Plazma kesme teknolojisi

Kesim kalitesi, verimlilik, işletim maliyeti ve çok yönlülüğün birleşimi plazma arkıyla kesimi günümüzün en popüler endüstriyel kesme işlemi hâline getirmektedir.

Plazma nedir?

Plazma maddenin dördüncü hâlidir. Normal olarak maddenin üç hâlini biliriz: Katı, sıvı ve gaz. Genel bir element olan su için bu üç hâl buz, su ve buhardır.

Bu hâller arasındaki fark, bunların göreceli enerji seviyeleridir. Buza ısı formunda enerji eklediğinizde, buz erir ve su formuna kavuşur; biraz daha enerji eklerseniz su buharlaşır ve buhar hâline gelir. Buhara çok daha fazla enerji eklediğinizde, yaklaşık 11.700 °C (21.092 °F) seviyesine kadar ısıttığında buhar çeşitli bileşen gazlarına bölünecek ve elektrik ileten veya iyonize hâle gelecektir. Bu yüksek enerjili iyonize gaza, plazma adı verilir.

1950’lerde plazma, termal kesme işlemi olarak tanınmaya başladı. İlk plazma kesme uygulamaları sınırlıydı ve kesme sonuçları ilkeldi. 1968 yılında Dick Couch radyal su enjeksiyonunu kullanıma sundu.  Bu patentli nozul teknolojisi, plazma arkını daraltarak enerji yoğunluğunu artırırken, soğutmayı iyileştirir. Bu da daha yüksek kesim hızları, daha yüksek kesim kalitesi ve siyah sacda oksigaz kesme işleminden beş kat daha yüksek hızlarda kesme becerisi sağlar. Genişletilmiş uygulamalar, daha yüksek kesim hızları ve daha iyi devrede kalma ile plazma, pazar payını, eski metal kesme teknolojisi olan oksigazdan hızla kendine çekmeye başladı. 

Plazma kesme işlemi son elli yıldır iyileştirilmeye devam ediyor ve bugün dünya genelinde fabrikatörler ve metal işçileri oksigaz yerine plazmayı tercih ediyorlar çünkü:

1. Plazma, siyah sac ve demir alaşımlı olmayan metaller dâhil tüm iletken malzemeleri kesebilirken, oksigaz kesim siyah sacla sınırlıdır. 

2. Plazma hem kalın hem ince metalleri kesebilir. Her iki işlemle de teknik olarak çok çeşitli kalınlıklar kesilebilse de, daha az hassas olduğundan, malzemeyi bükebilecek geniş bir ısıdan etkilenen bölge yarattığından ve çok daha yavaş bir işlem olduğundan, ince metali veya metal plakayı oksigaz ile kesmek pratik değildir. Bu nedenle, oksigaz, genellikle 50 mm (2 inç) üzerinde kalınlıklardaki metalleri kesmek için kullanılır.

3. Plazma, yanıcı gaz kullanımını gerektiren oksigazdan daha güvenlidir. 

4. Plazma daha hızlıdır. Ölçülü malzemelerde plazma kesme hızları, oksigaz kesme hızlarından 12 kat daha yüksektir ve plazma kesme hızları, 1 inçe kadar malzemelerde oksigaz kadar 2 kat daha yüksektir. Plazma ayrıca otomatik kesme verimliliğini büyük ölçüde etkileyebilecek çok daha hızlı delme süreleri sağlar. 

5. Plazmayı çalıştırmak genellikle daha ucuzdur. Oksigazdan farklı olarak, plazmanın silindirleri sık sık yeniden doldurması gerekmez. Örneğin, kalın siyah sac kesiminde plazma daha az oksijen kullanır ve daha hızlıdır. 

6. Plazma daha hassas kesimler sunar. Oksigaz operatörü deneyimli olduğu takdirde her iki işlemde de çok iyi kesim kalitesi elde etmek mümkündür. Ancak, bir plazma kesici daha iyi açısallık, daha ince bir kerf, daha küçük bir ısıdan etkilenen bölge ve sıfır çapak ile daha hassas ve daha temiz kesimler üretecektir.

7. Plazmayı kullanmak daha kolaydır. Oksigaz kesim torcuyla iyi bir sonuç alma kapasitesi, büyük ölçüde operatöre bağlıdır. Operatörlerin kesilen yüzeyle arasında sabit bir mesafeyi korurken alev kimyasalını ayarlaması ve koruması gerektiğinden, oksigaz kesim, mükemmele ulaşmak için pratik yapmayı gerektiren bir sanattır. Öte yandan plazma çok daha bağışlayıcıdır ve plazmada çabucak ustalaşılabilir. Hypertherm’in tek parçalı kartuş sarf malzemelerinin kullanıldığı Powermax SYNC® serisi hava plazma kesicileri gibi sistemleri kullanmak çok daha kolaydır.

Plazma kesme nedir?

Bir plazma kesme makinesi veya plazma kesici, enerjinin iletken çalışma malzemesine aktarılması için plazma akışı kullanılır. Plazma akışı tipik olarak azot, oksijen, argon veya hatta havanın dar bir nozuldan geçmeye zorlanması sonucu oluşur. Haricî güç kaynağı tarafından üretilen elektrik akımı gaz akışını iyonize etmek için yeterli enerjiyi ilave ederek bir plazma arkına dönüştürür. Bu nedenle işleme genellikle plazma arkıyla kesim denir. Plazma arkı, çalışma parçasını eriterek keser ve erimiş metali üfleyerek uzaklaştırır.

Plazma kesici ne kadar sıcak olur?

Bir plazma kesme sistemi tarafından üretilen plazma arkı 40.000 °F’a yaklaşan sıcaklıklar üretir, bu nedenle evet, plazma kesici sıcaklığı son derece yüksektir. Karşılaştırmak gerekirse, güneşin yüzeyi yaklaşık 10.000 ˚F’tır.

Plazma kesme tipleri

Manuel plazma kesimi

Taşınabilirliği, verimliliği, performansı ve kullanım kolaylığı nedeniyle, manuel plazma çok çeşitli sektörler ve uygulamalarda (ağır ekipman onarımı, inşaat çeliği, gemi inşaatı, DIY, vb. dâhil) siyah sac, paslanmaz çelik ve alüminyum için tercih edilen kesme teknolojisidir. Manuel plazma sistemlerinin çoğu, manuel torç sonunda üretilen bir plazma arkı üretmek için elektriği ve basınçlı havayı (plazma gazı olarak hava) birleştiren inverter tabanlı bir güç kaynağından (çoğu kaynakçı gibi) oluşur. Manuel plazma sistemleri bir hattan veya bir jeneratörden elektrik ve bir hava kompresöründen veya şişeden basınçlı hava gerektirir.  

Mekanize CNC plazma kesme

Mekanize plazma kesme, üretim merkezlerinde siyah sac ve çeşitli demir alaşımlı olmayan metallerin kesimi için otomatik bir yöntemdir. Mekanize plazma kesme tipik olarak şunları içerir: 

• Çalışma parçası ve ilk duman azaltma için fikstür işlevi gören bir plazma sehpası (su bazlı alt akış)

• Gerekli elektrik akımını üreten plazma torcu güç kaynağı

• Gaz akışını ve basınçlarını kontrol etmek için otomatik bir gaz karıştırıcı ve regülatörler

• Bir CAM dosyasını okumaya dayalı olarak başlatma/durdurma sinyalleri, seyahat hızları ve yönlendirme için bir CNC kontrol cihazı

• Torcu uygun kesme ve delme yüksekliklerine ayarlamak için makine torcu yükseklik kontrolörü

• Kesme hareketini oluşturmak için çeşitli sürücüleri içeren güçlü bir köprü ve ray sistemi

3D ve robotik plazma kesme

Hızla gelişen ürünler, günümüz pazarlarının daha önce hiç görülmemiş miktarlarda talep ettiği karmaşık şekilleri, ayrıntıları ve kaliteyi hesaba katmak için hızla gelişen üretim ekipmanı gerektirir. Artan karmaşıklığı ve benzeri görülmemiş talebi karşılamak için sektörlerdeki üreticiler, yüksek kaliteli kesim gerektiren daha karmaşık ve yüksek talep gören bazı ürünleri için kesim çözümü olarak 3D veya robotik plazmaya yöneliyor. Endüstriyel bir robot kolu veya COBOT’u mekanize bir plazma kesim sistemiyle birleştiren üreticiler, ulaşılması zor yerlerde siyah sac, paslanmaz çelik ve alüminyum üzerinde son derece ayrıntılı kesimler yapabilir ve 2D veya XY plazma kesim sistemlerinde olduğu gibi çalışma parçasını hareket ettirme ihtiyacını ve süresini ortadan kaldırabilir. Standart bir 2D veya XY plazma kesim sistemi ile karşılaştırıldığında, 3D veya robotik plazma kesim sistemi tipik olarak daha kısa, daha dar bir torca ve hızlı 3D hareketleri hesaba katmak için daha esnek, ancak sağlam torç kablolarına sahiptir. 3D veya robotik plazma kesme uygulamaları da ek güvenlik bariyerleri gerektirir. 

Plazma kesme yazılımı

Mekanize kesim uygulamalarında, kesme makinesinin programlanmasında plazma kesme yazılımı kullanılır. Bazı durumlarda bağımsız parçaların veya az hacimli işlerin programlanması için CNC yazılımı kullanılabilir ancak fabrikatör ve üreticilerin çoğu, çok daha iyi özellikler ve beceriler sunan, CAD/CAM yerleştirme yazılımı olarak bilinen yazılımı tercih ederler.

