مروری بر تاریخچه و تکامل برشکاری پلاسما
تاریخچه ظهور و تکامل فرآیند برشکاری پلاسما از. حدود سال 1957 آغاز و. در ابتدا این فرآیند به عنوان فرآیند. جوشکاری قوس تنگستن (Gas Tungsten Arc Welding). مورد استفاده قرار گرفت. برش مواد فولادی و آلومینیمی با. ضخامتهای 0.5 تا 6 اینچ (در حدود 1.27 الی 15.24 سانتیمتر) از. جمله کاربرد اصلی برشکاری پلاسما. در آن دوران بود. برش های پلاسمایی که در این دوره و. سالهای ابتدایی استفاده می شدند، غیرقابل. پیش بینی و دقت موجود در برشهای. امروزی را نداشتند. همچنین الکترودها و نازلهای مورد. استفاده نیز به دلیل گرمای ایجاد شده در طول. فرآیند ، به سرعت خراب می شدند و. تعویض آنها سبب افزایش. هزینه در آن دوران می شد. بعبارتی دیگر برش پلاسما با. مفهوم و کاربرد امروزی آن در سال. ۱۹۶۰ از جوش پلاسما منشعب شده. و در سال ۱۹۸۰ به عنوان یک. راه حل بسیار سازنده برای برش ورقها و. صفحات فلزی معرفی گردید.
مزایای برش پلاسما نسبت به. روش برش فلز با فلز، انجام برشکاری. بسیار دقیق و همچنین عدم ایجاد تراشه های فلزی می باشد. برش‌دهنده‌های پلاسما خیلی سریع گسترش یافتند. اما تا حدودی کند و. گران‌قیمت بودند، بنابراین بیشتر به. کاربردهایی که نیاز به تکرار. الگوی برش بوده و برای کاربردهای. تولید انبوه، اختصاص یافتند. همچون سایر ماشینهای ابزار (Machinery). از سال ۱۹۸۰ تکنولوژی CNC یا همان.کنترل عددی کامپیوتری (Computer Numerical Control) برای. ماشینهای برش پلاسما نیز استفاده گردید و از. این طریق انعطاف‌پذیری بیشتری در. برابر اشکال مختلف مورد تقاضا از. طریق برنامه نویسی CNC از خود نشان داد؛ ولی باز هم با وجود کنترلرهای. CNC ،برش پلاسما محدود به برش. طرحها و الگوها در صفحات و ورقه‌های. تخت بوده و فقط دارای. دو محور (X,Y) هستند.
مروری بر سالهای فرآیند تکامل برشکاری پلاسما:
- دهه 1960:
در اواخر دهه 1960 این تکنیک. زمانی که مهندسان یک مشعل. دو جریان را ایجاد کردند، پیشرفتی را تجربه کرد. در این. سالها ساخت. مشعل با. جریان دوگانه به بهبود طول عمر الکترودها و. نازلها کمک. نموده و در عین حال کیفیت و. دقت برشها را نیز افزایش داد.
دهه 1970:
مهندسان از این دهه. در ابتدا در طی فرآیند برش از یک. صدا خفه کن و میز آب برای کنترل. دود استفاده میکردند. همچنین نازلهای بهتری طراحی کردند. که به بهبود دقت قوس. کمک نموده و به اپراتورها و. ماشین‌کاران امکان تنظیم دقیق را میداده است.
دهه 1980:
این دهه به‌عنوان دوره تجربه علمی. مهندسان شناخته میشود و. آنها چندین ویژگی جدید را. طراحی و اجرا نمودند. تمرکز آنها بر طراحی برش دهنده‌های. پلاسمایی پایه اکسیژن، ارتقا. کنترل برش در سطوح مختلف و. ارگونومیکتر کردن و همچنین بر قابل. حمل بودن واحد برش پلاسما بوده است.
دهه 1990 تا به امروز:
در این برهه توجه عمده مهندسان. بر روی بهبود کارایی بوده است و. از برش‌دهنده‌های پایدار. پایه اکسیژن همراه با سیستم نازل. جدید استفاده شد. این عوامل منجر به ارتقا چهار برابری. شدت انرژی نسبت به دوره‌های گذشته گردید. آنها همچنین دقت برش‌دهنده‌های پلاسما. را بهبود بخشیدند که امروزه در مدلهایی. چون لبه‌های تیزتر با برش دقیق‌تر عرضه می‌گردند. قابلیت حمل و اتوماتیک‌سازی از. دیگر جنبه‌های مهندسی برش پلاسما است که. به‌طور قابل توجهی بهبود یافته‌‌اند.
