Comment les fabricants de métaux peuvent optimiser la qualité de la découpe au plasma

Mar 07, 2023

Dans le coupage plasma, différentes combinaisons de gaz réagissent différemment avec le bord du métal coupé et affectent la soudabilité de la surface. La sélection de la combinaison de gaz et de l'ampérage appropriés pour les types et épaisseurs de matériaux est essentielle pour garantir des soudures de haute qualité.

Lors de l'utilisation de la découpe plasma automatisée, il est crucial de fournir des pièces coupées précises de manière constante, avec un minimum de biseau et peu ou pas de scories. Les systèmes de coupage plasma automatisés peuvent produire des pièces coupées avec précision avec une variété de combinaisons de gaz, mais c'est ce qui se trouve sous la surface qui affectera la qualité du produit final.

Différentes combinaisons de gaz réagissent différemment avec le bord métallique coupé et affectent la soudabilité de la surface. La sélection de la combinaison de gaz et de l'ampérage appropriés pour les types et épaisseurs de matériaux est essentielle pour garantir des soudures de haute qualité. Les gaz pouvant être utilisés pour le coupage plasma automatisé dépendent du type de torche utilisé.

Les systèmes de coupage plasma automatisés à faible coût sont configurés avec des chalumeaux monogaz conçus pour couper tous les types de métaux à l'aide d'air comprimé d'atelier. Ce type de système plasma est devenu extrêmement populaire auprès des fabricants de métaux effectuant des travaux de métallurgie ornementale et une production de découpe de plaques à usage général relativement faible.

Cependant, la qualité de coupe fournie par le plasma à air peut être inférieure à ce qu'exige un travail. Par exemple, la face d'une plaque d'acier découpée à l'air comprend souvent de grandes quantités de nitrures dissous. L'air de l'atelier est composé d'environ 78 % d'azote et 21 % d'oxygène. Lorsque GMAW est appliqué directement sur la surface coupée, les nitrures sont souvent piégés à l'intérieur de la soudure lorsque le métal se solidifie - le meulage de la surface du bord coupé avant le soudage élimine ce problème de nitruration.

Lorsque l'aluminium est découpé au plasma d'air, la face découpée est fortement oxydée et d'aspect très granuleux. La face coupée en aluminium nécessitera un meulage avant le soudage. La surface de coupe de l'inox est également fortement oxydée. La surface sera gris foncé et plutôt croustillante à cause de la formation d'oxydes de nickel. De telles surfaces ne sont pas soudables sans les avoir préalablement meulées.

Des gaz en bouteille tels que l'azote ou l'azote/hydrogène (95 % d'azote/5 % d'hydrogène) peuvent être utilisés avec certains systèmes de chalumeau monogaz sur des métaux non ferreux pour améliorer la qualité de la surface de coupe. Cependant, le débit total requis pour une torche à plasma monogaz de 125 ampères peut atteindre 550 pieds cubes/heure (CFH). Cela augmentera les coûts de gaz car une bouteille d'une capacité de 330 CFH sera vide en 36 minutes.

Les systèmes plasma configurés avec des torches monogaz ont une durée de vie des consommables nettement plus courte et des coûts d'exploitation plus élevés que les systèmes plasma configurés avec des torches bigaz refroidies par liquide. Les systèmes plasma à air ne sont pas équipés d'une technologie longue durée.

Les systèmes de coupage plasma de précision à haut volume de production sont configurés avec des torches à double gaz refroidies par liquide, des systèmes de distribution de gaz automatiques sophistiqués et une sélection de processus. Les tableaux de coupe intégrés à la CNC ajustent les paramètres de coupe et sélectionnent les gaz requis en fonction du matériau et de l'épaisseur sélectionnés.

De plus, la plupart de ces systèmes sont équipés d'une technologie qui augmente l'intensité et le débit de gaz au démarrage et à l'arrêt de chaque coupe. Cela garantit des performances de coupe constantes et prolonge considérablement la durée de vie des consommables. Sans cela, la qualité de coupe change considérablement au cours de la durée de vie d'un ensemble de consommables.

Le type de métal à couper, l'épaisseur du matériau et la soudabilité de la face coupée nécessaires pour déterminer les combinaisons de gaz recommandées.

Combinaisons de gaz. La découpe au plasma, au laser et à l'oxycoupage utilise de l'oxygène pour couper l'acier. Les trois processus laissent un très mince film d'oxyde de fer sur la surface coupée. Ce film s'enlève facilement avec un traitement abrasif. Cependant, si le film n'est pas enlevé, la peinture appliquée sur la surface coupée peut simplement s'écailler (voir Figure 2).

Ampérage, Epaisseur. La sélection de l'ampérage de coupage approprié pour l'épaisseur du matériau est aussi importante pour obtenir d'excellents résultats de coupage plasma que le choix du gaz approprié (voir les figures 1 et 3).

