i
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1. Tổng quan đề tài nghiên cứu 1
1.1.1. Lý do chọn đề tài 1
1.1.2. Mục đích - Ý nghĩa 2
1.2. Tổng quan đóng tàu v ỏ thép 2
1.2.1. Vật liệu đóng tàu vỏ thép 3
1.2.2. Quá trình cắt tôn trong các nhà máy đóng tàu 6
1.3. Tình hình nghiên cứu 7
1.3.1. Lịch sử phát triển hồ quang plasma 7
1.3.2. Những tiến bộ công nghệ cắt plasma 10
1.3.3. Công nghệ cắt plasma ở Việt Nam hiện nay 17
1.3.4. Những vấn đề tồn tại, đang nghiên cứu và hoàn thiện 18
1.4. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên c ứu 19
1.4.1. Mục tiêu . 19
1.4.2. Nội dung . 19
1.4.3. Phương pháp nghiên c ứu đề tài 19
CHƯƠNG 2. NGHIÊN C ỨU TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG KHI CẮT THÉP TẤM
BẰNG TIA PLASMA ÔXY 20
2.1. Khái niệm, đặc điểm, nguyên lý gia công b ằng hồ quang plasma: 20
2.1.1. Khái niệm 20
2.1.2. Đặc điểm 21
2.1.3. Nguyên lý gia công b ằng hồ quang plasma 21
2.2. Thiết bị cắt sử dụng nghiên cứu trong đề tài 25
2.2.1. Máy cắt Cutmaster 151 25
2.2.2. Bình chứa khí Ôxy 26
2.2.3. Xe trượt (xe tự hành) 27
2.3. Nghiên cứu chế độ cắt 27
2.3.1. Cường độ dòng điện khi cắt 29

Hình 1.1 Qui trình chế tạo phân đoạn 3
Hình 1.2. Vùng nhiệt trong qui trình cắt bằng hồ quang plasma 8
Hình 1.3. Hàn TIG 9
Hình1.4. Mô hình truyền và không truyền dẫn 9
Hình 1.5. Cắt bằng dòng hồ quang kép 11
Hình 1.6. Cắt plasma bằng không khí 12
Hình 1.7. Cắt plasma với vách chắn nước 13
Hình 1.8. Công nghệ phun nước trong quá trình cắt 13
Hình 1.9. Cắt plasma với quá trình phun khí ôxy 16
Hình 1.10. Cắt plasma cường độ cao 17
Hình 2.1. Các trạng thái vật chất trong tự nhiên [4] 20
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý cắt plasma 22
Hình 2.3. Máy cắt plasma Cutmaster 151 25
Hình 2.4. Bình chứa ôxy 26
Hình 2.5. Xe trượt 27
Hình 2.6. Sơ đồ cắt plasma – rãnh cắt, góc cắt [20] 27
Hình 2.7. Cấu tạo ngọn đuốc 28
Hình 2.8. Quan hệ giữa dòng điện và chiều rộng rãnh cắt 30
Hình.2.9. Hình dạng rãnh cắt khi cắt bằng tia plasma ôxy với các tốc độ cắt khác nhau 31
Hình 2.10. Quan hệ giữa vận tốc và chiều rộng rãnh cắt 32
Hình 2.11. Các dạng năng lượng trong trong quá trình cắt [22] 33
Hình 2.12. Khu vự phản ứng ôxy hóa khi cắt plasma 35
Hình 2.13. Chiều rộng rãnh cắt 36
Hình 2.14. Quan hệ dòng điện, tốc độ cắt và bề rộng rãnh cắt 39
Hình 2.15. Vị trí mỏ cắt 41
Hình 3.1. Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 0,8m/min 46
Hình 3.2. Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 1m/min 46
Hình 3.3. Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 1,2m/min 47
Hình 3.4. Thay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 1,4m/min 47
Hình 3.5. Mô hình xác định quá trình truyền nhiệt khi cắt bằng tia plasma ôxy 48

