القطع بالبلازما: شرح مبدأ العمل والمواد والمزايا والقيود

مفهوم القطع بالبلازما بسيط للغاية. يُستخدم تيار ساخن جدًا من الغاز المؤين لصهر المعدن الموصل المُختار وفصل القطعة.

مقارنةً بعمليات القطع الأخرى، يبدو القطع بالبلازما اقتصاديًا ومريحًا للمعادن الموصلة. اقرأ هذه المقالة لمعرفة كل شيء عن تقنية القطع بالبلازما هذه. 

قطع البلازما: مقدمة سريعة

هل تعرف الحالة الأساسية الرابعة للمادة؟ نعم، البلازما.

لا يُمكن ربط البلازما باستخدام تعريفات الغاز أو المادة الصلبة أو السائلة البسيطة. بل إن البلازما مادة خاصة مصنوعة من غاز مؤين موصل للكهرباء. 

من الممكن بالتأكيد تحويل الغاز إلى بلازما فائقة الحرارة. يتطلب هذا مصدر حرارة عاليًا وطاقة كهربائية. 

في الحالة الكهربائية الساخنة، تهتز جزيئات الغاز بعنف، فتفقد حيادها الإلكتروني. وبالتالي، يتشكل غاز مؤين، يُعرف بالبلازما.

تستخدم تقنية القطع بالبلازما هذا الغاز المؤين فائق التسخين لإنشاء قوس كهربائي. يقطع هذا القوس المواد عن طريق صهرها فورًا. 

هل تتساءل كيف يمكن للغاز المؤين أن يذيب المواد ويفصلها؟

حسنًا، يمكن لمشاعل البلازما أن تصل إلى درجة حرارة تصل إلى 40,000 درجة فهرنهايت في حين أن سطح الشمس لا تتجاوز درجة حرارته 10,000 درجة فهرنهايت. الآن، يمكنك إجراء العملية الحسابية!

الشكل: تقنية القطع بالبلازما

أنواع القطع بالبلازما 

يمكن تقسيم تقنية القطع بالبلازما إلى فئتين رئيسيتين. مثل: 

1. نظام القطع بالبلازما التقليدي 

في هذا النظام، يُستخدم الهواء المحيط كقوس بلازما. ستحصل على قطع أقل دقةً باستخدام القطع البلازمي التقليدي. هذا النظام مناسب فقط للمواد ذات التسامح الأقل. 

2. نظام القطع بالبلازما الدقيق 

يُستخدم الأكسجين المضغوط والنيتروجين والهيدروجين والأرجون، أو خليط من عدة غازات، في نظام القطع بالبلازما هذا. تتيح هذه التقنية قطع مجموعة واسعة من المواد بدقة فائقة.

الشكل: قطع البلازما الدقيق

يمكن تصنيف تقنية القطع بالبلازما إلى نوعين:

1. اتصال عالي التردد 

في هذا النظام، يبدأ قوس البلازما بالتلامس المباشر بين الفوهة وقطعة العمل. عادةً، تستطيع قاطعة البلازما عالية التردد قطع مواد بسمك حوالي 38 مم. تُستخدم هذه العملية السريعة في الصناعات لإنتاج قطع نظيفة.

2. القوس التجريبي 

لا يوجد اتصال مباشر بين الفوهة وقطعة العمل هنا. بدلاً من ذلك، يُطبّق تيار عالي الجهد لإنشاء قوس كهربائي من القطب إلى قطعة العمل. يؤيّن القوس الغاز، محولاً إياه إلى تيار بلازما. يُذيب هذا التيار المواد ويقطعها.

كيف تعمل عملية القطع بالبلازما؟ 

ببساطة، تُذيب البلازما فائقة الحرارة المواد في المنطقة المستهدفة. ثم ينفث هذا التيار عالي السرعة المواد المنصهرة، تاركًا وراءه قطعًا نظيفًا. 

ولكن كيف يمكنك الحصول على هذا القطع الدقيق بالضبط؟ 

إذا حللتَ نظام القطع بالبلازما، فستجد ثلاثة مكونات رئيسية، مثل: 

1. مزود الطاقة
2. شعلة البلازما 
3. قطعة العمل 

بمجرد تشغيل مصدر الطاقة، يُولّد قوسًا كهربائيًا عالي الجهد من شعلة القطب إلى قطعة العمل. في الوقت نفسه، يمرّ الهواء المضغوط عبر فوهة تحيط بالقطب. 

