قطع البلازما

القطع بالبلازما هي عملية قطع حرارية تستخدم طائرة بلازما موصلة للكهرباء لقطع المعادن الموصلة مثل الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم والنحاس. البلازما هي في الواقع دفقة عالية السرعة من الغاز المتأين الذي يستخدم لإذابة المواد، ويستخدم على نطاق واسع في تصنيع المعادن نظرًا لفعاليته من حيث التكلفة وتعدد استخداماته.

 

وصف

 

تقوم البلازما نفسها بتوصيل التيار الكهربائي، ويظل قوس البلازما مستمرًا طالما يتم توفير الطاقة للقطب الكهربائي وتبقى البلازما على اتصال بقطعة العمل. القطع بالبلازما عبارة عن تقنية عالية الكفاءة لقطع المعادن تستخدم -قوس بلازما ذو درجة حرارة عالية كمصدر للحرارة، والمبدأ الأساسي لها هو استخدام قوس عالي التردد -لتأين الغاز لتكوين البلازما أثناء صهر قطعة العمل المعدنية عند درجة حرارة عالية تزيد عن 3000 درجة، واستخدام تدفق الهواء الأسرع من الصوت لتفجير المعدن المنصهر لتحقيق القطع. يتحكم ضغط تدفق الغاز هذا بشكل فعال في نصف قطر شعاع البلازما. من خلال توجيه حالة المادة المشحونة كهربائيًا والمتحكم بها من خلال فوهة مركزة، يمكنك بسهولة قطع المواد مثل الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ ومواد الألومنيوم.

 

خيارات الغاز المساعد

 

يمكن لآلة القطع بالبلازما العمل مع الغازات المختلفة التي تشمل الهواء المضغوط والنيتروجين والأرجون والهيدروجين والأكسجين، أو مزيج من اثنين أو ثلاثة غازات مختلفة. وظيفتها تشبه إلى حد كبير غاز التدريع، وكل منها تظهر نتائج مختلفة، وفيما يلي ملخص قصير:

 

√الهواء المضغوط، هذا الغاز متعدد الاستخدامات وغير مكلف للغاية، ويمكن أن يعمل بشكل جيد مع الفولاذ الطري والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم حتى 30 مم.

√الأكسجين، وهو غاز شائع الاستخدام على نطاق واسع للفولاذ الكربوني في التطبيقات التي تتطلب قطعًا نظيفًا وسرعة قطع سريعة، ويمكنه عادةً قطع الفولاذ الطري حتى 35 مم مع حرارة أعلى مما يعني أنه يتطلب المزيد من السمع. وبالتالي، فإن المزيد من الطاقة الحرارية يمكن أن تلحق الضرر بقطع العمل، بالإضافة إلى أن الأكسجين ليس صديقًا للفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم، ويتأكسد سطح القطع تمامًا بسبب كمية الأكسجين والحرارة المستخدمة.

√يُستخدم النيتروجين على نطاق واسع في تطبيقات الخدمة الشاقة-للمعادن السميكة التي يصل سمكها إلى 80 مم، ويمكنه إنتاج قطع عالية الجودة لمعظم المواد بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ الكربوني والألومنيوم. عادة ما يستخدم النيتروجين مع العديد من الغازات الثانوية، مثل الهواء وثاني أكسيد الكربون والأرجون للصفائح السميكة.

√الأرجون، وهو غاز خامل لا يتفاعل مع درجات الحرارة المرتفعة، وهو ليس غازًا مساعدًا قياسيًا بسبب انخفاض الموصلية. ولذلك، غالبًا ما يتم مزجه مع الهيدروجين لتكوين لهب القطع -البلازما الأكثر سخونة للحصول على قطع نظيف.

 

 

الاعتبارات الاستثمارية للبلازما مقابل ألياف الليزر

 

تعمل آلات البلازما عن طريق توجيه غاز القطع (الهواء والأكسجين والنيتروجين والهواء والأرجون وغيرها) من خلال فوهة ذات فتحة ضيقة، ومن ثم يتم تأين الغاز لإنتاج قوس البلازما. بينما يتم استخدام غاز الدرع لتطويق قوس البلازما للمساعدة في تشكيل القوس، ويمكن لقوس البلازما ذو درجة الحرارة العالية جدًا أن يقطع المواد المعدنية.

