بخش سوم: تورچ های با قابلیت تزریق آب

در این نوع تورچ ها جریان آب پیرامون قوس تزریق می گردد و قوس را متمرکز تر می سازد . مایع خنک کننده نازل و قطعه کار را خنک می سازد . سرعت برشکاری در این نوع تورچ ها بالاتر می رود و و قطعه کار بدون اعوجاج برشکاری می شود . عرض حاصل از برشکاری باریک تر و طول عمر قطعات مصرفی تورچ بیشتر می گردد .

دو نوع متد برشکاری با تزریق آب وجود دارد :

• Radial injectionتزریق آب به صورت شعاعی پیرامون قوس و بدون دوران
• Vortex injection تزریق آب به صورت گردابی (دورانی یا مارپیچ)

در روش دوم آب به صورت دورانی پیرامون قوس تزریق می گردد در نتیجه یکی از لبه ها بدون زاویه و نزدیک به زاویه قائمه بریده می شود اما لبه دیگر دارای زاویه 5 تا 8 درجه می گردد .بسیار مهم است که لبه ای که اریب برش می خورد در قسمت ضایعات قطعه کار قرار گیرد .

به طور کلی این متد منحصرا با دستگاه های برشکاری زیر آب قابل اجرا می باشد و فلزات با ضخامت بین 3 تا 75 میلیمتر با این روش قابل برشکاری هستند .

بخش دوم: تورچ های با قابلیت استفاده از گاز ثانویه (محافظ)

افزودن یک گاز ثانویه پیرامون قوس پلاسما ، قوس را متمرکز تر ساخته و اتمسفر پیرامون مذاب را نیز کنترل می کند . در نتیجه کیفیت و سرعت برشکاری افزایش پیدا می کند . همچنین در این نوع تورچ ها از یک محافظ نازل استفاده می شود که از اتصال نازل پلاسما به قطعه کار و همچنین پاشش مذاب به روی نازل پلاسما جلوگیری می کند . بنابر این عمر قطعات مصرفی این گونه تورچ ها بیشتر است و امکان برشکاری از وسط و لبه قطعه کار نیز افزایش پیدا می کند .

این گونه تورچ ها پیشرفته تر بوده و اطلاعات دقیق تری در خصوص تنظیمات دستگاه بر اساس نوع قطعات مصرفی و همچنین سرعت های دقیق برشکاری بر اساس ضخامت قطعه کار در دسترس می باشد .

تورچ با قابلیت استفاده از گاز ثانویه

در تصویر سمت راست از بالا به پایین

• الکترود
• گاز پخش کن
• نازل پلاسما
• نگاه دارنده نازل
• نازل ثانویه (نازل مخصوص گاز محافظ
• شعله پوش

منابع تغذیه اینگونه تورچ ها دارای کنسول گاز می باشند که گاز پلاسما و گاز محافظ به این قطعه متصل می گردد .

گاز های مورد استفاده

در این نوع تورچ ها باید حتما از جداول مخصوص که توسط شرکت سازنده ارائه می گردد جهت انتخاب گازو تنظیمات دبی و فشار و همچنین انتخاب قطعات مصرفی استفاده کنیم ، در غیر اینصورت یا دستگاه پیغام خطا خواهد داد و یا کیفیت برشکاری به شدت کاهش پیدا خواهد کرد . به طور کلی از هوای فشرده ، اکسیژن ، نیتروژن برای برشکاری و در برخی دستگاه ها از گاز آرگون جهت مارک زنی یا حکاکی استفاده می گردد .

نمونه جدول برشکاری فولاد های کربنی

نمونه جدول برشکاری فولاد های زنگ نزن

نمونه جدول برشکاری آلومینیوم

بخش اول: تورچ های متعارف یا استاندارد

مهمترین بخش در فرآیند برشکاری قوسی پلاسما ، تورچ است و به نوعی می توان گفت که تورچ بیشترین نقش را در کیفیت این فرآیند برش کاری دارد .

