دستگاه برش تک فاز و سه فاز – اینورتری

برش پلاسما چیست و چگونه کار می کند؟

اما دستگاه برش پلاسما به عبارت ساده یک قوس الکتریکی اصلی را بین الکترود پلاسما و نازل و در محفظه ای که با گاز پرشده است ایجاد می کند بدین ترتیب گاز پایه تبدیل به پلاسما می شود این گاز می تواند اکسیژن ، آرگون ، نیتروژن ، هوای محیط و … باشد.این فرآیند گاز را تا دمایی که برای تبدیل به پلاسما کافی باشد گرم می کند.
پلاسما به عنوان یک رسانای الکتریکی با قطعه کار یک مدار تشکیل می دهد و قوس پلاسما مواد را برش می دهد.نازل برش پلاسما وظیفه هدایت مسیر باریک گاز را برعهده دارد . این مسیر باریک گاز با دمای بسیار بالا به سمت قطعه کار حرکت می کند و مثل چاقوی تیز قطعه کار را می برد.
در اکثر دستگاه های برش پلاسما ، قوس پایلوت بین نازل و الکترود تشکیل می شود و قبل از شروع انتقال قوس ، گاز را یونیزه می نماید. در برخی از دستگاه های برش پلاسما این امکان وجود دارد که قوس اصلی بین الکترود و قطعه کار ایجاد شود و فرکانس بالا ( های فرکانس ) مانند شمع در موتور خودرو برای شروع قوس استفاده شود.

برش دستی پلاسما

اگر می خواهید بصورت دستی برش پلاسما را انجام دهید باید بدانید که فقط وقتی که تورچ پلاسما خاموش است می توانید به آن دست بزنید. به محض فشردن کلید تورچ پلاسما ، جریان DC از منبع تغذیه تولید می شود در اثر برقراری قوس بین نازل و الکترود ، گاز پلاسما شروع به تولید و حرکت می کند.
سپس در سر تورچ پلاسما ، گاز تبدیل به پلاسمای پرفشار می شود و به سمت قطعه کار حرکت می کند. پس از اینکه پلاسما به سمت قطعه کار حرکت می کند قوس ایجاد شده بین نازل و الکترود پلاسما تغییر مسیر می دهد و بین الکترود و قطعه کار تشکیل می شود . تا زمانی که دست از کلید تورچ پلاسما برندارید و یا دستگاه را خاموش نکنید همین مسیر ادامه پیدا می کند.

تشریح دقیق عملیات برش پلاسما

در یک مشعل برش پلاسمای دقیق همه چیز متفاوت است . الکترود و نازل در این مشعل برش پلاسما بوسیله سوویرل رینگ یا حلقه چرخشی از یکدیگر جدا می شوند . حلقه چرخشی جریان اولیه پلاسما را با سوراخ های ریز درون خود به شکل یک گرداب در می آورد.هنگامی که منبع تغذیه شروع به کار می کند تا 400 ولت جریان DC ایجاد می نماید سپس گاز پلاسما تولید می گردد .
در ابتدا نازل بصورت موقت به پتانسیل مثبت منبع تغذیه متصل می گردد و یک مدار قوس تشکیل می دهد الکترود نیز پتانسیل منفی می شود. در این هنگام یک جرقه با فرکانس بالا تشکیل می شود.این جرقه به گاز پلاسما اجازه یونیزه شدن را می دهد و بنابراین قدرت هدایت الکتریسیته را به دست می آورد که به آن قوس پایلوت یا هدایتگر می گویند .
به محض تماس این قوس با قطعه کار ، مسیر جریان از نازل به قطعه کار منتقل می شود به همین دلیل است که میز کار به زمین متصل است تا از حرکت جریان به مسیر دیگر جلوگیری شود.جریان DC برای تولید آمپراژی که کاربر در تنظیمات دستگاه برش پلاسما انتخاب کرده مورد استفاده قرار می گیرد.
به همین ترتیب و به تناسب جریان و آمپر پیش جریان گاز به مقداری که برای برش فلز قطعه کار لازم است به جریان می افتد . سپس گاز ثانویه که قرار است نقش گاز محافظ را داشته باشد از مسیر نازل وارد محیط می شود . این گاز محافظ باعث حرکت صحیح پلاسما و افزایش دقت برش و کاهش زوایای اریب در سطح برش می شود.

