در این برگه قصد داریم با روش برش پلاسما آشنا شویم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- مقدمه
2- تاریخچه برش پلاسما
3- فرآیند برش پلاسما
4- کاربردهای برش پلاسما
5- مزایا و معایب برش پلاسما
لینک مقاله: Plasma Cutting
مشاهده محصولات مشابه نظیر : فلز استاندارد، سیم مفتولی
1- مقدمه
در برش پلاسما یا برش قوس پلاسما، برای ذوب و بیرون راندن مواد از برش، از جریانی حاوی گاز یونیزه که تا دمای بالای 20000 درجه سانتیگراد گرم می‌شود، استفاده‌می‌شود.
یک الکترود (کاتد) و قطعه کار در طول فرآیند (آند) با الکتریسیته در تماس هستند. هنگامیکه که قوس توسط فرورفتگی الکترود در یک نازل گاز خنک‌شده با آب یا هوا محدود می‌شود، جت پلاسمای کوچک، با دما و سرعت بالا شکل‌می‌گیرد.
پس از این فرآیند، گاز با برخورد جت پلاسما به قطعه کار به حالت طبیعی خود باز می‌گردد و گرمای زیادی تولید می‌کند. فلز در اثر این گرما ذوب می‌شود و توسط جریان گاز از برش خارج می‌شود. به طور معمول، از آرگون، آرگون/هیدروژن یا نیتروژن به عنوان گازهای پلاسما استفاده‌می‌شود. به جای این گازهای بی اثر می‌توان از هوا نیز استفاده کرد.
با این حال، یک الکترود خاص که از هافنیوم یا زیرکونیوم ساخته‌شده‌باشد، نیاز است. برای برش کربن- منگنز و فولاد ضد زنگ تا ضخامت 20 میلی متر، هوای فشرده، این نوع فرآیند پلاسما را به شدت با تکنیک oxy-fuel ، رقابتی می‌کند.
برای برش دقیق در آلیاژهای راکتیو، گازهای بی اثر ترجیح داده‌می‌شوند.
آلیاژهای رسانای الکتریکی متعددی مانند کربن ساده و فولاد ضد زنگ، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم را می‌توان با استفاده از قوس پلاسما برش داد.
این تکنیک در ابتدا برای برش موادی ایجاد‌شد که فرآیند oxy-fuel قادر به برش آن ها نبود. در این نوع برش، مشعل پلاسما اغلب در حالی که قطعه یا ورق بریده شده ثابت می ماند، حرکت‌می‌کند.
علاوه بر این، به دلیل هزینه ارزان مشعل پلاسما در مقایسه با تجهیزات دیگر، اتصال چند مشعل پلاسما به یک میز برش عادی است. با استفاده از تجهیزات تخصصی، برش پلاسما را می‌توان در زیر آب نیز انجام داد.
یک پیشرفت قابل توجه در فناوری قوس پلاسما، این است که می‌تواند جایگزین ارزان‌تری برای برش لیزری باشد چراکه علاوه بر هزینه، دقت بالایی را برای مواد با ضخامت کمتر از 12 میلی‌متر فراهم می‌کند.
2- تاریخچه برش پلاسما
در دهه 1960، جوشکاری پلاسما منجر به برش‌پلاسما شد، که بعدها به روشی بسیار سازنده برای برش صفحات و ورق فلز تبدیل شد. برش پلاسما برش های دقیقی ایجاد می‌کند و مانند برش معمولی، تراشه های فلزی تولید نمی‌کند.
اولین دستگاه‌های برش پلاسما بزرگ، گران قیمت و کند بودند. بنابراین، آنها بیشتر در حالت تولید انبوه برای تکرار الگوهای برش به کار گرفته‌می‌شدند. از اواخر دهه 1980 تا اوایل دهه 1990، دستگاه برش پلاسما از فناوری CNC سایر ماشین ابزارها استفاده‌می‌کرد.
برش‌های پلاسما به لطف فناوری CNC اکنون آزادی بیشتری برای برش انواع اشکال بر اساس دستورالعمل های متنوع کدگذاری‌شده دارند. با این حال، دستگاه های برش پلاسما CNC اغلب فقط قادر به استفاده از دو محور حرکت برای برش طرح ها و قطعات از ورق های فولادی تخت بودند.
3- فرآیند برش پلاسما
روش برش پلاسما از جریان پایدار پلاسمای گرم شده برای برش مواد رسانای الکتریکی استفاده‌می‌کند. فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، برنج، مس و سایر فلزات رسانا مواد متداولی هستند که با مشعل پلاسما برش داده‌می‌شوند.
