệ thống này bao gồm việc chuyển đổi điện áp AC một pha hoặc ba pha (208-480VAC) thành điện áp DC ổn định đầu ra trong phạm vi 200-600VDC, thường hoạt động ở mức 300-400VDC. Điện áp DC này duy trì hồ quang plasma. Nguồn điện cũng điều chỉnh dòng điện đầu ra, điều chỉnh động theo loại vật liệu và độ dày để có hiệu suất cắt tối ưu.
2. Đèn pin:
Thiết bị cầm tay hoặc tự động này cung cấp hồ quang plasma cho phôi. Quan trọng là nó chứa một điện cực tạo ra hồ quang mặc dù tuổi thọ của nó bị hạn chế. Hơn nữa, một vòng xoáy ổn định hồ quang và cải thiện chất lượng cắt, trong khi một vòi phun dẫn plasma chính xác. Cuối cùng, một nắp chắn tùy chọn bảo vệ hồ quang khỏi ô nhiễm khí quyển.
3. Mạch khởi động hồ quang (ASC):
Mạch này tạo ra tia lửa điện xoay chiều tần số cao, điện áp cao, khoảng 5.000-10.000 VAC ở tần số 1-5 MHz, để bắt đầu hồ quang plasma bên trong mỏ hàn. Tia lửa này ion hóa khí, tạo ra đường dẫn điện ban đầu cho hồ quang DC chính.
4. Nguồn cung cấp khí đốt:
Điều này cung cấp khí nén, bao gồm không khí, nitơ, argon hoặc hỗn hợp, cần thiết để tạo và đẩy hồ quang plasma. Ngoài ra, máy nén phải cung cấp đủ áp suất và lưu lượng để cắt tối ưu.
5. Hệ thống điều khiển:
Điều này điều chỉnh đầu ra của nguồn điện, lưu lượng khí và các thông số khác để có chất lượng cắt đồng nhất. Điều này có thể bao gồm từ công tắc bật/tắt đơn giản đến hệ thống điều khiển bằng máy tính tinh vi với màn hình kỹ thuật số và cài đặt được lập trình sẵn cho nhiều loại vật liệu và độ dày khác nhau.

Máy cắt Plasma hoạt động như thế nào?
Bây giờ chúng ta đã tìm hiểu về máy cắt plasma, hãy chuyển sang cách thức hoạt động của nó
- Sự ion hóa khí
Để bắt đầu, nguồn điện của máy cắt plasma gửi dòng điện cao áp đến điện cực, tạo ra hồ quang điện. Hồ quang này ion hóa khí, biến nó thành plasma. Việc lựa chọn khí, chẳng hạn như không khí, oxy hoặc nitơ, phụ thuộc vào vật liệu và chất lượng cắt mong muốn.
- Sự hình thành của Plasma
Tiếp theo, khí ion hóa bị ép qua một vòi phun bị thắt chặt, làm tăng vận tốc và nhiệt độ của nó. Kết quả là, luồng plasma thoát ra khỏi vòi phun ở nhiệt độ lên tới 20.000°C, đủ nóng để làm tan chảy các kim loại như thép, nhôm và đồng.
- Cắt phôi
Sau đó, tia plasma được hướng vào phôi, nơi nhiệt độ cực cao làm tan chảy vật liệu tại điểm cắt. Ngoài ra, plasma tốc độ cao thổi bay vật liệu nóng chảy, đảm bảo vết cắt sạch và hẹp với lượng xỉ tối thiểu.
- Thổi ngược và làm sạch các cạnh
Khi kim loại nóng chảy bị đẩy ra, nó để lại một cạnh nhẵn, sạch. Đường cắt hẹp này cũng giảm thiểu vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt, giảm nguy cơ biến dạng hoặc cong vênh ở vật liệu xung quanh.
- Kiểm soát và hướng dẫn ngọn đuốc
Người vận hành điều khiển mỏ cắt plasma bằng cách dẫn nó dọc theo đường cắt. Có thể thực hiện thủ công hoặc bằng các hệ thống tự động như CNC. Điều quan trọng là phải duy trì tốc độ và góc cắt chính xác; nếu không, chất lượng cắt có thể bị ảnh hưởng do không hoàn chỉnh hoặc quá rộng.
- Nối đất phôi
Cuối cùng, để hồ quang plasma hoạt động bình thường, phôi phải được nối đất. Điều này thường được thực hiện bằng cách kết nối phôi với bàn cắt hoặc sử dụng kẹp nối đất riêng, đảm bảo dòng điện chạy hiệu quả.