اجزای سیستم برشکاری پلاسما

5 بخش اصلی برای هر سیستم برشکاری پلاسما متصور است :

منبع تغذیه برش پلاسما: منبع تغذیه برش پلاسما وظیفه تبدیل جریان متناوب AC تک فاز و یا سه فاز را به ولتاژ ثابت DC را برعهده دارد . ولتاژ خروجی حداکثر 400 ولت ثابت برای هر منبع تغذیه متصور است . دلیل استفاده از ولتاژ ثابت DC در برشکاری پلاسما ، تضمین قوس پایدار است.
واحد ایجاد جرقه ( جرقه زن پلاسما ): اما برای شروع قوس پلاسما به یک مدار الکتریکی نیاز داریم تا بتواند ولتاژ را در حدود 5000 ولت متناوب در فرکانس 2 مگا هرتز بالا ببرد و در نتیجه جرقه ای ایجاد کند تا قوس اولیه پلاسما ایجاد گردد.
گاز برش پلاسما: عبور جریان گاز در برش پلاسما ضروری است . به دلیل تغییر ماهیت گاز به پلاسما ، تفاوتی در نوع گاز وجود ندارد . اما بهترین انتخاب ها می توانند نیتروژن ، هوای فشرده ، اکسیژن و آرگون باشد.این گاز ها برای دو هدف به جریان برشکاری پلاسما تزریق می شود
سیستم خنک سازی در برشکاری پلاسما: تورچ پلاسما آنچنان داغ می شود که اگر سیستم خنک کننده نداشته باشد این امکان وجود دارد که نازل و یا الکترود آتش بگیرد . بنابراین همیشه از یک سیال همچون باد یا آب برای کنترل دما استفاده می شود. بنابراین دستگاه برش پلاسما که آمپر پایین تر دارد هوا خنک و دستگاههای برش پلاسما با آمپر بالاتر آب خنک هستند.
تورچ برشکاری پلاسما ( مشعل برش پلاسما) : مشعل برشکاری پلاسما به گونه ای طراحی شده که قوس پایدار پلاسما تولید نماید و همچنین سیستم خنک سازی در آن به صورت موثر عمل نماید. اقلام مصرفی تورچ پلاسما عبارتند از نازل برش پلاسما ، الکترود پلاسما و حلقه چرخشی (swirl ring) و ….

با سیستم برش پلاسما فقط اجسامی که رسانای الکتریکی باشند قابل برشکاری هستند چرا که قطعه کار بخشی از فرآیند تشکیل قوس پلاسما است و اگر رسانای الکتریکی نباشد مدار قوس پلاسما تشکیل نمی شود و درنتیجه برش نیز اتفاق نمی افتد.این بدان معناست که اکثر فلزات از جمله موارد زیر قابل برشکاری توسط پلاسما هستند :

فولاد ضد زنگ ، فولاد ساختاری ، فولاد آلیازی و فولاد کم آلیاژ و انواع دیگر فولادها
صفحات فلزی روکش شده
آلومینیوم
البته همانطور که در ابتدا ذکر شد برش پلاسما برای تمام فلزات هادی قابل استفاده است بطور مثال برای مس ، چدن ، برنج و تیتانیوم اما به دلیل دمای ذوب پایین تر این مواد لبه برشکاری از کیفیت لازم برخواردار نخواهد بود.در مورد ضخامت برشکاری با دستگاه برش پلاسما می توان از ضخامت 0.5 الی 180 میلیمتر را برشکاری نمود . البته این به قدرت دستگاه برش پلاسما و آلیاژ مورد برشکاری بستگی دارد.

فرآیند قوس برش پلاسما چگونه است ؟
انواع مختلفی از فرآیند برش پلاسما وجود دارد ، اما اصول اولیه این فرآیندها ثابت است هرچند که برای برش فولاد ، مس ، آلومینیوم یا هر فلز دیگری استفاده شود.این فرآیند دارای پنج مرحله مجزا است .

