برش پلاسما

برش پلاسما یک فرآیند برش حرارتی با استفاده از جت پلاسما رسانای الکتریکی برای برش فلزات رسانا مانند فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و مس است. پلاسما در واقع یک جت با سرعت بالا-از گاز یونیزه است که برای ذوب مواد استفاده می شود و به دلیل مقرون به صرفه بودن و تطبیق پذیری آن به طور گسترده در ساخت فلزات استفاده می شود.

 

توضیحات

 

پلاسما خود جریان الکتریکی را هدایت می کند و قوس پلاسما تا زمانی که برق به الکترود تامین می شود و پلاسما در تماس با قطعه کار باقی می ماند پیوسته است. برش پلاسما یک فناوری برش فلز بسیار کارآمد است که از قوس پلاسمایی با دمای بالا به عنوان منبع گرما استفاده می‌کند و اصل اصلی آن استفاده از قوس با فرکانس بالا برای یونیزه کردن گاز برای تشکیل پلاسما در حین ذوب فلز قطعه کار در دمای بالا بیش از 3000 درجه، و استفاده از برش مافوق صوت برای جریان هوای مافوق صوت برای رسیدن به جریان هوای مافوق صوت است. فشار این جریان گاز به طور موثری شعاع پرتو پلاسما را کنترل می کند. با هدایت یک حالت کنترل شده و دارای بار الکتریکی از ماده از طریق یک نازل متمرکز، می توانید به راحتی موادی مانند فولاد، فولاد ضد زنگ و مواد آلومینیومی را برش دهید.

 

گزینه های گاز دستیار

 

دستگاه برش پلاسما می تواند با گازهای مختلفی کار کند که شامل هوای فشرده، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و اکسیژن یا ترکیبی از دو یا سه گاز مختلف می شود. عملکرد آنها کاملا شبیه به گاز محافظ است، هر یک از آنها نتایج متفاوتی را نشان می دهد و در زیر خلاصه ای کوتاه آورده شده است:

 

√هوای فشرده، این گاز بسیار همه کاره و ارزان است و می تواند با فولاد نرم، فولاد ضد زنگ و آلومینیوم تا 30 میلی متر به خوبی کار کند.

√اکسیژن، گاز محبوبی است که به طور گسترده برای فولاد کربنی در کاربردهایی که نیاز به برش تمیز و سرعت برش سریع دارند استفاده می شود و معمولاً می تواند فولاد ملایم را تا 35 میلی متر با حرارت بالاتر برش دهد که به این معنی است که به شنیدن بیشتر نیاز دارد. در نتیجه، انرژی گرمایی بیشتر می تواند به قطعه کار آسیب برساند، به علاوه، اکسیژن با فولاد ضد زنگ و آلومینیوم سازگار نیست و سطح برش به دلیل مقدار اکسیژن و گرمای مصرفی کاملاً اکسید می شود.

√نیتروژن، به طور گسترده برای کاربردهای سنگین-برای فلزات ضخیم تا ۸۰ میلی‌متر استفاده می‌شود و می‌تواند برش‌هایی با کیفیت خوب برای اکثر مواد از جمله فولاد ضد زنگ، فولاد کربن و آلومینیوم ایجاد کند. معمولاً نیتروژن اغلب با چندین گاز ثانویه مانند هوا، دی اکسید کربن و آرگون برای صفحات ضخیم تر استفاده می شود.

√آرگون، یک گاز بی اثر است که با برش در دمای بالا واکنش نشان نمی دهد و به دلیل رسانایی کم، یک گاز دستیار استاندارد نیست. بنابراین، اغلب با هیدروژن مخلوط می شود تا داغ ترین شعله برش پلاسما برای برش تمیز ایجاد شود.