حال که در مورد تکامل برش پلاسما در. طول سالهای مختلف اطلاعات. کسب کردیم، به‌سراغ برش پلاسما، مزایا و نحوه عملکرد دستگاه پلاسما میرویم.
برش پلاسما – Plasma Cutting:
برش پلاسما (plasma cutting) یک. فرآیند ساخت فلز است که با استفاده از. گازهای یونیزه‌شده که تا. دمای 20000 درجه سانتی‌گراد حرارت. داده شده‌اند، برای ذوب کردن مواد. فلزی به کار گرفته میشوند. با خروج این گاز تحت فشار. بالا علاوه‌بر این‌که. منجر به ذوب ماده فلزی میشود، مواد. باقیمانده را نیز از. مسیر برش دور می نماید. این فرآیند تنها بر روی مواد. رسانای الکتریکی مانند فولاد. زنگ‌نزن، مس، آلومینیم و سایر. مواد فلزی قابل انجام است. به‌عبارتی‌دیگر این فرآیند. قادر به برش موادی مانند سنگ، شیشه و یا موادی. که خاصیت رسانایی الکتریسته. ضعیفی دارند، نیست.
برش پلاسما فرآیندی است که در آن. فولاد یا سایر فلزات با قطرهای مختلف به. وسیلهٔ یک مشعل – تورچ بریده میشوند. در این نوع برش و روش پیچیده یک. گاز بی اثر (Inert Gas) یا بعضا. هوای فشرده، با سرعتی. بالا از نازل خارج شده و. در همان لحظه یک. قوس الکتریکی (Electrical Arc) بین گازی که از سر. نازل خارج شده با. سطح برش ایجاد میگردد. سپس گاز به حالت پلاسما تبدیل میشود.
حالت پلاسمایی چیست؟
پلاسما یکی از حالتهای ماده. مانند جامد, مایع و گاز بوده و در. واقع پلاسما (Plasma) حالت چهارم ماده و شبیه گاز میباشد و. از اتمهایی تشکیل شده است که. تمام یا تعدادی از الکترونهای خود را از دست داده و. یونیزه شده است. پلاسما حالت چهارمی از ماده است که. دانش امروزی نتوانسته آنها را جزء. سه حالت دیگر پندارد و. مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه، ترکیبی از. یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین بوده که. مقدار الکترونها و یونهای مثبت در. یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و. حالت پلاسمای مواد، تقریبا حالت. شبه خنثایی دارد.
پدیده های طبیعی زیادی در رده حالت پلاسمایی. ماده قرار گرفته و بعضی مواد طبیعی در حالت پلاسما. عبارتند از انواع شعله، بخش خارجی. جو زمین، اتمسفر ستارگان، بسیاری از مواد موجود در. فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله دار و. شفقهای قطبی شمالی که نمایش. خیره کننده ای از حالت پلاسمایی ماده است. که در میدان مغناطیسی جریان می یابد. پلاسما حرارت کافی برای برش. فلز را دارا بوده و برخورد این یونها با قطعه کار. تولید گرمای بسیار زیادی نموده که .باعث ذوب شدن محل برخورد می شود و. چون این یونها دارای سرعت زیادی هستند، این. هوای فشرده به اندازه ای فشار. داشته که میتواند فلز ذوب شده را از. مسیر برش دور نماید.
تفاوت برشکاری پلاسما و برشکاری هواگاز:
- در برشکاری هواگاز، اپراتور باید به دقت سرعت برش را کنترل کند تا فرآیند اکسید شدن به درستی ادامه یابد. در حالیکه این فرآیند در مورد برش پلاسما بسیار ساده‌تر بوده و نیازی به دقت بالا وجود ندارد. بعبارتی اگر در روش هوابرش سرعت پیشروی مناسب توسط اپراتور انتخاب نشود ممکن است باعث اکسید شدن قطعه کار شود اما در مورد برش پلاسما انتخاب پیشروی نامناسب تاثیر کمتری روی قطعه کار دارد
- مزیت برش پلاسما بیشتر در فرآیندهای ظریف مانند تور سیمی قابل مشاهده است، که برش آن با روش برش هواگاز تقریبا غیر ممکن بوده
- در مقایسه با برش هواگاز، برش پلاسما معمولاً سریعتر است و به راحتی در برشهای غیر خطی نیز قابل استفاده است.
