برش پلاسما چیست؟ | تکنولوژی پیشرفته در صنعت برش
در دنیای صنعت و ساختمان، فناوری‌های پیشرفته‌ای وجود دارند که بهبود و سرعت بخشیدن به فرآیندهای تولید و ساخت را ممکن می‌سازند. یکی از این فناوری‌های مهم، برش پلاسما است که در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران به بررسی آن خواهیم پرداخت.
برش پلاسما چیست؟
برش پلاسما یک فرآیند صنعتی است که در آن فلزات مانند فولاد و سایر فلزات، و در بعضی موارد مواد دیگر، با استفاده از یک مشعل قطعه‌بندی می‌شوند. در این فرآیند، یک گاز نجیب مانند هوا فشرده، با سرعت بالا از نازل دمیده می‌شود و در همان لحظه یک قوس الکتریکی (Electrical ARC) بین گاز در نازل و سطح برش ایجاد می‌شود، که باعث تشکیل پلاسما می‌شود. پلاسما به اندازه کافی گرم است تا فلز را ذوب کند و برش انجام شود. همچنین، هوای فشرده نیز فشاری دارد که فلز ذوب شده را از مسیر برش دور کند.
نحوه عملکرد دستگاه برش پـلاسما
در دستگاه برش پلاسمای مدل HF، هوا با استفاده از یک جرقه با ولتاژ بالا در ابتدای مشعل یونیزه می‌شود و قوس الکتریکی شروع می‌شود. این روش برای کنترل عددی یا CNC استفاده می‌شود، به طوری که در زمان شروع کار نیازی به تماس قطعه کار با تورچ نداریم. اما در دستگاه‌های برش پلاسمای مدل‌های پیشرفته‌تر، برای تنظیم ارتفاع مشعل، نوک تورچ باید قبل از شروع کار با قطعه کار تماس داشته باشد و سپس یک فاصله یا گپی بین آنها ایجاد می‌شود.
در دستگاه‌های برش پلاسمای CNC، به محض برقراری تماس نوک مشعل با قطعه کار، یک فاصله به سرعت ایجاد می‌شود. بخشی که مسئول کنترل جرقه است، از دو سیستم نزدیک برای تولید پلاسما استفاده می‌کند. یک مدار با ولتاژ بالا و جریان پایین استفاده می‌شود تا در زمان مشخصی جرقه‌ای را درون تورچ ایجاد کند و کمی گاز پلاسما را به وجود آورد. قوس تولید شده به عنوان قوس هادی شناخته می‌شود. این قوس به سمت ابتدای مشعل حرکت می‌کند و تا ابتدای قطعه کار نزدیک می‌شود، به طوری که به قوس اصلی پلاسما دست یابد.
متد دستگاه برش پـلاسما برای شروع قوس
در دستگاه برش پلاسما، برای شروع قوس از دو روش استفاده می‌شود:
- روش اول: با قرار دادن مشعلی روی قطعه کار، یک قوس ایجاد می‌شود و تماس بین مشعل و قطعه کار برقرار می‌شود.
- روش دوم: با استفاده از یک مدار با ولتاژ بالا که فرکانس بالایی دارد، قوس الکتریکی ایجاد می‌شود.
روش دوم احتمال خطر برق گرفتگی را دارد و ممکن است تشعشعات فرکانس‌های رادیویی ایجاد کند. به علت همکاری دستگاه برش پلاسما با سخت‌افزار CNC، برای کنترل نویزها و جلوگیری از آسیب به دستگاه برش پلاسما، از وسایلی استفاده می‌شود که قوس هادی را ایجاد کنند. این وسایل در مکانی دورتر از سیستم‌های الکترونیکی قرار می‌گیرند و به آنها مجموعه کنترل پلاسما گفته می‌شود.
تاریخچه برش CNC پلاسما
تاریخچه برش CNC پلاسما به این صورت است:
در دهه ۱۹۶۰، فناوری برش پلاسما از جوش پلاسما به وجود آمد و بیست سال بعد، به عنوان یک روش بسیار موثر برای برش ورق و فلزات شناخته شد. برش پلاسما دارای مزایای زیادی نسبت به روش‌های دیگر برش فلزات است، شامل موارد زیر:
انعطاف‌پذیری: دستگاه برش پلاسما برای زمان‌هایی که نیاز به تکرار الگوی برش وجود دارد، بسیار مفید است. به عنوان مثال، برای تولید بزرگ‌ترین تعداد ممکن از یک نمونه، از برش پلاسما استفاده می‌شود.
