برش پلاسما چگونه کار می کند؟

مقدمه

با پیشرفت فناوری در حوزه تولید و ساخت، روش‌های متعددی برای برش فلزات و مواد رسانا معرفی شده‌اند که هر یک در نوع خود مزایا و محدودیت‌هایی دارند. یکی از روش‌های بسیار پرکاربرد و دقیق، برش پلاسما است. در بسیاری از کارگاه‌های صنعتی، تعمیرگاه‌های خودرو، کارخانه‌های فلزکاری و صنایع سنگین، این روش به‌دلیل سرعت بالا، دقت برش و هزینه عملیاتی نسبتاً پایین، جایگزین روش‌های سنتی مانند برش با اکسی‌استیلن شده است.

در این مقاله با محوریت سؤال «برش پلاسما چگونه کار می‌کند؟» به بررسی اصول علمی، تجهیزات، مکانیزم عملکرد، مزایا، محدودیت‌ها و نکات ایمنی این فناوری خواهیم پرداخت.

تعریف برش پلاسما

برش پلاسما فرآیندی حرارتی است که در آن از قوس الکتریکی و گاز فشرده برای تولید جریانی از پلاسما (چهارمین حالت ماده) استفاده می‌شود تا بتوان مواد رسانا مانند فولاد، استنلس استیل، آلومینیوم، مس و سایر فلزات را با دقت بالا برش داد.

پلاسما به‌طور ساده گازی است که در اثر اعمال انرژی زیاد به‌صورت کامل یونیزه شده و به حالتی با دمای بسیار بالا (بین 20,000 تا 30,000 درجه سانتی‌گراد) می‌رسد. این حالت از ماده، انرژی کافی برای ذوب‌کردن فلزات را دارد.

اصول علمی پشت فناوری پلاسما

برای درک این‌که برش پلاسما چگونه کار می‌کند؟ ابتدا باید پدیده‌های فیزیکی زیر را بشناسیم:

1. قوس الکتریکی (Arc)

قوس الکتریکی یک تخلیه الکتریکی پایدار بین الکترود و قطعه کار است. با عبور جریان شدید از گاز فشرده، مولکول‌های گاز شکسته شده و الکترون‌ها از اتم‌ها جدا می‌شوند.

2. یونیزاسیون گاز

در اثر قوس الکتریکی، گاز به حالت پلاسما تبدیل می‌شود که حامل انرژی حرارتی بسیار بالاست. این گاز یونیزه با سرعت بالا از نازل خارج می‌شود و فلز را ذوب و جدا می‌کند.

3. اثر نازل و فشار گاز

با هدایت جریان پلاسما از طریق نازلی باریک، تمرکز حرارتی بالا حاصل می‌شود. گاز فشار بالا همچنین مواد ذوب‌شده را از محل برش خارج می‌کند.

اجزای اصلی سیستم برش پلاسما

برای پاسخ به پرسش «برش پلاسما چگونه کار می‌کند؟» شناخت اجزای کلیدی دستگاه ضروری است:

1. منبع تغذیه

وظیفه تأمین ولتاژ و جریان مناسب برای ایجاد قوس را بر عهده دارد. معمولاً بین 100 تا 400 آمپر.

2. مشعل (Torch)

دسته‌ای که اپراتور در دست دارد و شامل الکترود، نازل و محفظه گاز است. محل اصلی ایجاد قوس و هدایت پلاسما به سطح فلز.

3. الکترود تنگستن یا Hafnium

الکترود پایدار در برابر حرارت که در داخل مشعل نصب می‌شود. محل تخلیه جریان الکتریکی.

4. نازل (Nozzle)

دهانه‌ای باریک برای متمرکز کردن جریان پلاسما و افزایش دقت برش.

5. منبع گاز

گازهایی مثل هوا، نیتروژن، آرگون یا مخلوط هیدروژن-آرگون بسته به جنس فلز و نوع برش استفاده می‌شوند.

6. کنترلر یا CNC (در مدل‌های خودکار)

برای کنترل مسیر حرکت مشعل، به‌ویژه در برش‌های پیچیده و صنعتی.

مراحل عملکرد برش پلاسما

بیایید گام‌به‌گام بررسی کنیم برش پلاسما چگونه کار می‌کند؟:

گام 1: آماده‌سازی گاز و منبع تغذیه

گاز فشرده به مشعل فرستاده می‌شود و دستگاه روشن می‌گردد. جریان الکتریکی برقرار می‌شود اما هنوز قوسی در کار نیست.

گام 2: ایجاد قوس اولیه (Pilot Arc)

با فشار دادن دکمه روی مشعل، قوس بین الکترود و نازل یا قطعه‌کار ایجاد می‌شود. این قوس گاز را یونیزه می‌کند.

گام 3: تشکیل پلاسما

گاز یونیزه‌شده تبدیل به پلاسما می‌شود و دمای بسیار بالا پیدا می‌کند.

گام 4: برش فلز

پلاسما از نازل با فشار بالا بیرون زده و فلز را ذوب می‌کند. همزمان فشار گاز مواد مذاب را از برش بیرون می‌راند.

گام 5: حرکت یکنواخت

مشعل به صورت دستی یا توسط CNC در مسیر مشخص حرکت می‌کند تا برش کامل شود.