Nguyên lý hoạt động
Plasma hình thành khi khí nén (thường là không khí, nitơ, hoặc argon–hydro) bị ép qua điện cực và đánh lửa hồ quang, đạt trạng thái ion hóa ở nhiệt độ cực cao. Luồng plasma tập trung qua miệng vòi cắt, làm nóng chảy tức thì vật liệu kim loại tại điểm tiếp xúc; áp lực khí đồng thời thổi vật liệu nóng chảy ra khỏi rãnh cắt trước khi nó đông đặc lại. Điều kiện bắt buộc là phôi phải dẫn điện để duy trì mạch hồ quang — đây là giới hạn cơ bản so với cắt laser hay tia nước.
Chất lượng cắt phụ thuộc vào sự ổn định của hồ quang, lưu lượng và loại khí, tốc độ dịch chuyển đầu cắt, cũng như khoảng cách giữa đầu cắt và bề mặt phôi. Sai lệch ở bất kỳ thông số nào đều ảnh hưởng trực tiếp đến góc vát mép và lượng xỉ bám dưới đáy rãnh.
Phân loại hệ thống cắt plasma
Có hai cấu hình chính được dùng trong sản xuất:
- Plasma thông thường (conventional plasma): Dùng khí nén công nghiệp thông thường, vòi cắt đơn giản, chi phí thiết bị và vận hành thấp. Thích hợp cho cắt thô, tấm trung bình, hoặc môi trường cơ khí sửa chữa không yêu cầu dung sai chặt.
- Plasma độ chính xác cao (high-definition / precision plasma): Vòi cắt có thiết kế xoáy khí, hồ quang được thắt chặt hơn, cho mép cắt vuông hơn, ít vát hơn, xỉ ít hơn. Phù hợp dây chuyền sản xuất kết cấu thép, tấm dày, chi tiết ghép hàn cần dung sai hợp lý.
Ngoài ra còn phân loại theo môi trường cắt: cắt khô trong không khí và cắt dưới nước — cắt dưới nước giảm khói, tiếng ồn và biến dạng nhiệt rõ rệt, thường dùng trong nhà xưởng khép kín.
Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng
Plasma phù hợp nhất khi ưu tiên năng suất và chi phí đầu tư thấp hơn là độ chính xác tuyệt đối. Với chi tiết cần lắp ghép chặt hoặc gia công cơ tiếp theo ở dung sai nhỏ, mép cắt plasma thường cần làm sạch xỉ và mài phẳng thêm.
Điện cực và vòi cắt là vật tư tiêu hao ảnh hưởng lớn đến chất lượng: đầu cắt mòn làm hồ quang không ổn định, mép cắt bắt đầu vát và xỉ bám tăng — cần theo dõi và thay thế đúng chu kỳ. Khí cắt phải sạch, khô; độ ẩm trong đường khí là nguyên nhân phổ biến gây gián đoạn hồ quang và hỏng điện cực sớm.
Khi chọn giữa plasma và laser cho một ứng dụng cụ thể, yếu tố quyết định thường là chiều dày vật liệu và yêu cầu dung sai mép cắt, chứ không đơn thuần là giá thiết bị.