Plazma ile Kesme Teknolojisi
PLAZMA İLE KESME TEKNOLOJİSİ
Plazma ile kesme metodu (bkz. Şekil 1), iletken metallerin kesiminde
 kullanılan termal bir kesme metodudur. Kesme, basitçe,
torç içinde akan gaza enerji verilerek kısmen iyonlaştırılması ( plazma haline dönüştürülmesi), oluşturulan yüksek sıcaklıktaki plazmanın da gaz akışı etkisi ile nozul ağzından pozitif kutup olan malzemeye yönelmesi, malzemeyi ergitmesi ve ergiyen malzemenin akan gazın jet etkisiyle itilerek uzaklaştırılması ile gerçekleştirilir.
Geleneksel plazma sistemleri 20-150 mm kalınlık
aralığında olan malzemelerin kesiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüz hassas plazma sistemleri ise lazer kesme sistemlerinin çalıştığı 1-12 mm malzeme kalınlığı arasında ve lazer sistemlerine yakın hassasiyette kesme yapabilmek yönünde geliştirilmektedirler. Şekil 2'de günümüz termal kesme teknolojileri kesme hassasiyeti ve malzeme kalınlığına göre karşılaştırılmıştır.  Plazma ile kesim düşük işletme ve yatırım maliyeti,
yüksek kesme hızı, üretim hattı uygulamasına ve
otomasyona uygunluğu, sürekli iyileştirilen kesme kalitesi ile sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır.Plazma ile kesme metodu vagon sanayi, gemi inşa sanayi, iş makinalari sektörü, basınçlı kap sanayi gibi imalat
sektörlerinde yoğunlukla kullanılmaktadır. Plazma İle Kesme Sistemi
Genel olarak otomasyona yönelik bir plazma ile
kesme sistemi şu alt sistemlerden oluşur(bkz. Şekil 3);
Güç kaynağı bir doğru akım kaynağıdır. Yüksek
gerilimde, sabit doğru akım sağlar. Görevi iyonizasyon
sonrası plazmanın devamlılığını sağlamak için gerekli
enerjiyi sağlamaktır.Yüksek frekans (HF) ateşleme devresi,
2MHz de 5000 ile 10000 volt arası alternatif akım yaratan
bir devredir [6]. Taşıyıcı gazın iyonlaşması (plazma
oluşumu) için gerekli olan pilot arkı ateşler.
Gaz Konsolu, taşıyıcı (plazma) ve koruyucu gazın akış hızlarını, karışım oranlarını ayarlamak ve plazma gazlarını seçmek için kullanılır. Günümüz sistemleri elektronik kontrollüdür.
Torç, içinde plazma gazı ve koruma gazının aktığı, nozul,
elektrod, lüle, nozul dış kapağı, koruyucu kafa ve kapağını
bir arada tutan parçadır (bkz. Şekil 1, 4).
 Plazmayı oluşturmak ve odaklamak için tasarlanmıştır. Koruyucu gaz ve soğutma sıvısı akışını da sağlar. Gövde içinde
gazlar, elektrik bağlantısı ve soğutma sıvısı için özel
tasarlanmış kanallar ve elektrik bağlantıları vardır.
Taşıyıcı Sistem ve Kontrol Sistemi, torç hareketini ve
tüm sistemin kontrolünü sağlar (bkz. Şekil 3). Numerik
kontrollü herhangi bir kartezyen X-Y tablası olabileceği
gibi,bir robotta olabilir.Kontrol sistemi ise güç kaynağını,
ateşlemeyi, gaz akışını ve torç hareketini ilgili parametreler
aracalığı ile kontrol eder.
Soğutma Sistemi,soğutucu sıvınınsistem içerisinde dolaşımını sağlar.
Aspiratör Sistemi, kesme sırasında oluşan gazları ve dumanı kesme
bölgesinden uzaklaştırmak için kullanılır.Torç Parçalarının İşlevleri Plazma arkını oluşturmak ve malzemeye doğru
odaklamak için tüm kesme torçlarında şu temel parçalar
bulunur: elektrod, lüle, nozul ve koruyucu kap.
