[ΠΑΠΑΘΑΝΑΣΙΟΥ Α.Ε] Του Μηχ.Μηχανικού Αλέξανδρου Αγγέλου [PLASMA VS OXYFUEL] [Σύγκριση κοπής Plasma με οξυγονοκοπή. Τα πλεονεκτήματα και οι λόγοι που καθιστούν το Plasma την επικρατέστερη μέθοδο κοπής μετάλλων στον κόσμο.] [ΜΑΙΟΣ 2013]
Plasma ή Φλόγα οξυγόνου; Σύγκριση μηχανών κοπής Plasma της Hypertherm με οξυγονοκοπή Η κοπή με Plasma γίνεται ολοένα και γρηγορότερα η επιλογή στην τεχνολογία κοπής σε όλο τον κόσμο. Ένας έμπειρος χρήστης οξυγονοκοπής μπορεί να αποφέρει καλά αποτελέσματα για ορισμένες εφαρμογές, όπως η κοπή πολύ χοντρού χάλυβα. Ωστόσο, υψηλές ταχύτητες κοπής με Plsama, η ανώτερη ποιότητα κοπής αλλά και η ικανότητα να κόψει άλλα είδη μετάλλου το καθιστούν ιδανική επιλογή για πολλές εφαρμογές κοπής μετάλλων. Καλύτερη ποιότητα κοπής Η παραγόμενη σκουριά κοπής, η θερμικά επηρεασμένη ζώνη (ΘΕΖ), η στρογγυλοποιημένη άνω άκρη και η γωνία κοπής είναι μερικοί από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα κοπής. Ειδικά στους παράγοντες της σκουριάς και της ΘΕΖ, το πλάσμα υπερέχει ως προς το οξυγόνο, αποδίδοντας ένα κομμάτι με πρακτικά μηδενικές σκουριές και πολύ μικρότερη θερμικά επηρεασμένη ζώνη. Το δοκίμιο αυτό 50mm δείχνει την ικανότητα κοπής με μηδενικές σκουριές από ένα Plasma HyPerformance HPR400XD. Σκουριές Η μέθοδος κοπής με Plasma χρησιμοποιεί ηλεκτρικά φορτισμένο αέριο σε υψηλή θερμοκρασία για να λιώσει το μέταλλο και φυσάει το λιωμένο υλικό μακριά από την κομμάτι. Η κοπή με φλόγα οξυγόνου δημιουργεί μία χημική αντίδραση μεταξύ του οξυγόνου και του χάλυβα, με αποτέλεσμα την εμφάνιση της οξείδωσης του σιδήρου ή των σκουριών. Λόγω των διαφορών στη διαδικασία, στην κοπή με plasma, οι σκουριές είναι ελάχιστες οι οποίες είναι πολύ εύκολο να αφαιρεθούν. Γενικά μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν με χτύπημα αντί τροχίσματος, κάτι το οποίο 1
μειώνει σημαντικά το χρόνο που απαιτείται για τις δευτερεύουσες εργασίες. Εξάλλου λιγότερο τρόχισμα σημαίνει μεγαλύτερη παραγωγή. Κομμάτι 30 mm κομμένο με χειροκίνητο Plasma Powermax. Η κοπή του Powermax είναι αρκετά λεία και χωρίς σκουριές Κομμάτι 30 mm κομμένο με πυρσό οξυγόνου χειρός. Παρατήρησε τα χαρακτηριστικά της κοπής οξυγόνου με την άγρια επιφάνεια και τις σποραδικές σκουριές. Θερμικά επηρεασμένη ζώνη Κατά την κοπή μετάλλων θα πρέπει να επιθυμεί το μέγεθος της θερμικά επηρεασμένης ζώνης που δημιουργείται. Η μεγάλη θερμότητα αλλάζει τη χημική δομή του μετάλλου, μετατρέποντας την θερμικά επηρεασμένη ζώνη σε σκοτεινή (θερμική απόχρωση), στρεβλωμένη, και ενδεχομένως κάνοντας το κομμάτι ακατάλληλο για δευτερεύουσες εργασίες συγκόλλησης έως ότου η περιοχή αυτή να αφαιρεθεί. Ανεξάρτητα από τη διαδικασία, όσο πιο γρήγορα κινείται ο πυρσός, τόσο μικρότερη είναι η θερμικά επηρεασμένη ζώνη. Ως εκ τούτου, οι γρηγορότερες ταχύτητες κοπής του Plasma δημιουργούν μια μικρότερη θερμικά επηρεασμένη ζώνη που απαιτεί λιγότερο χρόνο σε δευτερεύουσες εργασίες που θα απαιτούσε μια μεγαλύτερη. Η θερμική απόχρωση μπορεί επίσης να είναι μια ανησυχία για ορισμένους χρήστες οξυγόνου. Σε αντίθεση με τη ΘΕΖ, η οποία δεν είναι ορατή, η θερμική απόχρωση εμφανίζει ένα αποχρωματισμό του μετάλλου. Και πάλι, η ταχύτερη κοπή του Plasma έχει σαν αποτέλεσμα στην δημιουργία μίας μικρότερης περιοχής θερμικής απόχρωσης. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν τη διαφορά ανάμεσα σε δύο πανομοιότυπα κομμάτια χάλυβα το ένα με κοπή με Plasma και το άλλο με φλόγα οξυγόνου. Η βραδύτερη ταχύτητα που απαιτείται στην κοπή με φλόγα οξυγόνου οδήγησε σε μια περιοχή θερμική απόχρωσης που είναι 5 φορές μεγαλύτερη από εκείνη που δημιουργήθηκε στην κοπή με Plasma. Μόλις 2 mm θερμική απόχρωση στην κοπή με πλάσμα. Περισσότερο από 10 mm θερμική απόχρωση στην κοπή με οξυγόνο. 2
Μεγαλύτερη παραγωγικότητα Με χρόνους κοπής και διάτρησης που ανάλογα με τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό Plasma, είναι έως και 8,5 φορές πιο γρήγορα από ό, τι με φλόγα οξυγόνου, το Plasma προσφέρει σημαντικά οφέλη στην παραγωγικότητα, χωρίς καν να υπολογιστούν οι χρόνοι προθέρμανσης και δευτερογενών εργασιών με το οξυγόνο. Ο παρακάτω πίνακας συγκρίνει τις ταχύτητες κοπής μεταξύ των συστημάτων του οίκου Hyperterm Hyspeed, HyperFormance και Powermax με εκείνες με φλόγα οξυγόνου για κομμάτι μαλακού χάλυβα πάχους (12 mm). Όπως μπορείτε να δείτε, σε αυτό το πάχος, η Hypertherm προσφέρει συστήματα που κυμαίνονται από ελαφρώς γρηγορότερα από την κοπή με φλόγα οξυγόνου έως και εκείνα με ταχύτητες έως και 8,5 φορές πιο γρήγορα. Ταχύτητες κοπής σε 12 mm μαλακού χάλυβα. Με την εισαγωγή στην αγορά του HyperFormance HPR400XD, η Hypertherm προσφέρει παραγωγικά ξετρυπήματα στα 50 mm σε ταχύτητες αισθητά πιο γρήγορες από ό, τι με φλόγα οξυγόνου. «Ένας γερανός μας μπορεί να χρειαστεί 16 κοπές, συνήθως 2,1m ή 2,4 m η καθεμία. Αν σκεφτεί κανείς την προσαρμογή που πρέπει να κάνετε για την κοπή με φλόγα οξυγόνου και τις δευτερεύουσες εργασίες που απαιτούνται, το Plasma εξοικονομεί ίσως και 10 λεπτά ανά τεμάχιο. Αυτό είναι 160 λεπτά ανά κατασκευή. Αποσβένεται μόνο του αρκετά γρήγορα.» Scott Swanson, Προϊστάμενος παραγωγής Mt. Clemens Crane 3
Χαμηλότερο κόστος ανά τεμάχιο Όταν εξετάζετε το κόστος, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ του κόστους λειτουργίας και του λειτουργικού κόστους ανά κομμάτι ή ανά μέτρο. Πώς λοιπόν μπορεί να προσδιορισθεί τι κοστίζει πραγματικά για να κοπεί ένα κομμάτι; Το κόστος λειτουργίας ανά μέτρο είναι το κόστος που περιλαμβάνει όλες εκείνες τις δαπάνες που απαιτούνται για την κοπή ανά ώρα διαιρεμένο από το σύνολο των μέτρων που μπορούν να κοπούν σε μία ώρα. Οι δαπάνες που υπολογίζονται στην κοπή περιλαμβάνουν αναλώσιμα, ηλεκτρική ενέργεια, αέρια, κόστος εργατοώρας και γενικά έξοδα επιχείρησης. Συνολικός αριθμός των μέτρων που μπορεί να κοπεί σε μία ώρα καθορίζεται από την ταχύτητα κοπής. Το κόστος ανά τεμάχιο είναι το συνολικό μήκος των κοπών που απαιτούνται για το τεμάχιο πολλαπλασιασμένο επί το κόστος ανά μέτρο κοπής. Το κόστος λειτουργίας ανά μέτρο x μήκος του τεμαχίου = κόστος ανά τεμάχιο Παρακάτω είναι οι βασικοί υπολογισμοί του κόστους κοπής ενός τετράγωνου τεμαχίου με μήκος πλευράς 0,9 m ή 3,6 m συνολικό μήκος από 12 mm χάλυβα χρησιμοποιώντας Plasma HPR260 και φλόγα οξυγόνου. HPR260 Plasma