برش پلاسما و لیزر: درک مزایای هر روش ساخت فلز

فرآیندهای برش پلاسما و لیزر دو مورد از رایج ترین فرآیندهای برش حرارتی هستند که در تولید و ساخت مورد استفاده قرار می گیرند. هر دو از دماهای فوق‌العاده بالا برای ذوب و برش فلز استفاده می‌کنند، اما از روش‌های مختلفی برای تولید آن گرما استفاده می‌کنند. درک تفاوت بین این دو فرآیند می تواند به تعیین اینکه کدام یک برای یک برنامه خاص مناسب تر است کمک کند.

چگونه برش پلاسما کار می کند

سرویس برش پلاسما  از یک گاز فشرده، معمولاً هوای فشرده، برای ایجاد قوس پلاسمایی با دمای بسیار بالا استفاده می کند که ذوب شده و فلز را برش می دهد. در داخل مشعل پلاسما جرقه ای ایجاد می شود که گاز فشرده شده را به پلاسما یونیزه می کند. این پلاسما با سرعت های بسیار بالا، تا سرعت صوت، و در دمای بسیار بالا، حدود ۲۰۰۰۰ درجه فارنهایت یا بالاتر، از مشعل خارج می شود.

قوس پلاسما توسط یک روزنه کوچک در نازل مشعل پلاسما منقبض و متمرکز می شود. همانطور که جت پلاسما فوق گرم شده با قطعه کار تماس می گیرد، فلز را به حالت مایع ذوب می کند و سپس با نیروی جریان پلاسما از بین می رود. مشعل پلاسما در امتداد مسیر برش به صورت دستی یا توسط یک دستگاه CNC حرکت داده می شود و یک برش باریک در ضخامت کل فلز باقی می ماند.

برش پلاسما می تواند هر فلز رسانای الکتریکی از جمله فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، برنج و غیره را برش دهد. این یک فرآیند موثر برای برش فلز از ضخامت ۵ سانتیمتر تا ضخامت ۱۵ سانتیمتر یا بیشتر است. قابلیت های ضخامت به سطح قدرت سیستم پلاسما و نیروی قوس بستگی دارد. سیستم های پلاسما قوی تر با آمپراژ بالاتر می توانند مواد ضخیم تر را برش دهند.

مزایای برش پلاسما

• این می تواند بر روی فلزات نازک تر به سرعت برش سریع، بیش از ۲۵۰ سانتیمتر در دقیقه، یعنی بهره وری بالا دست یابد.
• عرض باریک لبه، در حدود ۳ تا ۵ سانتیمتر، مقدار مواد هدر رفته را به حداقل می رساند.
• لبه های برش مربعی و تمیز با سطح صاف ایجاد می کند. حداقل تکمیل ثانویه مورد نیاز است.
• سیستم های پلاسما در مقایسه با سایر ابزارهای برش صنعتی نسبتا فشرده و قابل حمل هستند.
• می تواند با کج کردن مشعل پلاسما، برش های اریب را در زوایای مختلف ایجاد کند.

معایب برش پلاسما

• تنظیمات بیشتر و متغیرهای پردازش (آمپراژ، فشار گاز، ارتفاع مشعل) باید به درستی شماره گیری شوند.
• برای تولید برش های تمیز نسبت به سایر روش ها به مهارت بیشتری نیاز است.
• قوس پلاسما دود و دود زیادی را خارج می کند که باید به اندازه کافی تهویه شود.
• سر و صدای زیادی تولید می کند، به طور متوسط ​​۸۵-۱۰۰ دسی بل. محافظ شنوایی باید پوشیده شود.
• هزینه گاز فشرده و سایر قطعات مصرفی باعث گرانتر شدن عملیات در طول زمان می شود.

برش پلاسما یک فرآیند برش حرارتی همه کاره و با سرعت بالا است که برای اکثر فلزات مناسب است. در صورت تنظیم صحیح، برش های تمیز و دقیقی ایجاد می کند.

نحوه کار برش لیزری

فرآیند برش لیزری از یک پرتو لیزر متمرکز و قدرتمند برای ذوب و تبخیر فلز به یک برش کرف استفاده می کند. انرژی نور از طریق اپتیک لیزر به عنوان یک پرتو لیزر منسجم و تک رنگ در داخل تشدید کننده لیزر تقویت شده و منتشر می شود.

پرتو لیزر متمرکز قطعه کار فلز را تا نقطه ذوب آن، در حدود ۳۰۰۰ درجه فارنهایت برای فولاد، گرم می کند. یک گاز کمکی با فشار بالا، معمولاً اکسیژن فشرده، همزمان از طریق نازل لیزر دمیده می شود. گاز کمکی با فلز مذاب واکنش می دهد تا به سرعت می سوزد و مواد را به بخار و ذرات ریز منفجر می کند و یک خط برش باریک بر جای می گذارد.

مانند برش پلاسما، مجموعه سر برش لیزری در طول مسیر برش توسط یک سیستم کنترل حرکت CNC یا از طریق عملکرد دستی حرکت می‌کند. این یک برش دقیق و تمیز از طریق ضخامت کل فلز ایجاد می کند.

برش لیزری دقیق است، با عرض های ممکن به اندازه ۱ میلیمتر. کیفیت برش عالی است و لبه های تمیز و صافی را ایجاد می کند که معمولاً نیازی به پرداخت ثانویه ندارد.