تورچ ها به طور کلی ، یا با مایعات مخصوص خنک می شوند ، و یا با بخشی از گاز (هایی) که از آنها عبور می کند . و همچنین از نظر شروع قوس می توان آنها را به دو نوع فرکانس بالا  و تماسی تقسیم بندی کرد . تورچ های فرکانس بالا جهت شروع قوس  نیاز به مدار خاصی دارند که در منابع تغذیه این دستگاه ها وجود دارد ، اما در تورچ های تماسی ، الکترود به سمت نازل حرکت کرده و با سطح داخلی نازل تماس پیدا می کند و همزمان با ایجاد قوس ، الکترود به جای اول خود باز می گردد .

نکته مهم : تورچ های تماسی نویز ایجاد نمی کنند و در مواردی که ایجاد نویز برای تجهیزات جانبی مزاحمت ایجاد می کند ارجهیت دارند ، اما کمیاب تر هستند .

1-تورچ های متعارف Conventional یا استاندارد

تورچ برش با هوا (هوای فشرده)

رایج ترین نوع تورچ برش پلاسما این نوع تورچ می باشد . این تورچ ها برای برشکاری فولاد های غیر آلیاژی می باشند . اکسیژن موجود در هوا منجر به ایجاد واکنش گرما زای ااکسیداسیون فولاد مذاب می گردد و به همین دلیل سرعت برشکاری با این روش حدود 25 % بالا تر از برشکاری پلاسما با گاز نیتروژن است . با این حال هنگام استفاده از این روش برای فلزاتی نظیر آلومینیوم و فولاد زنگ نزن سطح برشکاری به شدت اکسید می شود و نیاز به تمیز کازی پیدا می کند . همچنین مصرف الکترود تنگستن خالص در این روش بسیار بالا است به همین دلیل الکترود هایی از جنس تنگستن و زیرکونیوم یا هافنیوم طراحی شده اند با این حال استفاده از هوای فشرده نسبت به گاز های بی اثر عمر الکترود را به شدت ماهش می دهد .

پلاسما های متعارف ، طراحی تورچ نسبتا ساده ای دارند زیرا فقط برای یک گاز (گاز پلاسما) طراحی شده اند . غالبا در این تورچ ها از گاز هایی مانند نیتروژن ، اکسیژن ، یا میکس آرگون هیدروژن و یا هوای فشرده استفاده می شود .

قوس پلاسما فقط تحت تاثیر قطر سوراخ نازل قرار دارد و به همین دلیل سطح برش به صورت اریب (شیب دار) خواهد بود . به طور کلی گاز پلاسما از روی سطح الکترود و مماس به آن عبور می کند و بسته به سرعت برشکاری و شدت جریان ، تورچ با هوا یا آب خنک می شود . پلاسما های متعارف برای برشکاری فلزات تا ضخامت 40 میلیمتر مورد استفاده قرار می گیرند .

1.1 – معرفی قسمت های مختلف تورچ های متعارف

به طور کلی دو نوع تورچ مورد استفاده قرار می گیرد

الف ) تورچ هوا خنک  دستی یا اتوماتیک

ب ) تورچ آب خنک دستی یا اتوماتیک

الف) تورچ هوا خنک : این تورچ ها توسط هوای فشرده یا هر گازی که جهت برشکاری به آنها متصل می شود خنک می شوند . به عبارت دیگر بخشی از گاز یا هوای ورودی به پلاسما تبدیل می شود و بخش دیگری از آن جهت خنک کردن تورچ به کار می رود . مرسوم ترین تورچ های هوا خنک در ایران تورچ های شرکت های ترافیمت ، چبورا و ترموکات هستند و همچنین تورچ های هواخنک تولید ایران و چین نیز در بازار موجود می باشد . این تورچ ها نهایتا تا 150 آمپر ساخته می شوند که البته باید به دیوتی سایکل تورچ ها نیز توجه کنیم .

قطعات پر مصرف تورچ های هوا خنک

بالا از راست به چپ :

• نازل گاز
• الکترود
• گاز پخش کن
• رینگ عایق
• نازل خارجی (شعله پوش)

فشار مورد نیاز گاز و دبی گاز

فشار گاز مورد نیاز تورچ های هوا خنک CB150  و CP160 حدود 5.2 بار و دبی مورد نیاز 220 لیتر در دقیقه می باشد.