Bảng 2.2. Dung tích – lưu lượng khí ôxy 26
Bảng 2.3. Lưu lượng ôxy hóa tương ứng ở các áp suất 34
Bảng 2.4. Năng lượng sinh ra do quá trình ôxy hóa t ương ứng ở các áp suất 35
Bảng 2.5. Năng lượng cần thiết làm tan chảy thép khi cắt bằng plasma ôxy 36
Bảng 2.6. Chiều rộng trung bình rãnh cắt khi cắt bằng tia plasma ôxy 37
Bảng 2.7. Cân bằng năng lượng điện khi cắt bằng tia plasma ôxy P = 5at 38
Bảng 3.1. Kết quả phân bố nhiệt độ theo hướng ngang 45
Bảng 3.2. Kết quả tính nhiệt độ dọc rãnh cắt theo thời gian khi y = 5mm 49
Bảng 3.3. Kết quả tính nhiệt độ dọc rãnh cắt theo thời gian khi I = 50A 52
Bảng 3.4. Kết quả tính nhiệt độ dọc rãnh cắt theo thời gian khi I = 60A 55
Bảng 3.5. Kết quả tính nhiệt độ dọc rãnh cắt theo thời gian khi I = 70A 58
Bảng 3.6. Kết quả tính nhiệt độ dọc rãnh cắt theo thời gian khi I = 80A 61
Bảng 3.7. Kết quả đo nhiệt độ khi y = 5mm, v = 1m/min và dòng điện thay đổi 65
Bảng 3.8. Kết quả đo nhiệt độ khi I = 60A, v = 1m/min và thay đổi y 66
vi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
a: [m
2
.s
-1
] Hệ số khuếch tán nhiệt
c: [J.kg
-1
.K
-1
] Nhiệt dung riêng
E
nc
:(J.m
-1

2
(J.m
-2
.s
-1
): Mật độ dòng nhiệt
Q (W) Năng lượng điện đầu vào
Q
c
(W) Năng lượng điện cần thiết cho quá trình cắt
Q
e
(W) Năng lượng cần thiết cho quá trình cắt
Q
ôxy
(W) Năng lượng sinh ra do phản ứng ôxy hóa
Q
tn
(W) Năng lượng truyền bên trong tấm
Q
nc
(W) Năng lượng cần thiết làm tan chảy thép
Q
tt1
(W) Năng lượng tổn thất giữa mỏ cắt và bề mặt phôi
Q
tt2
(W) Năng lượng tổn thất xuyên qua rãnh cắt
T (
0


(K.m
-1
) Gradient nhiệt độ
x
T


(K.m
-1
) Gradient nhiệt độ theo phương x
y
T


(K.m
-1
) Gradient nhiệt độ theo phương y
z
T


(K.m
-1
) Gradient nhiệt độ theo phương z
DC Dòng điện một chiều
HAZ Vùng ảnh hưởng nhiệt
KH&CN Khoa học và công nghệ
1
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ

2
pháp này tồn tại các vấn đề cần quan tâm nh ư: bề rộng rãnh cắt, chất lượng bề mặt,
vùng ảnh hưởng nhiệt, ứng suất và biến dạng tấm thép sau khi cắt.
Cắt plasma là công nghệ khá phức tạp đòi hỏi người thực hiện phải có kiến
thức lý thuyết về vật lý, hóa học, cơ khí, luyện kim, điện, điện tử, tự động hóa…,
đồng thời cũng yêu cầu cao về tính sáng tạo và kỹ năng nghề nghiệp. Hiện nay,
công nghệ cắt plasma đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau
làm cho năng suất và chất lượng sản phẩm tăng lên rất nhiều Tuy nhiên, việc lựa
chọn chế độ cắt cho phù hợp nhằm nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản
phẩm còn gặp nhiều bất cập vì chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng; mối quan hệ giữa
chế độ cắt với nhiệt độ và biến dạng trong sản phẩm cắt, chưa được đánh giá đầy
đủ; việc chọn chế độ cắt hiện nay vẫn dựa vào kinh nghiệm thể hiện trong các bảng
tra…Vì vậy, việc “nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến trường nhiệt độ khi cắt
các tấm tôn bao vỏ tàu bằng tia plasma” là rất cần thiết; nó tạo tiền đề cho việc
nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo.
1.1.2. Mục đích - Ý nghĩa
Xác định chế độ cắt hợp lý cho các tấm tôn bao vỏ tàu nhằm hạn chế công
đoạn cắt thử nhiều lần làm tăng chi phí gia công. Đ ồng thời xác định được nhiệt độ
và vùng ảnh hưởng nhiệt để biết được sự biến dạng của tấm thép sau khi cắt. Trên
cơ sở đó, khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt plasma ôxy
1.2. Tổng quan đóng tàu vỏ thép
Hiện nay, các nhà máy đóng tàu đ ều đóng theo phương pháp phân t ổng
đoạn. Theo phương pháp này, thân tàu đư ợc chia thành nhiều phân đoạn phẳng và
phân đoạn khối. Từ những phân đoạn này chia thành các cụm chi tiết lớn và tiếp
tục chia các cụm chi tiết lớn thành các cụm chi tiết nhỏ hơn và cuối cùng là chi tiết
không thể phân chia.
Mục đích của việc phân chia này nhằm tiến hành chế tạo tất cả các chi tiết
kết cấu thân tàu cùng một lúc, rút ngắn thời gian chế tạo tàu. Đồng thời cố gắng
đưa tất cả các cụm chi tiết, kết cấu về vị trí dễ dàng thực hiện, tận dụng các phương
pháp gia công tiên tiến.

