مواد القطب الكهربائي لماكينات القطع بالبلازما

مقدمة

ما هو القطع بالبلازما؟ كيف تعمل العملية بأكملها؟ ما الأجزاء التي يحتوي عليها قاطع البلازما؟ ستجيب هذه المقالة على هذه الأسئلة وتزودك بمعلومات مهمة حول مواد أقطاب القطع بالبلازما.

تقنية القطع بالبلازما: الآلية والفوائد

[1]

القطع بالبلازما هي عملية تستخدم نفاثة عالية السرعة من الغاز المتأين، والمعروفة باسم البلازما، لقطع المواد الموصلة للكهرباء. يتضمن الإجراء عدة خطوات رئيسية:

1. بدء القوس الكهربائي: تعمل شرارة عالية التردد على تأيين الغاز داخل شعلة البلازما، مما يخلق قناة موصلة للقوس الكهربائي.

2. تشكيل البلازما: يعمل القوس الكهربائي على تسخين الغاز إلى درجة حرارة عالية للغاية وتحويله إلى بلازما. ثم يتم طرد نفاثة البلازما هذه من خلال فوهة بسرعة عالية.

3. قطع المادة: تعمل الحرارة الشديدة من نفاثة البلازما على إذابة المادة عند نقطة القطع، بينما يقوم تيار الغاز عالي السرعة بنفخ المعدن المنصهر بعيدًا، مما يؤدي إلى قطع دقيق.

تقدم هذه العملية العديد من المزايا مقارنة بطرق القطع التقليدية:

• السرعة: إنها أسرع بكثير من طرق القطع التقليدية، خاصة على المواد الرقيقة.
• الدقة: توفر قطعًا نظيفًا ودقيقًا مع الحد الأدنى من المناطق المتأثرة بالحرارة، مما يقلل من الحاجة إلى تشطيب ثانوي.
• تعدد الاستخدامات: قادرة على قطع مجموعة واسعة من المعادن، بما في ذلك الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم والنحاس وسبائك مختلفة.
• فعّالة من حيث التكلفة: تكاليف تشغيل أقل مقارنةً بطرق القطع الأخرى، مثل القطع بالليزر، نظرًا لانخفاض استخدام المواد المستهلكة ومتطلبات الصيانة.

آلة القطع بالبلازما: المكونات والأهمية

تتكون ماكينة القطع بالبلازما من عدة مكونات رئيسية. وهي تعمل معًا لإجراء عملية القطع. فيما يلي المكونات الرئيسية:

1. مزود الطاقة:

مزود الطاقة هو المسؤول عن توفير الطاقة الكهربائية اللازمة لتوليد قوس البلازما. وتكمن أهميته في تحديد سعة الماكينة وقدرات القطع، والتي تتراوح عادةً من 30 إلى 400 أمبير.

2. شعلة البلازما:

تضم شعلة البلازما القطب والفوهة التي يتم من خلالها توجيه قوس البلازما. وهو مصمم لتحمل درجات الحرارة العالية وتوفير تحكم دقيق في عملية القطع.

3. القطب الكهربائي:

يولد القطب الكهربائي القوس الذي يؤين الغاز لتكوين البلازما. وهو مكوّن حاسم يؤثر على استقرار وجودة قوس البلازما، وعادة ما يكون مصنوعًا من النحاس مع إدراج عالي المتانة مثل الهافنيوم أو التنغستن.

4. الفوهة:

تقوم الفوهة بتوجيه نفاثة البلازما إلى قطعة العمل. وهي تضمن تيار بلازما مركز وعالي السرعة، مصنوعة من مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية.

5. مزود الغاز:

يوفر مزود الغاز الغاز الغاز اللازم، مثل الهواء المضغوط أو الأكسجين أو النيتروجين أو الأرجون، لإنشاء البلازما. ويؤثر اختيار الغاز على جودة القطع وكفاءته، وهو مصمم خصيصًا للمواد التي يتم قطعها.

6. لوحة التحكم:

تسمح لوحة التحكم للمشغل بضبط الإعدادات مثل التيار وتدفق الغاز وسرعة القطع. تشتمل الماكينات الحديثة على واجهات رقمية لمزيد من التحكم الدقيق وسهولة الاستخدام.

تعمل هذه المكونات معًا لإنشاء قوس بلازما بدرجة حرارة عالية يذوب ويقطع مواد الشغل بكفاءة ودقة.

مواد القطب الكهربائي لماكينات القطع بالبلازما

تُعد الأقطاب الكهربائية محورية في ماكينات القطع بالبلازما، حيث تؤثر بشكل مباشر على أداء القطع وطول عمر المعدات. وداخل شعلة القطع بالبلازما، يتم وضع القطب الكهربائي في المنتصف، مع وجود الفوهة أسفله مباشرة. ويعتبر هذان المكونان من الأجزاء المستهلكة في القطع بالبلازما. يجب استبدال الأجزاء القابلة للاستهلاك في الوقت المناسب لأن الأقطاب الكهربائية والفوهات وحلقات الدوامة البالية بشدة يمكن أن تنتج أقواس بلازما لا يمكن السيطرة عليها. يمكن أن تتسبب هذه الأقواس بسهولة في تلف خطير لشعلة القطع.

