برش پلاسمای آهن یکی از روش‌های پرکاربرد در برش فلزات است که با استفاده از یک جت پلاسمایی سرد بر روی سطح فلز، این امکان را فراهم می‌کند که فلز به طور محلول شده و سپس با استفاده از یک گاز خاصی برش شود. این روش برش، امکان بریدن فلزات مختلف با ضخامت‌ها و خصوصیات متفاوت را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، فلزات نرم، نازک، ضخیم، رسانا و غیره. از طرف دیگر، این روش قادر است تا قطعات با زوایا و منحنی‌های مختلف را بر روی ورق‌های فلزی برش دهد که این قابلیت در بسیاری از صنایع مختلف مانند صنایع خودروسازی، ساختمانی، فضایی و … استفاده میشود.
تفاوت اصلی بین برش پلاسما آهن و برش هواگاز ، تکنولوژی و نحوه عملکرد است. لوازم و تجهیزات این دو نوع برش شاید شبیه به هم باشند اما در عمل بسیار متفاوت عمل میکنند.
برش پلاسما آهن چیست؟
برش پلاسما آهن ، به فرآیند برشی که از پلاسمای داغ برای بر آهن و سایر مواد رسانا استفاده میشود ، گفته میشود. در این فرآیند، از یک گاز بی اثر استفاده میشود که با سرعت بالا از نازل به بیرون دمیده میشود و این گاز عمل عایق سازی فرایند جوشکاری از اکسیژن هوا و جلوگیری از اکسید شدن فلز مذاب را انجام میدهد . در این مرحله، توسط جریان بالای الکتریسیته یک قوس الکتریکی بین گاز و سطح برش ایجاد میشود، که باعث ایجاد پلاسما در گاز میشود. این باعث ذوب شدن فلز و برش آن میشود.
اکثر مواد رسانا با این روش قابلیت برش زنی دارند ، مانند فولاد، مس، آلومینیوم، برنج، فولاد ضد زنگ . البته بعضی از مواد به دلیل نقه ذوب پایین بهتر است از روش پلاسما برای برش آنها استفاده نشود مثل آلومینیوم.
پلاسما چیست؟
پلاسما یکی از چهار حالت اصلی ماده است که علاوه بر حالت جامد، مایع و گاز، وجود دارد. در این حالت، ذرات ماده به طور جزیی یا کامل یونیزه شده‌اند، یعنی برخی یا تمام الکترون‌های آنها از اتم‌ها جدا شده‌اند و بر رفتار یک گاز یونیزه شبیه می‌شوند. این ویژگی آن را از گازهای معمولی متمایز می‌کند. پلاسما به طور طبیعی در محیط‌های داغ و با فشار بالا ایجاد میشود، مانند داخل ستارگان، اما می‌توان آن را نیز در شرایط دیگری تولید کرد، مانند با استفاده از میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی.
کاربرد برش پلاسما
طرز کار دستگاه برش پلاسما
در مورد دستگاه برش پلاسما می‌توان گفت که این دستگاه‌ها در انواع و اشکال مختلفی طراحی شده‌اند تا بتوانند برش‌هایی با اندازه‌های مختلف را انجام دهند. روش کار دستگاه برش پلاسما به این شکل است که در ابتدا، یک جرقه ایجاد میشود و هوا در ابتدای مشعل، یونیزه میشود.
گازی که در برش استفاده میشود، به دمای بسیار بالای ۲۰ هزار درجه سانتیگراد می‌رسد که سرعت آن نیز در حدود سرعت صوت است. با افزایش دما و تا زمانی که جریان الکتریکی به دستگاه و الکترود وصل است، مواد ذوب شده و برش می‌خورند.
بطور خلاصه، در برش پلاسما بین قطعه کار و الکترود تنگستن، قوس الکتریکی ایجاد میشود. گازی که در این فرآیند استفاده میشود، یونیزه میشود و دما افزایش می‌یابد. افزایش دما باعث ذوب شدن مواد و برش قطعه میشود.
استفاده از دستگاه‌های برش پلاسما CNC و دستگاه‌های پیشرفته‌تر از روش‌هایی است که در دستگاه‌های CNC برش پلاسما نیازی به تماس تورچ با فلز نیست؛ اما در دستگاه‌های پیشرفته‌تر ابتدا تورچ باید با قطعه کار تماس پیدا کند و سپس یک فاصله مشخص تا ارتفاع تورچ تنظیم شود.