في حين أن ليزر الألياف يستخدم الضوء الناتج عن الصمام الثنائي ويوجهه عبر كابل ألياف ضوئية- ومكونات بصرية، ثم يتم بعد ذلك تركيز شعاع الضوء وتكثيفه لقطع قطع العمل المعدنية. يحتاج ليزر الألياف أيضًا إلى غاز القطع الذي يتم حقنه في رأس القطع أسفل المكونات البصرية ويخرج من الفوهة مع شعاع الليزر. وفقًا لخبرة Fabmann، فإن الألواح الرقيقة < 12 مم، والأنابيب أو التشكيلات الجانبية التي تتطلب تفاوتات عالية الأبعاد، تعد آلة ألياف الليزر خيارًا أفضل. في حين أن تكاليف الاقتناء والتشغيل أعلى عمومًا من تكلفة آلة البلازما، إلا أنها تستغرق في المتوسط ​​حوالي 5 سنوات للوصول إلى نقطة التعادل. تتميز قواطع البلازما بمعدل إنتاجية أعلى نسبيًا، ونطاق قطع واسع، وتكاليف اقتناء منخفضة نسبيًا مع متوسط ​​وقت استرداد يصل إلى 3 سنوات. يمنحك الرسم البياني أدناه بعض الفهم الأساسي لميزاتها الرئيسية.

 

حدود	فايبر ليزر	بلازما اتش دي
خيارات المواد	الفولاذ الطري، الفولاذ المقاوم للصدأ، الألومنيوم، النحاس	جميع المعادن الموصلة
نطاق السماكة	يصل إلى 30 ملم	يصل إلى 50 ملم
تربيع الحافة	ايزو 1	ايزو 2 - 4
قطع التسامح	0.05-0.1 ملم حسب سمك المادة	0.2 مم - 0.5 مم حسب سمك المادة
عرض الشق	0.15 - 0.4 ملم	0.5 – 2.2 ملم
المخاطر	أضيق	أوسع
سرعة القطع (<10 mm)	أسرع	أبطأ
Cutting Speed (>10 ملم)	أبطأ	أسرع
سعر الشراء	عالي	25-35% ليزر
التكاليف التشغيلية	قليل	قليل
صيانة	معتدل	معتدل
الإطار الزمني للتعادل	4-6 سنوات	3-4 سنوات

 

لاتخاذ قرار استثماري موضوعي، هناك بعض العوامل المهمة التي تحتاج إلى أخذها في الاعتبار:

 

√تتشابه أنواع المواد الخام وآلات الانقسام والبلازما والليزر إلى حد كبير عندما يتعلق الأمر بنطاق المواد، والاختلافات الرئيسية هي نطاق سمك القطع وجودة القطع. كلاهما يمكنهما قطع جميع المواد الموصلة مثل الفولاذ الطري، الفولاذ المقاوم للصدأ، النحاس، النحاس والألومنيوم. إذا كان حجم معظم المادة أقل من 10 مم، وكانت المقاطع الجانبية معقدة بما في ذلك الأنابيب، فقد يكون من الأكثر فعالية من حيث التكلفة-الاستثمار في ماكينة قطع ألياف الليزر والاستعانة بمصادر خارجية لقطع البلازما.

 

√تغطي جودة القطع بعض العناصر المهمة مثل التربيع والخبث وحافة القطع وHAZ (المنطقة المتأثرة بالحرارة). بالنسبة لليزر الألياف، تعتمد جودة القطع بشكل كبير على الطاقة وسرعة القطع وضغط الغاز والغاز وحجم الفوهة. في العادة، سيكون إعداد الطاقة الشائع خاليًا من الخبث-لأجهزة ليزر الألياف مثل 4 مم لأجهزة ليزر بقدرة 2 كيلو وات، و6 مم لأجهزة ليزر بطول 6 كيلومتر. وفيما يلي ملخص قصير لقضايا جودة القطع الشائعة:

 

● التربيع، ليزر الألياف قادر على إنتاج قطع مربع تقريبًا ويمكن تصنيفه إلى ISO 1. عادةً ما يكون لقطع البلازما النموذجية شكل مقعر قليلاً على حافة القطع، وزاوية مائلة في نطاق ISO 3-5.

