برشکاری پلاسما چیست؟

پلاسما چیست؟

پیش از اینکه ببینیم برش پلاسما چیست، باید با پلاسما آشنا شویم.

پلاسما حالت چهارم ماده است که علاوه بر سه حالت شناخته‌شده گاز، مایع و جامد، در طبیعت وجود دارد.

برای تولید گاز پلاسما، یک فرآیند پیچیده لازم است که بستگی به نوع و کاربرد پلاسما دارد. در اینجا چند روش متداول برای ساخت پلاسما آورده شده است:

• یونیزاسیون حرارتی: در این روش، گاز به دمای بسیار بالا رسانده می‌شود تا انرژی لازم برای جدا کردن الکترون‌ها از اتم‌ها ایجاد شود.
• تخلیه الکتریکی: وقتی جریان برق با ولتاژ بالا از گاز عبور می‌کند، الکترون‌ها شتاب می‌گیرند و موجب یونیزه شدن گاز می‌شوند.
• یونیزاسیون لیزری: لیزرهای پرقدرت با تابش نور شدید، الکترون‌ها را از اتم‌ها جدا می‌کنند و پلاسما به وجود می‌آید.
•  یونیزاسیون با فرکانس رادیویی: میدان الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی موجب شتاب گرفتن الکترون‌ها و یونیزه شدن گاز می‌شود.

توضیح ساده‌تر این است که:

اگر انرژی را به‌صورت گرما تأمین کنیم، یخ ذوب و به مایع تبدیل می‌شود.

اگر گرمای بیشتری اضافه کنیم، این مایع به بخار تبدیل می‌شود.

حالا اگر حرارت را تا 11,700 درجه سانتی‌گراد افزایش دهیم، بخار به گاز یونیزه تبدیل می‌شود.

پلاسما در اثر یونیزاسیون گازها در دماهای بسیار بالا یا با استفاده از منابع انرژی قوی مانند میدان‌های الکتریکی یا قوس‌های الکتریکی تشکیل می‌شود.

پلاسما ویژگی‌هایی منحصربه‌فرد مانند هدایت الکتریکی عالی و حساسیت بالا به میدان‌های الکترومغناطیسی دارد.

در طبیعت، پلاسما در پدیده‌هایی مانند رعدوبرق، شفق‌های قطبی و خورشید مشاهده می‌شود.

همچنین در بسیاری از کاربردهای صنعتی از جمله برش و جوشکاری استفاده می‌شود.

برش پلاسما چیست و چطوری انجام می‌شود؟

پلاسما برش، روشی است که در آن برای برش مواد رسانا مانند فلزات از جت پلاسمای داغ استفاده می‌شود.

این جت پلاسمای تسریع شده تنها برای مواد رسانای الکتریکی مؤثر است.

برخلاف سایر روش‌های برش حرارتی ، برش پلاسما از یک گاز رسانای الکتریکی، معمولاً هوای فشرده یا سایر گازهای بی‌اثر استفاده می‌کند.

در این فرآیند، گازهای یونیزه شده با حرارت بالا توسط مشعل پلاسما گرم می‌شوند تا قوس پلاسما ایجاد کنند.

قوس پلاسما با فشار از طریق یک نازل کوچک خارج می‌شود و یک پرتوی برشی بسیار متمرکز و قدرتمند ایجاد می‎کند که قادر است مواد رسانای مختلف را با دقت بالا جدا کند.

قوس پلاسما ابتدا فلز را ذوب می‌کند، سپس ناحیه مدنظر را برش می‌دهد و در نهایت فلز مذاب را از بین می‌برد.

دقت برش پلاسما بالاست و خیلی سریع طرح‌ها و اشکال دلخواه را فراهم می‌کند و روی مواد رسانای الکتریکی مانند فولاد، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ مؤثر است و برشی سریع و تمیز را ارائه می‌دهد.

برشکاری پلاسما را با نام برش قوس پلاسما یا برش همجوشی پلاسما نیز می‌شناسند.

این برش، یک فناوری انقلابی در صنعت تولید است که روش‌های تولید را تغییر داده و به بهبود دقت، سرعت و کیفیت برش مواد کمک کرده است.

اما این دقت و سرعت به برش لیزری نمی‌رسد و اگر می‌خواهید این قضیه را بهتر بررسی کنید، کافی است سری به مطلب “مقایسه لیزر فایبر با پلاسما” بزنید.

حال که متوجه شدید برش پلاسما چیست، در ادامه شما را با اجزای این سیستم آشنا می‌کنیم.

معرفی اجزای سیستم پلاسما برش

سیستم برش پلاسما با ترکیب چند بخش اصلی، قوس پلاسمای داغ را تولید و کنترل می‌کند و عملکرد سیستم به این بخش‌ها وابسته است که عبارت‌اند از:

1- منبع تغذیه

این سیستم ولتاژ AC یا سه فاز (208-480 VAC) را به ولتاژ DC پایدار (200-600 VDC) تبدیل میکند که معمولاً در (300-400 VDC) تنظیم می‌شود.