كما ذُكر سابقًا، تستطيع الطاقة الكهربائية انتزاع إلكترونات الجزيئات الغازية، محولةً التيار إلى بلازما عالية الحرارة. تُولّد البلازما حرارة كافية لقطع الفولاذ والنحاس الأصفر والنحاس الأصفر ومواد شبيهة بالألمنيوم.

الشكل: مبدأ عمل القطع بالبلازما

الأجزاء الرئيسية لآلة القطع بالبلازما 

سوف تحتاج إلى عناصر متعددة لإكمال نظام القطع بالبلازما. 

1. مصدر الطاقة 

مصدر الطاقة الأرضي هو مصدر الكهرباء في قاطع البلازما. يوفر جهد تيار مستمر ثابتًا يتراوح بين ٢٠٠ و٤٠٠ فولت.

2. وحدة التحكم في بدء تشغيل Arc 

ASC هو المسؤول عن إنشاء الشرارة التي تبدأ قوس البلازما.

3. وحدة التحكم بالغاز

تتحكم هذه الوحدة في معدل تدفق وضغط الغازات المُزوَّدة اللازمة لتوليد البلازما وقطعها. كما تضمن التشغيل السليم للبلازما، وتحجب الغازات داخل فوهة الشعلة. عند الحاجة، يمكنك إضافة ضاغط هواء إلى نظام قطع البلازما. 

4. شعلة البلازما

شعلة قاطع البلازما المعدنية محمولة باليد أو مثبتة، تشبه شعلة اللحام. تتكون من رأس شعلة، وقطب كهربائي، وفوهة، ولوح حلزوني. غالبًا ما تُستبدل الإبرة والفوهة بسبب التآكل الطبيعي.

5. نظام التبريد

قد ترغب في تركيب نظام تبريد لتجنب ارتفاع درجة حرارة مكونات الشعلة. يستخدم نظام التبريد الماء أو الهواء لتبريد جسم شعلة القاطع والأجزاء الاستهلاكية.

الشكل: نظام قطع البلازما

معلمات عملية القطع بالبلازما

يمكنك التحكم في جودة القطع البلازمي والتشطيب باستخدام المعلمات التالية،

1. معدل تدفق الغاز

يؤثر تدفق غاز البلازما على استقرار القوس وكفاءته. بتعديل معدل تدفق الغاز، يمكنك اختيار شكل وجودة القطع.

2. تيار القوس

ترتبط شدة البلازما وسرعة القطع وسعتها ارتباطًا مباشرًا بتيار القوس. فكلما ارتفع تيار القوس، زادت الحرارة، مما يؤدي إلى سرعات قطع أسرع. أما تيارات القوس المنخفضة، فتؤدي إلى سرعات قطع أبطأ، لكنها مناسبة للقطع الدقيق.

3. سرعة القطع

سرعة القطع هي معدل حركة شعلة قاطع البلازما المعدنية عبر قطعة العمل. تؤدي سرعة القطع العالية جدًا إلى قطع غير متساوية ذات حواف خشنة. كما قد تؤدي سرعة القطع البطيئة إلى تشوه ناتج عن الحرارة.

4. جهد القوس

هو فرق الجهد الكهربائي عبر قوس البلازما. تؤثر قيمة هذا الجهد على استقرار القوس وطوله، مما يُحدد بدوره جودة القطع. 

5. نوع الغاز والضغط

يُعد اختيار الغاز وضغطه عاملين حاسمين في جودة القطع وإنتاج الخبث. وقد يكون ارتفاع ضغط الغاز مفيدًا فقط لتحسين كفاءة القطع. 

6. حجم الفوهة وشكلها

يمكنك استخدام فوهات مختلفة، مثل القطع الدقيق، والقطع المشطوف، والقطع بالحفر، وفقًا لمهمتك. يحدد حجم وشكل الفوهة طول القوس ومعدل تدفق الغاز.

7. سمك المادة ونوعها

غالبًا ما ترتبط المواد ذات السُمك العالي بتيارات قوسية أعلى، وسرعات قطع أقل، وحجم فتحات فوهات أكبر. علاوة على ذلك، تتطلب بعض المواد أنواعًا معينة من الغازات أو أساليب قطع الشقوق للحصول على قطع نظيف وتقليل الهدر.

