ما هي مزايا وعيوب خدمات القطع بالبلازما؟

عملية القطع بالبلازما هي عملية تصنيع الصفائح المعدنية. لقد أصبحت واحدة من أكثر عمليات القطع الحرارية شيوعًا واستخدامًا على نطاق واسع في التصنيع الصناعي. قدرتها على قطع جميع المعادن الموصلة بدقة وسرعة تجعلها خيارًا متعدد الاستخدامات للعديد من التطبيقات. ومع ذلك، مثل أي عملية، للقطع بالبلازما مزايا وقيود.

مزايا القطع بالبلازما

سرعة القطع

واحدة من أكبر مزايا عملية القطع بالبلازما هي سرعتها العالية جدًا في القطع. يمكن لأنظمة البلازما إجراء قطع مستقيمة بسرعة تزيد عن 100 بوصة في الدقيقة على المعادن الرقيقة ذات السماكة أقل من 1/4". هذه السرعة تعادل حوالي 2-3 أضعاف سرعة عمليات مثل القطع بالأكسجين أو القطع بالليزر. تتحقق السرعة العالية لأن شعاع البلازما يذيب عرض قطع ضيق جدًا يتراوح بين 1/16" إلى 1/8".

لا تزال البلازما تحافظ على سرعات قطع أسرع على ألواح الفولاذ السميكة مقارنة بالطرق الأخرى. تصل سرعات القطع إلى 30-40 بوصة في الدقيقة على الفولاذ الناعم بسماكة 1" باستخدام قواطع البلازما ذات التيار العالي. تجعل هذه الإنتاجية البلازما مثالية لورش التصنيع عالية الحجم وقطع المواد السميكة.

جودة القطع

ينتج القطع بالبلازما حواف قطع نظيفة ودقيقة مع سطح أملس يتطلب الحد الأدنى من التشطيب الثانوي. تنتج منطقة تأثير حراري أصغر والأكسدة الناتجة عن قوس البلازما قطعًا مربعًا وكثيفًا مع الحد الأدنى من التصاق الخبث. هذه ميزة مقارنة بطرق القطع الحرارية الأخرى.

يتيح عمود قوس البلازما المضغوط الذي يمر عبر فوهة الشعلة تحقيق جودة قطع ممتازة. يركز الحرارة في نفاثة شديدة الذوبان للمعدن بشكل نظيف. يمكن تحقيق قطع دقيق للأجزاء والأشكال مع الحد الأدنى من التنظيف بعد المعالجة.

قدرات قطع السماكة

يقدم خدمة القطع بالبلازما قدرة قطع معدني أكثر سماكة لا تضاهى بأي طرق أخرى سوى القطع بالأكسجين. يمكن لقواطع البلازما ذات التيار العالي في نطاق 80-200 أمبير قطع الفولاذ الناعم بسماكة من 1/4" إلى 2" بشكل موثوق في تمريرة واحدة. مع التمريرات المتعددة وتحديد الحواف، يمكن تحقيق سماكات تزيد عن 6".

يسمح قوس البلازما المركز للحرارة باختراق المواد السميكة وعمل قطع كامل وموثوق. لا يحتاج المشغلون إلى القلق بشأن قيود سمك المعدن التي تؤثر على عمليات القطع بالليزر أو نفث الماء.

عملية منخفضة التكلفة

تكاليف تشغيل القطع بالبلازما بشكل عام معقولة نسبيًا مقارنة بطرق القطع الأخرى. المادة الاستهلاكية الرئيسية هي الهواء المضغوط أو غاز النيتروجين، إلى جانب الاستبدال الدوري لأجزاء الشعلة مثل الأقطاب والفوهات. ومع ذلك، فإن النفقات لا تزال أقل بكثير من استهلاك الغاز في الليزر أو تكاليف المواد الكاشطة في نفث الماء.

تكاليف المعدات لأنظمة البلازما أيضًا من النطاق الأدنى بين ماكينات القطع الصناعية. حتى الطاولات الآلية للبلازما ذات الإنتاج العالي أسعارها معقولة مقارنة بالليزر أو نفث الماء ذات القوة القطعية المماثلة. تجعل فعالية التكلفة هذه التكنولوجيا في متناول معظم ورش التصنيع.