Plazma kesmeye yönelik bazı CAD/CAM yerleştirme yazılımı türleri plazma kesme işlemini her yönüyle kontrol etme ve otomatik olarak ayarlama özelliklerine sahiptir. Örneğin, Hypertherm’in ProNest^® sistemi ark akımı, gerilim, gaz ön akışı, kesme akışı ayarları, kesme hızları, kesme yükseklikleri, delme tipleri, delme yükseklikleri ve diğerleri gibi parametreleri destekler. Bunların tümünün amacı makine operatörünün işini kolaylaştırmak ve verimliliği artırmaktır.

Plazma kesme yazılımında genelde bulunan diğer özellikler şunları içerir:

• Çarpışma önleme

• Zincir kesimi

• Köprü kesimi

• Ortak hat kesimi

• Çok kafalı kesim

• Artık kesimi

Yazılım bazı durumlarda optimize sonuçlar alınmasını sağlayabilir. Örneğin:

• İyileştirilmiş delik kalitesi

• Daha kolay bevel ayarı

• Daha hızlı döngü süresi

Tipik uygulamalar ve endüstriler

Plazma arkı kesimi siyah sac, karbon çelik, paslanmaz çelik, alüminyum, bakır, pirinç ve diğer metalleri içeren geniş bir iletken malzeme çeşitliliğinde kesim yapılması için manuel ve mekanize sistemlerin her ikisinde de kullanılır.

Plazma kesme uygulamaları şunları içerir:

Plazma bevel kesme

Plazma bevel kesim, parçanın en üst kısmına dik olmayan bir kenara sahip olan bir parça kesme işlemidir. Metal parçalar ve borular, kaynak hazırlığı veya birleştirme işleminin parçası olarak plazma ile bevellenebilir. Plazma beveller, bevelin amacına bağlı olarak farklı açılarla ve konfigürasyonlarla kesilebilir. 

Plazma oluk açma

Plazma oluk açma işleminde, plazma kesmeye benzer şekilde, metali kaldırmak için torç ile çalışma parçası arasındaki bir plazma arkı kullanılır. Metal yüzey eritilir ve bir gaz jeti, çalışma parçasını delmeden veya koparmadan erimiş metali üfürerek uzaklaştırır. Ancak, oluk açma işleminde, özel olarak tasarlanmış olan sarf malzemeleri biraz daha geniş ark üretir, torç açıyla tutulur ve malzemenin sadece bir kısmı uzaklaştırılır. Plazma oluk açma kaynak onarımı, kaynak hazırlığı, sert yüzey kaldırma ve ağır ekipman onarımı için kullanılabilir. Plazma oluk açma, karbon arkıyla oluk açmayı bırakmak isteyen imalatçılar ve üreticiler için uygulanabilir bir alternatiftir. 

Plazma delik kesme

Hypertherm’in True Hole® teknolojisi, ilk çıkışından bu yana yüksek kaliteli cıvataya hazır delikler talep edenler için dayanak noktası hâline geldi. Geçmişte, makine operatörleri doğrudan plazma kesme tablasından iyi bir delik kalitesi elde etmekte zorluk çekiyorlardı; delme genellikle ikincil bir işlem olarak gerekliydi. Siyah sac için delik konikliğini neredeyse ortadan kaldıran ve yuvarlaklığı artıran patentli bir süreç olan True Hole teknolojisi, daha önce plazma kullanılarak mümkün olandan önemli ölçüde daha iyi delik kalitesi üretir.

Plazma yan kesme

Plazma ile yan kesme tipik olarak, genel yüzeyi kesmeden veya yüzeye zarar vermeden, normal olarak düz olan bir taban malzeme yüzeyinden ekleri, çıkıntıları veya sabit parçaları çıkartmak için kullanılan bir uygulamadır. Bir manuel plazma makinesiyle yan kesim, plazma arkını torç kafasından 45° açıyla yönlendiren özel sarf malzemeleri kullanılarak etkili bir şekilde yapılır.

Plazma Fine Feature kesim

Çok ince detayları veya girift şekilleri olan parçaları keserken çok ince kerfler üretebilecek işlemlere ihtiyacınız vardır. Fine Feature plazma kesimi son derece kontrollü hareketlere, plazma ark kontrolüne ve minimum kerf oluşturan dar ama yoğun bir plazma arkına olanak tanıyan sarf malzemesi teknolojisi, yazılım ve otomasyon kontrolleri sayesinde mümkün olmaktadır. Powermax için FineCut® sarf malzemeleri, 40 amp ve altı değerlerle daha ince (4 mm veya 3/16 inç ve altı) malzemeleri kesmek için ideal olan daha katı bir arka sahip daha dar kerf üretir ve bu da onu metal plaka uygulamaları için ideal hâle getirir. 