المواد المتوافقة مع القطع بالبلازما 

يُستخدم القطع بالبلازما بشكل رئيسي لقطع المعادن الموصلة. فيما يلي توضيح للمعادن الشائعة واستخداماتها.

المعادن	الصناعات التي تخدمها
الفولاذ والفولاذ الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ	السيارات والأغذية والطب
الحديد الزهر	السيارات والبناء
الألومنيوم	الفضاء والسيارات
نحاس	كهربائي
نحاس	المعمارية والديكورية
التيتانيوم	الفضاء والطب

الشكل: المواد الموصلة لقطع البلازما

الغازات المستخدمة في نظام القطع بالبلازما 

يمكنك استخدام بعض الغازات الانتقائية فقط لإجراء عملية القطع بالبلازما. 

الغازات	متوافق مع المعادن	تعليقات
الهواء المضغوط	الفولاذ المعتدل، الفولاذ المقاوم للصدأ، الألومنيوم	جودة القطع واقتصادية
الأكسجين	الفولاذ الطري	يمكنه قطع المعادن التي يزيد حجمها عن 1 بوصة
نتروجين	الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم	قطع عالية الجودة
الأرجون/الهيدروجين	الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم	يمكن قطع المعادن التي يزيد حجمها عن 1/2 بوصة

فوائد القطع بالبلازما 

الميزة الرئيسية لقطع البلازما هي إمكانية قطع المعادن الموصلة بهذه التقنية. يمكنك تحقيق قطع دقيقة وعالية الجودة بسمك معدني يصل إلى 50 مم. يمكنك رفع حد السمك إلى 150 مم بإجراء بعض التعديلات. 

يُنتج القطع بالبلازما منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة في قطعة العمل. ومع ذلك، يُمكن التحكم في شدة الحرارة باستخدام سوائل التبريد. 

قطع البلازما أرخص وأسرع من تقنيات القطع الأخرى. مع جهاز CNC لقطع البلازما، يمكنك تحسين جودة القطع والتشطيب.

الشكل: فوائد القطع بالبلازما

حدود القطع بالبلازما

مهما بدت مزايا القطع بالبلازما مربحة، إلا أن لها بعض العيوب أيضًا. يجب مراعاة كلا الجانبين قبل اختيار تقنية القطع هذه. أهم هذه العيوب:

• لا يمكنك تحقيق قطع دقيقة للصفائح والألواح الرقيقة.
• قواطع البلازما متوافقة فقط مع المعادن الموصلة. هذا يعني أنه لا يمكن معالجة المواد غير الموصلة، مثل البوليمر والزجاج والسيراميك، باستخدام تقنية القطع بالبلازما.
• لا يفي القطع بالبلازما دائمًا بمعايير التشغيل الدقيق. فقد يترك خبثًا أو بقايا خردة أو حوافًا خشنة على الأشكال الهندسية المعقدة.

مقارنة بين القطع بالبلازما والقطع بالليزر والقطع بنفث الماء 

يتم مقارنة القطع بالبلازما في الغالب بالقطع بالليزر و القطع بنفث الماءيمكنك العثور على جدول مقارنة بين القطع بالبلازما والقطع بالليزر والقطع بنفث الماء أدناه،

سمات	قطع البلازما	القطع بالليزر	القطع بنفث الماء
تكلفة التركيب	رخيص	غالي	غالي
عمق القطع	<3.15''	< 0.98''	حتى 12 بوصة
قطع المواد غير المعدنية	لا	نعم	نعم
جودة القطع	جيد	ممتاز	ممتاز
سرعة القطع	سريع جدًا	سريع	بطيئ
تسامح	±0.02 إلى ±0.1 بوصة	±0.002 إلى ±0.01 بوصة	±0.001 إلى ±0.005 بوصة

خاتمة

تقنية القطع بالبلازما بسيطة نسبيًا وأقل تكلفة من عمليات القطع الأخرى. فهي تضمن سرعة دوران وإنتاجًا عالي الجودة بكميات كبيرة. 

يُعدّ القطع بالبلازما مثاليًا ويضمن قطعًا دقيقًا للمعادن ذات السُمك المتوسط. إذا كنت ترغب في الحصول على أقصى درجات الدقة لمنتجاتك، فاستكشف خيارات قطع أخرى، مثل القطع بنفث الماء.

اتصل بنا في تولينج للحصول على أي حل لتصنيع المعادن لمنتجاتك.