Ưu và nhược điểm của cắt Plasma
Mặc dù cắt plasma là phương pháp hiệu quả và linh hoạt, nhưng nó có cả ưu điểm và hạn chế tùy thuộc vào vật liệu và ứng dụng. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm chính của quy trình:
- Ưu điểm:
- Tốc độ: Cắt plasma nhanh hơn nhiều phương pháp cắt truyền thống, đặc biệt là trên các vật liệu dày hơn.
- Độ chính xác: Cung cấp các đường cắt chính xác, ngay cả trên những hình dạng phức tạp.
- Tính linh hoạt: Có thể cắt nhiều loại kim loại khác nhau, bao gồm thép, nhôm và đồng.
- Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt tối thiểu: Không giống như các phương pháp cắt khác, cắt plasma hạn chế tối đa sự biến dạng nhiệt ở vật liệu xung quanh.
- Nhược điểm
- Độ dày hạn chế : Mặc dù hiệu quả với các vật liệu mỏng hơn, nhưng phương pháp cắt plasma lại gặp khó khăn với các kim loại rất dày.
- Chất lượng cắt : Các cạnh cắt có thể cần được hoàn thiện thêm tùy thuộc vào vật liệu.
- Chi phí thiết bị ban đầu : Chi phí của máy cắt plasma có thể cao hơn so với các công cụ đơn giản hơn như máy cắt oxy-nhiên liệu.
Vật liệu cắt Plasma
Cắt plasma có hiệu quả đối với nhiều loại kim loại dẫn điện. Các vật liệu thường được cắt nhất bao gồm:
- Thép mềm: Vật liệu này dễ cắt và được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, ô tô và chế tạo do có khả năng dẫn điện tuyệt vời.
- Thép không gỉ: Mặc dù thép không gỉ có thể được cắt bằng quy trình này, nhưng đòi hỏi độ chính xác cao hơn để tránh biến dạng do nhiệt và tạo ra các cạnh sạch.
- Nhôm: Mặc dù khó cắt hơn do tính chất phản chiếu và lớp oxit, nhôm vẫn có thể được cắt hiệu quả khi áp dụng đúng cài đặt.
- Đồng và đồng thau: Những kim loại này cũng có thể được xử lý, nhưng chúng cần nhiều năng lượng hơn vì có độ dẫn nhiệt cao hơn so với thép.
- Titan: Có thể cắt titan, mặc dù cần phải kiểm soát cẩn thận để tránh bị oxy hóa và đảm bảo kết quả chất lượng cao.
- Hợp kim Niken: Phổ biến trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và hàng hải, những vật liệu này thích hợp để cắt, mặc dù có thể cần phải điều chỉnh đối với các hợp kim khác nhau.
So sánh cắt Plasma và cắt laser
Cắt plasma và cắt laser là hai công nghệ cắt kim loại phổ biến, mỗi công nghệ có những ưu và nhược điểm riêng.
- Vật liệu cắt: Cả hai công nghệ đều cắt được nhiều loại kim loại. Tuy nhiên, cắt laser có thể cắt được thêm một số vật liệu phi kim như nhựa, gỗ...
- Độ dày vật liệu: Cả hai công nghệ đều có thể cắt được các tấm kim loại dày, nhưng cắt plasma thường được ưu tiên hơn cho các tấm dày hơn.
- Tốc độ cắt: Cắt laser thường nhanh hơn cắt plasma, đặc biệt là với laser sợi quang.
- Chất lượng đường cắt: Cắt laser cho đường cắt đẹp hơn, mịn hơn và ít bị biến dạng nhiệt hơn so với cắt plasma.
- Chi phí: Máy cắt plasma thường có giá thành thấp hơn so với máy cắt laser. Tuy nhiên, chi phí vận hành của cắt laser có thể thấp hơn do chi phí điện năng tiêu thụ ít hơn.
Nhiều phương pháp cắt khác nhau tại Cơ khí Intech
Cơ khí Intech là nhà cung cấp dịch vụ sản xuất theo yêu cầu hàng đầu, chuyên về gia công cơ khí và sản xuất linh kiện chất lượng cao. Chúng tôi phục vụ các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, y tế, v.v., cung cấp các giải pháp phù hợp cho cả tạo mẫu và sản xuất hàng loạt. Nhóm của chúng tôi sử dụng công nghệ tiên tiến và nhiều phương pháp cắt để đảm bảo kết quả tốt nhất cho các dự án của bạn.
Chúng tôi cung cấp nhiều kỹ thuật cắt khác nhau, bao gồm:
- Cắt Laser
- Cắt tia nước
- Phay CNC
- Gia công cắt dây EDM (Gia công bằng tia lửa điện)
- Cắt Plasma
Bài viết liên quan: