Jakość cięcia plazmowego i laserowego wybranych materiałów

MAZURKIEWICZ Andrzej 1 DEJA Grzegorz 2 Jakość cięcia plazmowego i laserowego wybranych materiałów WSTĘP Pierwszą operacją w technologii wytwarzania, regeneracji elementów konstrukcyjnych jest najczęściej cięcie. W zależności od wyboru technologii cięcia możemy uzyskać określona jakość elementu. Jednymi z najbardziej rozwiniętych technologii są metody cięcia termicznego. Za cięciem termicznym przemawia precyzja, szybkość oraz ekonomia. Jednym z najczęściej stosowanych metod cięcia jest cięcie plazmowe i laserowe. Wypalarki plazmowe są wyposażone w coraz bardziej zaawansowane układy sterowania oraz rozwiązania techniczne, które umożliwiają zwiększenie przydatności cięcia plazmowego sterowanego CNC w produkcji przemysłowej. To właśnie rozwiązania techniczne w znacznym stopniu decydują o precyzji, powtarzalności i szybkości cięcia, a tym samym o wzroście konkurencyjności tej technologii w stosunku do innych metod kształtowego cięcia metali. Coraz szersze stosowanie cięcia laserowego wynika z obniżenia kosztów kolejnych operacji (montaż i spawanie), przy których wysoka jakość i dokładność obrabianych elementów powoduje, że obniżona w wyniku tego pracochłonność niweluje wyższe koszty obróbki. Cięcie laserem daje bardzo dobre rezultaty, co do jakości i prędkości wykonania poszczególnych elementów. Dodatkowo łatwość sterowania procesem oraz możliwość automatyzacji pozwalają bezproblemowo integrować go z innymi procesami technologicznymi. Większość sposobów obróbki pozwala na uzyskiwanie coraz lepszych jakościowo finalnych elementów. Niemniej jednak cięcie laserowe charakteryzuje się takimi czynnikami, które mogą dać mu przewagę nad innymi metodami, a są to m.in. duża prędkość procesu, wąska szczelina cięcia, dokładność i powtarzalność produkcji, mała strefa wpływu ciepła, możliwość wycinania skomplikowanych kształtów, łatwość integracji z pozostałym procesem technologicznym oraz możliwość cięcia niemal każdego materiału. Wiele firm decydujących się na zakup maszyny wykorzystującej technologię plazmową i laserową do kształtowania cięcia metali stoi przed dylematem, jaką maszynę kupić, na co zwrócić uwagę przy ocenie ofert oraz jakie kryterium wyboru przyjąć. Metody cięcia różnią się ilością zużytej energii, szybkością cięcia, wielkością ubytku materiału, wpływem cieplnym na cięty materiał i jakością ciętych krawędzi. Przy doborze metody cięcia należy uwzględnić takie czynniki jak: rodzaj materiału, grubość materiału, długość materiału, kształt materiału, wymagania dotyczące jakości ciętych krawędzi, szybkość cięcia, możliwości produkcyjne procesu, koszty procesu, cena urządzenia. 1. ISTOTA CIĘCIA PLAZMOWEGO I LASEROWEGO 1.1. Cięcie plazmowe Proces cięcia plazmowego polega na stapianiu i wyrzucaniu materiału ze szczeliny silnie skoncentrowanym łukiem plazmowym w palniku i pozwala na cięcie wszystkich materiałów dobrze przewodzących prąd. Strumień plazmy uzyskuje się na skutek przepuszczania gazów przez łuk elektryczny. Wysoka temperatura powyżej 20000 o C zależna od mocy łuku oraz zjawisko zawężenia łuku w otworze dyszy miedzianej umożliwiają uzyskanie skoncentrowanego strumienia zjonizowanych gazów o dużej energii kinetycznej. Otrzymane w ten sposób źródło ciepła w postaci strumienia plazmy jest wykorzystywane do wytapiania wąskich szczelin w operacjach przecinania 1 UTH Radom Wydz. Mechaniczny, andrzej.mazurkiewicz@uthrad.pl 2 PPHU DEROL 26-652 Janiszew 31A, g.deja@derol.pl 4240