đóng tàu còn được thực hiện ở chỗ mối hàn giữa các kết cấu thép phải đủ bền,
4
chống được tải trọng va đập tốt và có khả năng cho phép áp dụng các phương
pháp hàn với nhau, nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi trong công nghệ chế
tạo các kết cấu vỏ tàu.
Có khả năng gia công nguội mà không bị giảm đi nhiều cơ, lý tính của nó sau
khi đã biến dạng dẻo, và không cần phải gia công nhiệt trở lại.
Khả năng chống gỉ trong môi trường nước bẩn cũng như hàng hóa vận
chuyển.
Có sức bền mỏi tốt trong môi trường gỉ, đặc biệt mỏi ở chu kỳ thấp của mối hàn.
Trong công nghiệp đóng tàu để đảm bảo các tính chất ở trên người ta
rất quan tâm đến ba vấn đề sau đây:
Phương pháp chế tạo thép và phương pháp gia công thép tấm, thép hình.
Sức bền (cơ, lý tính) của các loại thép.
1.2.1.1. Thành phần hóa học trong thép.
Thép có độ bền bình thường: theo tiêu chuấn đã được công nhận 1959, thép
cacbon dùng để chế tạo các loại tàu thông dụng được phân thành 5 cấp với ký hiệu
A, B, C, D, E có chất lượng khác nhau.
Cách phân loại và ký hiệu cấp thép đóng tàu nói trên được dùng phổ biến
ở hầu hết các nước. Riêng ở nước ta, tùy theo quy phạm đăng kiểm Việt Nam
ban hành chính thức năm 2003 cấp thép lại được phân loại thành KA, KB, KD, KE
thay thế cho A, B, D, E. Ký hiệu phân loại cấp thép này tương tự ký hiệu phân
loại cấp thép của đăng kiểm Nhật (NK).
Thép có độ bền cao: Thép độ bền cao dùng trong ngành đóng tàu được phân
loại thành ba mức với ký hiệu lần lượt 32, 36, 40.
Mỗi mức bền được chia thành bốn cấp là AH (AH32, AH36, AH40), DH
(DH32, DH36, DH40), EH (EH32, EH36, EH40), riêng cấp FH để ghi các mức
bền cao hơn như 42, 46, 50, 56, 62, 69.
Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 1659 – 75, thép độ bền cao cũng chia
thành các cấp như của Nhật là KA32, KD32, KE32, KA36, KD36, KE36, KA40,

Độ giãn dài tương đối và độ co thắt tương đối: Độ giãn dài tương đối và độ
co thắt tương đối đặc trưng cho tính dẻo của thép khi bị kéo. Độ giãn dài tương
đối tính bằng phần trăm tỷ số giữa độ giãn dài khi kéo đứt và chiều dài ban đầu
của mẫu, có chiều dài gấp 10 đường kính
(
10)
và mẫu có chiều dài gấp 5 lần
đường kính (
5)
. Tiêu chuẩn độ dài tương đối được xác định tùy thuộc vào đặc
điểm về độ bền của thép.
Độ dai va đập: Độ dai va đập được xác định trong thử nghiệm uốn và va
đập mẫu có rãnh khoét tiêu chu ẩn, đo bằng công tiêu hao để phá hủy các mẫu
nhằm mục đích xác định nhiệt độ giới hạn của độ giòn. Tỷ số giữa công nói trên
với diện tích mặt cắt bị phá hủy được gọi là độ dai va đập (KGm/cm
2
). Độ dai va
đập của thép vỏ tàu thường được kiểm tra ở nhiệt độ bình thường và ở nhiệt độ -
40
0
C. Tiêu chuẩn độ dai va đập được thiết lập dựa trên cơ sở các vết nứt gãy của
mẫu thử, chứng tỏ thép đủ sức chống sự phá hủy giòn và biến dạng dẻo khi chịu
tác dụng của tải trọng động.
6
Khả năng chịu uốn nguội: Khả năng chịu uốn nguội là thông số rất quan
trọng đặc trưng cho cơ tính của thép đóng tàu được kiểm tra bằng cách uốn mẫu
thử quanh một thanh cán tròn có đường kính bằng chiều dài mẫu sau khi uốn, trên
bề mặt của mẫu thử và tại các mẫu thử không được xuất hiện các vết nứt gãy. Thử
uốn nguội được thực hiện để kiểm tra tính dẻo và khả năng biến dạng của thép
đóng tàu khi uốn, xu hướng xuất hiện và phân bố của các vết nứt, độ nhạy của

