اصول اولیه برش پلاسما

آیا برای تعمیرات و عملیات نگهداری گاه به گاه به یک وسیله برش نیازمندید؟ آیا به تازگی پروژه جدیدی را آغاز کرده اید که به حجم بالایی از برش نیازمند است؟ یا به دنبال جایگزینی برای اره مکانیکی فعلی خود می‌گردید؟ تمامی این ها دلیل خوبی است تا به تحقیق در مورد برش پلاسما بپردازید. با توجه به کاهش قیمت ابزار و ماشین‌آلات، سرازیر شدن ابزار های کوچک و قابل حمل به بازار، بهبود کیفیت ابزار به کمک تکنولوژی و کاربرد آسان تر آنها، شاید زمان مناسبی باشد که برش پلاسما را مد نظر قرار دهید. از جمله فواید برش پلاسما استفاده آسان، برش های با کیفیت بالاتر و سرعت پیشروی (travel speed) بالاتر است.

تکنولوژی برش پلاسماتکنولوژی برش پلاسما چیست؟

به زبان ساده برش پلاسما فرآیندی است که از یک جت پر سرعت گازهای یونیزه شده که از روزنه تنگ‌کننده (constricting orifice) عبور می‌کنند استفاده می‌کند. گاز یونیزه شده سرعت بالا یا همان پلاسما، الکتریسیته را از مشعل دستگاه برش پلاسما به قطعه کار منتقل می­کند. پلاسما با گرم کردن قطعه کار، ماده را ذوب می‌کند. بخار پر­سرعت گاز یونیزه شده ماده مذاب را پراکنده کرده و ماده را برش می‌زند.

مقایسه برش پلاسما و  برشکاری اکسی‌سوخت (oxyfuel cutting)

برش پلاسما را می­توان برای هر نوع فلز رسانایی استفاده کرد،به طور مثال: فولاد نرم(Mild steel)، آلومینیوم و فولاد ضد زنگ. با فولاد نرم می­توان برش های سریعتر و سنگین‌تری را نسبت به آلیاژها تجربه کرد.

در برش اکسی‌سوخت(هوابرش) فلز به وسیله سوختن یا اکسید شدن برش می­خورد. به همین دلیل این برش محدود به فولاد و دیگر فلزات آهنی اکسید شونده است. فلزاتی مانند آلومینیوم و فولاد ضد زنگ، اکسیدی تشکیل می‌دهند که خود مانع ادامه فرآیند اکسید شدن می­شود و همین مساله استفاده از برش­های اکسی‌سوخت معمول را غیر ممکن می­سازد. اما برش های پلاسما برای فعالیت وابسته به فرآیند اکسایش نیستند و به همین دلیل قادر به برش آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و دیگر فلزات می­باشند.

با وجود اینکه برای برش پلاسما می­توان از گازهای مختلفی استفاده کرد، در حال حاضر بیشتر افراد از هوای فشرده به عنوان گاز پلاسما استفاده می­کنند. هوای فشرده به راحتی در بیشتر فروشگاه­ها در دسترس است و بدین ترتیب برش پلاسما نیازی به ماده سوختنی و اکسیژن فشرده ندارد.

تسلط یافتن در برش پلاسما برای افراد تازه­کار ساده‌تر است و بر روی مواد نازک­تر برش پلاسما سریع­تر از برش اکسی‌سوخت عمل می­کند. هر چند از آنجایی که معمولا هوابرش سریعتر است و چون برای برش­های صفحاتی سنگین، پلاسما نیاز به منابع تغذیه با ظرفیت بسیار بالا دارد، برای قطعات فولادی ضخیم(2.54 سانتیمتر و بالاتر)  اکسی‌سوخت ترجیح داده می­شود.

از دستگاه برش پلاسما چه استفاده ای می­توان کرد؟

برش پلاسما برای فلزات غیرآهنی و فولاد با ضخامت های کمتر از 2.54 سانتیمتر ایده آل است. در هوابرش اپراتور باید به دقت سرعت برش را کنترل کند تا فرآیند اکسید شدن به درستی ادامه یابد. در این مورد پلاسما بسیار ساده‌تر است و نیازی به دقت بالا وجود ندارد. مزیت برش پلاسما بیشتر در فرآیندهای ظریف مانند تورسیمی قابل مشاهده است، که برش آن با روش هوابرش تقریبا غیر ممکن است. همچنین در مقایسه با برش مکانیکی برش پلاسما معمولاً سریع­تر است و به راحتی در برش­های غیر خطی قابل استفاده است.