مزایای برش لیزری

• دقت فوق العاده و کیفیت برش با عرض کم. خطوط برش و خطوط را می توان در  ۱ +/- میلیمتر قابل تحمل کرد.
• عدم تماس ابزار با فلز به معنی عدم ساییدگی، پارگی یا کشیدن در حین برش است.
• حداقل ناحیه تحت تاثیر حرارت یا اعوجاج از آنجایی که چنین منطقه مواد کوچکی گرم می شود.
• این می تواند فلزات بسیار بازتابنده یا آلیاژی مانند آلومینیوم، مس و برنج را که با پلاسما دشوار هستند، برش دهد.
• لیزرهای فیبر انرژی بسیار کارآمدی دارند و تا ۳۵ درصد از توان ورودی را به توان پرتو تبدیل می کنند.
• نسبت به سایر ابزارهای برش صنعتی هزینه های عملیاتی و نگهداری پایینی دارد.

محدودیت های برش لیزری

• هزینه های بالاتر تجهیزات اغلب ۴-۵ برابر بیشتر از دستگاه های برش پلاسما است.
• ظرفیت برش کمتر است، معمولا کمتر از ۳ سانتیمتر برای بیشتر کاربردهای عملی.
• برای مواد مانع حرارتی مانند چوب، پلاستیک و فوم عملی نیست. انرژی لیزر بدون برش از آن عبور می کند.
• مصرف گاز کمکی هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد. از نیتروژن اغلب به جای اکسیژن به عنوان گاز کمکی برای کاهش هزینه ها استفاده می شود.
• سیستم های استخراج و فیلتراسیون دود برای مدیریت دود/بخار مورد نیاز است.

برش لیزری به دقت و کیفیت بی‌نظیری بر روی فلزات نازک‌تر مانند فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و فولاد ملایم دست می‌یابد. این فرآیند برش حرارتی برای بسیاری از کاربردهای تولیدی است.

مقایسه برش پلاسما و لیزر

سرعت برش

در فلزات نازک‌تر با ضخامت ۳.۵ سانتیمتر، پلاسما می‌تواند بسیار سریع‌تر، بیش از ۱۰۰ IPM برش دهد، در حالی که لیزرها معمولاً به کمتر از ۵۰ IPM محدود می‌شوند. در فلزات ضخیم‌تر، سرعت برش بین دو فرآیند یکسان می‌شود.

دقت و کیفیت برش پرتو لیزر برش دقیق را با کمترین سطح، در برخی موارد تا ۱ میلیمتر ممکن می‌سازد. پلاسما برش گسترده‌تر و واریانس بیشتری در دقت دارد.

قابلیت‌های ضخامت پلاسما دارای مزیت مواد ضخیم‌تر است که می‌تواند ۱۵ سانتیمتر و عالی‌تر برش دهد. لیزرها برای کاربردهای عملی برش حداکثر ۳ سانتیمتر دارند.

انواع فلزات

لیزر فلزات براق و بسیار رسانا مانند آلومینیوم را بهتر از پلاسما کنترل می کند. پلاسما را می توان در انواع فلزات بیشتری از جمله مواد رنگ شده/پوشش داده شده استفاده کرد.

هزینه های عملیاتی لیزرها هزینه تجهیزات بالاتری دارند اما عملکرد و نگهداری آنها در طول زمان بسیار مقرون به صرفه است. پلاسما از قبل مقرون به صرفه تر است، اما هزینه های مداوم برای گاز و قطعات آنها را در دراز مدت گران تر می کند.

پهنای کرف و منطقه متاثر از گرما

لبه باریک لیزر و ناحیه کوچک متاثر از حرارت، مواد هدر رفته و تاب برداشتن کمتری تولید می کند. برش پلاسما دارای پوسته گسترده تر و اثرات گرمایی بارزتر است.

برش سطح پایان

برش لیزری سطح صاف تری به جا می گذارد که معمولاً بعد از آن نیازی به تکمیل یا تمیز کردن اضافی ندارد. پلاسما به پس از برش، سنگ زنی، سنباده زدن یا آسیاب بیشتر نیاز دارد.

لیزرهای دقیق تلورانس برش دقیق تا ۱ میلیمتر را بدون درگ یا انحراف مسیر ارائه می دهند. پلاسما دارای مقداری واریانس برش ذاتی و تلورانس حدود +/- ۵ میلیمتر است.

محیط های تولید لیزرها تقریبا هیچ آلودگی صوتی و حداقل دود تولید نمی کنند. پلاسما سطح صدای بلند و ازن تولید می کند که باید کنترل شود.

اتوماسیون

هر دو پلاسما و لیزر به راحتی با کنترل های CNC خودکار می شوند. لیزرهای کم تعمیر ممکن است لبه ای برای قطع نور داشته باشند.

گزینه های برش پروفایل پلاسما قابلیت های برش اریب و مرکب خوبی را ارائه می دهد که لیزرها نمی توانند با آنها مطابقت داشته باشند. اما لیزرها می توانند مسیرهای برش بسیار پیچیده تر و پیچیده تری را اداره کنند.

خلاصه

برش پلاسما و برش لیزر هر کدام دارای مزایایی هستند که آنها را برای موقعیت های مختلف مناسب می کند:

• پلاسما برای فلزات ضخیم تر بیش از ۳ سانتیمتر ترجیح داده می شود و در شرایطی که دقت کمتر مهم است. سرعت برش بالا و هزینه های پایین تر برای بسیاری از کاربردهای ساخت عمومی سودمند است.
• لیزر در برش دقیق و تمیز مواد گیج نازک‌تر برتری دارد. دقت بی بدیل و کیفیت برش صاف برای لیزرهای همه جا حاضر در صنایع تولیدی به حساب می آید.
• برای برش فولاد ملایم با ضخامت ۳ سانتیمتر، پلاسما یا لیزر را می توان به طور موثر با نتایج خوبی اعمال کرد.