دسته: مقالات

برش پلاسما

برش پلاسما فرایندی است که از طریق مواد رسانای الکتریکی با استفاده از یک جت سریع پلاسمای داغ، برشکاری میکند. مواد معمول برای برش با مشعل پلاسما شامل فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، برنج و مس است.

برش پلاسما اغلب در ساخت سازه های فلزی،  تعمیر خودرو، ساخت‌وساز صنعتی، صنایع زرهی و کشتی سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به خاطر سرعت بالا و برش دقیق همراه با هزینه پایین، برش پلاسما می‌تواند کاربرد گسترده‌ای ازدستگاهای  CNC صنعتی در مقیاس بزرگ تا کارگاههای کوچک تولید درب و پنجره داشته باشد.

فرآیند برش پلاسما شامل ایجاد یک کانال الکتریکی گاز یونیزه شده از تورچ برش به  قطعه کاری است که برش داده می‌شود، در نتیجه یک مدار الکتریکی کامل را از طریق اتصال دستگاه ایجاد می‌کند. این کار توسط یک گاز فشرده (اکسیژن، هوا، گازهای بی‌اثر مثل نیتروژن و غیره) که از طریق نازل  با سرعت بالا به سمت قطعه کار خارج می‌شود.

سپس یک قوس الکتریکی در داخل گاز، بین یک الکترود  و خود قطعه شکل می‌گیرد. قوس الکتریکی مقداری از گاز را تخلیه می‌کند در نتیجه باعث ایجاد یک کانال رسانایی الکتریکی می‌شود.

هنگامی که الکتریسیته از مشعل  به داخل این مسیر پلاسما حرکت می‌کند، گرمای کافی را برای ذوب شدن  قطعه کار تحویل می‌دهد.

برش پلاسما یک روش موثر برای برش مواد ضخیم و ضخیم است. مشعل با دست نگه داری معمولاً می‌تواند تا ۳۸ میلی متر (۱.۵ در) صفحه فولادی ضخیم قطع شود، و مشعل‌های کنترل‌شده با کامپیوتر قوی‌تر می‌توانند فولاد را تا ۱۵۰ میلی متر (۶ اینچ) کاهش دهند. از آنجا که cutters پلاسما یک مخروط بسیار داغ و بسیار محلی را برای برش ایجاد می‌کنند، برای برش ورق فلزی در اشکال منحنی یا زاویه‌دار، بسیار مفید هستند.

تاریخچه

انقباض پلاسما با یک سر کج شده

برش پلاسما در دهه ۱۹۶۰ از جوشکاری پلاسما بیرون آمد و به عنوان یک روش بسیار موثر برای برش ورق فلزی و بشقاب در دهه ۱۹۸۰ ظاهر شد. [۲] این مزیت نسبت به فلز “فلز” سنتی در تولید هیچ تراشه فلزی، کاهش دقیق، و تولید یک لبه تمیز کننده نسبت به برش هوا گاز داشت.

برش دهنده های اولیه پلاسما بزرگ، تا حدی آهسته و گران‌قیمت بودند و بنابراین تمایل به تکرار الگوهای برش در حالت “تولید انبوه” داشتند.

همانند دیگر ابزارهای ماشینی، تکنولوژی CNC (کنترل عددی کامپیوتری) برای دستگاه‌های برش پلاسما در اواخر دهه ۱۹۸۰ به کار گرفته شد و باعث کاهش انعطاف‌پذیری ماشین‌ها برای کاهش اشکال مختلف “بر روی تقاضا” براساس مجموعه‌ای از دستورالعمل‌هایی شد که در دستگاههای کنترل عددی برنامه‌ریزی شده‌بودند.

با این حال، این ماشین‌های برش پلاسما عموماً محدود به برش الگوها و قطعات در ورقه‌های تخت فولاد، با استفاده از دو محور حرکت (که منسوب به برش Y X نامیده می‌شود).

ایمنی

محافظت از چشم و محافظت از چشم مناسب برای جلوگیری از آسیب چشمی به نام چشم قوس و نیز آسیب ناشی از آوار مورد نیاز است. توصیه می‌شود از سایه لنز سبز # ۵ استفاده کنید.

همچنین توصیه می‌شود که دستکش چرمی، یک پیش‌بند و یک ژاکت برای جلوگیری از سوختگی از جرقه و آوار استفاده شود.