تنوع القطع

يمكن لقواطع البلازما قطع جميع المعادن الموصلة كهربائيًا، من الفولاذ الناعم والفولاذ المقاوم للصدأ إلى الألومنيوم والنحاس الأصفر وسبائك النحاس. يمكن أيضًا قطع المعادن المطلية أو الصدئة وتلك التي تحتوي على بعض الملوثات السطحية بشكل فعال. يدعم هذا التنوع مجموعة واسعة من تطبيقات التصنيع والإصلاح.

يركز قوس البلازما في عمود ضيق، مما يسمح بقطع أنماط صغيرة ومعقدة أو أداء أعمال تشمل ثقب الفتحات أو نقش المعادن. يمكن تحقيق أجزاء دقيقة بملامح مفصلة ومواصفات حرجة في التفاوتات.

منطقة تأثير حراري محدودة

يركز نفاث البلازما الحرارة في منطقة ضيقة على سطح المادة. وهذا يعني وجود منطقة تأثير حراري صغيرة جدًا على جانبي خط القطع. يقلل عمود البلازما المركز من الالتواء وتدهور المعدن الذي يحدث في عمليات مثل القطع بالأكسجين أو القطع باستخدام المواد الكاشطة.

تعاني الأجزاء من ضرر حراري وتشوه أقل، مما يقلل الحاجة إلى المعالجة الميكانيكية أو الصقل الثانوية. يصبح اللحام بالقرب من منطقة القطع أسهل لأن خصائص المادة تظل دون تغيير خارج خط القطع—وبشكل عام، يتم تقليل هدر المادة والعمالة.

قابلية النقل والبناء

بالمقارنة مع البدائل مثل أجهزة القطع بالليزر أو نفث الماء، أنظمة البلازما خفيفة الوزن ومضغوطة. تسمح المشاعل المحمولة باليد للمشغل بأخذ القاطع إلى قطعة العمل بدلًا من العكس. العمل الميداني مرن، مناسب للأماكن الضيقة أو تطبيقات القطع في الهواء الطلق.

أجزاء الشعلة الاستهلاكية والتصميم القوي لقواطع البلازما تجعلها مناسبة أيضًا لمواقع البناء وأعمال القطع الثقيلة. يمكنها تحمل الظروف التي تتضمن المزيد من الأوساخ والاهتزازات وتأثيرات الطقس والتعامل الخشن مقارنة بأدوات القطع الدقيقة الأخرى.

عيوب القطع بالبلازما

القيود على المعادن عالية الانعكاس

يعتمد قوس البلازما على التوصيل الكهربائي لقطع المادة. ومع ذلك، فإن المعادن مثل الألومنيوم والنحاس الأصفر والنحاس لها سطح عالي الانعكاس، مما يجعل من الصعب الحفاظ على اتصال جيد بين قوس البلازما وقطعة العمل. يميل القوس إلى "الارتداد" بدلاً من اختراق المادة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى قطع غير منتظم.

تم تطوير إجراءات خاصة للقطع بالبلازما لهذه المعادن، لكنها عادة ما تتضمن سرعات قطع أقل. لا تزال النتائج بحاجة إلى مواكبة سهولة قطع الفولاذ الناعم. يُفضل القطع بالليزر للحصول على أفضل أداء على الألومنيوم وسبائك النحاس.

قيود قطع المواد الرقيقة

على الرغم من قدرة البلازما على قطع المواد السميكة، إلا أن هناك حدودًا عند قطع المعادن الهشة بسماكة أقل من 1/8". يطير الضغط العالي لغاز البلازما وقوة القوس هذه المواد الرقيقة بعيدًا. كما يصبح القطع الدقيق صعبًا على المواد الرقيقة.

تعد العمليات البديلة مثل القطع بالليزر أو نفث الماء أفضل للصفائح الرقيقة. يجب تقييد القطع بالبلازما على سماكة 1/8" فأكثر لتحقيق أفضل النتائج.