این ولتاژ DC برای نگهداری قوس پلاسما استفاده می‌شود.

همچنین منبع تغذیه جریان خروجی را تنظیم می‌کند و بسته به نوع مواد و ضخامت آن‌ها، به طور خودکار برای برش بهتر تنظیم می‌شود.

2- مشعل

مشعل دستی یا خودکار، قوس پلاسما را به قطعه کار می‌فرستد و شامل یک الکترود است که قوس را ایجاد می‌کند، هرچند عمر آن محدود است.

همچنین یک حلقه چرخشی قوس را تثبیت می‌کند و کیفیت برش را بهبود می‌بخشد.

3- مدار راه‌اندازی قوس (ASC)

این مدار، یک جرقه AC با ولتاژ و فرکانس بالا (تقریباً 5000-1000 VAC  و 5-1 مگاهرتز) تولید می‌کند تا قوس پلاسما را در مشعل راه‌اندازی کند.

این جرقه، گاز را یونیزه و مسیر اصلی قوس DC را ایجاد می‌کند.

4- تأمین گاز

این گاز فشرده شامل هوا، نیتروژن، آرگون یا مخلوط‌هایی است که برای ایجاد و حرکت دادن قوس پلاسما ضروری هستند.

همچنین کمپرسور باید فشار و دبی کافی (جریان مناسب) را برای برش بهتر تأمین کند.

5- سیستم کنترل

این سیستم جریان خروجی منبع تغذیه، جریان گاز و سایر پارامترها را برای حفظ کیفیت برش تنظیم می‌کند.

سیستم کنترل می‌تواند از کلیدهای ساده روشن/خاموش تا سیستم‌های پیچیده کنترل‌شده توسط کامپیوتر با نمایشگر دیجیتال و تنظیمات از پیش تعیین‌شده برای مواد و ضخامت‌های مختلف متغیر باشد.

حال که با اجزای سیستم برشکاری پلاسما آشنا شدید در ادامه به بررسی روش کار این سیستم می‌پردازیم.

طرز کار دستگاه برش پلاسما

طرز کار دستگاه برش پلاسما و نحوه عملکرد آن به‌صورت زیر است:

1- یونیزاسیون گاز

برای شروع، منبع تغذیه برش پلاسما، یک جریان ولتاژ بالا به الکترود می‌فرستد تا قوس الکتریکی ایجاد شود.

این قوس، گاز را یونیزه و به پلاسما تبدیل می‌کند.

انتخاب نوع گاز مانند هوا، اکسیژن یا نیتروژن به مواد و کیفیت برش بستگی دارد.

2- تشکیل پلاسما

گاز یونیزه وارد نازل می‌شود و سرعت و دمای گاز را افزایش می‌دهد.

درنتیجه جریان پلاسما با دمای بسیار بالا از نازل خارج می‌شود.

این جریان به اندازه کافی گرم است تا فلزاتی مانند فولاد، آلومینیوم و مس را ذوب کند.

3- برش قطعه کار

سپس جت پلاسما به سمت قطعه کار هدایت می‌شود و با گرمای زیاد، مواد را در نقطه برش ذوب می‌کند.

همچنین پلاسما با سرعت بالا مواد ذوب شده را کنار می‌زند و برشی تمیز و باریک با کمترین سرباره ایجاد می‌کند.

4- ضربه و پاک کردن لبه‌ها

همان‌طور که فلز مذاب خارج می‌شود، یک لبه صاف و تمیز باقی می‌گذارد.

این برش باریک همچنین ناحیه متأثر از گرما را به حداقل می‌رساند و خطر اعوجاج یا تاب برداشتن در مواد اطراف ناحیه برش را کاهش می‌دهد.

5- کنترل و هدایت مشعل

اپراتور، مشعل پلاسما را با هدایت آن در طول مسیر برش کنترل می‌کند.

این کار می‌تواند به‌صورت دستی یا با استفاده از سیستم‌های خودکار مانند CNC انجام شود.

حفظ سرعت و زاویه درست بسیار مهم است، زیرا در غیر این صورت کیفیت برش ممکن است کاهش یابد و مشکلاتی مانند ناقص بودن یا عدم برش به وجود آید.

6- اتصال قطعه کار به زمین

برای اینکه قوس پلاسما به درستی کار کند، در نهایت باید قطعه کار به زمین متصل شود.

این کار معمولاً با اتصال قطعه کار به میز برش یا استفاده از گیره زمین جداگانه انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که جریان الکتریکی به طور مؤثر جریان می‌یابد.

