برش پلاسما: تکنولوژی پیشرفته و تفاوت‌ آن با سایر روش‌های برش

برش پلاسما به عنوان یکی از فناوری‌های نوظهور و پیشرفته شناخته می‌شود که تقریباً از سال ۱۹۸۰، با هدف برشکاری دقیق انواع فلزات، مورد استفاده قرار می‌گیرد. برش پلاسما در مقایسه با سایر روش‌های برشکاری فلز مانند لیزر یا واترجت، از کیفیت، دقت و سرعت اجرای بیشتری برخوردار است. این مقاله از آهن صد، با توجه به کاربرد گسترده برش پلاسما در صنایع و پروژه‌های بزرگ کشور، مواردی همچون نحوه عملکرد، قابلیت‌ها، کاربردها، مزایا و معایب آن را بطور کامل مورد بررسی قرار می‌دهد.

برش پلاسما چیست؟

برش پلاسما، به عنوان فرآیندی دقیق، حساس و بسیار پرهزینه محسوب می‌شود که قادر است انواع فلزات را به راحتی و با ظرافت فوق‌العاده، برش دهد. در ادامه، پیرامون ویژگی‌ها و نحوه عملکرد دستگاه برش پلاسما، شناخت بیشتری پیدا خواهید کرد.

تعریف فنی

برش پلاسما در حقیقت یک پروسه فیزیکی – شیمیایی است که با استفاده از قوس الکتریکی و گاز یونیزه شده (پلاسما)، انواع فلز را در طرح‌های گوناگون برش می‌دهد. از نظر علمی، پلاسما یکی از چهار حالت اصلی ماده محسوب می‌شود که قادر است با ایجاد حرارت و نیروی مغناطیسی، فلزات مختلف را به سرعت ذوب کند. معمولاً در پروژه‌های حساس و دقیق مانند تولید چیپ‌های کامپیوتری، استفاده از سیستم برش پلاسما رایج است؛ چرا که توانایی خوبی در ایجاد نقاط و اشکال کوچک روی اجسام فلزی دارد. 

مکانیزم عملکرد برش پلاسما

برش پلاسما، با ایجاد حرارت در گازهای یونیزه شده و ذوب کردن آهن، فرآیند برشکاری را انجام می‌دهد. در ابتدای این فرآیند، یک منبع تغذیه قرار دارد که با ولتاژ بالای برق، قوس الکتریکی ایجاد نموده و نقش اصلی را ایفا می‌کند. وجود قوس الکتریکی در این سیستم، باعث می‌شود گازهای خاصی مانند آرگون یا نیتروژن به پلاسما تبدیل شده و حرارت فوق‌العاده بالایی تولید کنند. در نهایت پلاسمای تولیدی، با فشار و دمای بالا از تورچ یا نازل دستگاه خارج شده و جسم فلزی را ذوب می‌کند. در این فرآیند، جریان گاز پلاسما باید مطابق سطح و قطر نازل تنظیم شود تا قوس دوگانه ایجاد نکند. در صورت افزایش جریان گاز و تشکیل شدن قوس دوگانه، نازل دستگاه بشدت آسیب دیده و ممکن است ‌خطرآفرین باشد. یکی از اقدامات جالب توجه در برش پلاسما، ترمیم و گرد کردن لبه‌های آهن است که بصورت خودکار توسط حرارت پلاسما انجام می‌شود. 

انواع فلزات قابل برش با پلاسما

دستگاه برش پلاسما قادر است محصولات فلزی از جنس آهن، استیل، آلومینیوم، مس، برنج، چدن، فولاد زنگ نزن و دیگر آلیاژها را با شرایط گوناگون برش دهد. از این دستگاه، انواع مختلفی وجود دارد که هر کدام برای فلز یا کاربرد خاصی مناسب بوده و بعضاً محدودیت‌ ابعادی دارند. برخی از دستگاه‌های برش پلاسما، کاربرد صنعتی داشته و می‌توانند فلزات سخت با ضخامت بالا (تا ۱۸۰ میلی‌متر) را به خوبی برش دهند؛ اما دستگاه‌های دیگر مانند برش پلاسما دستی، معمولاً از چنین توانی برخوردار نبوده و برای مصارف جزئی‌ و سبک‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

کاربردهای برش پلاسما در صنایع مختلف

برش پلاسما به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود از قبیل سرعت، ظرافت و کیفیت بالا در برشکاری، همیشه انتخاب بسیاری از پروژه‌های صنعتی و عمرانی بزرگ است. از تولید قطعات و ماشین‌آلات صنعتی گرفته تا صنایع بزرگ مانند فولاد و کشتی‌سازی، به دستگاه برش فلز با دقتی مشابه برش پلاسما نیاز دارند. همچنین در صنایعی نظیر خودروسازی یا پروژه‌های عمرانی مانند ساخت سوله، که فرآیندهای برش در آن‌ها باید به سرعت انجام شود، برش پلاسما بهترین گزینه خواهد بود.