metali. W najnowszych rozwiązaniach palników plazmowych zawężenie łuku uzyskuje się przez wprowadzenie strumienia wody do palnika. Zdysocjowane cząstki wody w łuku plazmowym działają korzystnie na polepszenie jakości cięcia [1, 2]. Proces cięcia może być prowadzony w stosunkowo szerokim zakresie prędkości cięcia dzięki dużej energii cieplnej łuku plazmowego. Decyduje ona o jakości cięcia, zwłaszcza w przypadku ciecia ręcznego. Gdy zwiększa się prędkość cięcia, spada jakość cięcia, maleje szerokość szczeliny cięcia, pojawia się trudny do usunięcia nawis metalu przy dolnej krawędzi i brak przecięcia. Zbyt mała prędkość cięcia prowadzi do zwiększenia szerokości szczeliny cięcia i zaokrąglenia górnej krawędzi oraz większą szerokość u góry niż u dołu szczeliny, jak i pojawienia się nawisu metalu i żużla przy dolnej krawędzi. Prędkość wypływu strumienia plazmy z palnika oraz jego temperatura zależne są od natężenia prądu, średnicy, kształtu dyszy zawężającej i odległości palnika od ciętego przedmiotu, ale również od rodzaju gazu plazmowego i jego ciśnienia. Cięcie plazmowe posiada szereg licznych zalet oraz wad [3 7]. Zalety: a) duża prędkość cięcia oscylującą w granicach 4 m/min, b) cięcie bez podgrzewania szybkie przebijanie, c) strefa wpływu ciepła (do ok. 10 mm od krawędzi materiału ) stosunkowo niewielki wpływ temperatury na cały materiał, dzięki dużym prędkościom, d) możliwość cięcia bez nadpalania materiałów cienkich, e) szczelina cięcia 3 8 mm zależnie od grubości przecinanego materiału, f) zdolność przecinania materiałów pokrytych rdzą lub zgorzeliną. Wady: a) niska spójność wiązki plazmowej ok. 10 11 W/cm 2, b) bardzo duży hałas ok. 110 db (bez znaczenia w przypadku procesu cięcia pod wodą); c) bardzo duży kąt odchylenia krawędzi przecinanego materiału; d) chropowatość powierzchni po cięciu wynosi 2 10 µm; e) silne promieniowanie ultrafioletowe i cieplne. f) powstawanie toksycznych związków (azotków, tlenków i pyłów), g) wycinane elementy szczególnie w przypadku materiałów o grubości >10 mm, wymagają dalszej obróbki po cięciu. Cechy obróbki plazmowej to: możliwość otrzymania bardzo wysokiej koncentracji energii cieplnej i skupienia dużej mocy cieplnej w małej objętości materiału, możliwość ściśnięcia strumienia plazmy do średnicy ok. 1 mm, przydatność do topienia lub odparowania dowolnych, znanych w przyrodzie materiałów, możliwość stosowania powietrza jako gazu tworzącego plazmę, podwyższona stabilność łuku plazmowego w porównaniu ze zwykłym łukiem, dokładność cięcia 0,5 mm, brak własności palnych gazów plazmotwórczych, zdolność strumienia plazmy do utrzymywania zarysu przekroju dyszy, możliwość zmiany kształtu i kierunku strumienia za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego, możliwość cięcia strumienia plazmy pod wodą. 1.2. Cięcie laserowe Cięcie laserowe polega na miejscowym, intensywnym nagrzewaniu materiału skoncentrowaną wiązką promieni wytworzonych w rezonatorze optycznym w atmosferze gazu laserowego najczęściej mieszaniny dwutlenku węgla, azotu i helu. Gęstość strumienia energii skupionego w ognisku o średnicy ok. 0,2 mm na ciętym materiale wynosi ok. 10 MW/cm 2, przy mocy wyjściowej lasera 250W. Powoduje to raptowne topienie i parowanie materiału w szczelinie cięcia [2, 8]. 4241