شروع قوس پایلوت پلاسما

شروع قوس پایلوت در لحظه ای که با فشردن کلید تورچ پلاسما آغاز می شود . گاز شروع به حرکت در مسیر نازل به سمت قطعه کار می کند و قوس اولیه بین نازل و الکترود تشکیل می شود و سپس گاز پلاسما از نازل برش پلاسما به سمت قطعه کار خارج می شود.

ایجاد قوس اصلی برش پلاسما

مرحله بعدی ایجاد قوس اصلی بین الکترود تورچ پلاسما و قطعه کار است . این به معنای شروع کار برش پلاسما است و حرکت گاز پلاسما باعث بریدن قطعه کار و حرکت گاز محافظ باعث ایجاد سطح صاف در قطعه کار می گردد. بنابراین لازم است که همزمان با تشکیل قوس هر دو گاز نیز شروع به حرکت نمایند.

انواع فرآیند برش قوس پلاسما
به عنوان یک قانون کلی تمامی انواع فرآیند برشکاری پلاسما بدون توجه به نحوه استفاده ، یکسان هستند. تغییرات در نحوه اجرا بر اساس نیاز برشکار ، قابلیتهای دیگری را به فرآیند اضافه می کند. بطور مثال این تغییرات می تواند شامل نحوه طراحی نازل و الکترود پلاسما ، نحوه حرکت و شکل گیری گاز جت پلاسما ، انواع مختلف سیستم های خنک کننده باشد.

برخی از گزینه های مختلف در طراحی فرآیند برش پلاسما عبارتند از:

سیستم استاندارد برش پلاسما

عمومی ترین حالت فرآیند برش پلاسما حالت استاندارد آن است که در آن گاز پلاسما از دهانه نازل خارج می شود . در این حالت از سایز نازل پلاسما برای کوچک و بزرگ کردن حجم پلاسما استفاده و افزایش عمق برش بوسیله افزایش قطر سوراخ نازل انجام می شود. خنک کننده در این نوع از برشکاری پلاسما آب یا هوا است.

سیستم دو گاز برش پلاسما

در برخی موارد برای ایجاد جت پلاسما و شکل دهی به پلاسما از گاز دومی که باعث منقبض شدن پلاسما می شود استفاده می نمایند. این ویژگی خاص باعث حرکت مطمئن پلاسما و جلوگیری از دخالت سایر عوامل محیطی در فرآیند برشکاری پلاسما می شود . به عنوان مثال برش پلاسما زیرآب با این سیستم انجام می گردد.

دستگاه جوشکاری ترانسفورماتور

همانطور که گفته شد از تولید ترانس جوش تا اینورتر جوشکاری در تکنولوژی ساخت آن ها پیشرفت هایی اتفاق افتاده است. بنابراین می توان گفت از ترانسفورماتورهای جوشکاری به عنوان ساده ترین نوع این ابزار صنعتی یاد می شود. از ترانسفورماتور جهت افزایش و یا کاهش ولتاژ استفاده می شود. در ابزارآلات جوشکاری انواع کاهنده آن مورد توجه قرار می گیرد. در عملیات جوشکاری به ولتاژ پایین و شدت جریان بالا احتیاج است. میزان ولتاژ برای این فرآیند حدود ۱۰ تا ۵۰ ولت در نظر گرفته می شود.

همچنین شدت جریان الکتریکی حدود 50 تا 400 آمپر است. یعنی با استفاده از آن ها جریان متناوب AC با شدت کم و ولتاژ بالا تبدیل به جریان الکتریکی با شدت بالا و ولتاژ پایین می شود. این امر باعث شده تا ایمنی دستگاه نیز افزایش یابد؛ چرا که خطر برق گرفتگی با کاهش ولتاژ، کاهش پیدا می کند و در نتیجه ایمنی افراد حفظ خواهد شد.

در ساختار ترانسفورماتورهای جوشکاری از دو سیم پیچ با عنوان سیم پیچ اولیه و ثانویه استفاده شده است. هنگامی که دستگاه توسط فیش به جریان متناوب برق شهری متصل می شود، ابتدا برق وارد سیم پیچ اولیه خواهد شد. این کار باعث به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی شده که این میدان مغناطیسی بر روی سیم پیچ ثانویه تاثیر گذار خواهد بود. به این ترتیب شدت و ولتاژ جریان ورودی برای جوشکاری تغییر پیدا خواهد کرد. طراحی ترانسفورماتورهایی موجود در این دستگاه به صورت ساده و پیچیده هستند. انواع ساده آن با استفاده از باتری ماشین نیز قابلیت استفاده دارند و در انواع پیچیده از تکنولوژی هایی همانند IGBT و یا کنترلرهای کامپیوتری CNC استفاده شده است.