روش CNC: در دهه ۱۹۸۰، فناوری CNC (کنترل عددی رایانه) برای دستگاه‌های برش پلاسما مورد استفاده قرار گرفت. این امر باعث ایجاد انعطاف بیشتری در تولیدات مورد نیاز بازار شد. با استفاده از CNC، دستگاه برش پلاسما قادر به برش الگوهای پیچیده‌تر و همچنین برش‌های سه‌بعدی شد.
توسعه محورها: در آغاز، دستگاه‌های برش پلاسما تنها محورهای X و Y را داشتند و تنها قادر به برش الگوهای تخت و صاف بودند. اما با پیشرفت تکنولوژی، محورهای دستگاه‌های برش پلاسما گسترش یافت و امکان برش‌های سه‌بعدی و پیچیده‌تر فراهم شد.
به این ترتیب، تاریخچه برش CNC پلاسما نشان می‌دهد که از جوش پلاسما تا به امروز، این روش برش متحول و بهبود یافته و تبدیل به یک روش محبوب و کارآمد در صنایع مختلف می‌شود.
قوس (Arc) برش پلاسما
پلاسما هادی جریان الکتریسته است که با واردکردن انرژی الکتریکی از طریق یک الکترود (مانند یک عنصر فلزی یا تنگستن)، گاز را به حالت پلاسما تبدیل می‌کند. با افزایش مقدار انرژی، قوس پلاسمای داغ شکل می‌گیرد. ماشین برش پلاسما با جمع کردن (منقبض کردن) قوس ایجاد شده و فشردن آن از طریق یک نازل متمرکز، این انرژی قوی را کنترل می‌کند. با افزایش فشار هوا و ولتاژ، قوس بیشتری داغ‌تر می‌شود و قابلیت بریدن فلزات ضخیم‌تر با حداقل نیاز به تمیزکاری را به دست می‌آورد.
با استفاده از یک منبع نیرو، تورچ یا مشعل پلاسما، هوای فشرده، نیروی الکتریکی و الکترودهای مناسب، ماشین‌های پلاسما قادر به برش سریع و دقیق هر نوع فلزی مانند آلومینیوم، فولاد ضدزنگ، برنج و مس با ضخامت بیش از ۵ سانتیمتر هستند. در برش پلاسما، نیازی به گرم کردن اولیه قطعه وجود ندارد و پلاسما عرض برش باریکی را ایجاد می‌کند. در این روش، تنها یک ناحیه کوچک از قطعه تحت تأثیر حرارت قرار می‌گیرد که از تابیدن قطعه جلوگیری می‌کند. برش پلاسما بیشتر برای برش قطعات فلزی با ضخامت کمتر (تا ۲ اینچ) استفاده می‌شود.
مزایای برش پلاسما
برش پلاسما دارای مزایای متعددی است:
- توانایی برش هر نوع فلز: برش پلاسما قادر است بر روی انواع فلزات رسانا مانند فولاد نرم، آلومینیوم و استنلس استیل انجام شود. این امر امکان استفاده گسترده از این روش را برای برش مواد مختلف فلزی فراهم می‌کند.
- دقت بالا با استفاده از CNC: با استفاده از دستگاه‌های CNC برش پلاسما می‌توان دقت برش را بهبود بخشید. این روش می‌تواند به عنوان یک راهکار برای رفع مشکلات دقت در دستگاه‌های هوابرش مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، برش پلاسما CNC قادر است بر روی فلزات غیرآهنی با عمق برش حداکثر یک اینچ انجام شود.
- کاربری آسان و عدم نیاز به مهارت: برخلاف هوابرش، برش پلاسما نیاز به مهارت خاص اپراتور ندارد. این به معنای این است که کاربران با تجربه کم نیز می‌توانند از این روش استفاده کنند، که هزینه و زمان آموزش را کاهش می‌دهد.