Φλόγα οξυγόνου Λειτουργικό κόστος ανά ώρα $44.65 $33.80 Συνολικό μήκος που μπορεί να κοπεί σε μία ώρα. 221 m 30.5 m Κόστος ανά μέτρο $0.20 $1.11 Κόστος ανά τεμάχιο (μήκους 3,6m) $0.72 $4.00 Το Plasma έχει πολύ χαμηλότερο κόστος ανά τεμάχιο, επειδή οι γρηγορότερες ταχύτητες κοπής αυξάνουν τον αριθμό των τεμαχίων που μπορούν να κοπούν σε ένα συγκεκριμένο χρόνο. Για χειροκίνητη κοπή, το κόστος ανά εργασία μπορεί να είναι ο καλύτερος τρόπος για την οικονομική αξιολόγηση. Το λειτουργικό κόστος ανά ώρα επί το χρονικό διάστημα που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί η εργασία ισούται με το 4
κόστος της εν λόγω εργασίας. Για την κοπή με φλόγα οξυγόνου, πρέπει να συμπεριληφθούν ο χρόνος προθέρμανσης και ο χρόνος των δευτερογενών εργασιών. Υψηλότερη κερδοφορία Το χαμηλότερο κόστος της κοπής με Plasma ανά τεμάχιο έχει άμεση επίδραση στην κερδοφορία. Εξοικονομώντας χρήματα σε κάθε τεμάχιο, αυξάνεται το περιθώριο κέρδους κάθε φορά. Και κόβοντας περισσότερα τεμάχια ανά ώρα, αυξάνεται το σύνολο των κερδών ακόμη περισσότερο. Στο παράδειγμα του χαμηλότερου κόστους, το Plasma είχε κόστος $0,72 ανά τεμάχιο σε σύγκριση με $4,00 για οξυγονοκοπή. Αυτό σημαίνει $ 3,28 ανά τεμάχιο απευθείας εξοικονόμηση. Όταν παραγοντοποιούμε τον μέγιστο αριθμό των τεμαχίων ανά ώρα που μπορεί να παραχθεί με Plasma, το κέρδος ενδεχομένως αυξάνεται. Με βάση τις ταχύτητες κοπής, το Plasma HPR260 μπορεί να παράγει 52 τετραγωνικά χαλύβδινα τεμάχια πάχους 12mm και μήκους 0,9m ανά πλευρά ανά ώρα περισσότερα από την κοπή με φλόγα οξυγόνου. Αυτή η αύξηση της παραγωγικότητας δημιουργεί τη δυνατότητα για επιπλέον κέρδη. Τεμάχια ανά ώρα Για να ολοκληρωθεί η εικόνα σύγκρισης του κόστους, θα πρέπει επίσης να εξετασθεί το κόστος των δευτερογενών εργασιών στο τεμάχιο. Το κόστος των δευτερογενών εργασιών είναι συνήθως η εργατοώρα, έτσι ο χρόνος που δαπανάται για τις εργασίες αυτές πολλαπλασιάζεται με το κόστος της εργατοώρας και το αποτέλεσμα αυτού δείχνει το ποσό της εξοικονόμησης ανά τεμάχιο. «Τα συστήματα Powermax της Hypertherm είναι τα F-16 των μηχανών Plasma, για αυτό η παραγωγή μας ανέβηκε κατά 30% και το κόστος έπεσε κατά 40%.» Victor Lopez, Χειριστής μηχανημάτων Plasma Plecor S.R.L. 5
Ευκολία στη χρήση Η Ρύθμιση και η διατήρηση της φλόγας οξυγόνου είναι μια δεξιότητα που απαιτεί χρόνο και εξάσκηση. Τα συστήματα Powermax της Hypertherm, λειτουργούν με πεπιεσμένο αέρα, δεν υπάρχουν αέρια προς μίξη ή ρύθμιση. Εάν χρησιμοποιείτε μηχανικές μηχανές Plasma με CNC και αυτοματοποιημένη κονσόλα αερίων, όλες οι παράμετροι ρυθμίζονται για τον χειριστή αυτόματα. Δεν υπάρχει καμία ανάγκη χειροκίνητης ρύθμισης αερίων. Επιπλέον, τα χειροκίνητα συστήματα Powermax έχουν σχεδιαστεί για εξ επαφής κοπή, πράγμα που σημαίνει ότι ο χειριστής μπορεί να σύρει τον πυρσό κατά μήκος του μετάλλου. Δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης αποστάτη, που είναι ένα κρίσιμο στοιχείο για την επίτευξη καλής κοπής με οξυγόνο. Και η εργασία με μοδέλα, ειδικά εκείνα με καμπύλες, είναι πιο εύκολη να γίνει. Η έλλειψη ρύθμισης των αερίων, η εξ επαφής κοπή με σύρσιμο, και ένα εύκολο