حال که با طرز کار دستگاه برش پلاسما آشنا شدید نوبت این می‌رسد که ببینیم مزایا و معایب برش پلاسما چیست؟

معرفی مزایا و معایب برش پلاسما

در حالی که برشکاری پلاسما یک روش کارآمد و همه‌کاره است، مزایا و محدودیت‌هایی بسته به نوع ماده و کاربرد دارد.

در ادامه به معرفی ویژگی‌ها و برخی از مزایا و معایب برش پلاسما پرداخته‌ایم:

•  سرعت پلاسما برش: برش پلاسما سریع‌تر از اکثر روش‌های برش سنتی، به ویژه در برش مواد ضخیم، عمل می‌کند.
• دقت برش پلاسما: این روش قادر به ایجاد برش‌های دقیق حتی در اشکال پیچیده است.
• تطبیق‌پذیری برشکاری پلاسما: برش پلاسما می‌تواند انواع فلزات از جمله فولاد، آلومینیوم و مس را برش دهد.
• منطقه متأثر از حداقل حرارت: برخلاف روش‌های برش سنتی، برش پلاسما اثر حرارتی کمتری بر مواد اطراف ایجاد و از اعوجاج جلوگیری می‌کند.
• محدود بودن ضخامت برش پلاسما: در حالی که برخی روش‌های سنتی بیشتر برای مواد نازک مناسب هستند، برش پلاسما قادر است فلزات ضخیم را نیز برش دهد.
• کیفیت برش: بسته به نوع ماده‌ای که برش داده می‌شود، لبه‌های بریده شده ممکن است به طور کامل صاف و تمیز نباشند و نیاز به فرآیندهای تکمیلی مانند سنباده‌زنی یا پولیش داشته باشند.
• هزینه تجهیزات اولیه: دستگاه‌های برشکاری پلاسما معمولاً هزینه اولیه بالاتری نسبت به ابزارهای سنتی و ساده‌تر دارند.

چه موادی را می‌توان با پلاسما برش داد؟

برشکاری پلاسما برای انواع فلزات رسانا بسیار کارآمد است.

برخی از رایج‌ترین موادی که با این روش برش داده می‌شوند عبارت‌اند از:

1- فولاد کربنی (ورق آهن)

به دلیل رسانایی عالی، برش این ماده توسط پلاسما آسان است.

به همین دلیل فرآیند پلاسما برش در صنایع مختلفی مانند ساختمان‌سازی، خودروسازی و ساخت‌وساز کاربرد زیادی دارد.

2- فولاد ضدزنگ

برش فولاد ضدزنگ با پلاسما امکان‌پذیر است، اما برای جلوگیری از اعوجاج حرارتی و رسیدن به لبه‌های تمیز، نیاز به دقت بیشتری دارد.

3- آلومینیوم

آلومینیوم به دلیل بازتابندگی و لایه‌های اکسیدی‌اش چالش‌برانگیزتر است، اما با تنظیمات مناسب می‌توان آن را به طور مؤثر برش داد.

4- مس و برنج

این فلزات هم قابل برش هستند، ولی به دلیل داشتن رسانایی حرارتی بیشتر در مقایسه با سایر فلزات مثلاً فولاد، به قدرت بیشتری نیاز دارند.

5- تیتانیوم

برش تیتانیوم با برشکاری پلاسما ممکن است، اما برای جلوگیری از اکسیداسیون و تضمین کیفیت برش، به کنترل دقیق نیاز دارد که خوشبختانه دقت برش پلاسما بالاست.

6- آلیاژهای نیکل

این آلیاژها در صنایع هوافضا و دریایی کاربرد دارند و برای برش با پلاسما مناسب هستند. با این حال ممکن است تنظیمات ویژه‌ای برای هر نوع آلیاژ لازم باشد.

حال که متوجه شدید برش پلاسما چیست و برای برش چه موادی به کار می‌رود و سیستم برشکاری پلاسما به چه صورت است در ادامه با هم به بررسی نحوه‌ی کار برش پلاسما می‌پردازیم.

جمع‌بندی

برشکاری پلاسما یک روش مؤثر و کارآمد برای برش فلزات رسانا است که به دلیل دقت بالا و سرعت زیاد خود، در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد.

پلاسما برش با استفاده از انرژی الکتریکی و گاز، قادر به ایجاد برش‌هایی تمیز و دقیق در ضخامت‌های مختلف فلزات است و از مزایای آن می‌توان به هزینه‌های مناسب و سهولت استفاده اشاره کرد.

با این حال اگر به دنبال دقت و کیفیت بالاتر از برش پلاسما هستید، دستگاه‌های برش لیزری می‌توانند گزینه‌ای مناسب‌تر باشند.

هرچند انتخاب روش برش بستگی به نیاز شما و ویژگی‌های پروژه دارد، شما می‌توانید دستگاه‌های برش لیزری را با مناسب‌ترین قیمت و بهترین شرایط از فایبرتک بخرید.