تولید، تعمیر و بازسازی خودرو، ساختمان های صنعتی و اسقاط از برش‌پلاسما به طور گسترده استفاده‌می‌کنند. انجام برش با استفاده از برش‌پلاسما بسیار منحصر به فرد است، زیرا از گاز رسانا برای این کار استفاده‌می‌کند که ممکن است به دمای 30000 درجه سانتیگراد برسد.
فرآیند اساسی در برش و جوش پلاسما عبارت است از ایجاد یک کانال الکتریکی از گاز فوق گرم یا یونیزه شده الکتریکی یا پلاسما، از خود برش‌پلاسما و از طریق قطعه کار و سپس ایجاد یک مدار کامل از طریق ترمینال زمین به برش‌پلاسما. این کار با دمیدن یک گاز فشرده اکسیژن، هوا، گاز بی اثر یا گاز دیگر، بسته به ماده ای که باید با سرعت بالا از طریق یک نازل متمرکز در قطعه کار برش داده شود، انجام می‌شود.
یک قوس در گاز بین قطعه کار و الکترود، نزدیک به نازل گاز ایجاد‌می‌شود. یک کانال پلاسمایی رسانای الکتریکی زمانی تولید می‌شود که این قوس الکتریکی بخشی از گاز را یونیزه کند. این پلاسما با عبور جریان مشعل برای ذوب شدن در قطعه کار، گرمای کافی تولید می‌کند. علاوه براین، بخش قابل توجهی از گاز فشرده و پلاسمای پرسرعت، فلز داغ و مذاب را دور می کند و قطعه کار را جدا می‌کند.
برای مواد باریک و ضخیم، برش پلاسما یک روش قابل اعتماد است.
به عنوان مثال، ورق های فولادی تا ضخامت 38 میلی متر را اغلب می‌توان با استفاده از مشعل های دستی برش داد، اما فولاد با ضخامت 150 میلی متر را می‌توان با مشعل های قدرتمند کنترل شده توسط کامپیوتر برش داد.
برای برش و جوش دادن ورق ها به شکل های منحنی یا شیبدار، برش‌های‌پلاسما یک “مخروط” بسیار داغ و موضعی برای فرآیند برش ایجاد می‌کنند.
در ادامه مراحل این فرآیند را بررسی می‌کنیم.
یک دستورالعمل شروع باعث می شود منبع تغذیه یک ولتاژ مدار باز تا 400VDC (همچنین به عنوان ولتاژ بدون بار شناخته می شود) تولید کند تا عملیات آغاز شود. این دستورالعمل، جریانی از گاز پلاسمای فشرده را به داخل مجموعه مشعل پلاسما، که شامل یک الکترود و یک نازل پلاسما است، ایجاد می کند.
منبع تغذیه همچنین یک ولتاژ منفی به الکترود اعمال می کند و آن را به عنوان کاتد مدار قوس پیلوت قرار می دهد و کنتاکت های مدار نازل که معمولاً باز (NO) هستند را می بندد و به طور موقت یک ولتاژ مثبت به نازل اعمال می کند که سپس به عنوان آند مدار قوس پایلوت، عمل می کند.
پس از آن، یک جرقه با فرکانس بالا توسط کنسول راه اندازی قوس الکتریکی (ACS) تولید می شود و یک پتانسیل با فرکانس و ولتاژ بالا بین الکترود و نازل ایجاد می کند. هنگامی که گاز پلاسما توسط جرقه یونیزه می شود، یک مسیر جریان با مقاومت کم بین الکترود و نازل ایجاد می شود که آن را به رسانای الکتریکی تبدیل می کند.
با گردش و تخلیه انرژی بین دو جزء در طول این کانال جریان، اولین قوس کم انرژی که به عنوان قوس پایلوت نیز شناخته می شود، ایجاد می شود.
هنگامی که قوس پایلوت راه اندازی می شود، گاز پلاسما از طریق روزنه نازل و برروی قطعه کار رسانای الکتریکی زمین شده، جریان می یابد، و از این طریق، فضای بین آن را تا حدی یونیزه می کند و مسیر جریان جدید با مقاومت کم را ایجاد می کند.
قوس پایلوت در نهایت با قطعه کار تماس پیدا می کند و به قطعه کار منتقل می شود. زیرا جریان گاز، آن را به عمق سوراخ می راند. این انتقال قوس، قوس اصلی یا قوس پلاسما را ایجاد می کند که عملیات برش را، همانطور که در شماتیک تولید قوس اصلی نشان داده شده است، انجام می دهد.