Przy cięciu laserowym dąży się do możliwie najwęższej szczeliny cięcia, co narzuca konieczność stosowania dysz gazowych o małej średnicy i dokładnego sterowania odległością dyszy od ciętego przedmiotu. Odległość ta powinna być rzędu średnicy dyszy. Zbyt duża odległość dyszy gazowej od przedmiotu powoduje, że rozszerzony strumień gazu nie jest zbyt skuteczny w usuwaniu metalu w dolnych regionach szczeliny cięcia i zmniejsza się jakość ciętych powierzchni. Dysze gazowe muszą być ustawione współosiowo z wiązką laserową i muszą mieć duży stosunek długości dyszy do jej średnicy, aby zapewnić laminarny przepływ gazu. Zbyt duża średnica dyszy gazowej przy danej grubości materiału powoduje nadmierne zużycie gazu i zmniejsza jakość cięcia. Jedną z podstawowych zalet cięcia laserowego przy zachowaniu dużej jakości cięcia jest bardzo duża prędkość cięcia ograniczona jedynie mocą wiązki lasera i sprawnością układu prowadzącego głowicę laserową wzdłuż linii cięcia. Prędkość cięcia zależy od gęstości mocy wiązki i grubości ciętego materiału. Zbyt mała prędkość cięcia uszkadza cięte krawędzie, zmniejszając znacznie jakość cięcia. Z kolei nadmierna prędkość cięcia prowadzi do gromadzenia nacieków metalu i żużla przy dolnej krawędzi, a ostatecznie do braku przecięcia na całej grubości [1]. Posiada ona wiele zalet jak i wad [2, 8, 9, 10]. Zalety: a) wysoka elastyczność i szybkość obróbki szerokiej gamy materiałów, b) precyzja odwzorowania kształtów i powtarzalność, c) mała chropowatość krawędzi po cięciu 1 4 µm, d) wysoka czystość obrabianego materiału, e) uzyskiwanie bardzo małych szerokości szczelin cięcia w granicach 0,2 2 mm, posiadających równe krawędzie, f) zminimalizowanie strefy wpływu ciepła poprzez zastosowanie prędkości cięcia powyżej 4 m/min, g) zminimalizowanie odkształceń termicznych materiału powstających podczas procesu, h) brak mechanicznego kontaktu wiązki z powierzchnią przecinanego materiału pozwala na wyeliminowanie odkształceń mechanicznych powstających podczas procesu, i) cięcie materiałów wykazujących się dużą twardością bez obawy o ich pękanie, j) wycinanie laserowe przebiega bezstykowo, nie występuje zjawisko zużywania narzędzi, nie są potrzebne nakłady na ich przygotowywanie i przezbrajanie. Wady: a) cena urządzenia w granicach 1,5 mln zł, b) ograniczenia w grubości ciętego materiału zależne od zastosowanego źródła lasera. Cechy obróbki laserowej to: możliwość otrzymania bardzo wysokiej koncentracji energii cieplnej i skupienia dużej mocy cieplnej w małej objętości materiału, umożliwia uzyskiwanie wymiarów obrabianych przedmiotów bliskich wymiarom docelowym; szeroka możliwość automatyzacji procesów, brak narzędzi o zużywających się powierzchniach, bardzo wysoka spójność wiązki laserowej ok. 10 15 W/cm 2 (laser - fotony), 10 4 10 12 W/cm 2 (przy pracy ciągłej), 10 7 10 16 W/cm 2 (przy pracy impulsowej), technologia ekologiczna. 2. BADANIA JAKOŚCI CIĘCIA PLAZMĄ I LASEREM 2.1. Materiał do badań Cięciu plazmowemu i cięciu laserowemu poddano trzy gatunki materiałów o różnych grubościach: stal budowlaną S235JR o grubości 2 mm, 5 mm, 10 mm; stal nierdzewną X5CrNi18-10 o grubości 2 mm, 5 mm, 10 mm; stop AlCu4Mg1 o grubości 2 mm, 5 mm, 10 mm. 4242

Kształt linii ciecia do badań dostosowano do optymalnej oceny, mając na uwadze możliwości techniczne wycinarki plazmowej HiFocus 160i oraz wycinarki laserowej Trumpf TC L 6030. Do przeprowadzenia badań użyto wycinarkę plazmową HiFocus 160i. Jest to elastyczne urządzenie o wysokiej wydajności i precyzji do cięcia plazmowego. Umożliwia ono cięcie materiałów w zakresie od 0,5-50 mm. Źródło HiFocus może być połączone za pomocą sterowania CNC z maszynami do cięcia gazowego, robotami i maszynami do cięcia rur. Zastosowano w niej nowoczesną technologię Cut Contour do cięcia cienkich wewnętrznych i zewnętrznych konturów oraz małych otworów w stali. Użycie gazów wirujących do przecinania materiałów, powoduje brak odprysków na dyszy podczas cięcia oraz zwiększa jakość cięcia przed długi okres palenia [11]. Charakterystyczną cechą źródła plazmowego jest zintegrowany system obiegowego chłodzenia wodnego palnika, który składa się z pompy, zbiornika cieczy, wymiennika ciepła