Plazma Kesim Makineleri

Plazma kesim makineleri günümüzde sanayilerde yaygın olarak kullanılan verimli kesim cihazları olarak bilinmektedir. Hızlı ve kaliteli kesimleri ile birlikte OXY kesim makinelerinin önüne geçmiştir. Bu yazımızda plazma kesim makinelerinin kesim mantığını ve önemli parametreleri hakkında bilgi vermeye çalışacağız.

PLAZMA NEDİR?

Plazma maddenin 4. hali olarak bilinir. Maddenin 3 hali olduğunu düşünsek de plazma maddenin 4. halidir. Maddenin ilk üç hali katı-sıvı-gaz olarak bilinir. 4. Hal maddenin 3. Hali gaza ısı verilmeye devam edilerek gazı iyonlaştırma haline gelmesidir. Böylelikle elektriksel olarak iletken olan bu iyonize gaza plazma adı verilir.

PLAZMA KESİM MAKİNELERİ

Maddenin 4. hali olan plazma ile kesim işlemini gerçekleştiren makinelere plazma kesim makineleri adı verilir.

PLAZMA KESİMDE ROL OYNAYAN KISIMLAR

Plazma arkı kesim sistemi kısımları:

• Güç kaynağı
• Ark başlatma ünitesi
• Torç

Bu bileşenler, değişik metalleri yüksek hızda ve yüksek kalitede kesmek için gereken elektrik enerjisini, iyonlaştırma gücünü ve işlem kontrolünü sağlar.

Güç kaynağı:

Plazma makinelerinde bulunan güç kaynakları sabit akım veren DC güç kaynağıdır. Açık devre gerilimi tipik olarak 240 – 400 VDC arasındadır. Güç kaynağının çıkış akımı ( amperaj ) sistemin hızını ve kesme kalınlığı kapasitesini belirler. Güç kaynağının temel görevi, iyonlaşmadan sonra plazma arkını korumak için doğru enerjiyi vermektir.

Ark başlatma devresi:

Yaklaşık 2 megahertz’de 5,000 – 10,000 volt AC gerilim üreten bir yüksek frekans jeneratörüdür. Bu voltaj torcun içindeki gazı iyonlaştırmak yani plazmayı meydana getirmek için şiddetli bir ark oluşturur.

Torç:

Sarf edilen meme ve elektrot için bir tutucu olarak çalışır ve bu parçalar için gaz veya suyla soğutma sağlar. Meme ve elektrot, plazma jetinin sürekliliğini ve yoğunlaşmasını sağlar.

PLAZMA GÜÇ MAKİNELERİNİN ÇALIŞMA MANTIĞI

           

DEVRE ŞEMASI     

  

1.Güç kaynağı çalıştırıldıktan sonra torçun ucuna gazlar yollanarak başlatma hazırlanır. Bu durumda torç ile iş parçası arasında açık devre gerilimini görebilirsiniz. İş parçası +, meme + ya  elektrot ise – ye bağlı olduğuna dikkat etmeliyiz.

2.Torçun ucundan gaz akışı meydana geldiğinde yüksek frekans devresinin aktif olmasını beklemektedir. Yüksek frekans devresi aktif olduğunda burada 10000 V a kadar bir gerilim oluşacaktır , burada meme ile elektrot arasında bir ark oluşumu meydana gelecektir. Bu ark içerisinden geçen gaz elektrot ile meme arasında plazma arkı olarak adlandırılan arkı meydana getirir. Bu arkın gaz basıncıyla memeden dışarı çıkmasıyla pilot ark oluşacaktır.

3.Pilot arkın iş parçasına temas etmesi ile birlikte meme ile güç kaynağı arasında direnç bulunmasından dolayı iş parçasının üzerinde direnç bulunmadığından akım iş parçası üzerinden devresini tamamlayacaktır. İş parçası üzerinden tamamlanan akım ölçü aleti ile ölçülerek tespit edildikten sonra yüksek frekans devresini devre dışı bırakacak ve normal akım şiddetini devreye sokacak kontak açılacaktır.

4.Plazma arkının sıcaklığı metali eritir, iş parçasını deler ve yüksek hızlı gaz akışı(koruyucu gaz) erimiş malzemeyi kesim bölgesinden uzaklaştırır. Torç hareket etmeye devam ettiği sürece kesim işlemi gerçekleşmiş olacaktır.

PLAZMA KESİMDE KULLANILAN GAZLAR

Plazma kesimde 2 çeşit gaz sınıfı bulunmaktadır.

• Plazma gazı
• Koruyucu gaz

Malzeme plazma arkının ısısıyla ergitilir ve yüksek hızlı koruyucu gazın püskürtülmesiyle ergimiş metal kesim bölgesinden uzaklaştırılır.

Gazlar hem plazma gazı hem de koruyucu gaz olarak kullanılabilmektedir. Bunun seçimi istenilen arza göre seçilmektedir. Gaz akış hızı 118 L/Dakikaya ( 250 ft³/saat ) kadar çıkabilmektedir.

Plazma gaz:Plazma gazı olarak kullanılan gazlar iş parçasını ısıtarak ergime derecesine getiren gazlardır. Plazma gaz seçimleri kesim kalitesi ve istenilen şartlara göre ürün kataloglarından seçilebilmektedir.

Koruyucu gaz:Koruyucu gaz olarak kullanılan gazlar plazma gazı ile ısınmış iş parçasının ergime sıcaklığına gelmiş metalini iş parçasından uzaklaştırarak asıl kesim işlemini yapan kısımdır.