8
hoặc khí tự
nhiên). Thật vậy, chất lượng và tốc độ cắt phụ thuộc vào bề mặt tấm thép khi cắt.
Bề mặt tấm bị gỉ nhiều có thể làm hỏng các đầu cắt, gây ra các khuyết tật hoặc
7
thậm chí bị gián đoạn quá trình cắt. Hiện nay quá trình cắt ôxy khí gas được sử
dụng công nghệ cắt tự động CNC.
1.2.2.2. Cắt plasma
Vật liệu quan trọng nhất của công nghệ plasma chính là chất tạo plasma.
Plasma là những chất khí có chứa các ion (các nguyên t ử mang điện tích) và các
điện tử chuyển động tự do. Trong điều kiện thường, các chất khí đều được tạo
thành từ các phân tử trung hoà về điện (không mang điện). Khi đó trong mỗi
nguyên tử, số hạt proton mang điện dương có trong hạt nhân nguyên tử đúng bằng
số điện tử mang điện âm ở lớp vỏ, quay xung quanh h ạt nhân. Do vậy tổng điện
tích âm và dương của nguyên tử trung hoà với nhau, tức là luôn bằng không. Nếu
cho một dòng điện (dòng các điện tử tự do) chạy qua chất khí thì tình trạng cân
bằng sẽ biến mất. Các điện tử tự do va chạm với nguyên tử khí làm cho các điện tử
ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử đó bắn ra. Khi bị mất một hoặc vài điện tử,
nguyên tử trở thành phần tử mang điện dương (gọi là ion dương) vì số hạt proton
lớn hơn số điện tử còn lại trong nguyên tử. Khi đó chất khí trở thành plasma
Bản chất của khí tạo plasma được chọn theo vật liệu cắt
Đối với cắt thép không gỉ và hợp kim màu thường được sử dụng các loại khí
trơ, đặc biệt là nitơ và argon-hydrogen hỗn hợp.
Để cắt thép không hợp kim hoặc hợp kim thấp, sử dụng khí ôxy hóa giống
như không khí hoặc ôxy, có thể đạt được tốc độ cắt cao.
Chất lượng cắt thường được đo bằng các tiêu chuẩn sau:
Độ vuông góc và độ phẳng của mặt cắt, cạnh trên bị vát tròn.
Độ nhám của bề mặt cắt, có thể có vệt.
Xỉ hình thành cạnh dưới của rãnh cắt.
1.3. Tình hình nghiên cứu