محدودیت­های برش پلاسما چیست؟ در چه مواردی هوابرش ترجیح داده می­شود؟

 ماشین­های برش پلاسما معمولا گران­تر از اکسی‌سوخت هستند. همچنین اکسی ‌سوخت نیازی به انرژی الکتریکی و هوای فشرده ندارد و به همین دلیل ممکن است استفاده از آن برای برخی از کاربران مرسوم‌تر باشد. هوابرش می­تواند برش­های ضخیم­تر(بالاتر از 2.54 سانتیمتر) فولاد را سریع‌تر از پلاسما انجام دهد.

هنگام خرید یه دستگاه برش پلاسما به چه مواردی باید دقت کرد؟

اگر به این نتیجه رسیدید که برش پلاسما فرآیند صحیح برای کار شماست در هنگام خرید موارد زیر را در نظر بگیرید:

1. ضخامت فلزی که غالباً برش می­زنید را مشخص کنید

یکی از اولین مواردی که باید مشخص کنید ضخامت فلزی است که غالباً قصد برش آن را دارید. بیشتر منابع تغذیه پلاسما بر مبنای قدرت برش و شدت جریان رده‌بندی شده‌اند. به همین دلیل اگر شما غالباً مواد با ضخامت 0.635 سانتیمتر را برش می­زنید، باید دستگاه برش پلاسما با شدت کمتری را در نظر بگیرید. اگر غالباً فلزاتی با ضخامت 1.27 سانتیمتر را برش می­زنید به دنبال دستگاه­هایی با شدت جریان بالاتر باشید. با وجود اینکه ممکن است دستگاه­های کوچکتر قادر به برش فلز تا ضخامت­های مشخصی باشند، اما امکان برش با کیفیت را ندارند. ممکن است برشی آنقدر سخت باشد که حتی ضخامت ورق را نتواند ببرد و تنها تفاله های جوش و سرباره بر جای بگذارد. هر دستگاه محدوده بهینه­ی مشخصی دارد، اطمینان یابید که این محدوده با نیازهای شما هماهنگ باشد. به طور کلی یک دستگاه 2.54 سانتیمتری تقریبا 25 آمپر خروجی دارد، ماشین 1.27 سانتیمتری بین 50 الی 60 آمپر خروجی دارد، در حالی که ماشین 1.9 الی 2.54 سانتیمتری دارای خروجی 80 آمپری است.

2. سرعت بهینه برش خود را انتخاب کنید

شما بیشتر برش های خود را در محیط تولید انجام می­دهید یا در فضایی که سرعت برش آنقدرها اهمیتی ندارد؟ در هنگام خرید دستگاه برش پلاسما تولیدکننده باید سرعت برش برای فلزات در ضخامت مشخص را بر حسب ipm (اینچ بر دقیقه) در اختیار شما قرار دهد. اگر فلزی که غالبا برش می­زنید 0.635 سانتیمتر ضخامت دارد، با وجود اینکه هر دو دستگاه عملیات برش را انجام می­دهند، ماشین با شدت جریان بالاتر می­تواند با سرعت به مراتب بیشتری از ماشین با شدت جریان پایین فلز را برش بزند. برای برش­های ساخت و تولید با یک حساب سرانگشتی می­توان دستگاهی را انتخاب کرد که به طور تقریبی دوبرابر ضخامت مورد نظر را برش بزند. برای مثال به منظور انجام برش های سریع، طولانی و باکیفیت روی قطعات فولادی 0.635 سانتیمتری، دستگاهی در کلاس 1.27 سانتیمتر (60 آمپر) انتخاب کنید.

