برش پلاسما

برش پلاسما

پلاسما یکی از حالت های ماده مثل جامد، مایع و گاز است. در واقع حالت چهارم ماده پلاسما شبیه گاز است و از اتم هایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترونهای خود را از دست داده‌اند (یونیزه شده‌اند). با حرارت دادن ماده مولکول ها لرزش بیشتری پیدا کرده و با سرعت بیشتری حرکت می کنند. وقتی یک ماده جامد حرارت داده می شود، مولکول ها با شدت بیشتری شروع به لرزیدن می کنند. این روند ادامه می یابد تا سرانجام ماده از حالت جامد به مایع تبدیل شده و مولکول ها عملا حرکت کرده و به یکدیگر برخورد می کنند. با اضافه شدن مقدار انرژی و دمای بیشتر حرکت مولکول ها سریع تر و شدیدتر می شود و در نتیجه با شدت بیشتری به هم برخورد می کنند، تا جایی که از هم جدا شده و به فرم گاز در می آیند. اگر انرژی داده شده به گاز از این مقدار بیشتر شود، مولکول ها باز هم سریع تر حرکت کرده و در نتیجه شدت برخوردها باز هم بیشتر شده و گاز به پلاسما تغییر حالت می دهد. وقتی ماده به حالت پلاسما تبدیل می شود، برخورد مابین مولکول ها سرانجام به حدی زیاد می شود که در ابتدا، مولکول ها شکسته شده و به اتم های مجزا تبدیل شده و الکترون های لایه بیرونی بعضی از اتم ها از آنها جدا می گردد. وقتی تعداد خاصی از اتم ها الکترون های خود را از دست دهند و به یون تبدیل شوند، گاز به حالت پلاسما تغییر پیدا می کند.

بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت. اما در تعریفی کلی از پلاسما باید گفت که؛ پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزء سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می‌گیرند. بعضی مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله، بخش خارجی جو زمین، اتمسفر ستارگان، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهای قطبی شمالی که نمایش خیره کننده‌ای از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان می‌یابد.

در این روش پیچیده یک نوع گاز نجیب (Inert gas) به مجاورت یک قوس الکتریکی رانده می شود، به طوری که در این نقطه گاز توسط الکتریسیته باردار شده و اطراف نقطه ی جوش حصاری به وجود می آید. در این روش نقاط جوش یا برش خیلی تمیز و دقیق ترند و در اتصالات بسیار محکم تر عمل می کنند .

 برش پلاسما روی هر نوع فلز رسانا ، فولاد نرم ، آلومینیوم ، فولاد ضدزنگ (استاینلس استیل) و . . .  می تواند انجام شود. در مورد فلزات غیر آهنی حد اکثر عمق برش یک اینچ میباشد.

برخورد این یون ها با قطعه کار تولید گرمای بسیار زیادی می کند که باعث ذوب شدن محل برخورد میشود و چون این یون ها دارای سرعت زیادی هستند بطور خودکار مذاب از سطح جدا می شود.

از دیگر مزایای استفاده از برش پلاسما می توان به عدم نیاز به مهارت اپراتور اشاره کرد( نسبت به هوا برش). به این صورت که اگر در هوابرش سرعت پیشروی توسط اپراتور مناسب انتخاب نشود ممکن است باعث اکسید شدن قطعه کار شود اما در مورد برش پلاسما انتخاب پیشروی نا مناسب تاثیر کمتری روی قطعه کار دارد.

 ساختمان داخلی یک برش دهنده ی پلاسمایی

برش دهنده های پلاسمایی در شکل ها و ساختمان های گوناگونی عرضه شده اند . در حال حاضر بازو های روباتی غول پیکر و یا کوچکی در کارخانه ها وجود دارد که قادر به ایجاد برش های بسیار کوچک و دقیق است.

هنگامی که تغذیه را به الکترود منفی متصل می یابد، و نوک نازل را بر روی فلز قرار می گیرد، یک مدار (Circuit) بسته به وجود می آید. یک جرقه ی قوی بین الکترود و فلز ایجاد می شود. در این هنگام است که گاز به داخل کانال فرستاده می شود و در تا زمانی که به حالت چهارم ماده تبدیل شود در آنجا می ماند. این واکنش جریانی از پلاسما را ایجاد می کند که دمای آن به حدود ° ۲۰,۰۰۰Cو سرعت آن به سرعتی نزدیک به سرعت صوت می رسد.

خود پلاسما هم قادر به هدایت الکتریسیته است و تا زمانی که منبع جریان به الکترود وصل و قوس الکتریکی برقرار است ، عمل برش و ذوب کردن فلز ادامه دارد . در عمل برش، با توجه به طبیعت غیر قابل پیش بینی پلاسما امکان اکسید شدن نازل و پایین آمدن بازده دستگاه وجود دارد. علاوه بر این در محل اتصال آن مقداری گاز محافظ (Shielding gas) آن را احاطه کرده است .

قوس   Arc برش پلاسما

پلاسما هادی جریان الکتریسته است. با واردکردن انرژی الکتریکی از طریق یک الکترود عنصر فلزی Hafnium یا تنگستن‌ Tungsten، گاز حالت خود را از دست داده و هادی الکتریسیته می شود. با افزایش مقدار انرژی قوس پلاسمای داغ شکل می گیرد. ماشین برش پلاسما با جمع کردن (منقبض کردن) قوس ایجادشده و فشردن آن از طریق یک محیط متمرکز (یعنی نازل) این انرژی نیرومند را کنترل می کند. با افزایش فشار هوا و افزایش شدت ولتاژ، قوس داغ تر شده و قابلیت بریدن فلزات ضخیم تر با حداقل تمیزکاری لازم را پیدا می کند.

قاعده ی روش برش به وسیله پلاسما

با یک منبع نیرو، ترچ یا مشعل پلاسما، هوای فشرده، نیروی الکتریکی و الکترودهای مناسب، ماشین های پلاسما توانایی برش سریع و دقیق هرگونه فلز مانند آلومینیوم، فولاد ضدزنگ، برنج و مس را با ضخامت بیش از ۵ سانتیمتر دارا هستند. در برش پلاسما نیاز به گرم کردن اولیه قطعه وجود ندارد. پلاسما عرض برش باریکی را ایجاد می کند. در برش پلاسما ناحیه کوچکی از قطعه تحت تاثیر حرارت قرار می گیرد که این از تابیدن قطعه جلوگیری می کند.

برش پلاسما بیشتر برای برش قطعات فلزی با ضخامت کم (تا ۲ اینچ) به کار برده می شود.

 رعایت موارد ایمنی در هنگام کار با دستگاه برش پلاسما

در برش پلاسما امکان برق گرفتگی، اشتعال از طریق جرقه ها و آتش گرفتن مواد اشتعال پذیر و آسیب چشم ها در اثر شعله قوس پلاسما وجود دارد. پس حتما در هنگام کار با دستگاه همیشه از پوشش محافظ مناسب استفاده نمایید.