9
chuyển các dòng tia bên ngoài t ừ một lớp biên dày hơn. Đa s ố các mỏ cắt bằng
Plasma được tạo sự xoáy dòng khí cắt để đạt được sự co thắt cực đại của hồ quang.
Hình 1.3. Hàn TIG
Tia plasma có thể hoạt động trong mô hình truyền dẫn, nơi mà các điện tích
xảy ra giữa các vòi điện cực plasma (hay còn gọi là cực âm) với tấm kim loại (cực
dương). Nó cũng có thể thực hiện trong chế độ không truyền dẫn nơi mà các dòng
điện tích xảy ra giữa các điện cực và vòi. Cả hai quá trình được thể hiện như hình
1.4.
Hình1.4. Mô hình truyền và không truyền dẫn
Mặc dù dòng plasma được làm cho nóng lên từ vòi phun với hai chế độ hoạt
động nhưng chế độ truyền dẫn luôn luôn được sử dụng trong quá trình cắt plasma
vì nhờ có sự nung nóng lên bề mặt chi tiết gia công cho nên quá trình này hi ệu quả
hơn khi dòng hồ quang tiếp xúc điện tích với phôi.
Các đặc điểm của tia plasma có thể được thay đổi bằng cách thay đổi từng
loại khí, tỷ lệ dòng khí xảy ra theo hồ quang, kích thước vòi phun và điện cực hồ
quang.
10
Ví dụ: nếu một tỷ lệ dòng khí thấp được sử dụng thì tia plasma trở thành
nguồn nóng tập trung cao độ lý tưởng cho quá trình hàn. Ng ược lại, nếu tỷ lệ dòng
khí gia tăng vừa đủ thì tốc độ của tia plasma rất nhanh, phụt ra làm chảy kim loại
và cắt phôi.
1.3.2. Những tiến bộ công nghệ cắt plasma
1.3.2.1. Thuyết qui ước về hồ quang cắt plasma (1957):
Tia plasma được phát minh bởi thuyết quy ước "Dry", là qui trình kỹ thuật
co thắt hồ quang được đưa ra bởi hội Carbide Linde vào năm 1957. Trong cùng
năm, tiến sỹ Robert Gage giành đư ợc bằng sáng chế, thay cho việc độc quyền một
cách có chủ ý của hội Linde. Qui trình kỹ thuật này có thể được sử dụng để cắt bất
kỳ kim loại nào với tốc độ cắt nhanh vừa phải. Bề dày của tấm kim loại có thể bất
kỳ, từ những tấm kim loại mỏng đến tấm kim loại dày đến 10 inch (250mm). Cu ối

cắt tối ưu, thường yêu cầu pha trộn các loại khí đắt tiền như: Argon, Hydro,…
1.3.2.2. Dòng hồ quang plasma kép (1962):
Kỹ thuật ứng dụng dòng plasma kép được nghiên cứu phát triển, cấp bằng
sáng chế bởi tập đoàn Thermal Dynamics va James Browning, ch ủ tịch TDC năm
1963. Nó liên quan đ ến việc thay đổi một số kỹ thuật cắt của quá trình cắt plasma
truyền thống. Về bản chất, nó kết hợp các tính năng như phương pháp c ắt truyền
thống, ngoại trừ một lá chắn thứ cấp được phân bố xung quanh ống plasma. Thông
thường, trong công nghệ ứng dụng dòng plasma kép cho quá trình c ắt khí Nitơ và
tấm chắn thứ cấp được lựa chọn theo tấm kim loại cần cắt. Các tấm chắn khí điển
hình được dùng như: không khí ho ặc ôxi cho thép mềm, Cacbonic cho Inox và h ỗn
hợp argon/hydro cho nhôm.
Hình 1.5. Cắt bằng dòng hồ quang kép
Tốc độ cắt bằng hồ quang plasma kép vẫn tốt hơn so với cắt thông thường
trên thép mềm, tuy nhiên chất lượng cắt không đáp ứng cho nhiều ứng dụng. Tốc
độ cắt và chất lượng trên tấm Inox, Nhôm thực chất cũng giống như quá trình cắt
truyền thống.
12
Những thuận lợi đối với việc ứng dụng công nghệ mới này là vòi phun có
thể được truyền bên trong đầu chụp bằng gốm hay còn gọi là lá chắn khí. Nó dùng
để ngăn dòng hồ quang trong vòi phun và gi ảm bớt lượng hồ quang so với tấm kim
loại, có xu hướng giảm dòng hồ quang kép. Tấm chắn khí bao quanh vùng cắt, cải
thiện chất lượng cũng như tốc độ làm mát vòi phun cho n ắp chắn.
1.3.2.3. Cắt plasma bằng không khí (1963):
Cắt bằng không khí được giới thiệu lần đầu tiên vào đầu những năm 1960 để
cắt thép cácbon thấp. Ôxy trong không khí cung c ấp năng lượng bổ xung từ phản
ứng tỏa nhiệt mà nó làm cho thép nóng ch ảy. Năng lượng bổ xung này cải thiện tốc
độ cắt khoảng 25% so với cắt plasma dùng khí Nitơ. Quá tr ình này có thể được
dùng để cắt inox, nhôm. Bề mặt cắt trên các vật liệu này thường bị ôxy hóa và
không được dùng cho nhiều ứng dụng.
Hình 1.6. Cắt plasma bằng không khí