اگر برش­های طولانی و زمانبر انجام می­دهید یا در حالت تنظیم اتوماتیک برش ها را انجام می­دهید، چرخه­ی عملکرد دستگاه را چک کنید. چرخه عملکرد به سادگی زمانی است که شما می­توانید بی‌وقفه و قبل از داغ کردن مشعل دستگاه و نیاز به خنک شدن، فرآیند برش را ادامه دهید. چرخه عملکرد به صورت درصدی از هر 10 دقیقه دسته بندی می­شود. مثلاً یک ماشین 50 آمپری با چرخه عملکرد 60 درصدی بدین معناست که شما می­توانید با توان خروجی 50 آمپری به مدت 6 دقیقه از هر 10 دقیقه برش های ادامه‌دار و بدون توقف انجام دهید. هر چه چرخه عملکرد بیشتر باشد می­توانید زمان بیشتری بدون وقفه عملیات برش را انجام دهید.

3. آیا ماشین میِ­تواند یک روش جایگزین برای راه­اندازی فرکانس بالا ارائه کند؟

اغلب دستگاه­های برش پلاسما دارای یک قوس پیلوت (pilot arc) هستند که از فرکانس بالا برای انتقال الکتریسیته از طریق هوا استفاده می­کنند. هرچند، فرکانس بالا ممکن است با کامپیوتر یا تجهیزات اداری در حال کار در محدوده اطراف تداخل ایجاد کند. به همین دلیل روش­های استارتی که مشکلات احتمالی مدار استارت با  فرکانس بالا را حذف می­کنند، می توانند سودمند باشند.

روش قوس لیفت(LIFT ARC) یک نازل با جریان مستقیم مثبت (DC +) و یک الکترود با جریان منفی (DC -) را  در بر دارد. ابتدا نازل و الکترود با هم تماس فیزیکی پیدا می­کنند. بعد از اینکه دکمه مخصوص روی مشعل فشار داده شد جریان بین نازل و الکترود برقرار می­شود. سپس الکترود از نازل دور می­شود و قوس الکتریکی پیلوت به وجود می­آید. هنگامی که قوس پیلوت به قطعه کار نزدیک می­شود قوس پیلوت به قوس برشی تبدیل خواهد شد. این تبدیل به خاطر اختلاف پتانسیل الکتریکی نازل به کار اتفاق می افتد.

4. هزینه مصرفی را با عمر مصرفی مقایسه کنید.

مشعل‌های برش پلاسما دارای قسمت­های مختلف مستهلک شونده­ای هستند که نیازمند جایگزینی­اند، این قسمت‌ها در اصطلاح مصرفی نامیده می­شوند. به دنبال سازنده­ای باشید که دستگاهی با قطعات مصرفی کمتر ارائه می­دهد. تعداد مصرفی کمتر به معنای نیاز کمتر به جایگزینی و صرفه‌جویی بیشتر در هزینه است.

به مشخصات سازنده دقت کنید و مشاهده کنید هر مصرفی چه مدت دوام دارد، اما هنگامی که دو ماشین را با هم مقایسه می­کنید دقت کنید که به بررسی داده­های یکسانی بپردازید. بعضی از سازندگان با توجه به تعداد دفعات برش و برخی دیگر با توجه به تعداد دفعات استارت، قطعات مصرفی را رده‌بندی می­کنند.

5. ماشین را آزمایش کنید و کیفیت برش را بسنجید.

برش های آزمایشی روی تعدادی ماشین با سرعت پیشروی یکسان و روی قطعاتی با ضخامت های یکسان انجام دهید تا ببنید کدام ماشین بهترین کیفیت برش را ارائه می­کند. هنگامی که که برش‌ها را مقایسه می­کنید صفحه را برای مشاهده تفاله جوش در قسمت تحتانی نیز بررسی کنید و ببینید زاویه برش(kerf angle یا زاویه‌ای که به خاطر برش ایجاد می‌شود)عمودی است یا زاویه دار.

به دنبال دستگاه برش پلاسمایی باشید که قوس فشرده و متمرکزی ایجاد می­کند. قطعات مصرفی لینکلن الکترونیکز به طور مخصوص به گونه­ای طراحی شده­اند که بر گردش پلاسما (plasma swirl) تمرکز داشته باشند، تا قوس های مقیدتر و محدودتر ارائه دهند و بر قدرت برش بیشتر قطعه کار تمرکز داشته باشند.

آزمایش دیگری که باید انجام داد بلند کردن مشعل از روی قطعه در هنگام برش است. ببینید که تا چه فاصله ای می­توانید با حفظ قوس الکتریکی مشعل را از قطعه کار دور نمایید. قوس بلندتر به معنای ولتاژ بیشتر و توانایی برش صفحات ضخیم تر است.

