تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
تُعتبر عملية القطع (Machining) باستخدام قوس البلازما (Plasma Arc) من أنواع عمليات التشغيل غير التقليدية (Non-Conventional Machining)، والمُصنّفة بدورها من عمليات الحصول على الشكل الأولي (Shaping process)، والتي تُعتبر من أنواع عمليات الإنتاج (Processing operations) المُدرجة تحت بند عمليات التصنيع (Manufacturing Process).
تستخدم في عملية القطع بقوس البلازما (Plasma machining) كل من الطاقة الكهربائية، والطاقة الحرارية لإزالة المواد من الخامات للحصول على الأجزاء المراد إنتاجها. هناك العديد من الفوائد التي يتمتع بها قوس البلازما كوسيلةٍ لقطع المعادن مقارنةً بغيرها من عمليات القطع، وتشمل هذه الفوائد التكلفة المنخفضة لعملية القطع، وإمكانية قطع أنواع كثيرة من المعادن، والدقة العالية والتكرارية.
ما هي عملية القطع بتقنية البلازما؟
القطع بالبلازما هي عملية تصنيعٍ تستخدم الغازات المؤينة التي يتمُّ تسخينها إلى درجات حرارةٍ عاليةٍ جداً لصهر المواد المعدنية، ويقوم هذا الغاز المُنبعث بضغط عالٍ بإذابة المادة، وإزالة المادة من القطعة المُصنعّة. من المهمّ ملاحظة أن هذه العملية يمكن استخدامها فقط لقطع المواد الناقلة للكهرباء، مثل: الفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس، والألمنيوم.
أي لا يمكن لتقنية القطع بالبلازما أن تقطع الحجر، والورق، والزجاج، وغيرها من المواد الضعيفة الناقلية للكهرباء. وتعتبر عملية القطع بالبلازما ذات تكلفةٍ قليلةٍ، وخاصةً عند قطع المعادن السميكة، كما أنها تتمتع بدقة قطعٍ عالية، مما يجعلها مناسبةً لقطع الأجزاء ذات الأشكال الهندسية المُعقّدة. [1]
تاريخ القطع بتقنية البلازما
بدأت عملية القطع بالبلازما منذ عام 1957 م، وقد بدأت كتطويرٍ لعملية اللحام بقوس غاز التنغستين (GTAW)، وكان استخدامها الرئيسي في البداية لقطع ألواح الفولاذ، والألمنيوم، ومنذ ذلك الوقت، وحتى الآن ركز المهندسون على زيادة الطاقة لقصّ سماكاتٍ أكبر، كما ركزوا على تطوير نظام التحكم بالقطع لتحسين الدقة والكفاءة، وتتواجد اليوم آلات قطع ولحام بالبلازما محمولة وقابلة للتنقل. [1]
كيف تعمل تقنية القطع بالبلازما؟
تتضمن عملية القطع بالبلازما استخدام الحرارة لصهر المعدن بدلاً من القطع الميكانيكي، وتعمل آلات القطع بالبلازما عن طريق تمرير قوسٍ كهربائيٍّ بين قطبين ينقله الغاز المتأين، حيث يمرُّ هذا الغاز عبر فتحةٍ ضيقة (فوهة) (Nozzle)، ويمرُّ الغاز المضغوط عبر هذه الفوهة بسرعةٍ عالية لتكوين قوس البلازما، ويُسلط هذا القوس على قطعة العمل لإجراء عملية القطع. [1]
ما هي أنواع أنظمة القطع بالبلازما؟
لا تعمل جميع أنظمة القطع بالبلازما بنفس الطريقة، حيث توجد ثلاثة أنواع من أنظمة القطع بالبلازما، وهي:
1- القطع التلامسي عالي التردُّد (High-Frequency Contact Plasma)
تُعتبر الطريقة الأقل تكلفةً، وبسبب وجود خطر التداخل مع الأجهزة الإلكترونية الحديثة، واستعمالها للتردُّد العالي، فإن هذه العملية لا تستخدم مع أنظمة القطع المُبرمجة CNC. يتمُّ استخدام شرارةٍ عالية التردُّد وجهدٍ كهربائيٍّ عالٍ، وتتشكل الشرارة عندما تتلامس شعلة البلازما مع المعدن المراد قطعه، وتغلق الدارة الكهربائية، وتبدأ الشرارة، فتنتج البلازما المُستخدمة في القطع.
