PLAZMA KESİM

Plazma Nedir : Plazma maddenin dördüncü halidir. Madde gaz halinde iken dogru koşullar altında maddeye enerji verilmesinin devam etmesi maddenin plazma haline geçişine neden olmaktadır. Enerji kaynağı elektrik olabileceği gibi, ışın kökenli de olabilir. Plazmayı maddenin gaz halinden ayıran en önemli farkları, elektriği iletmesi, çok yüksek sıcaklıkta olması ve ışık yaymasıdır. Maddenin plazma hali, serbest halde gezinen elektronlardan ve elektronlarını kaybetmiş atomlardan (iyonlardan) oluşur, eşit miktarda pozitif ve negatif yük içerir. Elektriği ileten tüm metallere uygulanan prensiplerin çoğu plazmalar içinde geçerlidir ve plazma manyetik ve elektrik alanlardan etkilenir.

Plazma İle Kesme :

İLETKEN METALLERİN KESİLMESİ

Plazma ile kesme metodu iletken metallerin kesiminde kullanılan termal bir kesme metodudur. Kesme, basitçe,torç içinde akan gaza enerji verilerek kısmen iyonlaştırılması (plazma haline dönüştürülmesi), oluşturulan yüksek sıcaklıktaki plazmanın da gaz akışı etkisi ile nozul ağzından pozitif kutup olan malzemeye yönelmesi, malzemeyi ergitmesi ve ergiyen malzemenin akan gazın jet etkisiyle itilerek uzaklaştırılması ile gerçekleştirilir.

Geleneksel plazma sistemleri 20-150 mm kalınlık aralığında olan malzemelerin kesiminde yaygın olarak kullanılmaktagır. Günümüz hassas plazma sistemleri ise lazer kesme sistemlerinin çallıştığı 1-30 mm malzeme kalınlığı arasında ve lazer sistemlerine yakın hassasiyette kesme yapabilmek yönünde geliştirilmektedirler. Plazma tezgahları günümüzde her nekadar yüzeysel kalitede lazer tezgahlarının önünde yer alsada ölcüsel hasasiyette hala oldukca geride kalmaktadır .

Kesim Tezgahlarında Hassasiyet ve Aralıklar

Plazma ile Kesme Sistem

Genel olarak otomasyona yönelik bir plazma ile kesme sistemi şu alt sistemlerden oluşur Güç kaynağı bir doğru akım kaynağıdır. Yüksek gerilimde, sabit doğru akım sağlar. Görevi iyonizasyon sonrası plazmanın devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi sağlamaktır. Yüksek frekans (HF) ateşleme devresi 2MHz de 5000 ile 10000 volt arası alternatif akım yaratan bir devredir [6]. Taşıyıcı gazın iyonlaşması (plazma oluşumu) için gerekli olan pilot arkı ateşler. Gaz Konsolu taşıyıcı (plazma) ve koruyucu gazın akış hızlarını, karışım oranlarını ayarlamak ve plazma gazlarını seçmek için kullanılır. Günümüz sistemleri elektronik kontrollüdür Torç, içinde plazma gazı ve koruma gazının aktığı, nozul, elektrod, lüle, nozul dış kapağı, koruyucu kafa ve kapağın bir arada tutan parçadır

Kesme Nasıl Başlar

Güç kaynağına gelen bir sinyal eşzamanlı olarak açık devre gerilimini açar ve torça gaz akışını başlatır. Sistemde nozul ve malzeme güç kaynağının pozitif kutbuna elektrod ise negati kutbuna bağlıdır. Taşıyıcı gaz nozul ve elektrod arasındaki boşluktan geçerek nozul ağzından dışarı akmaya başlar Bu esnada yüksek frekans ateşleme devresi, nozul ile elektrod arasında yüksek frekansta arklar oluşturur. Taşıyıcı gaz bu arklardan gelen enerji ile kısmen iyonize olur. Yüksek akış hızındaki gaz, itme etkisi ile bu akım yolunun pozitif kutbunu dışarıya -nozuldan malzemeye doğru yöneltir Pozitif kutuptaki malzeme ile artı akım devresi tamamlanmıştır ve yüksek frekans devres kapanır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu (arkış sürekliliği) dogru akım devresinden gelen enerji ile saglanır. Bu şekilde elde edilen plazma metoduna "taşınan ark Torç Parçaları ve Girdap Etkisi metodu" (transferred arc method) denir. Kesme işlemi plazmanın yüksek sıcaklığı nedeni ile malzemeyi lokal olarak ergitmesi ve yüksek akış hızındaki taşıyıcı gazın ergimiş malzemeyi püskürterek malzemede bir delik açması ile başlar. Bu esnada torç taşıyıcı sistem ile -arkın sürekliliğini kaybetmeyecek bir hızda- hareket ettirilerek kesme işlemi gerçekleştirilir. Plazma ile kesme işlemi genel olarak taşınan ark metodu ile gerçekleştirilir. Bir diger metot ise "taşınmayan ark metodu"dur(non-transferred arc method). Torc teknolojisi farklıdır[7]. Plazma arkı malzemeye transfer edilmeden nozul ile elektrod arasında başlar ve akan gaz etkisi ile -sürekliliğini kaybetmeyecek şekilde- plazma toru ucunda alev şeklinde çıkar. Genel olarak bu metot iletken olmayan malzemelerde kullanılır ve diger plazma işlemlerinde (örneğin yüzey kaplamada, atık işlemede kullanılır. Kesmede yaygın olarak kullanılmamasının nedeni plazma ark yoğunluğunun kontrol edilememesidir.