σύνολο ελέγχων κάνουν την κοπή με Plasma ευκολότερη. Περισσότερες επιλογές Το Plasma μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κόψει οποιοδήποτε ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο, συμπεριλαμβανομένου του ανοξείδωτου χάλυβα, του αλουμινίου, του χαλκού και του ορείχαλκου. Σε αντίθεση, η κοπή με οξυγόνο γίνεται μέσω χημικής αντίδρασης του οξυγόνου και του σιδήρου που σημαίνει ότι είναι κατάλληλο μόνο για την κοπή ανθρακούχου χάλυβα. Στην κατασκευή με ένα Powermax85 Μηχανικός πυρσός M85 σε ένα Powermax85 6
Σκάψιμο (Gouging) με ένα Powermax1650 Δημιουργώντας τέχνη με ένα Powermax30 Στα ναυπηγεία με ένα Powermax45 Σύστημα Powermax με FineCut αναλώσιμα για πολύ λεπτά ελάσματα Κοπή φρέζας με ένα HPR260 Κόβοντας φλάντζες με ένα HSD130 7
Μεγαλύτερη παραγωγικότητα με ένα HSD130 Ένα Powermax105 σε χρήση στη κατασκευή αγωγού Δείγματα διαφόρων μετάλλων κομμένα με Plasma Δείγμα κοπής με ένα HyPerformance HPR400XD Επιπλέον, τα συστήματα Plasma μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σκάψιμο (gouging), χάραγμα, ή σε κομμάτια που είναι σκουριασμένα, βαμμένα, στοιβαγμένα. Επίσης μπορεί να γίνει κοπή φρέζας ή κοπή μεταλλικών φύλλων με διάκενα (σχάρες) κάτι που και τα δύο είναι δύσκολο να κοπούν με οξυγόνο. «Είναι πολύ πιο γρήγορα.. και κόβουν τα πάντα» Mike Morse, Υπεύθυνος ποιότητας Superior Fabrication 8
Βελτιωμένη ασφάλεια Η κοπή με φλόγα οξυγόνου είναι ένα μίγμα οξυγόνου και ενός αερίου καυσίμου. Τα πιο συνήθη καύσιμα αέρια είναι το ακετυλένιο, προπάνιο, MAPP, προπυλένιο και το φυσικό αέριο. Από αυτά, το ακετυλένιο είναι το πιο δημοφιλές, διότι δημιουργεί ισχυρότερη φλόγα με γρηγορότερους χρόνους ξετρυπήματος από άλλα αέρια. Ωστόσο, το ακετυλένιο είναι ένα ασταθές και πολύ εύφλεκτο αέριο που είναι πολύ ευαίσθητο σε υπερβολική πίεση και θερμοκρασία, όπως επίσης και στον στατικό ηλεκτρισμό. Μια έκρηξη ακετυλενίου μπορεί να προκαλέσει μεγάλες υλικές ζημιές και σοβαρό τραυματισμό σε οποιονδήποτε βρίσκεται στην περιοχή. Μερικά συστήματα Plasma, όπως η οικογένεια Powermax, λειτουργούν συνήθως με πεπιεσμένο αέρα, εξαλείφοντας την ανάγκη για εύφλεκτα αέρια. Οι μηχανές HPR και HSD της Hypertherm μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια ποικιλία αερίων (συμπεριλαμβανομένου και του αέρα), με συνηθέστερα το οξυγόνο και το άζωτο. Αυτά τα αέρια είναι πιο σταθερά από το ακετυλένιο και απαιτούν λιγότερο ειδικό χειρισμό. Παρά το γεγονός ότι όλοι οι τύποι θερμικής κοπής παράγουν αναθυμιάσεις και θόρυβο, μία επιλογή για εκείνους που χρησιμοποιούν ένα τραπέζι κοπής και ένα σύστημα μηχανικού Plasma είναι ένα τραπέζι κοπής νερού (ή απαγωγής καπναερίων), το οποίο μειώνει τις αναθυμιάσεις και το θόρυβο σημαντικά. Οι περισσότεροι τύποι κοπής με οξυγόνο δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν κάτω από το νερό, διότι μπορεί να δημιουργηθεί μια πιθανή εκρηκτική κατάσταση. «Η εταιρεία μας παρέχει στους εργαζόμενους της ένα ασφαλές περιβάλλον εργασίας με τα πιο προηγμένα μηχανήματα για να μπορέσουν να κάνουν αποτελεσματικά την δουλειά τους.» Robert Smyth (ιδιοκτήτης Powermax1650) Smyth Steel 9