- کیفیت بالا و لبه های تمیز: با استفاده از CNC برش پلاسما، می‌توان کیفیت لبه‌های برش را بهبود بخشید. در برخی موارد، این روش می‌تواند لبه‌های براق و با کیفیت سطح بالا را به دست آورد. این مزیت می‌تواند در برش قطعاتی که نیاز به دقت و ظاهر بصری بالا دارند، بسیار مفید باشد.
- عدم وابستگی به گرم کردن اولیه قطعه: در برخی روش‌های برش، نیاز است قطعه قبل از برش، گرم شود. اما در برش پلاسما، این نیاز وجود ندارد. این به معنای صرفه‌جویی در زمان و انرژی است و همچنین از تابیدن قطعه جلوگیری می‌کند.
به طور کلی، برش پلاسما به عنوان یک روش موثر و تنوع‌پذیر برای برش فلزات با ضخامت‌های مختلف، با مزایایی همچون قابلیت برش هر نوع فلز، دقت بالا، عدم نیاز به مهارت اپراتور، کیفیت بالا و عدم وابستگی به گرم کردن اولیه قطعه، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
معایب برش پلاسما
برش پلاسما همچنین دارای معایبی است که شامل موارد زیر می‌شود:
- هزینه بالا: دستگاه‌های برش پلاسما CNC گران قیمت هستند و نیاز به سرمایه‌گذاری بزرگی برای خرید و نگهداری آنها دارند. همچنین، مصرف برق بالا نیز می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد.
- محدودیت عمق برش: در مقایسه با هوابرش، برش پلاسما ممکن است محدودیتی در عمق برش داشته باشد. این به این معنی است که نمی‌توان در عمقهای برش بسیار عمیق از این روش استفاده کرد.
- عدم ایده آل بودن برای فولاد: با اینکه برش پلاسما قابل استفاده بر روی فولاد است، اما در برخی موارد ممکن است نیاز به روش‌های دیگری مانند برش لیزری برای برش دقیق و با کیفیت بر روی فولاد داشته باشید.
- نیاز به سیستم‌های زیر آب: برای رفع مشکل حرارت و دمای بالایی که در نازل برش پلاسما ایجاد می‌شود، برخی از دستگاه‌های برش پلاسما CNC در زیر آب عمل می‌کنند. این به این معنی است که سیستم برش در محیط آب قرار می‌گیرد و نیاز به تأمین آب به صورت مداوم برای خنک‌کردن و از بین بردن گازهای واکنشی دارد. این موضوع ممکن است نیاز به منابع آب و ایجاد هزینه‌های مربوط به آب و تأمین آن داشته باشد.
در نهایت، برای استفاده از روش برش پلاسما CNC، باید به مزایا و معایب آن توجه کرده و با توجه به نیازها و محدودیت‌های خود، تصمیم‌گیری صحیح را انجام داد.
نکات ضروری
برش پلاسما دارای نکات ضروری است که باید به آنها توجه کرد:
یکی از مسائل مهم در برش پلاسما، تولید گاز پلاسما که بسیار سمی است، می‌باشد. بنابراین، باید از روشی بهینه برای خارج کردن این گاز از محیط استفاده کرد. یکی از روش‌ها، استفاده از میزهای مکنده دود است. این میزها به چند بخش تقسیم می‌شوند و دستگاه در هر بخش که کار می‌کند، دریچه‌های آن بخش باز می‌شود و دود با استفاده از فن‌های مکنده، خارج می‌شود. روش دیگر استفاده از یک هود در بالای دستگاه یا بالای تورچ برش است. همچنین، حتما باید از عینک محافظ چشم استفاده کرد.
- در برش پلاسما، به ویژه در ضخامت‌های بالا، ممکن است انتهای پایین برش به شکل هلالی باشد.
- برش پلاسما باعث آلودگی شدید می‌شود، به دلیل تولید بخارات فلز و گاز ازت.
- برای خرید دستگاه‌هایی که قادر به برش ضخامت‌های بالا هستند، سرمایه اولیه بسیار بالا نیاز است.
- برش پلاسما نیاز به تعمیرات و نگهداری مداوم دارد.
- هنگام برش پلاسما، امواج زیر صوتی ایجاد می‌شود که برای انسان خطرناک است.