6. تبدیل قوس پیلوت به برش و برش به قوس پیلوت

تبدیل بین قوس کمکی(پیلوت) و قوس برش هنگامی اتفاق می­افتد که قوس کمکی به قطعه کار نزدیک می‌شود. اختلاف پتانسیل بین نازل و قطعه مکانیزم این تبدیل است. به طور معمول یک مقاومت در مسیر جریان قوس کمکی این اختلاف پتانسیل ولتاژ را به وجود می­آورد. این اختلاف پتانسیل به طور مستقیم بر ارتفاعی که قوس می­تواند منتقل شود تاثیر می­گذارد. بعد از اینکه قوس کمکی به  قطعه کار منتقل می­شود یک کلید (رله یا ترانزیستور) برای باز کردن مسیر جریان استفاده می­شود.

به دنبال ماشینی باشید که تبدیل قوس به برش سریع و مثبتی در ارتفاع زیادی داشته باشد. این ماشین­ها برای اپراتورها ساده‌تر هستند و برش را بهتر ساپورت خواهند کرد. یک راه خوب برای آزمایش خصوصیت های انتقال، برش یک تور سیمی یا چارچوب آهنی است. در این موارد ماشین نیازمند انتقال سریع از قوس به برش و بازگشت بسیار سریع از برش به قوس است. برای رهایی از این مشکل و قانع کردن شما، ممکن است به شما توصیه کنند تنها از جریان کمکی استفاده کنید.

7. دید ماشین در زمان کار را بررسی کنید.

هنگامی که شما در حال کار روی یک قطعه خاص هستید، باید ببینید در حال برش کدام قسمت هستید، مخصوصاً اگر یک الگوی خاص برش را دنبال کنید. دید مناسب از طریق شکل هندسی مشعل تسهیل می­شود، یک مشعل کوچکتر و کم‌حجم‌تر دید شما را بهتر می­کند همانگونه که یک نازل بلند (extended nozzle) دید شما را بهتر خواهد کرد.

8. به دنبال قابلیت حمل مناسب باشید.

عده زیادی از مشتری ها دستگاه برش پلاسمای خود را برای کارهای متنوعی استفاده می­کنند و نیازمند جابجایی دستگاه از مکانی به مکان دیگر و از یک محوطه کار به محوطه کار دیگرند. در اختیار داشتن یک دستگاه سبک‌تر و قابل حمل‌تر و خصوصیاتی مانند چرخ انتقال برای محموله یا یک بند رو دوشی تفاوت زیادی در قابلیت جابجایی ایجاد می­کند. بعلاوه اگر در محل کار فضای کمی برای قرارگیری دستگاه وجود داشته باشد، داشتن دستگاهی با ابعاد کوچک بسیار ارزشمند است.

همچنین شما نیازمند دستگاهی هستید که محفظه یا قسمت هایی برای قرار دادن کابل مشعل و قطعات مصرفی باشد. محفظه های موجود در خود دستگاه به شدت قابلیت حمل را افزایش می­دهد، زیرا قطعات در هنگام جابجایی روی زمین کشیده نمی­شوند و گم نمی­شوند.

9. استحکام دستگاه را بسنجید

برای محیط های کاری سخت امروزی به دنبال ماشینی با قابلیت اطمینان بالا و کنترل های محافظت شده بگردید. برای مثال لوازم و اتصالات مشعل­هایی که محافظ‌دار هستند به نسبت آن­هایی که محافظ ندارند داری استهلاک کمتری هستند. برخی ماشین ها یک قفسه محافظ اطراف فیلتر هوا و دیگر قسمت های مهم ماشین قرار می­دهند. این فیلترها خصوصیات بسیار مهمی دارند زیرا جداشدن روغن از هوای فشرده را کنترل و از این جدا شدن اطمینان حاصل می­کنند. روغن باعث ایجاد قوس و در نتیجه کم کردن قدرت برش می­شود. محافظت از این فیلترها اهمیت زیادی دارد زیرا آب و روغن را که باعث افت قدرت برش می­شوند از هوای فشرده جدا می­کنند.

10. سادگی و راحتی کار با ماشین را بررسی کنید.