ب) تورچ های آب خنک : در این نوع تورچ ها از یک مایع خنک کننده مخصوص یا آب مقطر برای خنک کردن الکترود و نازل و کابل ها و دیگر اجزای تورچ استفاده می شود . مرسوم ترین تورچ  آب خنک رایج در ایران CP 200  نام دارد که با برند های تجاری چبورا ، ترافیمت و ترموکات و تولیدات ایرانی و چینی موجود می باشد .

• تورچ دستی
• تورچ اتوماتیک (گردنه مستقیم)
• الکترود
• نازل گاز
• نازل خارجی (شعله پوش)
• فنر فاصله انداز (اسپیسر)

فشار مورد نیاز و دبی گاز

فشار گاز مورد نیاز در تورچ های CP 200 3 تا 3.5 بار است و دبی مورد نیاز نیز با توجه به دبی سنج روی تورچ باید تنظیم گردد و در حدود 220 لیتر در دقیقه مناسب می باشد .

جهت تعویض الکترود و نازل در همه تورچ ها باید از آچارهای مخصوص استفاده گردد .

طول تورچ های استاندارد برای برشکاری اتوماتیک

نکته مهم : چنانچه طول تورچ ها به هر دلیلی افزایش یابد جهت جبران افت ولتاژ باید پیش بینی های خاصی در نظر گرفته شود به عنوان نمونه استفاده از باکس HF خارج از دستگاه ، یا اقزایش پتانسیل HF با کسب اجازه از تولید کننده دستگاه پلاسما و تورچ مربوطه .

1.2 – گاز های مورد استفاده در برشکاری پلاسما با تورچ های متعارف

در برشکاری فولاد های زنگ نزن و آلومینیوم از گازهای 65% آرگون و 35% هیدروژن یا 50% تا 60% آرگون و 40% تا 50% هیدروژن و نیتروژن استفاده می شود.

همچنین در برشکاری فولادهای آلیاژی (زنگ نزن) استفاده از گاز نیتروژن با تورچ CP 200 توصیه شده است و دارای مزایای زیر است :

• افزایش کیفیت برشکاری
• افزایش سرعت برشکاری
• عمر بیشتر مواد مصرفی (نازل و الکترود)
• عدم ایجاد تغییرات ساخ

در هنگام به کار بردن گاز های غیر از هوای فشرده باید به فشار و دبی لازم توجه کرده و از فشار شکن مناسب استفاده کنیم در صورت استفاده از فشار شکن های مخصوص جوشکاری ، بلافاصله به تورچ آسیب جدی می رسد .

1.3 – نکات تکنیکی در برشکاری اتوماتیک و نیمه اتوماتیک برشکاری پلاسما با تورچ های متعارف

در هنگام شروع قوس باید تورچ در فاصله نسبتا بالاتری قرار گیرد تا سوراخ اولیه ایجاد گردد و سپس فاصله تورچ تا قطعه کار به حد استاندارد و توصیه شده کاهش پیدا کند تا به اجزای تورچ آسیبی نرسد .

هر نوع تورچ ظرفیت خاصی برای سوراخ کاری اولیه دارد و رعایت این موضوع توسط مصرف کننده الزامی است .

حرکت تورچ به سمت قطعه کار   2. تماس با قطعه کار و تشخیص محل قطعه کار   3. برگشت به فاصله تعیین شده جهت قوس پایلوت   4. ایجاد قوس پایلوت و سوراخ اولیه در ارتفاع بالا   5. کاهش ارتفاع جهت شروع برشکاری       شروع حرکت و پیشروی

جدول تنظیمات شدت جریان برش پلاسما برای انواع فولاد ها

جدول تنظیمات شدت جریان برش پلاسما برای انواع آلومینیوم

نمودار های برشکاری بر اساس سرعت های مختلف

نمودار سرعت در شدت جریان30 آمپر

نمودار سرعت در شدت جریان 60 آمپر

نمودار سرعت در شدت جریان 100 آمپر

نمودار سرعت در شدت جریان 160 آمپر

رعایت سرعت های فوق جهت رسیدن به بهترین کیفیت برشکاری بسیار مهم است ، کم یا زیاد بودن سرعت به شدت کیفیت برشکاری را تحت تاثیر قرار می دهد .