2- القطع باستخدام القوس الطيار (الأولي) (Pilot Arc Plasma)
في هذه الطريقة، يحدث إنشاء شرارةٍ داخل رأس الشعلة (Torch) من خلال استعمال التيار المنخفض مع الجهد العالي، وتسهل هذه الشرارة إنشاء قوسٍ أولي بكميةٍ صغيرةٍ من البلازما، وعند ملامسة هذا القوس الأولي لقطعة العمل تقوم آلة قطع البلازما بإنشاء قوس القطع الرئيسي، والذي يمكّن المُشغّل من بدء عملية القطع.
3- القطع باستخدام رأس شعلة البلازما المزود بنابض (Spring Loaded Plasma Torch Head)
لإنشاء القوس الأولي، يقوم المُشغّل بتحرير ضغط النابض ثم يقوم بضغط رأس الشعلة على قطعة العمل للحصول على دائرة قصر (تماس) كهربائية، ثم يبدأ التيار الكهربائي بالتدفُّق. [1]
ما هي الغازات المُستخدمة في تقنية القطع بالبلازما؟
يعتمد نوع الغاز المُستخدم أثناء العملية على طريقة القطع المادة المراد قطعها، وسماكة القطعة، ويجب على الغاز المُستخدم أن يساعد في طرد المواد المُنصهرة والأكاسيد من القطعة، وتستخدم الغازات التالية: [1]
1- الأرجون (Argon)
يتميز استخدامه باستقرار قوس البلازما، وهو غازٌ خامل، ولا يتفاعل مع أي معدنٍ حتى عند درجات الحرارة العالية.
2- النتروجين (Nitrogen)
يتمتع بثباتٍ أفضل في قوس البلازما، وينتج طاقةً أعلى من الأرجون، وخاصةً مع الجهود الكهربائية العالية، ويستخدم غاز النيتروجين كغاز مستقلٍ أو بالاشتراك مع غازاتٍ أخرى.
3- الهواء (Air)
يحتوي الهواء على 78 بالمئة نيتروجين، و21 بالمئة أوكسجين من حيث الحجم، وهذا يجعله غازًا مناسبًا لعملية القطع بالبلازما. بما أن الهواء موجود في كل مكان، فهو غازٌ اقتصاديٌّ للعمل به، ولكن عادةً ما يكون للقطب الكهربائي، والفوهة المُستخدمة عمر خدمةٍ قصيرٍ عند استخدام الهواء كغاز بلازما، وبالتالي تزداد تكاليف القطع، وتقل الكفاءة، كما أن استخدام الهواء كغازٍ مستقلٍّ يمثل مشكلةً، لأنه يتسبّب في تعلُّق الخبث والأكسدة على حواف القطع.
4- الأوكسيجين (Oxygen)
استخدام قوس البلازما عالي الطاقة، وبدرجة الحرارة العالية للأوكسجين يزيد من سرعة القطع، ولكن عند استخدام الأوكسجين، يجب استخدام أقطاب كهربائية تتحمل الحرارة العالية، وتتمتع بخواص مقاومة الأكسدة.
5- الهيدروجين (Hydrogen)
غالبًا ما يكون دور الهيدروجين بمثابة غازٍ مساعدٍ يُمزج مع غازات قطع البلازما الأخرى، وأحد التركيبات الأكثر استخداماً هو الهيدروجين والأرجون، والذي ينتج أحد أقوى الغازات في عملية القطع بالبلازما. يؤدي خلط الأرجون مع الهيدروجين إلى زيادة جهد القوس، والمحتوى الحراري (الإنتالبي enthalpy)، وقدرة القطع، كما تزداد كفاءة القطع لهذا المزيج عند ضغطه بواسطة نفث الماء.
المراجع البحثية
1- Cathy. (2023, July 18). What is plasma cutting? working principle and its advantages. Rapiddirect. Retrieved October 8, 2023
