برش پلاسما، مزایا و معایب برش پلاسمایی
برش فلز را می‌توان به دو دسته برش مکانیکی و حرارتی تقسیم نمود. برش پلاسما یک روش برش حرارتی است که در آن از گاز یونیزه برای برش فلز استفاده میشود.
این نوع برش یکی از رایج‌ترین تکنیک‌ها برای برش صفحات فلزی ضخیم است، با این‌حال برای برش صفحات فلزی نازک نیز کاربرد دارد.
پلاسما چیست؟
قطعاً درباره 3 حالت اساسی ماده «جامد، مایع و گاز» شنیده‌اید. اما یک مورد چهارم نیز وجود دارد: «پلاسما»
امکان یافتن پلاسما در طبیعت وجود دارد اما عمدتاً در قسمت‌های بالایی جو زمین می‌باشد. شفق‌های قطبی معروف نتیجه بادهای خورشیدی ساخته شده از پلاسما هستند. در مجموع، چیزی حدود 99 درصد از جهان مرئی را تشکیل می‌دهد.
در زندگی روزمره ما می‌توانیم با پلاسما در تلویزیون ها، لامپ‌های فلورسنت، تابلوهای نئون و البته برش‌های پلاسما مواجه شویم.
پلاسما یک ماده گاز مانند یونیزه و رسانای الکتریکی است. به این معنی که برخی از اتم‌ها الکترون از دست داده‌اند و الکترون‌های آزاد نیز در اطراف شناور هستند.
با قرار گرفتن گاز در دمای بسیار بالا پلاسما تولید میشود. به همین دلیل است که آن را اغلب گاز یونیزه می‌نامند و ماهیت آن شبیه گاز است زیرا اتم‌ها در تماس دائمی با یکدیگر نیستند. در عین حال، از نظر توانایی جریان در هنگام قرار گرفتن در معرض میدان الکتریکی و مغناطیسی، مانند مایعات رفتار می‌کند.
پلاسما کاتر (برش‌دهنده پلاسما) چگونه کار می‌کند؟
فرآیند برش پلاسما یک روش برش حرارتی است. به این معنی که به جای برش مکانیکی فلز از گرما برای ذوب فلز استفاده می‌گردد. مکانیزم کلی سیستم همیشه یکسان است. این روش برش از هوای فشرده یا گازهای دیگر مانند نیتروژن استفاده می‌کنند. برای ایجاد پلاسما در گازهای مذکور، یونیزاسیون صورت می‌گیرد.
گازهای فشرده با الکترود تماس پیدا می‌کنند. و سپس برای ایجاد فشار بیشتر یونیزه می‌شوند. هنگامی که فشار افزایش می‌یابد جریانی از پلاسما به سمت سر برش‌دهنده منتقل میشود.
نوک برش‌دهنده، جریان رانده شده خروجی را محدود می‌کند تا جریانی ثابت ایجاد کند. سپس بر روی قطعه کار قرار می‌گیرد. از آنجایی که رسانای الکتریکی است، قطعه کار از طریق میز برش به زمین متصل می‌گردد.
همانطورکه قوس پلاسما با فلز تماس می‌گیرد، دمای بالای آن، فلز را ذوب می‌کند. در همین حین، گازهای با سرعت بالا، فلز مذاب را از کنار می‌زنند.
شروع فرآیند برش
همه سیستم‌ها یکسان کار نمی‌کنند. یک روش کلی کم هزینه به نام تماس با فرکانس بالا وجود دارد. این روش برای برش‌های پلاسما CNC در دسترس نیست زیرا فرکانس بالا می‌تواند با تجهیزات مدرن تداخل داشته و مشکلاتی ایجاد نماید.
در این روش از جرقه با ولتاژ و فرکانس بالا استفاده میشود. ایجاد جرقه زمانی اتفاق می‌افتد که مشعل پلاسما فلز را لمس کند. این باعث بسته‌شدن مدار و ایجاد جرقه میشود که به نوبه خود پلاسما را ایجاد می‌کند.
گزینه دیگر روش قوس پایلوت است. ابتدا جرقه در داخل مشعل توسط مدار ولتاژ بالا و جریان کم ایجاد میشود. جرقه، قوس پایلوت را که مقدار کمی پلاسما است ایجاد می‌کند.
قوس برش زمانی ایجاد میشود که قوس پایلوت با قطعه کار تماس پیدا می‌کند. اپراتور اکنون می‌تواند فرآیند برش را شروع کند.
روش سوم استفاده از سر مشعل پلاسمایی فنری است. با فشار دادن مشعل بر روی قطعه کار، یک اتصال کوتاه ایجاد می‌گردد که باعث میشود جریان شروع به جاری شدن نماید.
آزاد کردن فشار، قوس پایلوت را ایجاد می‌کند. این روش مانند روش قبلی است. یعنی تماس قوس با قطعه کار.
مزایا و معایب
مزایای برش پلاسما
- قابلیت برش تمام مواد رسانا (برش شعله، اگرچه برای برش فلزات ضخیم نیز مناسب است اما فقط به فلزات آهنی محدود میشود.)
- کیفیت عالی برای ضخامت تا 50 میلی‌متر.
- حداکثر ضخامت 150 میلی‌متر.
- هزینه نسبتا کم برای برش‌های ضخامت متوسط.
- بهترین راه برای برش فولاد ضد زنگ و آلومینیوم با ضخامت متوسط.
- در دسترس بودن ماشین‌های CNC برای ارائه دقت و تکرارپذیری بالا.
- توانایی و امکان برش در آب و در نتیجه HAZ (ناحیه متاثر از گرما) کوچکتر، همچنین کاهش سطح نویز.
- برش نازکتر در مقایسه با برش شعله.
معایب برش پلاسما
- HAZ بزرگتر در مقایسه با برش لیزر.
- کیفیت کمتر ورق‌ها و صفحات نازک تر در مقایسه با برش لیزر.
- دقیق نبودن تلرانس‌ها در مقایسه با برش لیزر.
- عدم برش ضخامت هایی که می‌توان با واترجت یا برش شعله انجام داد.
- بر جای گذاشتن HAZ (در روش واترجت HAZ بر جای نمی‌ماند.)
- پهن‌تر از برش لیزر.
انتخاب روش برش
انتخاب بین روش‌های مختلف برش به مواد، ضخامت آن و کاربرد قطعات بستگی دارد. ضخامت برش توصیه‌شده برای برش پلاسما بین 15 تا 50 میلی‌متر است. حد بالای توصیه شده ضخامت مواد برای سرویس این برش حدود 50 میلی‌متر برای کربن و فولاد ضد زنگ است. آلومینیوم نیز نباید از 40 میلی‌متر بیشتر باشد. هر ضخامتی بالاتر از ضخامت‌های مذکور در حوزه کاری واترجت و برش شعله می‌باشد. خدمات برش لیزری به دلیل کیفیت و سرعت برش بیشتر باید گزینه ارجح برای ورق‌های فلزی (Sheet Metal) و صفحات نازکتر باشند. اما حد بالای برش لیزری چیزی در حدود 25 تا 30 میلی‌متر است. همچنین، برش پلاسما با صفحاتی که از حدود 15 میلی‌متر شروع می‌شوند، سریع‌تر و در نتیجه ارزان‌تر است.
