Przecinarka plazmowa – pulsujący łuk, niestabilna praca, Hypertherm, Kjellberg, diagnostyka

Pytanie

Przecinarka plazmowa, pulsuje łuk

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Pulsowanie (fluktuacja, cykliczne gaśnięcie i powrót) łuku w przecinarce plazmowej powstaje najczęściej z czterech powodów: niestabilny przepływ/ciśnienie gazu, zużyte lub źle dobrane części eksploatacyjne palnika, słabe lub przerywane połączenie masowe oraz wahania parametrów zasilania/elektroniki źródła.
• Usunięcie problemu wymaga kolejno: kontroli jakości i ciśnienia powietrza (filtry, osuszacz, reduktor), wymiany/weryfikacji elektrody-dyszy-pierścienia zawirowującego, oczyszczenia i dociśnięcia masy, a w dalszej kolejności sprawdzenia stanu przewodów, włącznika palnika i elektroniki urządzenia.

Szczegółowa analiza problemu

1. Zasada stabilizacji łuku

   • Źródło prądowe ≈ const (typowo 25 – 120 A) + stabilny strumień gazu (5 – 7 bar powietrze) ⇒ kolimatowany kanał plazmy.
   • Jakakolwiek fluktuacja prądu lub przepływu powoduje periodyczne „dławienie” kanału, co widzimy jako pulsację łuku.

2. Gaz plazmowy
   a) Ciśnienie dynamiczne
   • Zbyt niskie – łuk rozszerza się, spada gęstość prądu, następuje chwilowe zgaśnięcie i ponowne zajarzenie.
   • Zbyt wysokie – gaz „wydmuchuje” kolumnę plazmy, również powodując nieciągłość.
   b) Jakość (wilgoć, olej)
   • Woda destabilizuje jonizację i niszczy wkład hafnowy w elektrocie, przyspieszając cykl zapłon/gaśnięcie.
   • Rozwiązanie: osuszacz chłodniczy lub membranowy, filtr koalescencyjny < 0,01 µm, regularne odwadnianie zbiornika kompresora.

3. Części eksploatacyjne palnika
   a) Elektroda
   • Wkład hafnowy/cyrkonowy ≥ 1 mm krateru = wymiana.
   b) Dysza
   • Otwór powiększony lub owalny > ±0,05 mm od nominalu = wymiana.
   • Niewłaściwa dysza (np. 40 A przy 60 A) powoduje przegrzewanie i pulsacje.
   c) Pierścień zawirowujący (swirl ring)
   • Mikropęknięcia lub stopione krawędzie zmieniają profil przepływu ⇒ łuk „tańczy”.
   d) Montaż
   • Sekwencja i moment dokręcania wg manuala; mylna kolejność (np. dysza przed ringiem) natychmiast objawia się pulsacją.

4. Obwód prądowy i masa

   • Rezystancja styku > 5 mΩ (farba, rdza, zgięty kabel masowy) -> nieregularne spadki napięcia łuku.
   • Sprawdzić: sprężynę zacisku, przewód 35–50 mm², miejsce przyłożenia najbliżej cięcia, czysta powierzchnia.

5. Zasilanie i elektronika

   • Wahania sieci ±10 % są jeszcze dopuszczalne; powyżej powodują pracę źródła w trybie ochronnym (PWM ogranicza prąd – pulsuje).
   • Agregat? – musi mieć ≥ 1,6 × mocy chwilowej urządzenia i AVR.
   • Wewnętrznie: wygrzane kondensatory filtrujące, uszkodzony moduł IGBT, słaby styk w złączu wielopinowym palnika – objaw identyczny jak niestabilne ciśnienie.

6. Parametry procesu

   • Prąd zbyt niski dla grubości (np. 20 A na 8 mm stali) → łuk rozciąga się, pulsuje.
   • Odległość dysza–materiał: dla palnika bez prowadnicy 1–2 mm; każdy dodatkowy mm podwaja stratę napięcia i ryzyko zgaśnięcia.
   • Prędkość cięcia: przekroczenie katalogowej o > 20 % skutkuje cyklicznym „przygasaniem” łuku na krawędziach żłobu.