Elektrod, güç kaynağının negatif kutbudur. Bakırdan
imal edilir. Elektrod ucunda ise arkı yayan, ısıya dayanıklı
ikincil bir malzeme vardır (bkz. Şekil 1, 4, 5). Bu uç için
yüksek ergime noktalı hafniyum (hava ve oksijen plazma
sistemlerinde) ve tungsten (azot ve argon-hidrojen plazma sistemlerinde) yaygın olarak kullanılır. Ateşleme
sayısı ile ölçülen belli bir kullanım ömrü vardır. Aşınma
ve bozulma elektrod ucunda görülür. Lüle, taşıyıcı gazı
elektrod etrafında girdap etkisi vererek döndürerek iten
yüzük şeklinde bir parçadır.
 Girdap etkisi arkı silindir şeklinde çevirerek arkın daha
yoğun ve kararlı olmasına yardımcıdır. Günümüzde
neredeyse hemen hemen tüm plazma ile kesme sistemi
üreticileri girdap etkisinden yararlanmaktadır. Girdap
etkisini torç eksenine dik delikler yerine(nozul içerisine)
belli bir açıda lüle üzerinde açılmış gaz giriş delikleri yaratır
(Şekil 5 ve 9b). Bu akış etkisi ile nozul içerisine giren gaz plazma arkını kesim süresince elektrottan malzemeye
kadar ufak bir gaz girdabı içinde tutar.
Nozul,
Plazma arkının konsantre olmasını ve odaklanmasını sağlar (bkz.
Şekil 1, 4, 5). Bu arkın enerji yoğunluğunu ve akış hızını
arttırır. Ateşleme esnasında güç kaynağının pozitif
kutbudur. Nozul ağız açıklığı belli bir tip nozul için
maksimum kesme akım şiddetini belirler. Aşınma
parçasıdır. Nozul ömrüde ateşleme sayısı ile ifade edilir.
Koruyucu kap ve başlığı
nozulun dışında yer alır(bkz. Şekil
1,4). Kesilen malzeme ile nozulun arasında yalıtıcı olarak
görev yapar.
Kesme Nasıl Başlar ?
Güç kaynağına gelen bir sinyal eşzamanlı olarak açık
devre gerilimini açar vetorça gaz akışını başlatır. Sistemde
nozul ve malzeme güç kaynağının pozitif kutbuna,
elektrod ise negatif kutbuna bağlıdır. Taşıyıcı gaz nozul
ve elektrod arasındaki boşluktan geçerek nozul ağzından
dışarı akmaya başlar(bkz. Şekil 5). Bu esnada yüksek
frekans ateşleme devresi, nozul ile elektrod arasında
yüksek frekansta arklar oluşturur(bkz. Şekil 6). Taşıyıcı
gaz bu arklardan gelen enerji ile kısmen iyonize olur.
Yüksek akış hızındaki gaz, itme etkisi ile bu akım yolunun
pozitif kutbunu dışarıya -nozuldan malzemeye doğru-
yöneltir (bkz. Şekil 1). Pozitif kutuptaki malzeme ile artık
akım devresi tamamlanmıştır ve yüksek frekans devresi
kapanır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu (arkın
sürekliliği) doğru akım devresinden gelen enerji ile sağlanır.
Bu şekilde elde edilen plazma metoduna "taşınan ark
metodu" (transferred arc method) denir. Kesme işlemi plazmanın yüksek sıcaklığı nedeni ile
malzemeyi lokal olarak ergitmesi ve yüksek akış hızındaki
taşıyıcı gazın ergimiş malzemeyi püskürterek malzemede
bir delik açması ile başlar. Bu esnada torç taşıyıcı sistem ile-arkın sürekliliğini kaybetmeyecek bir hızda- hareket
ettirilerek kesme işlemi gerçekleştirilir. Plazma ile kesme işlemi genel olarak taşınan ark
metodu ile gerçekleştirilir. Bir diğer metot ise "taşınmayan
ark metodu"dur(non-transferred arc method). Torç
teknolojisi farklıdır. Plazma arkı malzemeye transfer
edilmeden nozul ile elektrod arasında başlar ve akan gaz
etkisi ile -sürekliliğini kaybetmeyecek şekilde- plazma torç
ucunda alev şeklinde çıkar. Genel olarak bu metot iletken
olmayan malzemelerde kullanılır ve diğer plazma
işlemlerinde (örneğin yüzey kaplamada, atık işlemede)
kullanılır. Kesmede yaygın olarak kullanılmamasının
nedeni plazma ark yoğunluğunun kontrol edilememesidir. |
|