مزایا و معایب برش پلاسما
هر تکنولوژی در کنار ویژگیها و مزایایی که دارد ، معایب و نکات منفی نیز دارد . برش پلاسما آهن یک روش سریع و تقریبا ارزان قیمت برای برشکاری است که این مزایای این روش است اما دقت مناسبی برای برشکاری بسیار دقیق ندارد و این از معایب این روش است. در ادامه به بررسی معایب و مزایای این روش میپردازیم.
مزایا برش پلاسما چیست؟
مزایای برش پلاسما از جمله دلایلی است که این روش برش در صنایع مختلف به کار گرفته میشود و در پروژه‌های متعدد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین مزایای این نوع برش میپردازیم.
- برش پلاسما قادر به برش تمامی مواد رسانا است و سازگاری بالایی با طیف گسترده‌ای از مواد دارد.
- دقت بالای برش پلاسما برای فلزات با ضخامت کم بسیار مناسب است.
- برش دقیق و با کیفیت بالا برای فلزات با ضخامت تا ۵ سانتی‌متر انجام میشود.
- این روش برش هزینه نسبتاً کمی دارد.
- با دستگاه برش پلاسما می‌توان به سرعت بالا انواع مواد را برش داد و زمان برش نسبت به بسیاری از تکنیک‌های دیگر به یک چهارم کاهش می‌یابد.
- دستگاه‌های CNC برش پلاسما دقت بسیار زیاد و تکرارپذیری بالایی در عملیات برش دارند.
- برش پلاسما می‌تواند در آب و حتی زیر آب هم انجام شود که باعث کاهش تغییرات خواص مواد بر اثر حرارت زیاد میشود.
- برش‌های انجام شده با دستگاه‌های پلاسما از نظر اندازه کوچک‌تر و دقیق‌تر از برش حرارتی هستند.
- دستگاه‌های برش پلاسما به راحتی قابل نگهداری هستند و به ندرت به تعمیر و تعویض نیاز دارند.
- انواع مختلفی از دستگاه‌های برش پلاسما وجود دارند که انعطاف‌پذیری بالایی را برای کارها و عملیات مختلف فراهم میکنند. برخی از این دستگاه‌ها، دستی، کوچک و قابل حمل هستند.
- برش پلاسما با گازهای خنثی و بی‌اثر انجام میشود که نسبت به برش با گاز اکسیژن که ممکن است دچار انفجار و یا آتش‌سوزی شود، ایمن‌تر است.
- یادگیری و استفاده از برش پلاسما بسیار ساده است.
معایب برش پلاسما چیست؟
برش پلاسما، همچنین به عنوان دیگر روش‌های برش، با مزایا و اشکالات خود مواجه است. در ادامه به برخی از این اشکالات اشاره خواهیم کرد. آشنایی با این ایرادات می‌تواند کمک کند تا در انتخاب بهترین روش برش برای نیازهای خود مطمئن تر باشید.
- دقت برش پلاسما نسبت به برش با واترجت کمتر است.
- دقت کمتر ممکن است نیاز به پردازش قطعات بریده شده را برای صاف کردن آنها ایجاد کند.
- کیفیت برش برای ورق‌ها و صفحات نازک، نسبت به برش لیزری، پایین‌تر است.
- برای انجام کارهای مختلف، نیاز به تنظیمات مختلف دستگاه پلاسما وجود دارد.
- احتمال اکسیده شدن نازل دستگاه و کاهش بازدهی دستگاه وجود دارد.
- برش مواد با ضخامت زیاد با برش پلاسما امکانپذیر نیست؛ برای این کار نیاز به روش‌های دیگری است.
- برش اشکال مختلف، متقاطع، نامتعارف و غیرعادی با برش پلاسما ممکن است مشکل باشد؛ اما کنترل دستی یا کامپیوتری ماشین‌های برش پلاسما می‌تواند به راحتی انجام این کارها را فراهم کند.
- برش پلاسما دود و صدای زیادی تولید می‌کند و باید در فضای باز و با تهویه مناسب انجام شود.
- نیاز به محافظت از چشم‌ها در زمان کار با دستگاه برش پلاسما وجود دارد، زیرا نور شدید تولید میشود.
- احتمال برق‌گرفتگی در فرآیند برش پلاسما وجود دارد، بنابراین استفاده از لباس مناسب ضروری است.
- هزینه تعمیر دستگاه برش پلاسما و تأمین تجهیزات مورد نیاز مانند گاز و الکترود بالاست.
- ساخت مخلوط پلاسما نیاز به تجهیزات تخصصی دارد که در صورت عدم موجودی آنها، شاید نتوان مخلوط مناسبی از پلاسما تهیه کرد.