للحصول على مثل هذا العمر الافتراضي الطويل والأداء المحسّن، تشمل المواد الأساسية المستخدمة للأقطاب الكهربائية ما يلي:

1. النحاس:

- الخصائص: الموصلية الكهربائية الممتازة وتبديد الحرارة.

- الاستخدام: يشكل الجسم الرئيسي للقطب الكهربائي، مما يوفر قاعدة للإدخالات عالية المتانة.

2. الهافنيوم:

- الخصائص: درجة انصهار عالية ومتانة ممتازة وموصلية ممتازة.

- الاستخدام: غالبًا ما يستخدم كإدخال في طرف القطب الكهربائي لتعزيز الأداء والعمر الافتراضي.

3. التنغستن:

- الخصائص: نقطة انصهار عالية وموصلية جيدة.

- الاستخدام: يستخدم في بعض الأقطاب الكهربائية لقوة تحمله تحت درجات الحرارة العالية.

مواد الأقطاب الكهربائية المتقدمة: سلك الهافنيوم

سلك الهافنيوم:

أبرزت التطورات الأخيرة في مواد الأقطاب الكهربائية فوائد استخدام أسلاك الهافنيوم في الأقطاب الكهربائية. يوفر سلك الهافنيوم العديد من المزايا.

تسمح درجة انصهار Hf العالية له بتحمل درجات الحرارة القصوى لقوس البلازما، مما يؤدي إلى إطالة عمر القطب الكهربائي. ويُترجم طول العمر هذا إلى استبدال أقل للقطب الكهربائي ووقت تعطل أقل. وفيما يتعلق بالأداء، توفر أقطاب الهافنيوم أقطاب الهافنيوم بدء قوس كهربائي مستقر وصيانته، مما يؤدي إلى قطع أنظف وتقليل الحاجة إلى تغيير القطب الكهربائي بشكل متكرر. على الرغم من أن أقطاب الهافنيوم قد تكون أغلى في البداية، إلا أن عمرها الافتراضي الأطول وأداءها المحسّن يمكن أن يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل من خلال تقليل تكاليف التشغيل الإجمالية.

سلك الهافنيوم مقابل سلك الزركونيوم:

1. اختلافات الأداء:

نظرًا لخصائصه المادية، يمكن أن يحافظ سلك الهافنيوم المستخدم في فوهات القطع بالبلازما على ثبات كيميائي جيد ومقاومة للتآكل في بيئات غاز البلازما ذات درجة الحرارة العالية. تضمن نقطة انصهاره العالية استقرار فوهة القطع، مما يمنع الانصهار والتشوه. وعلى النقيض من ذلك، فإن سلك الزركونيوم عرضة للأكسدة والتآكل وهو عرضة للتمدد الحراري أثناء القطع في درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى تشوه فوهة القطع ويجعلها أكثر سهولة في التلف.

2. سيناريوهات التطبيق:

يعتبر سلك الهافنيوم مثاليًا لمجالات القطع والمعالجة عالية الدقة نظرًا لمقاومته العالية للتآكل، والاستقرار الكيميائي، ونقطة الانصهار العالية، وثبات القطع الجيد. وهو مناسب بشكل خاص لقطع المواد الصعبة. من ناحية أخرى، يُستخدم سلك الزركونيوم بشكل أساسي في بيئات القطع منخفضة الطلب، مثل عند قطع مواد النحاس والألومنيوم، حيث تكون متطلبات المتانة والثبات أقل صرامة. [2]

الخلاصة

تُعد ماكينات القطع بالبلازما من الأدوات الأساسية في تشغيل المعادن الحديثة، حيث توفر سرعة ودقة وتعدد استخدامات لا مثيل لها. ويُعد اختيار مادة القطب الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية لأداء هذه الماكينات وكفاءتها. وقد أدت التطورات الحديثة، مثل استخدام سلك الهافنيوم، إلى تحسين قدرات تكنولوجيا القطع بالبلازما بشكل كبير ، مما يضمن قطعًا أنظف وعمرًا أطول للإلكترود وتوفيرًا في التكلفة الإجمالية. يمكن أن يساعد فهم أهمية مواد الأقطاب الكهربائية عالية الجودة والبقاء على اطلاع على التطورات التكنولوجية المشغلين على تحقيق أفضل النتائج في عمليات القطع الخاصة بهم. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

مرجع:

[1] الجامعة المفتوحة. (2018). قطع قوس البلازما. الجامعة المفتوحة. https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/engineering-technology/manupedia/plasma-arc-cutting

[2] شو، س. (2005). معالجة أسلاك الزركونيوم والهافنيوم وتطبيقها في أقطاب القطع بالبلازما. المجلة الصينية للمعادن النادرة. https://www.cqvip.com/qk/93288x/200501/15443902.html.