به دنبال دستگاه برش پلاسمایی باشید که پنل کنترل آن بزرگ و قابل خواندن و کاربری آن راحت باشد. چنین پنلی باعث می­شود کسی که تا کنون با دستگاه برش پلاسما کار نکرده به راحتی قادر به استفاده از آن باشد. بعلاوه ماشینی با اطلاعات مشخص مربوط به طرز کار، عیب یابی را آسان­تر می­کند.

آیا مشعل در دستان شما راحت است؟شما باید به دنبال مشعلی با طراحی ارگونومیک و راحت باشید.

11. به دنبال خصوصیات ایمنی باشید

به دنبال ماشینی باشید که دارای سنسور برای تشخیص محل صحیح قرارگیری نازل باشد. با این خصوصیت دستگاه برش پلاسما قوس را راه اندازی نمی­کند مگر اینکه نازل در محل صحیح قرار گرفته باشد.

بعضی از سیستم های ایمنی ممکن است خطاپذیر باشند و در حالی که نازل در محل صحیح قرار نگرفته است به اشتباه آن را در مکان صحیح تشخیص دهند (برای مثال استفاده  از حسگر فنجانی یا shield cup sensing). اگر خروجی روشن باشد اپراتور در مسیر جریان مستقیم 300 ولتی قرار خواهد گرفت که شرایط بسیار نا امنی است. با کمک سنسور نازل در محل لینکلن دیگر امکان این اتفاق وجود ندارد.

به دنبال ماشینی باشید که قبل از آغاز قوس به شما اخطار دهد. بعلاوه به دنبال ماشینی باشید که ایمنی 3 ثانیه قبل از جریان داشته باشد، که به کاربر از قبل اخطار می­دهد تا تمامی قسمت های بدن قبل از آغاز قوس از نازل فاصله داشته باشند.

چگونه می­توان بهترین بهره را از ابزار برش پلاسما برد؟

استفاده بهینه از دستگاه برش پلاسماحالا که دستگاه برش پلاسمای مناسب خود را انتخاب کرده‌اید، فوت و فن های استفاده از دستگاه که انجام بهترین برش ممکن برای تازه‌کاران را فراهم می­کند در اختیار شما قرار می­دهیم.

1. فرآیندهای راه اندازی

قبل از شروع موارد زیر را بررسی کنید:

  • یک منبع هوای فشرده­ی تمیز بدون آب و روغن. قطعات مصرفی­ای که به سرعت مستهلک شده و یا اثرات سیاهی و سوختگی بر روی صفحه بر جا می­گذارند می­توانند نشان دهنده هوای آلوده باشند.
  • فشار هوای صحیح- این فشار میتواند از طریق اندازه‌گیر­های روی دستگاه مشخص شود.
  • نازل و الکترود به درستی در جای خود قرار گرفته باشند.
  • همه چیز به درستی به هم متصل شده باشند.

2. ادوات ایمنی

برخی اقدامات اولیه ایمنی باید مورد توجه قرار گیرند. شما باید دفترچه راهنمای دستگاه را به طور کامل مطالعه و درک کنید. در زمان برش لباس آستین بلند و دستکش بپوشید زیرا در زمان برش فلز مذاب به وجود می­آید. محافظ چشم مانند عینک های تیره و یا محافظ جوشکاری استفاده کنید تا چشمان خود را از قوس برش در امان نگه دارید. معمولا درجه­ی تیرگی #7 تا #9 قابل قبول هستند. در آخر تمامی نکاتی که در دفترچه راهنمای کاربری آمده است را رعایت کنید.

3. سوراخ کردن کار

تعداد زیادی از کاربران بی­تجربه برای سوراخ کردن قطعه سعی ­می­کنند به طور مستقیم و با زاویه 90 درجه و به طور عمود بر قطعه عملیات سوراخکاری را انجام دهند. این امر سبب می­شود فلز مذاب به سمت مشعل بازگردد و پرتاب شود. روش بهتر این است که با زاویه 60 درجه نسبت به عمود و 30 درجه نسبت به افق به قطعه کار نزدیک شده و سپس مشعل را در جهت افق بچرخانید. به این صورت فلز مذاب از مشعل دور می­شود.

4. نازل را به قطعه کار تماس ندهید.