إزالة الطلاء السطحي

قبل بدء القطع بالبلازما، يجب إزالة الطلاء والطلاءات المسحوقة والإيبوكسي وغيرها من التشطيبات السطحية من المنطقة المراد قطعها. تعزل هذه الطلاءات المعدن عن الاتصال الكهربائي الجيد مع قوس البلازما. يجب تنظيف شريط بعرض 6-8" حتى المعدن العاري على طول مسار القطع.

تدخل الطلاءات السطحية أيضًا تلوثًا في الشق، مما يقلل من جودة القطع. يزيد التنظيف الثانوي من الوقت والتكلفة مقارنة بقطع المعدن العاري.

قدرات تحمل القطع

على الرغم من أن القطع بالبلازما دقيق للعديد من التطبيقات، إلا أن العملية لا تستطيع مضاهاة قدرات تحمل القطع بالليزر أو نفث الماء. تقدم تلك العمليات شقوقًا أضيق وهندسة قطع أكثر اتساقًا. عادةً ما يحتفظ البلازما بتحملات ضمن +/- 0.005" إلى 0.020" حسب سمك المادة.

بالنسبة للأجزاء عالية الدقة التي تتطلب تحملات قطع ضمن +/- 0.005" ومنطقة حرارية متأثرة ضئيلة، فإن البلازما ليست الخيار الأمثل. يحد التفاوت الطفيف في الشق وتأثيرات الحرارة من مدى دقة التفاوتات التي يمكن تحقيقها فعليًا.

سرعة قطع أبطأ على المواد السميكة

كما ذُكر سابقًا، يحقق القطع بالبلازما سرعات عالية جدًا على المعادن الرقيقة. ولكن عند قطع صفيحة فولاذية بسماكة تزيد عن 1" تنخفض سرعة القطع بشكل كبير إلى 10-30 بوصة في الدقيقة، حسب سمك القطع والتيار الكهربائي.

على الرغم من أن هذه السرعات على المعادن السميكة لا تزال أسرع من البدائل، إلا أنها تعني إنتاجية أقل للبلازما في أعمال التصنيع الثقيلة التي تتطلب قطع ألواح فولاذية سميكة. قد يكون هذا قيدًا للورش التي تعمل بسماكات كبيرة.

ميل القطع

تدخل جميع عمليات القطع الحرارية درجة معينة من ميل الشق، حيث يكون عرض مدخل القطع أضيق قليلاً من عرض المخرج. يحدث ذلك بسبب احتكاك جدران المادة التي تضيق أثناء تغلغل القطع. عادةً ما ينتج عن القطع بالبلازما ميل في الشق يتراوح بين 1 إلى 3 درجات.

على الرغم من أن ذلك ليس عيبًا كبيرًا للعديد من التطبيقات، إلا أن ميل الشق يسبب تباينًا في الأبعاد من الأعلى إلى الأسفل. قد تتطلب القطع الدقيقة تعويض الأبعاد المبرمجة. يكون الميل أكثر وضوحًا في المواد السميكة.

متطلبات التثبيت

يجب تثبيت قطعة العمل بإحكام لتعظيم سرعة وجودة القطع بالبلازما. أي اهتزاز أو حركة لقطعة العمل أثناء القطع ستؤدي إلى أخطاء في الأبعاد وتدوير خطوط القطع. كما يصبح من الصعب إزالة اللوحة الداعمة.

يتطلب التثبيت السليم وقتًا وتكاليف إضافية للإعداد. أنظمة طاولة الماء التي تغمر وتدعم المعدن مثالية لكنها تتطلب استثمارًا كبيرًا. التثبيت أقل أهمية لطرق القطع الأخرى مثل القطع اليدوي بالأكسجين.

انحرافات مسار القطع

مثل تأثير الميل، يمكن أن يؤدي القطع بالبلازما إلى انحرافات طفيفة في قوس البلازما ومسار القطع مع تعمق القطع في المادة. قد يتسبب ذلك في خروج مسار القطع من الهدف بأكثر من عرض الشق. تعتمد الدقة على الحفاظ على هندسة مسار القطع الدقيقة.