مزایای برش پلاسما:
برش پلاسما فرآیندی است که شامل استفاده از. حالت چهارم ماده یا همان پلاسما برای برش فلزات رسانا میباشد. این فرآیند مزایای بیشماری از جمله. بهره وری بالاتر، تطبیق پذیری، دقت و. کیفیت سطح و همچنین. مقرون به صرفه بودن و کاهش. هزینه ها را ارائه میدهد. استفاده از برش پلاسما جهت برشکاری. مزایای متعددی دارد که میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
کیفیت برش بالا: در مقایسه با سایر فرآیندهای برش فلزات. مانند برش شعله یا برش واترجت، برش پلاسما. کیفیت برش بالاتری را برای فلزات فراهم میکند. این به دلیل عدم وجود. کف باقیمانده در لبه برش فلز و ناحیه. کوچکتر منطقه متاثر از حرارت است.
تطبیق پذیری و انعطاف پذیری: این فرآیند میتواند هر فلزی را که رسانای. الکتریسیته است برش دهد که. آن را بسیار متنوع میکند. به راحتی میتواند فلزاتی مانند. آلومینیوم و فولاد پر آلیاژ با. ضخامت متوسط و بالا را برش دهد. برای برش شیار، برنامه ریزی یا. علامتگذاری فلزات عالی عمل میکند. علاوه بر آن، این. فرآیند همچنین میتواند فلزات موجود در آب را با. سطوح نویز کاهش‌یافته برش دهد.
سرعت بالا: برش پلاسما 100 برابر سریعتر. از برش لیزری و حدود 10. برابر سریعتر از اکسی سوخت است. به عبارت دیگر، بهره وری را. بهبود بخشیده و زمان صرف شده در برش. فلز را در مقایسه با روشهای دیگر کاهش میدهد.
دقت و تکرارپذیری بالاتر: قطعات برش داده شده به دلیل. گرمای موجود در فرآیند، دقت و. کیفیت سطح بالاتری دارند. همچنین، سرعت. ساخت، تکرارپذیری را بهبود. بخشیده در حالیکه زمان صرف شده برای .ماشینکاری فلزات را کاهش میدهد.
معایب برش پلاسما:
اگرچه مزایای زیادی برای برش فلزات با استفاده از فرآیند و تکنیک برش پلاسما وجود داشته و قوس پلاسما میتواند طیف وسیعی از آلیاژ‌های رسانا را برش دهد ، اما این روش معایبی نیز دارد که باید هنگام استفاده از آن، درنظر گرفته شود.ایراداتی در این برشکاری وجود دارد و انجام این فرآیند بی‌عیب نیست و اطلاع از معایب این روش برشکاری میتواند انتخابی دقیق‌تر و بهترین روش متناسب با نیاز پروژه مورد نظر را فراهم میکند. از مشهورترین معایب برشکاری پلاسما میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- امکان برش ضخامتهای بالا ازطریق فرآیند برشکاری پلاسما امکانپذیر نیست.
- دقت برش با پلاسما به نسبت روش برش لیزری پایین‌تر است.
- در برشکاری با پلاسما پردازش قسمتهای برش خورده مورد نیاز است تا صاف‌تر شوند.
- برشکاری صفحات نازک درمقایسه با برشهای لیزری کیفیت پایین‌تری پیدا میکنند.
- کارهای مختلف نیاز به تنظیمات مجدد و جداگانه در دستگاه پلاسما دارد.
- احتمال بازدهی پایین دستگاه به‌دلیل اکسیده شدن نازل وجود دارد.
- دود و سروصدای زیاد از معایب مشهود برشکاری پلاسما است. به همین دلیل این فرآیند باید در فضاهای باز و با تهویه مناسب انجام شود.
- ایجاد نور و دمای بیش از حد مضر به هنگام برشکاری با پلاسما از دیگر معایب این تکنیک محسوب میشود.
- رعایت نکات ایمنی به هنگام کار با دستگاه برش ضروری میباشد.
- در این روش برشکاری سرباره وجود دارد.
- احتمال خطر برق گرفتگی در اجرای برشکاری وجود دارد که نیازمند لباس مناسب به هنگام کار است.
- تامین تجهیزات مورد نیاز دستگاه برش مانند گاز و الکترود مناسب، هزینه بالایی دارد. همچنین هزینه تعمیرات این دستگاه بالا است.
- میزان مصرف برق و انرژی لازم برای کار با دستگاههای برش پلاسما قابل توجه است.