. Pilot Ark ve Plazma Oluşumu

PLAZMA ILE KESILEBILEN MALZEMELER

Plazma ile kesme yöntemi sanayide yaygın olarak alaşımlı çelik, paslanmaz çelik, karbon çeliği, alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları ve bakır kesmekte kullanılır Nikel, titanyum ve alaşımları gibi malzemelerin kesimi ancak talaşlı işlemeden önce malzemeyi kesip hazırlamak için uygun olabilir. Çünkü bu malzemelerin plazma ile kesiminde kesme agzı ve yüzeyinde pürüz, malzemede de renklenme görülmektedir [10, 11]. Koruyucu ve plazma gazı kombinasyonları, gazların akış hızları ve malzeme kalınlığı malzemelerin kesme kalitesini etkiler.

NOT : Plazma iç kontur kesimleri esnasında kesim yönünün tersine hareket ettiği için her zaman toleranslı kesim yapılır delik hassasiyeti var ise işleme verilmeli buna göre parça tasarlanmalıdır

PLAZMA ILE KESMEDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLIKLERİ
Modern plazma ile kesme sistemlerinde, iyi bir kesme kalitesi elde etmek için taşıyıcı (plazma) ve koruyucu gaz olarak çeşitli gazlar ve karışımları kullanılmaktadır. Kullanılacak plazma gazları arasındaki farklar gazın iyonlaşma enerjisi, termal iletkenlik ve reaktiflik özelliklerine bağlıdır. Gazın iyonlaşma enerjisi arkın gerilme değerini ve açığa çıkan enerji yoğunluğunu etkiler. Termal iletkenlik, arkın sürekliliğini etkilediği gibi enerjinin ısı formunda iletilmesinde de rol oynar. Reaktiflik ise ısı etkisi altında gazın ergiyen malzeme ile etkileşmesidir (azotun yüksek sıcaklıkta karbon çelikleri ile etkileşip nitrat oluşturması gibi). Plazma torçunun teknolojisine göre de kullanılan gazların karışım oranlarında değişebilir. Plazma ile kesmede en çok kullanılan gazlar hava, azot, oksijen ve argon-hidrojendir (H-35, Ar-H2). Genel bir fikir vermek için Hyperther HD3070 sisteminde kullanılan gazlar malzeme cinsine göre dizilerek Tablo 1'de örnek olarak sunulmuştu.

PLAZMA ILE KESMEDE KALITE

Plazma ile kesmede kaliteyi belirleyen standartlar, ISO 9013, DIN 2310 gibi termal kesme standartlarıdır. Endüstride plazma kesmede kaliteyi tanımlayan karakteristik değerler kesme yüzeyi açısı (diklik) ve pürüzlülüktür [14, 15, 16]. Ayrıca ek olarak üst kesme kenarı yuvarlaklığı, sakal oluşumu, üst serpinti ve yarık aralığı ölçüsü de kaliteyi tanımlamak için kullanılır . Bu karakteristik değerlere kısaca göz atacak olursak. Kesme yüzeyi açısı (diklik), kesme esnasında kesme yüzeyinde oluşan eğim miktarıdır. Uluslararası standartlarda kabul edilen değer kalite sınıflarına göre değişiklik gösterir. Genel olarak diklik değeri ile belirtilir. Açısal ve pratik değerler vermek gerekirse taşıyıcı gazı girdap hareketi veren torçlar da bu eğim miktarı malzeme tarafında 1 ila 3 derece, atıl malzeme tarafında 3 ila 6 derece arasında değişir. Düz akış içeren torlarda ise bu değer her iki kenarda 4 ila 8 derece arasındadır� Pürüzlülük, kesilen yüzey üzerinde üst ve alt yüzeyden standartlarda tanımlanmış bir mesafede ve aralıklarda ölçülür. Genel olarak bu değeri kesme hızı, gaz akış hızları torç hareketi etkiler. Kesme hattı çizgileri pürüzlülük değerini etkiler. Kesme Hattı çizgileri, malzeme kesme yüzeyi boyunca oluşan dalgalanmalardır. Kullanılan gazı güç kaynağı çıkışındaki süreklilik, torç tasarımı ve mekanik sistemdeki titreşim oluşumlarında etkilidir. Üst kesme kenarı yuvarlaklığı, plazma ile kesimde karakteristik bir özellik olup, malzemenin üst yüzeyinin plazma arkı ile daha uzun süre etkileşimde kalması nedeni ile oluşur. Bu yuvarlaklık düşük kalınlıklarda daha çok belli olur. Yüksek tanımlı plazma ile kesim sistemlerinde bu etki olabildiğince azdır. Çapak (sakal), plazmanın ergittiği malzemenin eridikten sonra tekrar katılaşıp malzeme alt kesme yüzeyi kenarına yapışması nedeni ile oluşur. Kesme hızı, akış şiddeti, gaz seçimi, malzeme çeşidine ve temizliğine bağlıdır. Çok hızlı ve çok yavaş kesimlerde çapak yapabilir. Kesme aralığı, plazmanın malzemeyi keserken oluşturduğu açıklıktır. Plazma kesiminde bu açıklığa belirlemekteki kural her zaman için bu genişliğin nozul ağzı açıklığının yaklaşık bir ila iki katı aralığında olacağı şeklindedir. Yarık aralığını etkileyen diğer parametreler akım şiddeti, kesme hızı ve torç ile malzeme arasındaki yüksekliktir. Üst Serpinti, üst yüzeyde oluşan çapaktır. Malzeme ile torç arası uzaklık üst serpinti oluşmasında başlıca etmendir. Çok yavaş ilerleme hızında yapılan kesimlerde görülebildiği gibi aşınmış nozul nedeni ile de ortaya çıkabilir.