oraz czujnika przepływu cieczy, który wyłącza urządzenie przy niedoborze przepływającego chłodziwa. Proces wycinania próbek na wycinarce HiFocus 160i charakteryzuje się doborem optymalnych parametrów cięcia dla poszczególnych grubości i rodzajów gatunków materiałów. Aby uzyskać pożądaną jakość powierzchni po cięciu, w badaniach wszystkich gatunków materiałów użyto parametry, które zostały wcześniej przetestowane w firmie Kjellberg. Do przeprowadzenia analizy porównawczej cięcia laserowego wykorzystano wycinarkę laserową firmy Trumpf TC L 6030 w firmie Stalko. W maszynie zastosowano laser TLF, który składa się z generatora promieniowania laserowego, szafy sterowniczej oraz agregatu chłodniczego. Maszyna TC L 6030 pracuje zgodnie ze sprawdzoną zasadą tzw. "latającej optyki": przedmiot obrabiany spoczywa, głowica tnąca porusza się. Obróbka przedmiotu następuje przy wykorzystaniu promieniowania laserowego CO 2 o mocy 4000 W. Promień laserowy kierowany jest z agregatu laserowego przez układ zwierciadeł na obrabiany przedmiot. Przesuwny uchwyt zwierciadeł zapewnia stałe własności promienia w całej strefie roboczej maszyny. Wszystkie zwierciadła zwrotne chłodzone są za pomocą agregatu chłodniczego lasera. Zastosowana funkcja AutoLas Plus, jest mechanizmem do automatycznego dopasowania pozycji zogniskowania do rodzaju i grubości materiału [12]. W celu wykonania powtarzalności przeprowadzonych doświadczeń, wartości nastawionych parametrów odpowiadały dokładnie zaleceniom producenta maszyny. Ze względu na ograniczenia objętości publikacji przedstawiono wybrane wyniki badań. 2.2. Wyniki badań i ich analiza W tabelach 1 3 przedstawiono wygląd charakterystycznej powierzchni do oceny jakości cięcia oraz ocenę dokładności wykonanego cięcia. Aby zbadać wpływ cięcia plazmowego i laserowego na jakość warstwy wierzchniej próbek użytych w analizie przeprowadzono następujące badania: pomiar mikrotwardości próbek za pomocą mikrotwardościomierza Vickersa model 401MVD; pomiar chropowatości bocznej w różnych punktach za pomocą profilometra typ 252. 4243

Tab. 1. Jakość próbek o grubości 10 mm po cięciu plazmowym i laserowym Plazma: próbka ze stali S235JR o grubości 10 mm a - wejście wiązki plazmowej b - wyjście wiązki plazmowej małe twarde grady, spowodowane szybką prędkością cięcia; niska strefa wpływu ciepła ok. 1 mm od krawędzi materiału; na rysunku b brak kątów prostych, co może być spowodowane zbyt szybkim przejazdem palnika oraz dużą szczeliną cięcia w granicach 2 mm; duże różnice w wymiarach elementów wewnętrznych do założonych wg rysunku technicznego; na rysunku b otwory nie mają regularnych kształtów; kąt odchylenia powierzchni cięcia elementów wewnętrznych wynosi 2,9 ; małe twarde graty, zbyt szybka prędkość cięcia; kąt odchylenia powierzchni cięcia wynosi 0,8 a - wejście wiązki laserowej Laser : próbka ze stali S235JR o grubości 10 mm b - wyjście wiązki laserowej brak kątów prostych w kształcie wewnętrznym na rysunku b; na rysunku b drobne zadziory w miejscu dojazdu wiązki laserowej do krawędzi materiału; duża szczelina cięcia w granicach 1,4 mm; kąt odchylenia powierzchni cięcia elementów wewnętrznych wynosi 0,6 ; powierzchnia chropowata, wyraźny widok przejazdu wiązki; położenie punktu ogniskowej wynosi ok. 4 mm; kąt odchylenia powierzchni cięcia wynosi 0,5 ; 4244