Combinaisons de gaz. Pour la coupe à usage général, la plupart des systèmes plasma de précision automatisés sont conçus pour couper l'acier inoxydable, de la fine épaisseur à 1½ po d'épaisseur, avec un plasma d'azote. L'azote ou l'air comprimé de l'atelier peuvent être utilisés comme gaz de protection. La coupe doit être exempte de crasse supérieure et inférieure, avoir une surface de coupe relativement lisse et avoir un biseau minimal.

Si le métal de soudure doit être appliqué directement sur les surfaces coupées de calibre fin à ½ po. matériau, des gaz tels que le plasma F5 (95% azote/5% hydrogène) et un écran d'azote sont susceptibles de produire des coupes soudables. Un meulage de surface est nécessaire. Certains systèmes plasma incluent une distribution de gaz qui peut mélanger de l'argon, de l'hydrogène et de l'azote pour des mélanges de gaz plasma personnalisés, en fonction de l'épaisseur et de l'intensité de coupe.

Pour couper des tôles de ½ à 1 ½ po, les mélanges de gaz plasma argon/hydrogène/azote avec écran d'azote produisent des résultats de première qualité. Les bords coupés avec ces combinaisons sont généralement très lisses, très carrés et ont une couleur dorée. Quelques systèmes peuvent utiliser du plasma d'azote et de l'eau du robinet comme bouclier. Le processus de coupe à l'azote/eau produit un bord très carré et soudable à faible coût pour la coupe de calibre fin à 1 ½ po. plaque.

Notez que les combinaisons de gaz telles que le plasma F5 avec écran d'azote et le plasma argon/hydrogène/azote avec écran d'azote nécessitent une fenêtre étroite de paramètres (vitesse et tension) pour produire des résultats optimaux. Certains ajustements de la vitesse et de la tension de coupe peuvent être nécessaires.

Voir la figure 4 pour des résultats représentatifs de diverses combinaisons de gaz.

Ampérage, Epaisseur. Comme pour l'acier doux, la sélection de l'ampérage de coupage approprié est tout aussi importante pour obtenir d'excellents résultats de coupage plasma (voir Figure 5).

Combinaisons de gaz. Pour la découpe à usage général, la plupart des systèmes de découpe au plasma de précision automatisés coupent l'aluminium d'une épaisseur fine à 1 ½ po en utilisant soit de l'air comprimé d'atelier, soit du plasma d'azote. L'azote ou l'air comprimé de l'atelier est utilisé comme gaz de protection. Encore une fois, la coupe doit être exempte de scories supérieure et inférieure et avoir une surface de coupe relativement lisse avec un biseau minimal. Cependant, la face coupée est susceptible d'être fortement oxydée, rugueuse et assez granuleuse. Un meulage sera nécessaire pour le soudage des surfaces coupées.

Les mélanges de plasma d'argon/hydrogène/azote et de protection à l'azote qui offrent des résultats de qualité supérieure ne doivent être utilisés que si le métal de soudure est appliqué directement sur les surfaces de coupe en aluminium de ¼ à 1 ½ po pour obtenir des bords lisses, carrés et soudables. Quelques systèmes autorisent les écrans plasma à l'azote et à l'eau du robinet. Sur jauge mince à 1 po. plaque, le procédé azote/eau produit un bord carré et soudable à faible coût.

FIGURE 1. Le tableau pour chaque processus de coupe contient une gamme d'épaisseurs possibles. Les ingénieurs de procédés travaillent pour optimiser une gamme d'épaisseurs (généralement au milieu de la gamme globale d'épaisseurs). Cette plage optimisée est appelée épaisseur de noyau de procédé (PCT). Des épaisseurs supérieures ou inférieures au PCT peuvent avoir des résultats variés en fonction de la qualité de coupe, de la vitesse de coupe et de la capacité de perçage. Chaque catégorie a un numéro de catégorie de processus unique (1 à 5) qui correspond aux performances auxquelles vous pouvez vous attendre lorsque vous sélectionnez ce processus. Le numéro de catégorie de processus pour le processus que vous choisissez modifie l'équilibre qualité-vitesse.

La figure 6 montre des résultats représentatifs des combinaisons de gaz répertoriées.

Ampérage, Epaisseur. Encore une fois, la sélection d'un ampérage de coupage approprié est tout aussi importante pour produire d'excellents résultats de coupage au plasma que les combinaisons de gaz (voir Figure 5).

Les ateliers utilisant la découpe au plasma seront également en concurrence avec les procédés de découpe au laser et au jet d'eau. Aujourd'hui, les clients des fabricants exigent que les pièces découpées au plasma soient précises avec un biseau minimal, aient peu ou pas de scories et aient des bords de coupe soudables.

La technologie de coupe des métaux profilés a subi des changements incroyables au cours des 50 dernières années. La plupart des ateliers de découpe plasma sont configurés avec des systèmes plasma haute définition de précision. Les fabricants d'équipements plasma de précision continuent d'investir dans leur quête d'amélioration continue du coupage plasma. La variété d'options de gaz qui peuvent être utilisées avec les systèmes de coupage plasma permet aux fabricants de sélectionner le gaz qui convient le mieux à une application spécifique.

Les fabricants doivent évaluer les spécifications du projet avant de décider quelle combinaison de gaz est la plus appropriée pour le travail.