دستگاه جوشکاری رکتیفایر

از رکتیفایر یا یکسوساز در اکثر روش های جوشکاری به عنوان یکی از انواع دستگاه جوشکاری و برای استفاده از جریان مستقیم یا به عبارتی DC استفاده می شود. استفاده از این جریان مزایای زیادی دارد و می تواند نفوذ بیشتر و پایداری قوس بیشتر را در اختیار کاربران قرار دهد.

از سوی دیگر برخی از روش های جوشکاری تنها با استفاده از جریان مستقیم انجام پذیر هستند. این مورد نیز دلیل دیگری بر استفاده از رکتیفایر‌ها می باشد. رکتیفایر‌ها از یک یا چند دیود ایجاد می شوند که تبدیل جریان برق متناوب را به جریان مستقیم انجام می دهند. به این گونه که دیود‌ها مثل یک مسیر یک طرفه فقط اجازه عبور جریان در یک سوی مدار را می دهند و در نهایت جریانی مستقیم تولید خواهد شد.

تفاوت اینورتر با رکتیفایر‌ها

اینورتر همانطور که گفته شد نسل جدید ابزار جوشکاری است. ترانس جوش یا اینورتر ها در واقع المان‌های الکترونیکی هستند که با فرکانس بالا جریان متناوب برق شهری را به مستقیم تبدیل می‌کنند. موج تولیدی توسط اینورترها مربعی شکل است. همچنین می‌توان فرکانس و سطح ولتاژ را توسط تقویت‌کننده‌ها به سطح دلخواه تبدیل نمود. این ابزار هم به صورت تک فاز است هم سه فاز. همچنین این دستگاه در موارد جزئی و سبک مانند کارگاه‌های جوشکاری کاربرد دارد و بویژه در بخش تاسیسات بیشترین کارکرد را خواهد داشت.

اما رکتیفایر‌ها همانند ترانسفورماتورها برای کارهای سنگین‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند با این تفاوت که قابلیت جابجایی آسانی دارند. رکتیفایر‌ها جزء دستگا‌های جوشی بزرگ به شمار می‌آیند که از دو قسمت اینورتر و ترانس بهره می‌برند. همچنین میزان آمپر دریافتی در اینورترها به هنگام کار ۱۸ تا ۲۲ آمپر است. با این تفاوت که رکتیفایر‌ها جریان دریافتی‌شان گاهی اوقات از ۲۵ آمپر هم می‌گذرد و موجب بروز نوسانات برق می‌شود.

پیشرفت از ترانس جوش تا اینورتر جوشکاری

از تولید ترانس جوش تا اینورتر جوشکاری مزایایی در ساختار این دستگاه به وجود آمده و کاربری اینورتر جوشکاری را برای افراد آسان تر کرده است. در ادامه به مزایای اینورترهای جوشکاری خواهیم پرداخت:

دارای بدنه‌ای سبک و کم‌حجم با قابلیت حمل و نقل و انبارداری آسان
قدرتمند و با توانایی دسترسی به بالاترین سطح کیفیت جوش
برخورداری از عملکرد و ضریب قدرت بسیار بالا
ممکن ساختن جوشکاری با انواع الکترودهای رتیلی، قلیایی و سلولزی
حفاظت در برابر جریانات اضافی با کاستن از میزان تاثیرات منفی نوسانات ولتاژهای ورودی
برخورداری از قوسی پایدار، یکنواخت و آرام به هنگام جوشکاری
کنترل سریع مشخصه‌های دینامیکی در موقعیت‌های مختلف و پایدار کردن پارامتر‌های جوشکاری
صرفه‌جویی در مصرف برق و استفاده از انرژی بسیار کم
برخورداری از سیستم حفاظت داخلی که در صورت ایجاد خطر به طور خودکار قطع می‌شود
روشن و خاموش کردن بدون نیاز به قطع برق اصلی