0
K hay khoảng 9 lần nhiệt độ của mặt trời và hơn 2 lần nhiệt độ của plasma
truyền thống. Kết quả cuối cùng là cải thiện được độ thẳng góc của vết cắt (cắt
vuông), cải thiện tốc độ cắt và loại bỏ lớp xỉ bám ở dưới vết cắt của thép mềm. Quá
trình cắt hồ quang với sự phun tia nước xuyên tâm được phát triển và cấp bằng
sáng chế vào năm 1968 bởi Richard W.Couch Jr, ch ủ tịch Hypertherm, Inc.
Hình 1.8. Công nghệ phun nước
trong quá trình cắt
14
Cách tiếp cận khác của quá trình co thắt hồ quang so với sự phun tia nước là
tạo xoáy cho tia nước xung quanh hồ quang. Với kỹ thuật này, ngọn lửa hồ quang
co thắt lại và nó phụ thuộc vào vận tốc xoắn cần thiết để tạo cho vòng xoáy nước
được ổn định. Các lực ly tâm được tạo ra bởi vận tốc xoáy cao, các vách của vòng
nước có xu hướng chống lại nó, do đó đạt được hiệu quả thấp hơn so với cách bố
trí phun nước theo hình tròn. Không gi ống quá trình truyền thống được mô tả trước
đó, chất lượng cắt tối ưu so với tia nước.
Chính điều này làm cho quá trình cắt kinh tế hơn và dễ dàng sử dụng hơn.
Theo vật lý, khí Nitơ lý tưởng hóa nhờ khả năng truyền nhiệt của nó từ hồ quang
đến tấm kim loại. Nhiệt năng được hấp thụ bởi nitơ nên nó được tách và nhả ra khi
nó kết hợp ngay tại vị trí của phôi. Nhiệt độ cao tại các điểm, nơi mà nước có thể
mở rộng được dòng hồ quang, ít hơn 10% trong s ố nước được bốc hơi. Lượng
nước còn lại đã thoát ra khỏi vòi phun theo kiểu phun hình nón, và làm mát b ề mặt
trên của phôi. Quá trình làm mát được bổ xung, để ngăn ngừa sự hình thành của
lớp ôxit trên bề mặt cắt và làm mát hiệu quả hơn bằng các ống thoát khí tại các
điểm tỏa nhiệt. Lý do cho sự co thắt của cột hồ quang tại chỗ phun nước là sự hình
thành một lớp biên ngoài cách ly gi ữa tia plasma và vòi phun nước.
Độ bền của vòi phun được nâng lên nhờ kỹ thuật phun tia nước vì lớp biên
của vòi phun tia nước được cách ly so với nhiệt độ cao của cột hồ quang. Việc bảo
vệ bởi một lớp biên hơi nước cho phép đổi mới qui trình thiết kế, toàn bộ phần
dưới thiết bị của vòi phun được làm bằng gốm. Do đó, nguyên nhân phá h ủy vòi

hồ quang plasma, tăng qui mô th ị trường trên thế giới khoảng 50 lần vào những
năm 1980 và xuất hiện thêm nhiều nhà sản xuất thiết bị cắt ứng dụng công nghệ
plasma. Cuối cùng thì cắt hồ quang plasma được chấp nhận như là một phương
pháp mới để cắt kim loại tấm và được coi là một công cụ có giá trị trong tất cả các
phân khúc thị trường ngành công nghiệp cắt kim loại sử dụng công nghệ hiện đại.
Với việc thúc đẩy ứng dụng mới cho các ngành công nghiệp cắt như hồ
quang plasma thì tính c ạnh tranh trên thị trường ngày càng tăng, nhi ều cải tiến mới
được giới thiệu trong đó quá trình cắt được thực hiện dễ dàng hơn, thao tác đơn
giản hơn. Nhiều mẫu mã thiết kế có tính ứng dụng cao và kỹ thuật chuyển đổi thứ
cấp để cải thiện đặc tính của hồ quang nhằm giảm bớt kích cỡ, trọng lượng của hệ
thống.
16
1.3.2.8. Cắt plasma với ôxy (1983)
Quá trình cắt thép truyền thống là quá trình cắt ôxyfuel được các kỹ sư phát
triển thành quá trình cắt bằng hồ quang plasma với việc sử dụng khí Ôxy để tạo
plasma. Tuy nhiên, chính vì nhi ệt độ rất cao ở phần đầu của điện cực và sự có mặt
của ôxy nguyên chất là nguyên nhân làm cho các ch ất liệu làm điện cực nhanh
chóng bị hỏng, vì vậy hoặc là không thực hiện quá trình cắt hoặc là chỉ cắt trong
thời gian ngắn. Do đó, ôxy đã không được sử dụng trong những năm đầu phát triển
công nghệ cắt plasma. Đầu năm 1970, người ta đã tìm ra được hai chất là Hafni và
Zirconi trong ngành công nghi ệp hóa chất, hai chất này có khả năng chống lại sự
phá hỏng nhanh của điện cực xảy ra trong quá trình c ắt hồ quang plasma. Khí ôxy
lần nữa lại được quan tâm đến.
Cắt plasma với ôxy cho ra một lượng chất xỉ trong điều kiện cắt nhanh, khi
tốc độ cắt tăng lên đến 30%. Kết quả là việc cắt theo biên dạng được thực hiện dễ
dàng hơn. Phần quang trọng để duy trì sự tồn tại của điện cực khi sử dụng vẫn bị
hạn chế, tuy nhiên chất lượng cắt thép bằng ôxy là tuyệt vời.
1.3.2.9. Cắt plasma với sự phun khí ôxy (1985)
Cắt Plasma với quá trình phun khí ôxy vào làm phá v ỡ sự tồn tại của điện
cực bằng cách sử dụng khí nitơ như là khí plasma và t ừ đó bơm ôxy theo hư ớng ra