لوازم مورد نیاز برای برش پلاسما
اجزای سیستم برش پلاسما شامل منبع تغذیه، کنسول گاز، کنسول RHF و تورچ می‌باشد.
منبع تغذیه: این منبع با استفاده از برق یک یا سه فاز، جریان AC را به DC ثابت تبدیل می‌کند. منبع تغذیه انرژی لازم برای فرآیند برشکاری فراهم می‌کند و قوس پلاسما را در زمان برش ثابت نگه می‌دارد. همچنین، سیستم خنک‌کننده تورچ نیز توسط منبع تغذیه کنترل میشود.
کنسول گاز: این کنسول دارای یک محفظه است که برای استفاده از گازهای محافظ و گاز پلاسما در زمان برش و جوش لازم است. این کنسول دارای شیر برق و شیر اندازه‌گیری می‌باشد.
کنسول RHF: در دستگاه برش پلاسما صنعتی، لوله‌کشی‌های آب و گاز به همراه بخش‌های مرتبط با کنترل دستگاه و مدار راه‌اندازی از راه دور با فرکانس بالا، درون کنسول RHF قرار می‌گیرند. منبع تغذیه می‌تواند تا ۲۰ فوت از مشعل فاصله داشته باشد.
تورچ یا مشعل: تورچ به عنوان مولد قوس پلاسما، مهم‌ترین قسمت این سیستم است. این تورچ جریان مستقیم پلاسما را تولید می‌کند و برای برش پلاسما، جوش قوس پلاسما، گاززدایی پلاسما و اسپری پلاسما استفاده میشود.
تورچ جوشکاری چیست
همانطور که گفتیم علاوه بر اجزای اصلی سیستم برش پلاسما، لوازم برش پلاسما برای استفاده از دستگاه الزامی هستند. برخی از ابزار مورد نیاز برای برش پلاسما شامل نازل الکترود پلاسما، الکترود برش پلاسما آب خنک و الکترود برش پلاسما هواخنک، انواع تورچ پلاسما آب خنک، انواع تورچ پلاسما هواخنک، دسته تورچ پلاسما، شاسی پلاسما، گپ پلاسما، فنر گپ پلاسما، انواع گردنه برش پلاسما، قرقره پلاسما و پرگار برش پلاسما می باشند.
فرآیند قوس برش پلاسما
پس از ورود برق به الکترودهای دستگاه و ایجاد جرقه، قوس الکتریکی بین الکترود و فلز رسانا ایجاد می شود. الکترود به عنوان کاتد و فلز به عنوان آند عمل می کند و قوس برش پلاسما شکل می گیرد.
برای برش پلاسمای بهتر توصیه می شود تا از دستگاه های برش پلاسمایی استفاده شود که قوس فشرده تر و متمرکزتری ایجاد کند تا برش هایی دقیق تر و قوی تری ایجاد شود. برای اطمینان از اینکه کدام دستگاه قوس بهتری ایجاد می کند، در زمان برش زنی با پلاسما، مشعل را نگاه کنید. ببینید تورچ تا چه فاصله ای می تواند قوس الکتریکی را حفظ کند. هر چه قوس برش بلندتر باشد، نشان دهنده ولتاژ بیشتر است و در نتیجه به دلیل داشتن قدرت بیشتر می تواند برای برشکاری صفحات ضخیم تر استفاده شود.
مقایسه برش هواگاز با پلاسما؟
از هر دو روش برش از طریق پلاسما و برش هواگاز برای بریدن فلزات استفاده می شود. با توجه به مزایا و معایبی که هر یک از این روش ها دارند، می توان از آن ها در پروژه های مختلف استفاده کرد.
برش پلاسما
برش پلاسما در واقع برش با قوس الکتریکی است که در مقایسه با روش های برش زنی دیگر از جمله برش هواگاز سرعت بسیار بالایی دارد. علاوه بر سرعت بالا، دقت برش با پلاسما نسبت به هواگاز نیز بیشتر است. از دیگر ویژگی های این روش در مقایسه با برش هوا گاز می توان به فاصله برش کمتر برش پلاسما اشاره کرد.
برش هواگاز
برش هوا گاز به صورت عمودی برش می زند. این روش برای برش زدن آهن و همچنین شمش های فولادی ضخیم در حد ۲ و نیم متری، استفاده می شود. تهیه دستگاه و لوازم مورد نیاز برای برش هواگاز با سرمایه کم امکانپذیر و روش های نگهداری و تعمیرات آن نیز ساده است.