مقایسه سرعت برشکاری تورچ های آب خنک و هواخنک در شدت جریان 160 آمپر

1.4 – هزینه برشکاری پلاسما با تورچ های متعارف

پیش از اینکه تصمیم بگیریم از فرآیند برش پلاسما برای برشکاری استفاده کنیم و هزینه های برشکاری را محاسبه کنیم باید موارد زیر را در نظر گرفته و از انتخاب پروسه صحیح مطمئن شویم .

• جنس قطعه کار
• ضخامت قطعه کار
• کیفیت مد نظر
• سرعت مد نظر جهت برشکاری
• امکانات موجود با توجه به محل اجرای پروژه

هر یک از موارد فوق به بسیار مهم بوده و می بایست مورد توجه قرار گیرند . با مطالعه این راهنمای جامع به راحتی می توانید بین فرآیندهای برشکاری پلاسما ، اکسی فیول و لیزر ، فرآیند مناسب پروژه خود را انتخاب کنید .

در اینجا به چند نکته مهم اشاره می کنیم و چند مثال می آوریم .

مثال اول : برشکاری فولاد زنگ نزن با ضخامت 0.5 میلیمتر

با مراجعه به نمودار های صفحه …. فرآیندهای لیزر و پلاسما قابل استفاده هستند و فرآیند اکسی فیول کاربردی ندارد اما فرآیند لیزر از آنجا که قوس متمرکز تری دارد ممکن است دور ریز کمتر و ظرافت بیشتری داشته باشد . سرمایه اولیه مورد نیاز جهت برش لیزر بیشتر است .

مثال دوم : برشکاری فولاد ساختمانی با ضخامت 3 میلیمتر

فرآیند های برش لیزر و پلاسما مناسب هستند و فرآیند اکسی فیول خیلی توصیه نمی شود . سرعت برشکاری لیزر و پلاسما در این ضخامت خوب و قابل قبول است . بنابر این چنانچه کیفیت بسیار بالایی مد نظر باشد لیزر و در غیر این صورت پلاسما را انتخاب می کنیم .

مثال سوم : برشکاری فولاد ساختمانی با ضخامت 15 میلیمتر

هر سه فرآیند لیزر و پلاسما و اکسی فیول قابل استفاده هستند ، اما چنانچه از لیزر های توان بالا استفاده نشود ممکن است سرعت برشکاری پلاسما بالا تر از لیزر باشد ، و همچنین چنانچه امکانات و سرمایه اولی کافی وجود نداشته باشد فرآیند اکسی فیول مناسب است .

در صورتی که با توجه به موارد فوق فرآیند برش پلاسما با تورچ های متعارف را استفاده کنیم باید هزینه های زیر را در نظر بگیریم.

• هزینه برق مصرفی دستگاه برش پلاسما
• هزینه الکترود “نسبتا پر مصرف”
• هزینه نازل “نسبتا پر مصرف”
• هزینه گاز پخش کن در تورچ های هوا خنک “کم مصرف”
• هزینه نازل خارجی (شعله پوش)  “کم مصرف”
• هزینه گاز ، در صورت استفاده از گاز های گران قیمت یا هزینه برق و استهلاک کمپرسور باد
• هزینه نیروی انسانی

در بین هزینه های فوق هزینه قطعات مصرفی تورچ پلاسما بیشتر از دیگر موارد مورد توجه قرار  می گیرد و به همین دلیل طول عمر این قطعات جهت محاسبه هزینه ها مهم است . متاسفانه اطلاعات دقیق قابل ارائه ای در این خصوص وجود ندارد . تولید کنندگان ، طول عمر یک الکترود را بر اساس تعداد پایلوت ها (جرقه اولیه) اعلام می کنند که برای مصرف کننده خیلی کاربرد ندارد . در بهترین حالت ممکن ، استفاده از تجربیات مصرف کنندگان و سپس محاسبه دقیق بر اساس جدول پیشنهادی زیر در هر پروژه پیشنهاد می گردد .

1.5 – مقایسه کلی طول عمر الکترود آب خنک نسبت به هوا خنک