پلاسما چیست؟
پلاسما گازی است که در دماهای بسیار بالا رسانای الکتریکی می باشند و این گاز ها از ذراتی باردار که مثبت و منفی هستند، تشکیل شده اند. این ذرات باردار تحریک می شوند و نکته ی قابل توجه این است که اتم ها و مولکول های آن خنثی هستند.
شاید برای شما سوال باشد تعادل دینامیکی چه زمانی رخ می دهد؟ این تعادل زمانی پدید می آید که میان فرایندهای تفکیک، یوتیزه شدن و بازترکیب حالت پلاسما پدید می آید. در نهایت مهم ترین نکته این است که از لحاظ الکتریکی، پلاسما خنثی است. در علم فیزیک، بیشتر اوقات پلاسما به حالت چهارم مواد اشاره می کند. شاید برای شما جالب باشد که پلاسما به صورت طبیعی به علت دما های بسیار بالا در خورشید و ستارگان به وجود می آید. لازم به ذکر است شکل دیگر پلاسما، روشنایی است که علت وجود آن شدت میدان الکتریکی بسیار بالا می باشد.
اگر بخواهیم پلاسمای تکنیکی ایجاد کنیم، در ابتدا باید یک منبع گرم تهیه کنیم تا گاز را گرم کند و یا تحت میدان الکتریکی قوی قرار دهیم که به حالت یونیزه تبدیل شود.
با چه اصولی می توانیم پلاسما را برش بزنیم؟
شما می توانید برش دهنده های پلاسما در اشکال و ساختمان های متفاوت ببینید. در دنیای امروز بازوهایی وجود دارند که غول پیکر مانند هستند اما برخی از آن ها نیز بسیار کوچک می باشند. این بازو ها توانایی تشکیل برش بسیار کوچک و دقیق است. اگر از میزان اندازه آن ها گذر کنیم، ظاهر خشن و ناهموار آن ها را نمی توان انکار کرد.
برش پلاسما یک فرایند برش گرمایی می باشد که توسط یک نازل یک قوس پلاسما منقبض شده است. شاید برای شما سوال پیش بیاید قوس انتقالی و غیر انتقالی چگونه رخ می دهد؟ قوس انتقالی، زمانی پدید می آید که بخواهیم انتقال الکتریکی را از الکترودی که ذوب نمی شود(کاتد) به قطعه ای مورد نظر(آند) انجام دهیم که از این قوس انتقالی جهت برش انواع مواد رسانای الکتریکی استفاده می شود. متدوال ترین روش استفاده از پلاسما به این شکل می باشد.
نکته ی جالب توجه اینجاست که در شکل غیر انتقالی، قوس میان الکترود و نازل موجود اتفاق می افتد. نکته ای که باید به آن توجه کنم این است که زمانی که حتی از یک گاز برشی که دارای اکسیژن می باشد، گرمای قوس پلاسما تاثیر بسزایی دارد. در نتیجه روش ذکر شده به عنوان فرایند سوخت اکسی به جای روش برش ذوبی نیز نمی توان در نظر گرفت.
روش کار به این صورت است که برش دهنده ها با ارسال گازی با فشار بسیار بالا مثل نیتروژن، آرگون و یا اکسیژن آن ها را به داخل یک محفظه هدایت می کنند. اگر مرکز کانال را مورد بررسی قرار دهیم بدون شک می توان الکترود منفی را یافت. اگر تغذیه را به الکترودی منفی وصل کنید، نوک نازل مورد نظر را روی فلز بگذارید، یک مدار بسته ایجاد می شود.
لازم به ذکر این نکته است که در داخل قوس گاز های پلاسما به صورت جزئی تفکیک شده اند که به واسطه ی همین قابلیتش نیز رسانای الکتریکی می باشد.میان الکترود و فلز جرقه ای قوی شکل می گیرد. اگر چگالی انرژی و دما بالا باشد، در نتیجه ی آن پلاسما منبسط می شود. واکنشی که ذکر شد می تواند جریانی از پلاسما را تشکیل دهدکه دمای آن 16 درجه ی سانتی گراد می باشد که با سرعتی تا 3 برابر سرعت صوت به سمت قطعه مورد نظر حرکت می کند و فلز را به صورت نیم گداخته می گذارد. هم چنین به علت دوباره ترکیب شدن اتم ها و مولکول ها یی که روی سطح قطعه موردنظر یا قطعه کار، انرژی هایی که جذب شده است به سرعت آزاد می شود و اثر حرارتی را روی قطعه مورد نظر بیشتر می کند.
نکته ی جالب توجه این است که توسط پلاسما نیز جریان الکتریسته هدایت می شود. زمانی پلاسما می تواند جریان الکتریکی را هدایت کند که تغذیه به الکترود وصل باشد و پدیده ی قوس الکتریکی داشته باشیم، در این صورت عمل برش و ذوب کردن فلز نیز ادامه دارد. از معایب پلاسما می توان به طبیعت غیر قابل پیش بینی آن که باعث اکسید شدن نازل و کاهش بازده دستگاه می شود، اشاره کرد. در عمل برش به علت دلایل ذکر شده، دومین قسمت دستگاه نازل برش می باشد. علاوه بر موارد ذکر شده در محلی که این ها متصل می شوند یک مقداری گاز محافظ وجود دارد.
شاید برایتان سوال باشد تا چه دمایی پلاسما ایجاد می شود؟ تا دمای 30000 کلوین در قوس، پلاسما ایجاد خواهد شد که علاوه بر این که انرژی جنبشی بسیار بالایی دارد گاز پلاسما، سرعت را جهت برش مواد رسانای الکتریکی بالا می برد که البته بستگی به ضخامت و جنس مواد نیز دارد.
جهت آغاز برش زنی در ابتدا پیلوت قوس را باید میان الکترود و نازل توسط ولتاژ های بسیار بالا روشن کرد. این پیلوت قوس انرژی بسیار کمی دارد یک فضایی را میان مشعل پلاسما و قطعه ی کار ایجاد می کند.
لازم به ذکر است که مواد فلزی ذوب به علت انرژی حرارتی و گرمایی ناشی از قوس و گاز پلاسما تبخیر می شوند.
کدام گاز پلاسما را استفاده کنیم؟
طبیعی است که بهترین گاز پلاسما را نمی توان تشخیص داد. در وهله ی اول باید تعیین کنید چه ماده ای را می خواهید برش بزنید. اگر بخواهم به چند نمونه اشاره کنم گازهای پلاسما تک اتمی یا چند اتمی هستند. تک اتمی مانند گاز آرگون و چند اتمی مانند هیدروژن، نیتروژن و ... می باشد. مهم ترین نکته آن است که مشعل پلاسما توسط آب یا گاز می توان خاموش کرد.