روش‌های آغاز

برش دهنده های پلاسما از تعدادی از روش‌ها برای شروع قوس استفاده می‌کنند. در بعضی از واحدها، قوس با قرار دادن مشعل در تماس با قطعه کار ایجاد می‌شود. برخی  از پلاسماهای ولتاژ بالا، مدار فرکانس بالا برای شروع قوس استفاده می‌کنند.

این روش دارای تعدادی از مضرات، از جمله خطر برق‌گرفتگی، دشواری تعمیر، تعمیر و نگهداری شکاف، و مقدار زیاد انتشار امواج رادیویی است.پلاسماهایی که در نزدیکی الکترونیک حساس کار می‌کنند، مانند سخت‌افزار یا کامپیوتر CNC، قوس آزمایشی را با وسایل دیگر آغاز می‌کنند. نازل و الکترود در تماس هستند.

نازل کاتد است و الکترود، آند است. هنگامی که گاز پلاسما شروع به شارش می‌کند، نازل به جلو پرتاب می‌شود. یک روش مرسوم، تخلیه خازنی به مدار اولیه از طریق یکسوساز کنترل‌شده سیلیکونی است.

برش پلاسما

برش دهنده های پلاسما که به طور معمول نیازمند بیش از ۲ کیلو وات برق هستند، از یک ترانسفورماتور فرکانس دار سنگین استفاده می‌کنند. برش دهنده های در معکوس کننده پلاسما، تامین برق اصلی را به DC اصلاح می‌کنند، که به مبدل ترانزیستور فرکانس بالا بین ۱۰ کیلوهرتز تا حدود ۲۰۰ کیلوهرتز داده می‌شود. فرکانس‌های بالاتر سوییچینگ به ترانسفورماتور کوچک‌تر منجر می‌شود که منجر به کاهش کلی و کاهش وزن می‌شود.

ترانزیستورهای مورد استفاده در ابتدا MOSFET ها بودند، اما اکنون به طور فزاینده‌ای از IGBTs استفاده می‌کنند. با استفاده از MOSFET های موازی، اگر یکی از ترانزیستورهای پیش از موعد فعال شود، می‌تواند منجر به خرابی آبشاری یک چهارم اینورتر شود.

اختراع بعدی، IGBTs، تابع این حالت شکست نیستند. IGBTs می‌تواند به طور کلی در ماشین‌های با جریان بالا یافت شود که در آن امکان موازی سازی ترانزیستورها به اندازه کافی وجود ندارد.

روش‌های برش CNC

برخی از تولید کنندگان plasma از میزه‌ای برش CNC ساخته شده‌اند و برخی از آن‌ها بر روی میز نصب شده‌اند. میزه‌ای CNC به یک کامپیوتر اجازه می‌دهد تا سر چراغ‌قوه را کنترل کند و برش‌های دقیق را تولید کند.

تجهیزات پلاسمای CNC مدرن قادر به قطع چند محور مواد ضخیم است که امکان ایجاد فرصت‌هایی برای درزه‌ای جوش پیچیده را فراهم می‌آورد که در غیر این صورت امکان پذیر نمی‌باشد. برای مواد نازک‌تر، برش پلاسما به تدریج جایگزین برش لیزری می‌شود، که عمدتاً به دلیل قابلیت برش سوراخ لیزری است.

استفاده تخصصی از برش دهنده های پلاسما در صنعت تهویه مطبوع بوده‌است. فرآیندهای نرم‌افزاری اطلاعات مربوط به ductwork را پردازش می‌کنند و الگوهای مسطح ایجاد می‌کنند تا روی میز برش توسط مشعل پلاسما برش داده شوند.

این تکنولوژی بهره‌وری را در صنعت از زمان معرفی آن در اوایل دهه ۱۹۸۰ افزایش داده‌است.

برش دهنده های پلاسما نیز در بسیاری از کارگاه‌ها برای ایجاد سازه های فلزی تزیینی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، علامت‌های تجاری و مسکونی، هنر دیواری، علایم آدرس و هنر باغ بیرونی.

در سال‌های اخیر، حتی توسعه بیشتری نیز صورت‌گرفته است. به طور سنتی، میزه‌ای برش عمودی بودند، اما در حال حاضر ماشین‌های برش پلاسما در دسترس هستند، و جای پای کوچک‌تر، انعطاف‌پذیری افزایش‌یافته، ایمنی بهینه و عملیات سریع‌تر را فراهم می‌کنند.

پیکربندی‌ها پلاسما منتقل می‌شوند

۳ پیکربندی اصلی در مورد برش پلاسما وجود دارد و آن‌ها عمدتاً با اشکال مواد قبل از پردازش و انعطاف‌پذیری بالای سر برش متمایز هستند.

۲ بعدی / ۲ – محور پلاسما

این رایج‌ترین شکل از برش دهنده های پلاسما هستند. تولید پروفایل صاف، که در آن لبه‌های برش در ۹۰ درجه به سطح ماده قرار دارند. لایه‌های برش پلاسما با قدرت بالا در این روش پیکربندی شده‌اند و قادر به برش profiles از صفحه فلزی به ضخامت ۱۵۰ میلی متر هستند. [۱]

بعدی 3/ ۳ + برش پلاسما

یک‌بار دیگر، فرآیندی برای تولید پروفایل مسطح از ورق ورق یا ورق فلزی، با این حال با معرفی یک محور دیگر چرخش، برش سر بریدن یک ماشین برش پلاسما می‌تواند در حالی که از یک مسیر برش سنتی دوبعدی استفاده می‌شود، کج شود.

نتیجه این امر، لبه‌های برش را در زاویه‌ای غیر از ۹۰ درجه به سطح ماده کاهش می‌دهد، به عنوان مثال از زاویه ۴۵ تا ۴۵ درجه. این زاویه در طول ضخامت ماده پیوسته است. این معمولاً در شرایطی بکار می‌رود که در آن پروفیل بریده‌شده، به عنوان بخشی از یک ساخت جوش داده‌شده به عنوان لبه زاویه‌دار، بخشی از آماده‌سازی جوش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هنگامی که آماده‌سازی جوش در طول فرآیند برش پلاسما بکار رود، عملیات‌های ثانویه مانند آسیاب کردن یا ماشین کاری را می‌توان اجتناب کرد، [۱] کاهش هزینه. توانایی برش زاویه‌ای برش پلاسما می‌تواند برای ایجاد حفره‌های countersunk و لبه‌های chamfer از سوراخ‌های profiled مورد استفاده قرار گیرد.countersunk و لبه‌های chamfer از سوراخ‌های profiled مورد استفاده قرار

برش لوله پلاسما

در برش لوله، لوله و یا هر نوع مقطع زمانی استفاده می‌شود. سطح برش پلاسما معمولاً ثابت باقی می‌ماند در حالی که قطعه کار از طریق آن تغذیه می‌شود و حول محور طولی خود می‌چرخد. چندین پیکربندی وجود دارد که در آن، همانند برش Plasma ۳، سر برش می‌تواند کج شود و بچرخند.

این اجازه می‌دهد تا برش زاویه‌دار از طریق ضخامت لوله و یا بخشی که معمولاً از آن استفاده می‌شود در ساخت of فرآیند که در آن لوله برشی می‌تواند با یک آماده‌سازی جوش در جای یک لبه صاف فراهم شود، استفاده شود.

تکنولوژی‌های جدید

دست نگه داشتن پلاسما

قطع عملکرد بالا

در دهه گذشته، تولید کنندگان مشعل پلاسما، مدل‌های جدیدی را با نازل کوچک‌تر و قوس پلاسما لاغرتر نشان دادند. این کار دقت لیزر در لبه‌های برش پلاسما را امکان پذیر می‌کند. چندین تولید کننده، کنترل CNC را با این مشعل‌ها ترکیب کرده‌اند تا به fabricators اجازه دهند تا بخش‌هایی را تولید کنند که نیاز به اتمام کار کمی دارند یا خیر.

هزینه‌ها

مشعل‌های پلاسما زمانی بسیار گران بودند. به همین دلیل آن‌ها معمولاً تنها در مغازه‌های جوشکاری حرفه‌ای یافت می‌شوند و پارکینگ و فروشگاه‌های خصوصی بسیار خوبی را پر کرده‌اند. با این حال، مشعل‌های پلاسما مدرن ارزان‌تر می‌شوند و حالا در محدوده قیمت بسیاری از hobbyists قرار دارند.

ممکن است واحدهای قدیمی‌تر بسیار سنگین باشند، اما هنوز قابل‌حمل هستند، در حالی که برخی از افراد جدیدتر با فن‌آوری اینورتر نه تنها کمی وزن دارند، با این حال برابر یا بیشتر از ظرفیت نمونه‌های قدیمی‌تر هستند.