Tab. 2. Jakość próbek o grubości 10 mm po cięciu plazmowym i laserowym Plazma: próbka ze stali X5CrNi18-10 o grubości 10 mm a - wejście wiązki plazmowej b - wyjście wiązki plazmowej na rysunku b brak kątów prostych, co może być spowodowane zbyt szybkim przejazdem palnika oraz dużą szczeliną cięcia w granicach 2,4 mm; brak zachowania wymiarów na rysunku b, widoczne stopienie materiału i zmniejszenie wymiaru; na obu rysunkach nieregularny kształt otworu z ciągłym przetopem na obwodzie; wysoka strefa wpływu ciepła ok. 3 mm od krawędzi materiału; kąt odchylenia powierzchni cięcia elementów wewnętrznych wynosi 5,2 ; duże miękkie nawisy, zbyt mała prędkość cięcia; wysoka strefa wpływu ciepła na całej grubości materiału (zmiana barwy świadczy o tym, że największy wpływ jest podczas wejścia wiązki); kąt odchylenia powierzchni cięcia wynosi 2,2 ; a - wejście wiązki laserowej Laser: próbka ze stali X5CrNi18-10 o grubości 10 mm b - wyjście wiązki laserowej na rysunkach na całej długości cięcia widoczne nawisy; duża strefa wpływu ciepła ok. 2,5 mm od krawędzi materiału; na rysunku niewielkie odchylenie kształtu otworu; kąt odchylenia powierzchni cięcia elementów wewnętrznych wynosi 0,8 duże twarde nawisy; punkt położenia ogniskowej wynosi 3,5 mm; kąt odchylenia powierzchni cięcia wynosi 1 ; Nieregularne kształty otworów po cięciu plazmowym z licznymi przetopami szczególnie w miejscu gdzie wychodzi wiązka plazmowa. Kąt odchylenia powierzchni wycinanego otworu wynosi ok. 5,8, natomiast otwór wycięty laserem ma kąt odchylenia ok. 0,8. Charakterystyczna jest strefa wpływu ciepła w obu metodach cięcia co potwierdzają pomiary mikrotwardości oscylujące w graniach 500 HV 0,1. Szczelina elementu po cięciu plazmowym jest ponad 3-krotnie większa od szczeliny po cięciu laserowym i wynosi odpowiednio 2,5 mm dla cięcia plazmowego i 0,8 laserowego. W miejscu wyjścia wiązki plazmowej widoczny jest duży przetop, który powstał w wyniku bardzo wysokiej temperatury nagrzania materiału i w wyniku dużego natężenia prądu 120 A. Po cięciu plazmowym widoczne duże miękkie grady, widoczna jest duża strefa wpływu ciepła na całej grubości materiału (zmiana barwy świadczy o tym, że największy wpływ jest podczas wejścia wiązki w odległości ok. 2 mm od górnej krawędzi materiału i co potwierdza się w badaniach mikrotwardości, które wskazały wartość ok. 550 HV 0,1). Natomiast w przypadku cięcia laserowego powstały również duże grady ale bardzo twarde i trudne do usunięcia. Kąt odchylenia powierzchni cięcia jest 2 - krotnie mniejszy od elementu wyciętego plazmą i wynosi ok. 1. 4245

Tab. 3. Kształt próbek o grubości 10 mm po cięciu plazmowym i laserowym Plazma: próbka ze stopu AlCu4Mg1 o grubości 10 mm a - wejście wiązki plazmowej b - wyjście wiązki plazmowej na rysunku b nieregularne kształty gabarytu znajdującego się wewnątrz próbki; bardzo duża szczelina cięcia co jest uwidocznione na rysunku b; brak zachowania wymiarów na rysunku b; duże promienie w miejscach gdzie powinien być zachowany kąt prosty, co jest spowodowane małą prędkością cięcia; bardzo duża szczelina cięcia w granicach 2,4 mm; na rysunku b nieregularny kształt otworu spowodowany przetopieniem na wyjściu wiązki; kąt odchylenia powierzchni cięcia elementów wewnętrznych wynosi 1,8 ; struktura porowata powstała po przejściu wiązki; kąt odchylenia powierzchni cięcia wynosi 2,8 ; a - wejście wiązki laserowej Laser: próbka ze stopu AlCu4Mg1 o grubości 10 mm b- wyjście wiązki laserowej powierzchnia próbki zarówno na rysunku a i b lekko nadtopiona w pobliżu otworów; wewnętrzne kształty posiadają niewielkie miękkie zadziory; na rysunku b bardzo duży zadzior, powstały w wyniku wyjścia wiązki laserowej z materiału; nieregularny kształt otworu na rysunku b; kąt odchylenia powierzchni elementów wewnętrznych wynosi 0,5 ; małe miękkie graty; punkt położenia ogniskowej wynosi 3 mm; kąt odchylenia powierzchni cięcia wynosi 0,5 ; Pomiary mikrotwardości warstwy wierzchniej. Z analizy przeprowadzonej po