Plazma ile hurda ve artık kesimi

Mekanize kesimden sonra bir metal plakanın kalıntılarını (“artığını”) kesmek ve kaldırmak genellikle yavaş ve yoğun iş gücü gerektiren bir işlemdir. Ayrıca, keskin kenarlı şekilsiz ve ağır parçaların taşınması da dâhil olmak üzere operatör için birçok güvenlik riski oluşturabilir. Plazma veya oksigaz CNC sehpalarında neredeyse her türlü işlem kesiminde plazma artık kaldırmadan faydalanılabilir. Plazma ile artık kesmenin avantajları şunlardır: 

• Verimlilikte %75 veya daha fazla artış [Hesaplamalarda 12 mm (1/2 inç) siyah sac kalınlığı ve standart endüstri verileri temel alınmıştır].

• Artığın daha hızlı kesilmesi ve boşaltılması daha fazla CNC sehpası kullanımı ve daha fazla iş üretim hacmi anlamına gelir.

• Daha az eğitim süresi: Oksigaz ile 40 saate kadar çıkabilen süreye karşı 4 saatte operatör sertifikası.

• Hypertherm’in Duramax ve Duramax Hyamp Uzun torçları, operatörlerin plazma sehpasının yanında doğal bir pozisyonda durmalarını sağlayarak ergonomi sorunlarını önler ve kaza olasılığını en aza indirir.

Oksigaz yerine plazmanın seçilmesi, kullanımı zor ve tehlikeli olabilen gaz tüplerini bertaraf ederek çalışma alanında güvenliği artırır.

Plazma ile markalama

Fabrikatörler ve imalatçılar, bükülme veya kazıma çizgilerini belirtmek için rutin olarak metali markalar ve parçalara, parça numaraları ve barkodlar gibi net teknik bilgiler ekler. Tipik olarak bu iş, bir çekiç ve zımba, toz veya mürekkep, sabun taşı, elde taşınır oyma makineleri kullanılarak veya mekanik bir plazma veya oksigaz kesim sehpası üzerinde entegre bir işlem adımı olarak manuel olarak gerçekleştirilir. Plazma makine sahipleri, amperajı azaltarak ve plazma gazı olarak basınçlı hava, Argon veya F5 seçerek mevcut kesme sistemleriyle farklı markalama işlemleri yapabilir.  

Plazma sektörleri ve pazarları:

Tarım ve çiftçilik

Tarım ve çiftçilik için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Tarım ekipmanı imalatı

• Zirai ekipman onarımı

• Metal çit onarımı

Gemi imalatı

Gemi imalatı için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Ağır plaka işleme

• Kaynak hazırlığı için arka oluk açma

• Yan kesme ile mapa kaldırma

Madencilik

Madencilik için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Ağır ekipman imalatı

• Madencilik ekipmanı onarımı

• Sert yüzey oyma

Enerji

Enerji için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Boru hattı yapımı ve bakımı

• Otomotiv onarımı ve bakımı

• Petrol ekipmanı imalatı

• Basınçlı kaplar fabrikasyonu

HVAC ve makine üretimi

HVAC ve mekanik imalat için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Metal plaka işleme

• Kurulum ve kırpma

Çelik hizmeti merkezleri

Çelik hizmeti merkezleri için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Kalın plaka kesme

• İnce plaka kesimi

• Malzeme çeşitliliği ve uygulama esnekliği

• SureCut verimlilik uygulamaları

İnşaat ekipmanları

İnşaat ekipmanları için plazma uygulamaları şunları içerir:

• İnşaat aracı imalatı

• İnşaat aracı onarımı

• Kova ve alet onarımı

• Kaynak kazıma ve onarımı

Otomotiv restorasyonu

Otomotiv restorasyonu için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Özel parça üretimi

• Nokta kaynak kazıma

• Cıvata çıkarma

• Egzoz ve gövde altı uygulamaları

Sanat, pano ve süsleme

Sanat, pano ve süsleme için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Küçük CNC plazma sehpası

• Daha dar kerf için FineCut sarf malzemeleri

Boru ve boru hatları

Boru ve boru hatları için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Boru hattı tamiri ve yapımı

• Boru birleştirme

• Boru bevelleme

• Boru kesme

• Yol brülörleri

Genel inşaat

Genel inşaat için plazma uygulamaları şunları içerir:

• Çelik bina konstrüksiyonu

• İnşaat çeliği iskeletleri

• Cıvata çıkarma

Genel fabrikasyon ve sipariş atölyesi işleri

Fabrikasyon ve sipariş atölyeleri için plazma uygulamaları şunları içerir:

• ProNest’ten CAD/CAM kapasitesi

• Powermax ile otomatik kesme

• XPR teknolojisi ile otomatik kesme

• Yüksek çözünürlüklü kesme