công nghiệp (IMI) đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cắt tấm thép model CP
2580 – CNC sử dụng gas - plasma, điều khiển tự động. Ngay sau đó, sản phẩm đ ã
18
được đưa vào sử dụng thử nghiệm ở Nh à máy đóng tàu Bạch Đằng. Nhờ ứng dụng
công nghệ này, thời gian đóng mới 1 chiếc t àu có tải trọng 6.500 tấn của Nh à máy
đóng tàu Bạch Đằng rút ngắn 1/3. Hệ thống máy n ày nhanh chóng được các nhà
máy đóng tàu lớn chấp nhận và đưa vào sử dụng. Chỉ trong một thời gian ngắn, sản
phẩm đã được đưa vào sử dụng tại Nhà máy đóng tàu Hạ Long, Nhà máy đóng tàu
Nam Triệu, Sông Gấm, Nhà máy Chế tạo thép kết cấu Đông Anh… Hiện nay, các
kỹ sư của IMI đang chuyển giao công nghệ n ày cho Đan Mạch, Thái Lan và
Bangladet
Một lần nữa, vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy cắt plasma CNC cỡ
nhỏ phục vụ công nghiệp đóng tàu được GS. TS Lê Viết Lượng cùng các cộng sự
tiến hành nghiên cứu đề tài khoa học cấp nhà nước năm 2006. Đây là thiết bị cắt
hoàn toàn tự động với năng suất và chất lượng cắt cao, hình dạng vật cắt đa dạng,
có thể kết hợp cắt với đánh dấu tấm thép phục vụ lắp ráp trong quá trình thi công
công nghệ.
Ưu điểm thiết bị sản xuất trong nước giá thành rẻ hơn hẳn so với thiết bị
nhập ngoại, bảo hành bảo dưỡng thiết bị cũng đơn giản hơn nhiều. Việc ra đời máy
cắt thép tấm gas - plasma đã góp phần giải phóng sức lao động, nâng cao năng
suất, chất lượng, hiệu quả và hạ giá thành sản phẩm.
Cắt plasma ở Việt Nam hiện nay chủ yếu tập trung vào khai thác sử dụng,
nghiên cứu cải tiến thiết bị, chưa tập trung nghiên cứu sâu vùng ảnh hưởng nhiệt,
biến dạng nhiệt…độ bền của điện cực, ảnh hưởng của loại khí tạo plasma đến quá
trình cắt.
1.3.4. Những vấn đề tồn tại, đang nghi ên cứu và hoàn thiện
Quá trình sử dụng công nghệ cắt plasma ở các nhà máy công nghi ệp, thực tế
tồn tại các ưu nhược điểm mà công nghệ này để lại. Những mặt ưu điểm cần phát
huy, mặt nhược điểm cần phải khắc phục như: điện cực sử dụng cắt plasma ôxy
mặt dù đã được khắc phục nhưng tuổi thọ của điện cực không được cao, đây là hạn