cięciu plazmowym i laserowym wynika, że twardość znacznie wzrasta w obszarze przy krawędzi cięcia. Wzrost ten jest spowodowany tym, że działa tam wysoka temperatura i struktura ulega zmianie. Im mniejszy jest wpływ ciepła tym technologia cięcia jest lepsza. Są jednak przypadki, kiedy zwiększenie twardości ma pozytywne skutki. Mikrotwardość po cięciu plazmowym jest wyższa o co najmniej 80 HV0,1 niż w przypadku cięcia laserowego, a jest to m.in. spowodowane przez niską prędkość cięcia w porównaniu z laserem oraz wysoką temperaturą łuku plazmowego. W przypadku cięcia laserowego największy wpływ cieplny na właściwości warstwy wierzchniej występuje w przypadku cięcia grubych blach. Zmiany mikrotwardości HV0,1 badanych materiałów przedstawiono na rysunkach 1 do 6. 4246

Rys. 1. Wykres mikrotwardości po cięciu plazmowym dla stali S235JR Rys. 2. Wykres mikrotwardości po cięciu laserowym dla stali S235JR Rys. 3. Wykres mikrotwardości po cięciu plazmowym dla stali X5CrNi18-10 Rys. 4. Wykres mikrotwardości po cięciu laserowym dla stali X5CrNi18-10 Rys. 5. Wykres mikrotwardości po cięciu plazmowym dla stopu AlCu4Mg1 Rys. 6. Wykres mikrotwardości po cięciu laserowym dla stopu AlCu4Mg1 Pomiary chropowatości powierzchni po cięciu plazmowym i laserowym Pomiary chropowatości zostały przeprowadzone przy pomocy profilometra typ 250. Zmierzone zostały wszystkie próbki z 3 rodzajów materiałów. Na próbkach o grubości 2 mm i 5 mm chropowatość była mierzona na środku powierzchni bocznej i dla każdej z grubości były wykonane 3 pomiary o długości 3 mm wykonywane odpowiednio co 7 mm. Próbki o grubości 10 mm mierzono na dwóch wysokościach oddalonych od krawędzi cięcia ok. 2 mm na wejściu wiązki oraz na wyjściu wiązki. Wyniki pomiarów chropowatości badanych próbek przedstawia rysunek 7. Z analizy wyników wynika, że chropowatość powierzchni ciętej wzrasta wraz ze wzrostem grubości ciętego materiału. O różnych wynikach chropowatości po cięciu plazmowym i laserowym decyduje prędkość cięcia, która jest wyższa w przypadku cięcia laserowego. Na rysunku 7 w większości rodzajów materiałów zarówno po cięciu plazmowym i laserowym widoczna jest większa chropowatość powierzchni przy wyjściu wiązki z materiału. Jakość powierzchni wyciętych próbek po obróbce laserowej zależy również w dużym stopniu od położenia ogniska wiązki laserowej, natomiast w przypadku cięcia plazmowego decyduje odległość palnika od ciętego materiału. 4247

Rys. 7. Wykres chropowatości powierzchni bocznej dla materiałów o grubości 2 mm, 5 mm i 10 mm WNIOSKI 1. Strefa wpływu ciepła jest mniejsza w przypadku cięcia laserem niż plazmą. Ze zwiększeniem parametrów cięcia plazmą, przy niezmienionej prędkości cięcia zwiększa się strefa wpływu ciepła. 2. Podczas cięcia materiałów plazmą występuje trudność w utrzymaniu prostopadłości krawędzi. Było to spowodowane zastosowaniem w niektórych przypadkach małej prędkości cięcia. To wiązało się ze zwiększeniem chropowatości i falistości powierzchni. 3. Duże znaczenie w utrzymaniu prostopadłości krawędzi ma również kierunek palenia konturu i otworów. Kierunek wycinania gabarytów zewnętrznych był zgodny z ruchem wskazówek zegara, natomiast kierunek wycinania gabarytów wewnętrznych był przeciwny do ruchu wskazówek zegara. Zastosowanie odpowiedniego kierunku jest związane z gazami, które wirują zgodnie ze wskazówkami zegara. 4. Dobieranie odpowiedniego kierunku cięcia nie miało zastosowania w przypadku cięcia laserowego, ponieważ głowica lasera automatycznie pracuje zgodnie z ruchem wskazówek zegara. 