أي عدم استقرار في قوس البلازما أو اهتزازات قطعة العمل ستتضخم عبر سمك المادة بالكامل. على الرغم من أن أنظمة CNC الآلية تعوض معظم هذه الانحرافات، إلا أن دقة القطع قد تتأثر.

استبدال الفوهة والقطب الكهربائي

فوهة الشعلة والقطب الكهربائي الداخلي هما أجزاء استهلاكية تتعرض للتآكل أثناء الاستخدام. تتدهور فتحات الفوهة مع مرور الوقت بسبب مرور نفاث البلازما الساخن. تتآكل الأقطاب الكهربائية ببطء بسبب القوس الكهربائي الذي يولد البلازما.

يجب استبدال هذه الأجزاء بعد عدد معين من إشعال الأقواس ودقائق القطع. قد تحتاج الفوهات إلى استبدال يومي في الأجهزة ذات الاستخدام المكثف. هذا يساهم بشكل كبير في التكاليف التشغيلية الإجمالية للبلازما.

إنتاج الضوضاء

يولد قوس القطع بالبلازما مستوى عالٍ من الضوضاء، بمتوسط يتراوح بين 85-95 ديسيبل بالقرب من منطقة القطع. هذا يتجاوز الحد المسموح به من OSHA وهو 85 ديسيبل للتعرض لفترات طويلة. الحماية السمعية المناسبة إلزامية لمشغل النظام وأي شخص قريب.

يجب مراعاة الحاجة لمعدات الحماية السمعية والمخاطر المحتملة على سلامة العمال بسبب مستويات الضوضاء. كما يمكن أن تكون الضوضاء مصدر إزعاج في الورش التي تحدث بها عمليات متعددة في نفس الوقت.

إنتاج الأدخنة والغبار

يتفاعل قوس البلازما مع المعدن، ويبخر المادة الأساسية ويسخن الهواء، مما يخلق طبقة أكسيد. ينتج كميات كبيرة من الغبار والأدخنة التي يجب التقاطها وتصفيةها بواسطة أنظمة التهوية. يحتوي الغبار على معادن سامة مثل الكروم والنيكل والمنغنيز، مما يشكل مخاطر صحية.

تركيب أنظمة استخراج الأدخنة الصناعية، وتصميم أغطية الحاويات المناسبة، وشراء أنظمة الترشيح مكلف. يسمح التقاط الأدخنة السيئ بتوزيع الغبار في بيئة العمل. التخطيط الجيد للتهوية ضروري عند استخدام البلازما.

متطلبات الطاقة العالية للأمبير

تتطلب القطع بالبلازما مصادر طاقة توفر تيارات عالية جدًا، من حوالي 30 أمبير لمشاعل اليد وحتى 300 أمبير لطاولات القطع CNC. هذا الاستهلاك المستمر للطاقة يحتاج إلى إمداد كهربائي قوي، وتحديث أسلاك الورشة، ومقابس خاصة ذات تيار عالي، وحماية من الفولتية الزائدة.

توفير البنية التحتية الكهربائية اللازمة هو عامل تكلفة للمنشآت التي تقوم بتركيب أنظمة البلازما. لحسن الحظ، تقوم مصادر الطاقة بتحويل التيار المتردد الداخل إلى تيار مستمر داخليًا، لذلك لا حاجة إلى إدخال ثلاثي الطور. ولكن يجب ضمان قدرة التيار على الخطوط.

يوفر القطع بالبلازما جودة قطع ممتازة وسرعات عالية لا تضاهيها طرق القطع المعدنية الأخرى. إنه عملية تصنيع فعالة من حيث التكلفة ومتعددة الاستخدامات. ومع ذلك، يجب مراعاة القيود المتعلقة بالمعادن شديدة الانعكاس، وتحملات الدقة، والضوضاء، والأدخنة عند التفكير في الاستثمار في نظام البلازما. بالنسبة للعديد من الورش، تفوق فوائد الإنتاجية عيوب قواطع البلازما.