Aktualne informacje i trendy

• Nowe źródła (Hypertherm Powermax SYNC, Kjellberg Smart Focus) automatycznie monitorują spadek ciśnienia i końcówkę eksploatacyjną – wyświetlają błąd „Gas pressure fault” zamiast dopuścić do pulsacji łuku.
• Coraz popularniejsze palniki „blow-back start” bez wysokiej częstotliwości – mniej wrażliwe na zakłócenia EMC, ale wyjątkowo czułe na zużycie elektrody (pulsacja pojawia się szybciej).
• W aplikacjach CNC wprowadza się automatyczne sterowanie wysokością (AVHC). Jeżeli czujnik napięciowy zanieczyszczony, sterownik może oscylować dyszą w osi Z → wizualnie wygląda to jak pulsacja łuku.
• Trend: zintegrowane moduły chłodzenia i suszenia powietrza (kasety dryer-cartridge) w przecinarkach do 45 A – znacząco redukują ryzyko pulsowania.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Model łuku pilotującego: łuk pomocniczy ~ 150 V / 10 A zapala się między elektrodą a dyszą, po zetknięciu z materiałem przełącza się stycznik HF OFF i źródło główne ~ 105 V / Iset. Jeżeli pilot gaśnie przed transferem, masz pulsację.
• Analogia hydrauliczna: dysza = dysza Venturiego, pierścień zawirowujący = łopatki turbiny, krater elektrody = ujście źródła; każde zaburzenie geometrii powoduje kawitację (pulsację).

Aspekty etyczne i prawne

• Bezpieczeństwo: pulsujący łuk wydłuża czas cięcia, zwiększa emisję promieniowania UV i ilość mikro­bryzgów – operator musi używać środków ochrony klasy minimum DIN 10-12.
• Dyrektywa 2014/35/UE (LVD) i normy EN 60974-1: urządzenie nie może pracować w sposób niestabilny dłużej niż 10 s; producent odpowiada za wbudowane zabezpieczenia.
• Utylizacja części: elektrody z hafnem klasyfikowane jako odpady niebezpieczne (kod 16 02 13*).

Praktyczne wskazówki

1. W trybie „TEST GAS” ustaw dynamiczne ciśnienie wg tabeli (np. 5,5 bar dla 60 A). Jeśli manometr skacze ±0,5 bar → filtr/zawór.
2. Wymień dyszę i elektrodę na nowe, parowane wg producenta.
3. Zmierz rezystancję między zaciskiem masowym a materiałem (miernik cęgowy z funkcją mΩ) – cel < 3 mΩ.
4. Z krótszym (≤ 5 m) przewodem zasilającym podłącz bezpośrednio do gniazda, omijając zwijak/rozgałęźnik.
5. Jeśli masz dostęp do oscyloskopu – podejrzyj prąd wyjściowy; pulsacja 1–5 Hz wskazuje na układ regulacji, 20–60 Hz częściej na problemy pneumatyczne.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Niektóre tanie przecinarki „non-HF” w ogóle nie utrzymują łuku poniżej 90 V przy niestabilnym zasilaniu; wówczas jedynym realnym wyjściem jest stabilizator lub wymiana źródła.
• Jeżeli problem występuje dopiero po kilkunastu minutach pracy, głównym podejrzanym jest przegrzanie IGBT/chłodzenia palnika.

Sugestie dalszych badań

• Implementacja czujnika przepływu masowego (MEMS) w linii gazowej – pozwoli na prewencyjne wyłączenie łuku przed pulsacją.
• Analiza widma prądu łuku (FFT) może służyć jako diagnostyka predykcyjna zużycia elektrody (projekty badawcze w TU Graz, 2023).
• Rozwój gazów hybrydowych (N₂/H₂ 5 %) dla stali nierdzewnej – obserwowane bardziej stabilne łuki przy niskich prądach.

Krótkie podsumowanie

Pulsowanie łuku jest skutkiem braku jednego z trzech filarów stabilnego cięcia: stałego przepływu gazu, zdrowych części eksploatacyjnych i pewnego obwodu prądowego. Rozpocznij diagnostykę od najtańszych elementów (dysza, elektroda, ciśnienie powietrza, masa), a dopiero potem przechodź do elektroniki i serwisu. Regularna konserwacja, czyste i suche powietrze oraz właściwe parametry procesu praktycznie eliminują problem w nowoczesnych przecinarkach plazmowych.