 

 

در نظر گرفتن سرمایه گذاری برای لیزر پلاسما در مقابل فیبر

 

ماشین های پلاسما با هدایت گاز برش (هوا، اکسیژن، نیتروژن، هوا، آرگون و غیره) از طریق نازلی با دهانه باریک کار می کنند و سپس گاز برای تولید قوس پلاسما یونیزه می شود. در حالی که از یک گاز محافظ برای احاطه قوس پلاسما استفاده می شود تا به شکل دهی قوس کمک کند، و قوس پلاسما با دمای بسیار بالا می تواند مواد فلزی را برش دهد.

در حالی که، لیزرهای فیبر از نور تولید شده توسط یک دیود استفاده می‌کنند و آن را در امتداد کابل فیبر نوری{0}و اجزای نوری هدایت می‌کنند، و سپس پرتو نور برای برش قطعه فلزی متمرکز و تشدید می‌شود. لیزر فیبر همچنین به گاز برشی نیاز دارد که به سر برش زیر اجزای نوری تزریق می شود و همراه با پرتو لیزر از نازل خارج می شود. با توجه به تجربه Fabmann، صفحات نازک تر کمتر از 12 میلی متر، لوله یا پروفیل که نیاز به تحمل ابعادی بالایی دارند، دستگاه لیزر فیبر گزینه بهتری است. در حالی که هزینه های خرید و عملیاتی به طور کلی بالاتر از ماشین های پلاسما است، به طور متوسط ​​حدود 5 سال طول می کشد تا به حد نصاب برسد. برش‌های پلاسما دارای نرخ بهره‌وری نسبتاً بالاتر، دامنه برش گسترده و هزینه‌های نسبتاً پایینی با میانگین زمان بازپرداخت 3 ساله هستند. نمودار زیر برخی از درک اولیه از ویژگی های کلیدی آنها را به شما می دهد.

 

پارامترها	لیزر فیبر	پلاسما HD
گزینه های مواد	فولاد ملایم، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، مس	تمام فلزات رسانا
محدوده ضخامت	تا 30 میلی متر	تا 50 میلی متر
مربع بودن لبه	ISO 1	ISO 2 - 4
برش تحمل	0.05-0.1 میلی متر بسته به ضخامت مواد	0.2 میلی متر - 0.5 میلی متر بسته به ضخامت مواد
عرض کرف	0.15 - 0.4 میلی متر	0.5 - 2.2 میلی متر
HAZ	باریک تر	گسترده تر
سرعت برش (<10 mm)	سریعتر	کندتر
Cutting Speed (>10 میلی متر)	کندتر	سریعتر
قیمت خرید	بالا	25-35 درصد لیزر
هزینه های عملیاتی	کم	کم
تعمیر و نگهداری	متوسط	متوسط
بازه زمانی سرسخت	4-6 سال	3-4 سال

 

برای تصمیم گیری عینی سرمایه گذاری، چند فاکتور مهم وجود دارد که باید در نظر بگیرید:

 

√انواع مواد اولیه و دستگاه های اسپلیت، پلاسما و لیزر از نظر محدوده مواد بسیار مشابه هستند و تفاوت اصلی آنها محدوده ضخامت برش و کیفیت برش است. هر دوی آنها می توانند تمام مواد رسانا مانند فولاد نرم، فولاد ضد زنگ، برنج، مس و آلومینیوم را برش دهند. اگر اکثر مواد شما کمتر از 10 میلی‌متر و پروفیل‌های پیچیده شامل لوله‌ها هستند، ممکن است سرمایه‌گذاری در دستگاه برش لیزر فیبر و برون‌سپاری برش پلاسما مقرون به صرفه‌تر باشد.

 

√کیفیت برش چند عنصر مهم مانند مربع بودن، تفاله، لبه برش، HAZ (منطقه متاثر از گرما) را پوشش می دهد. برای لیزر فیبر، کیفیت برش بسیار به قدرت، سرعت برش، فشار گاز و گاز و اندازه نازل بستگی دارد. به طور معمول، راه‌اندازی برق محبوب برای لیزرهای فیبر مانند 4 میلی‌متر برای لیزرهای 2 کیلووات، 6 میلی‌متر برای لیزرهای 6 کیلومتری، بدون زباله- خواهد بود. در زیر خلاصه ای کوتاه از مشکلات رایج کیفیت برش آورده شده است:

 

● مربع بودن، لیزرهای فیبر قادر به ایجاد برش تقریبا مربعی هستند و می توان آنها را به ISO 1 طبقه بندی کرد. برش های پلاسما معمولی معمولاً یک شکل کمی مقعر در لبه برش دارند و زاویه اریب آنها در محدوده ISO 3-5 است.