5. Dobra jakość krawędzi o kącie 90 przy cięciu plazmowym była spowodowana zastosowaniem w programie Wrykrys odpowiednich kokard, w kształcie ósemek w celu dokładnego przejazdu palnika podczas cięcia. Szybki przejazd na narożach próbek powodował drobne przetopy lub ukosowanie krawędzi. 6. Powierzchnie po cięciu plazmowym wymagają dalszych procesów obróbki z powodu braku prostopadłości oraz dużej chropowatości szczególnie w przypadku stopu AlCu4Mg1. 7. Powierzchnie próbek po cięciu laserowym są bardzo trudno obrabialne na maszynach do obróbki skrawaniem, o czym świadczą duże wartości mikrotwardości na poszczególnych próbkach. 8. Sporą przewagą cięcia laserowego nad cięciem plazmowym jest możliwość wycinania małych skomplikowanych kształtów z zachowaniem dużej dokładności cięcia. Charakterystyczną cechą jest możliwość wycinania otworów, których minimalna średnica wynosi 0,8 razy grubości danego materiału. Natomiast najmniejsze otwory jakie można wyciąć plazmą to otwory, których średnica minimalna wynosi 1,5 razy grubości materiału. Streszczenie Cięcie jest ważną technologią rozpoczynającą proces wytwarzania wyrobów. Ze względu na wpływ technologii cięcia na jakość warstwy wierzchniej konieczna jest znajomość zmian właściwości warstwy wierzchniej. W tym celu przeprowadzono badania mające na celu określenie wpływu wiązki plazmowej i laserowej na ważniejsze właściwości warstwy wierzchniej oraz jakość wykonanego kształtu. Dla szerokiego zobrazowania wpływu technologii cięcia plazmowego i laserowego na materiał, zastosowano trzy gatunki materiału: stal węglową, stal wysokostopową i stop aluminium, każdy w trzech rodzajach grubości. Zwrócono 4248

uwagę na ogólny wygląd wyciętego elementu, chropowatość powierzchni cięcia, prostopadłość powierzchni bocznej oraz rozkład mikrotwardości od powierzchni cięcia wgłąb materiału. The quality of plasma and laser cutting on selected materials Abstract Cutting is an important technology that begins the process of producing the articles. Due to the impact of cutting technology on the quality of the surface layer it is necessary to know the changes in the properties of the surface layer. For this purpose, conducted a study to determine the effect of plasma and laser beam on the important properties of the surface layer and the quality of shape made. To illustrate the broad impact of the plasma cutting technology and laser material used three types of material: carbon steel, high alloy steel and aluminum alloy, each in three thicknesses. Attention is paid to the overall appearance of a cut-out, cut surface roughness, the squareness of the side surface and the distribution of micro-hardness of the cutting surface into the depths of the material. BIBLIOGRAFIA 1. Klimpel A., Spawanie, zgrzewanie i cięcie metali, WNT, Warszawa, 1999. 2. Staszyński M., Projektowanie i konstrukcje inżynierskie, 2007, nr 2. 3. Focus: Plazma czwarty stan skupienia, 2008, nr 6. 4. http://www.kjellberg.de/files/documents/plasma/products/machines/cnc/prospekt- Plasmaschneidanlagen-FineFocus-800-1600.pdf 5. http://www.prestech.pl/technologia_obrobki_plazmowej.html 6. http://www.kjellberg.de/plasmatechnik/produkte/cnc-und-mechanisiert/hifocus-reihe.html 7. Kobel P., Mączka T., Zastosowanie plazmy niskotemperaturowej w technice spalania, Archiwum Spalania, 2009, nr 3/4. 8. Technologie cięcia termicznego i hydroabrazywnego, Projektowanie i konstrukcje inżynierskie, 2010, nr 10. 9. Mazurkiewicz A., Technologie specjalne kształtowania materiałów, PR, Radom, 2009. 10. Bonek M.: Technologie laserowe w inżynierii powierzchni, Politechnika Śląska, 2009. 11. Kjellberg Finsterwalde HiFocus 160i, Instrukcja obsługi, FineFocus Company, 2003. 12. Trumpf TC L 6030, Instrukcja obsługi, wersja 0, Ditzingen, 2002. 4249