مزایای برشکاری پلاسما

برش پلاسما، در مقایسه با دیگر روش‌های برشکاری مانند هواگاز، واترجت و لیزر، مزیت‌های متعددی دارد که کاربران را به استفاده از آن ترغیب می‌کنند. مهم‌ترین مزایا و نقاط قوت در برشکاری با استفاده از پلاسما، به شرح زیر است:

• کیفیت برش مطلوب: دستگاه برش پلاسما، معمولاً نسبت به دیگر روش‌های برشکاری، از کیفیت اجرای بالاتری برخوردار است؛ بطوری‌ که کمترین آسیب ممکن را به جسم فلزی وارد نموده و تغییر چندانی در ظاهر یا عملکرد آن ایجاد نمی‌کند. علاوه بر این موارد، دستگاه برش پلاسما از هدر رفت و اسقاط شدن فلز هم به میزان قابل توجهی جلوگیری می‌کند.

• سرعت عملکرد بالا: یکی از ملاک‌ها و موضوعات جدی در پروژه‌های صنعتی، معمولاً سرعت انجام کار و زمان‌بندی آن است. برش پلاسما، جزء سریع‌ترین روش‌های برش فلز محسوب می‌شود که استفاده از آن موجب بهره‌وری در زمان و هزینه‌های پروژه خواهد شد. البته دستگاه برش پلاسما با وجود سرعت بالای اجرا، در کیفیت عملکرد خود خللی ایجاد نمی‌کند.

• دقت و ظرافت: فرآیند برش پلاسما، معمولاً با حساسیت و محاسبات زیادی انجام می‌گیرد؛ بطوری که می‌تواند جزئی‌ترین طرح‌ها و مدل‌ها را روی فلز پیاده نموده و خروجی مطلوبی داشته باشد. از آنجا که نازل و تورچ دستگاه پلاسما بسیار باریک است، فلز را با ظرافت بالا و دقیقاً مطابق الگو برش می‌دهد.

• تنوع در قابلیت‌ها: برش پلاسما، توانایی برش انواع فلزات را بر اساس مدل‌های گوناگون دارد. این دستگاه، اقدامات مختلف از برشکاری اجسام فلزی تا قطعه قطعه کردن ورق‌های فولادی و پیاده‌سازی نقش و نگار روی آن‌ها را به بهترین نحو اجرا می‌کند. 

معایب برش پلاسما

برش پلاسما، علی‌رغم مزیت‌های مهم خود، می‌تواند برای یک پروژه، مشکلات یا محدودیت‌هایی ایجاد کند. انتشار گازهای سمی، محدودیت ضخامت و گران بودن دستگاه، از جمله معایب برشکاری پلاسما هستند که در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرند.

• تولید دود و گازهای مضر: دستگاه برش پلاسما، به دلیل ذوب کردن فلزات و استفاده از گازهای خاص، معمولاً دود غلیظی ایجاد می‌کند که برای انسان آزاردهنده‌ است. همچنین ممکن است در فرآیند برش برخی فلزها، گازهای سمی تولید شوند‌ که بسیار خطرناک است؛ در این مواقع استفاده از وسایل و تجهیزات ایمنی بسیار ضروری خواهد بود.

• محدودیت در ضخامت: برش پلاسما برای همه اجسام فلزی مناسب نیست؛ زیرا نمی‌تواند مقاطع آهنی یا آلیاژ‌های خیلی ضخیم را به خوبی برش دهد. این دستگاه قابلیت‌های زیادی نسبت به سایر روش‌های برشکاری دارد، اما محصولاتی که با آن برش داده می‌شوند، باید ضخامتی کمتر از ۱۸۰ میلی‌متر داشته باشند.

• هزینه بالا: یکی از مهم‌ترین عیوب برش پلاسما، گران بودن دستگاه و تجهیزات آن است؛ به همین دلیل است که استفاده از آن در همه پروژه‌ها صرفه اقتصادی ندارد. خرید این دستگاه، به همراه تجهیزاتی مانند نازل یا تورچ و تعمیرات احتمالی آن‌ها، بودجه بسیار زیادی لازم دارد که فقط صنایع بزرگ قادر به تهیه آن هستند؛ از این رو پروژه‌ها و صنایع کوچکی که به برش پلاسما نیاز دارند، معمولاً برون‌سپاری