●تفاله به عنوان ضایعات فلزی ناخواسته ای تعریف می شود که از قسمت زیرین برش خارج نشده است. دستگاه برش پلاسما می تواند به کیفیت لبه برش خوبی دست یابد، اما اپراتورها باید تصمیم بگیرند که آیا کیفیت برش یا سرعت برش اولویت است. برش کم می تواند باعث ایجاد تفاله های سنگین در قسمت زیرین قطعه کار شود در حالی که برش خیلی سریع می تواند باعث شود که دانه های فلزی در قسمت پایین برش قرار بگیرند و برداشتن این دانه ها بسیار دشوار است.

●برش لبه پلاسما به دلیل اندازه لکه بزرگتر می تواند لبه های برش صاف تری بدهد، اما البته بستگی به نحوه تنظیم پارامترهای برش برای رسیدن به کیفیت بهینه برش نیز دارد.

●HAZ، تا حد زیادی به توان خروجی دستگاه و سرعت برش بستگی دارد و هم لیزرهای فیبر و هم برش های پلاسما HAZ تولید می کنند. اما به طور معمول لیزر فیبر یک HAZ کوچکتر تولید می کند.

 

 

√تحمل برش و کیفیت سوراخ، همچنین به عنوان کیفیت قطعه برش نامیده می شود، به خصوص کیفیت سوراخ اغلب معیاری برای دقت در نظر گرفته می شود که بر اساس میزان استوانه ای بودن یک سوراخ قضاوت می شود. درجه دقت اغلب بر اساس پهنای کرف قضاوت می‌شود، هرچه پهن‌تر باشد، دقت خشن‌تر است. کرف تعیین می کند که چقدر می توان یک کانتور داخلی را برش داد و در عین حال اعوجاج حرارتی می تواند ابعاد قطعه کار را تغییر دهد. لیزر فیبر در مقایسه با کاتر پلاسما تحمل بیشتری دارد.

 

√هزینه لیزرهای فیبر به طور کلی گران تر از دستگاه های پلاسما است، هم از نظر هزینه خرید اولیه و هم هزینه های عملیاتی.

 

به طور خلاصه، لیزر برای برش نازک فولاد ضد زنگ و آلومینیوم با محدوده ضخامت بین 0.5 میلی متر تا 10 میلی متر گزینه بهتری است و دقت، سرعت و توانایی بالاتر آن در برش اشکال پیچیده آن را نسبت به دستگاه پلاسما مطلوب تر می کند. در محدوده 10-15 میلی متر، لیزر فیبر کاملاً قابل مقایسه با دستگاه پلاسما است. برای صفحات سنگین که بالای 15 میلی متر هستند، یک دستگاه پلاسما CNC مدرن ممکن است گزینه بهتری باشد.

 

مواد مختلف فولادی با برش پلاسما

 

ویژگی های برش پلاسما

 

دستگاه پلاسما به دلیل سرمایه گذاری کمتر و کیفیت برش قابل مقایسه با آن که به عنوان دستگاه برش لیزری که مواد فلزی نازک تر را برش می دهد خوب نیست، محبوبیت زیادی به دست می آورد و دارای ویژگی های زیر است:

 

 

بنابراین، پلاسما اغلب برای برش فلزات ضخیم مانند نمونه سازی سریع و طراحی هنری استفاده می شود. در نتیجه، برش پلاسما یک برش فلز مقرون به صرفه (به ویژه برای فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و صفحات ضخیم) با دقت کمتر در مقایسه با برش لیزری است و برای ساخت سازه های سنگین مانند کشتی سازی و ساخت و ساز بسیار محبوب است.