هنگامی که از جریان 45 آمپر یا بیشتر استفاده می­کنید نازل را با قطعه تماس ندهید. انجام این کار باعث می­شود عمر نازل به شدت کاهش یابد زیرا برش قوس را از طریق نازل دو برابر می­کند. قوس دوبل می­تواند از طریق کشیده شدن مشعل به قالب فلزی نیز ایجاد شود. نتیجه همانند کشیده شدن نازل به قطعه کار است، نازل به سرعت مستهلک می‌شود.

5. تازه کارها باید از روتور فنجانی برای تسهیل برش استفاده کنند.

بسیاری از سیستم ها  روتور کششی فنجانی(drag cup) ارائه می­دهند که روی نازل چفت می­شود. این به مشعل اجازه می­دهد تا روی قطعه کار قرار گرفته و روی آن کشیده شود تا برش یکنواخت را آسان کند.

6. با سرعت مناسب پیشروی کنید.

اگر با سرعت مناسب برش را انجام دهید فلز مذاب با زاویه 15 تا 20 درجه ازکف صفحه کنار می­رود. اگر خیلی آهسته حرکت کنید تفاله های کم سرعت ایجاد می­کنید که از تجمع فلز مذاب در لبه پایینی برش ایجاد می‌شود. هنگامی که خیلی سریع حرکت کنید، تفاله پر سرعت در بالای برش ایجاد می­شود زیرا اجازه نمی­دهید که قوس تمام عرض فلز را طی کند. پیشروی سریع یا کند برش کم کیفیت ایجاد می­کند. معمولا تفاله های کم‌سرعت و پر­سرعت با توجه به سختی از بین بردن آن قابل تمایز است. برای مثال تفاله سرعت پایین با دست قابل برداشته شدن است در حالی که تفاله سرعت بالا نیاز به تراش دارد.

7. هنگامی که شروع می­کنید جریان را در حالت ماکزیمم قرار دهید.

هنگام تنظیم جریان ابتدا در حالت ماکزیمم(حداکثر) قرار دهید، سپس آن را برحسب نیاز پایین بیاورید. توان بیشتر معمولا بهتر است مگر در مواردی که نیاز به برش های دقیق دارید یا نیاز دارید زاویه برش(kerf angle) خیلی کوچکی داشته ‌باشید.

8. زمان قوس پیلوت را به حداقل برسانید.

به خاطر استهلاکی که بر روی قطعات مصرف کننده به وجود می­آورد بهتر است تا حد ممکن مدت زمان قوس پیلوت را پایین بیاورید. برای انجام این کار  قبل از آغاز به کار قوس شعله پلاسما را در لبه قطعه کار قرار دهید تا بلافاصله بتوانید برش را شروع کنید.

9. فاصله نازل تا قطعه را ثابت نگه دارید.

به صورت بهینه بهترین فاصله بین نازل و قطعه کار 0.3175 تا 0.47625 سانتیمتر است.جابجا کردن مشعل به بالا و پایین فقط تلاش های شما را نابود می­کند.

10. در مسیری حرکت کنید که بهترین قطعه نهایی را به دست آورید.

اگر برش های دایره ای انجام می­دهید و می‌خواهید قطعه دایره‌ای شکل در پایان کار داشته باشید در جهت عقربه های ساعت حرکت کنید. اگر می‌خواهید قطعه‌ای که دایره از آن بریده‌شده است را داشته ‌باشید، در جهت خلاف عقربه های ساعت حرکت کنید.

هنگامی که مشعل را  فشار داده و دور می­کنید، برش بهتر در قطعه سمت راست به وجود می­آید و لبه های بهتر و مربعی‌تری خواهید داشت.

11. در مواد ضخیم با زاویه فشاری کار را به پایان برسانید

یک تکنیک که برای استفاده در مواد ضخیم وجود دارد چرخاندن جزئی مشعل است که جهتگیری مشعل را حین برش آخرین قسمت ماده از حالت کشیدن به حالت فشاری تغییر می‌دهد.

بعد از یافتن ماشین مناسب برای کاربرد مد نظرتان و آموختن نکات احتمالاً آماده برش هستید. به یاد داشته باشید که برش پلاسما مزایای زیادی ارائه می­دهد و معمولاً برش­های سریع­تر و باکیفیت­تری فراهم می‌کند.

اصول اولیه برش پلاسما
چگونه از یک اره عمودبر استفاده کنیم؟
راهنمای خرید فرز انگشتی
فهرست