برای بهبود شدت جریان برش ایده‌آل، انتقال قوس باعث می‌شود که منبع تغذیه مجدداً اتصالات نازل NC را باز کند و نازل را از قوس اصلی و مدارهای قوس پایلوت جدا کند.
همانطور که گاز یونیزه شده و قوس اصلی از دهانه نازل عبور می کنند، نازل، آنها را محدود می کند و چگالی انرژی و سرعت پلاسما را افزایش می دهد.
پلاسمای تولید شده توسط تجهیزات برش پلاسما به دمای 20000 درجه سانتیگراد می رسد و تا سه برابر سرعت صوت به سمت قطعه کار حرکت می کند. فرآیند برش از این گرما و انرژی جنبشی استفاده می کند. برش مذاب – و – دمش، که در فرآیند برش قوس پلاسما استفاده می شود، یک ناحیه خاص از قطعه کار را گرم، ذوب و تبخیر می کند.
مواد قطعه کار، انرژی حرارتی قوس و گاز پلاسما را با برخورد پلاسما جذب می کند و انرژی داخلی را افزایش می دهد و گرما تولید می کند. این امر باعث ضعیف شدن مواد و در نتیجه حذف آن برای ایجاد برش می شود.
انرژی جنبشی گاز پلاسما، مواد ضعیف‌تر قطعه کار را از قسمت بیرونی محصول برش خورده خارج می کند.
سطوح جریان خیلی کم یا خیلی زیاد پلاسما، منجر به برش های دقیق کمتر و خرابی قطعات می شود. جریان ایده آل گاز پلاسما توسط جریان و نازل تعیین می شود.
قوس پلاسما به صورت دستی یا خودکار روی سطح قطعه کار فشار داده می شود تا پس از شروع گرمایش موضعی، ذوب و تبخیر، برش به صورت کامل ایجاد شود. با دستگاه های برش قوس پلاسما دستی، فرآیند به صورت دستی شروع می شود و برش ها با حرکت مشعل در سراسر سطح انجام می شود.
برای سیستم های خودکار، سر مشعل با سرعت مشخص شده حرکت می کند و برش های دقیقی ایجاد می کند.
4- کاربردهای برش پلاسما
برای فرآوری فلزات نازک، تجهیزات کارخانه، تعمیرگاه های جوشکاری، کارگاه های خدمات فلزی (ضایعات، جوشکاری و برچیدن)، کارهای ساختمانی (مانند ساختمان و پل ها)، کشتی سازی تجاری، تولید تریلر، تعمیر خودرو، تجهیزات کشاورزی و … می‌توان از برش‌پلاسما استفاده‌کرد. اغلب، کارگاه ها از برش های پلاسما دستی (ساخت و جوش) استفاده‌می‌کنند.
معمولا میزهای برشی که اغلب برای برش های پلاسما مکانیکی استفاده‌می‌شوند، بسیار بزرگتر از میزهای دستی هستند. سیستم های برش پانچ، لیزر یا ربات می‌توانند با برش های پلاسما مکانیزه متصل شوند.
جدول و پورتال به کار گرفته شده اندازه یک برش‌پلاسما مکانیزه را تعیین‌می‌کند. از آنجایی که مانور دادن این سیستم ها قبل از نصب دشوار است، باید تمام قطعات آنها و همچنین چیدمان سیستم را در نظر گرفت.
5- مزایا و معایب برش پلاسما
مزایا
- انجام برش تمام موادی که رسانای الکتریسیته هستند
- برش مواد فولادی و آلومینیومی با ضخامت متوسط و بزرگ
- عملکرد فوق العاده در ضخامت فولاد کوچک و متوسط.
- برش فولاد ساختاری با مقاومت بالا و حرارت کم
- نرخ برش سریع (تا 10 برابر بیشتر از سوخت اکسیژن)
- تهیه بلنک های درجه یک برای ورق های فلزی با گیج متوسط و ضخیم
- ایجاد حرارت و سطح صدای کم، با قرار گرفتن پلاسما در زیر آب
معایب
- محدودیت در استفاده تا 120 میلی متر برای برش زیر آب و 160 میلی متر (180 میلی متر) برای برش خشک
- مصرف نسبتاً پرقدرت
- ارائه کیفیت برش بهتر توسط لیزر
- گران تر از روش های برش مانند اکسی استیلن
- برش خشک ممکن است باعث ایجاد صدا شود.
برای مشاهده محصولات مشابه وارد لینک‌های زیر شوید.