●يتم تعريف الخبث على أنه النفايات المعدنية غير المرغوب فيها التي لم يتم إخراجها من الشق والتي تتشكل على الجانب السفلي من القطع. يمكن لآلة القطع بالبلازما أن تحقق جودة قطع جيدة، ولكن يحتاج المشغلون إلى تحديد ما إذا كانت جودة القطع أو سرعة القطع هي الأولوية. يمكن أن يؤدي القطع المنخفض إلى وجود خبث ثقيل على الجانب السفلي من قطعة الشغل بينما يمكن أن يؤدي القطع بسرعة كبيرة إلى تصطف الخرزات المعدنية في الجزء السفلي من القطع، ومن الصعب جدًا إزالة هذه الخرزات.

●الحافة، يمكن لقاطع البلازما أن يعطي حواف قطع أكثر سلاسة نظرًا لحجم البقعة الأكبر، ولكن بالطبع يعتمد ذلك أيضًا على كيفية قيام المشغل بإعداد معلمات القطع للوصول إلى جودة القطع الأمثل.

●HAZ، يعتمد إلى حد كبير على خرج الطاقة للآلة وسرعة القطع، وكل من ليزر الألياف وقاطع البلازما ينتجان مناطق HAZ. لكن عادةً ما يولد ليزر الألياف مساحة أصغر من المنطقة الخطرة.

 

 

√تسامح القطع وجودة الثقب، يُطلق عليها أيضًا جودة الجزء المقطوع، وغالبًا ما تُعتبر جودة الثقب مقياسًا للدقة، والتي يتم الحكم عليها من خلال مدى كون الثقب أسطوانيًا. غالبًا ما يتم الحكم على درجة الدقة من خلال عرض الشق، فكلما كان الشق أوسع، كانت الدقة أكثر خشونة. يحدد الشق مدى صغر حجم الكفاف الداخلي الذي يمكن قطعه، وفي الوقت نفسه يمكن للتشوه الحراري أن يغير أبعاد قطعة العمل. يتمتع ليزر الألياف بقدرة تحمل أعلى مقارنة بجهاز البلازما.

 

√التكلفة، تعد أجهزة ليزر الألياف بشكل عام أكثر تكلفة من أجهزة البلازما، سواء من حيث تكلفة الشراء الأولية أو نفقات التشغيل.

 

باختصار، يعد الليزر خيارًا أفضل عند القطع الرقيق للفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم بسمك يتراوح بين 0.5 مم و10 مم، كما أن دقته العالية وسرعته وقدرته على قطع الأشكال المعقدة تجعله مرغوبًا أكثر من آلة البلازما. في نطاق 10-15 مم، يكون ليزر الألياف مشابهًا تمامًا لآلة البلازما. بالنسبة للوحات الثقيلة التي يزيد حجمها عن 15 مم، قد تكون آلة البلازما CNC الحديثة خيارًا أفضل.

 

مواد فولاذية مختلفة عن طريق القطع بالبلازما

 

مميزات القطع بالبلازما

 

بدأت آلة البلازما تكتسب شعبية كبيرة بسبب انخفاض استثمارها وجودة القطع المماثلة رغم أنها ليست جيدة مثل آلة القطع بالليزر التي تقطع المواد المعدنية الرقيقة، ولها الميزات التالية:

 

 

ولذلك، غالبًا ما تُستخدم البلازما لقطع المعادن السميكة مثل النماذج الأولية‌ السريعة والتصميم الفني. في الختام، فإن القطع بالبلازما عبارة عن قطع معدني ميسور التكلفة (خاصة للفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم والألواح السميكة) بدقة أقل مقارنة بالقطع بالليزر، كما أنه يحظى بشعبية كبيرة في تصنيع الهياكل الثقيلة مثل بناء السفن والبناء.