GAZLARIN KULLANIM TABLOSU

Tabloda  görüldüğü üzere kırmızı ile işaretlenen kısımlar yumuşak çelik , paslanmaz çelik vve alüminyum için en kullanışlı kesimin seçildiği noktalardır. Farklı istenilen özelliklere göre farklı gazlar kullanılacağı yukarıdaki tabloda açıkça görülmektedir.

PLAZMA KESİMDE ÖNEMLİ PARAMETRELER

Plazma ile kesmede önemli parametreler gaz parametreleri, güç kaynağı parametreleri ve kesme hızıdır. Parametreler arasındaki ilişkiler kesmede elde edilecek kaliteyi tanımlar.

Gaz parametreleri; taşıyıcı(plazma) ve koruyucu gazın akış hızı ve gazların karışım oranıdır. Plazma gazının akış hızının artışı arkın kararlılığını etkileyen faktörlerden birisidir. Arkın yoğunluğunu arttırır. Artan momentum nedeni ile eriyen malzemenin kesme bölgesinden püskürtülmesini kolaylaştırır. Güç kaynağı parametreleri ise ‘standoff’, ‘V’, ve akım şiddetidir, ‘I’. Standoff, malzeme-torç arası uzaklığı belirler. Otomasyona yönelik sistemlerde kesme işlemi başlamadan bu mesafe bir sonda sistemi ile ayarlanır. Kesme başladıktan sonra ise standoff mesafesini torç yükseklik kontrol sistemi kontrol eder. Geri bildirim döngüsünden gelen anlık gerilim değerini verilen değer ile kıyaslar ve bu değere göre yükseklik ayarlanır. Standoff malzemeye ve kalınlığına kullanılan torç tipine göre tablolarda kesme öncesi için mm olarak, kesme süresince kullanılmak içinse gerilim birimi ile belirtilir.

Akım şiddeti:  ‘I’, plazma sisteminin gücünü belirler. Malzemeye transfer edilen birim zamandaki enerji daha yüksek olduğundan aynı kalınlıktaki malzeme için kesme hızı akım şiddeti değeri ile artar. Değer yükseldikçe kesilebilecek malzeme kalınlığı da artar. Kesme hızı (f), kesme sonrası metalin kesme yüzeylerinin kalitesini etkileyen parametrelerden biridir. Tavsiye edilen değerden yavaş hızlarda plazma arkı ergittiği bölgeden hemen uzaklaşmadığı için yarık aralığı değeri artar. Bu geriye doğru eğimli kesme çizgileri oluşturur. Daha yüksek hızlarda plazma arkı malzemeyi tüm kalınlık boyunca ergittiği fakat püskürtme işlemi tamamlanmadan torç hızla ilerlediği için alt kısımlarda malzeme tekrar katılaşarak yarığı doldurur ya da kalın çapak oluşumu gözlenir.

SDANDOFF DEĞERİ

Standoff ve Kesim Kalitesi;

Standoff (Ark Voltajı) kesim kalitesini ve düzgünlüğü doğrudan etkiler. Kesmeden önce, tüm kesme parametrelerinin  imalatçı  tarafından  önerilen  şekilde  ayarlanması  tavsiye  edilir.  Öneriler  için  torç  kılavuzunda  Çalıştırma bölümü proses verilerine başvurun. Kullanılacak malzeme ile bir örnek kesim yapılmalı ve ardından parça dikkatle incelenmelidir.

Parçanın  kesme  yüzünde  aşırı  şev  veya  üst  kenarda  yuvarlanma  varsa,  standoff  çok  yüksek  ayarlanmış  olabilir.

Standoff ark voltajı yükseklik kontrolü ile kontrol edildiğinde, ark voltajı ayarının düşürülmesi standoff değerini de düşürür.

Aşırı şev ya da yuvarlaklık yok olana kadar standoff eğerini düşürün. Plazma kesme özellikleri mükemmel bir düz kesimi önler. 1/4″ (6,4 mm) veya daha kalın malzemelerde, çok düşük bir standoff değeri  negatif kesme açısına neden olabilir.

ÇAPAK OLUŞUMU

Kesme hızı, gaz seçimi ve metal bileşiminde farklılıklar çapak oluşumuna katkıda bulunur. Doğru kesme standoff değeri de çapak oluşumunu etkiler. Ark voltajı çok yüksek ayarlanmışsa, kesme açısı pozitif olur. Buna ek olarak, parçanın alt kenarında çapak  oluşur.  Bu  çapak  çok  inatçı  olabilir  ve  giderilmesi  için  doğrama  ve  öğütme  gerekebilir.  Kesme  voltajının  çok  düşük ayarlanması  parçaların  az  kesilmesi  ya  da  negatif  kesme  açısına  neden  olabilir.  Çapak  oluşur  ama  çoğu  durumda  kolayca giderilebilir.

PLAZMA KESİMDE AKIM-KALINLIK-HIZ İLİŞKİLERİ

Plazma kesimde önde gelen 2 firma bulunmaktadır. İlki Kjellberg firması ikinci olarak da Hypertherm firması plazma kesimde önde gelen firmalardır. Bu firmaların ürettikleri güç kaynakları birbirinden farklı olduğu için akım-kalınlık-hız ilişkileri farklılık göstermektedir. Aşağıda bu firmaların kataloglarından alınmış olan resimlerde gazlara göre akım-kalınlık-hız ilişkileri görülmektedir.

HiFocus(kjellberg) Serilerinin Önemli Parametreleri

 

Akım-Kalınlık-Hız tablosu:

 

Hypertherm Serilerinin Önemli Parametreleri

Akım-Kalınlık-Hız tablosu: