Plazma kesme
Doç.Dr. Fehmi Erzincanlı
13.12.2015
1
Plazma Tanımı
 Plazma maddenin dördüncü halidir.
 Gaz halinde bulunan maddeye enerji verilmesi
maddenin plazma haline geçişine neden olur.
 Enerji kaynağı; Elektrik, Isıl veya Işın kökenli
olabilir.
 Maddenin plazma hali serbest halde gezinen
elektronlardan ve elektronlarını kaybetmiş
atomlardan oluşur.
13.12.2015
2
Plazma Tanımı
 Maddenin dört hali vardır:
1. Katı 2. Sıvı
3. Gaz
4. Plazma
2000 0C de Gaz molekülleri atomlara ayrılmaya
başlar
 3000 0C de Electronlar atomlardan ayrılmaya
başlar
Yüksek sıcaklıkta iyonize olmaya ve elektrik
yüklenmeye başlarlar.
Bu duruma PLAZMA hali denir.
13.12.2015
3
Maddenin Dört Hali
13.12.2015
4
Plazma Tanımı
 Plazmayı maddenin gaz halinden
ayıran en önemli farklar;
 1- elektriği iletmesi
 2- çok yüksek sıcaklıkta olması
 3- ışık yaymasıdır.
13.12.2015
5
Plazma Tanımı
Günümüzde plazmalar ;
 İMALATTA
 TIPTA
 IŞIKLANDIRMADA
 TELEVİZYONLARDA
 ENERJİ (NÜKLEER) ÜRETMEKTE
kullanılmaktadır.
Florasan lambalarındaki ışıldama, Kaynak
sırasında görülen mavi ışık, Yıldırım ve Şimşek
birer plazmadır.
13.12.2015
6
Plazma İle Kesme
Metdodu
 İletken ve iletken olmayan metallerin kesiminde
kullanılır.
 Kesme torç içinde akan gaza enerji verilerek
kısmen iyonlaştırılması
 Oluşturulan yüksek sıcaklıktaki plazmanın da gaz
akışı etkisi ile nozul ağzından (+) kutup olan
malzemeye yönelmesi
 Malzemeyi ergitmesi ve ergiyen malzemenin akan
gazın jet etkisiyle itilerek uzaklaştırılması ile
gerçekleştirilir.
13.12.2015
7
Plazma Kesme Metodu Gelişimi
ile kesmeye alternatif
bir metod olarak geliştirilmiştir.
* Hava, oksijen veya saf azot ile
kesmeye alternatif olarak Argon,
Hidrojen ve Azot karışımları ile
kesme yöntemleri geliştirilmiştir.
* Oksijen-yakıt
13.12.2015
8
Plazma kesme
13.12.2015
9
13.12.2015
10
13.12.2015
11
Parçanın İşlenme Şekli
 İş parçasına çarpan plazma ark yüzeyde
hızlı erimeye daha sonrada buharlaşmaya
neden olur.
 Aynı zamanda çarpan gazlar buharlaşan
metali ortamdan uzaklaştırı.
13.12.2015
12
Plazma Arkın Çeşitleri
 Plazma ark İkiye ayrılır:
1. Transfer edilen plazma ark
2. Transfer edilmeyen plazma ark
13.12.2015
13
13.12.2015
14
Plazma Arkın Çeşitleri
13.12.2015
15
Plazma Ark
13.12.2015
16
Plazma ile Kesme
 Geleneksel plazma sistemleri 20-150 mm
kalınlık aralığında
 Günümüz hassas plazma sistemleri ise lazer
kesme sistemlerinin çalıştığı 1-12 mm
malzeme kalınlığı arasında ve lazer kesme
sistemlerine yakın hassasiyette kesme
yapabilmek yönünde geliştirilmektedir.
13.12.2015
17
Plazma ile Kesme
 Şekilde günümüz
termal kesme
teknolojileri
kesme hassasiyeti
ve malzeme
kalınlığına göre
karşılaştırılması
görülmektedir.
13.12.2015
18
Plazma ile Kesimin
Sanayide Yaygın Olarak
Kullanılmasının Sebepleri
 Plazma ile kesim düşük işletme ve yatırım
maliyeti
 Yüksek kesme hızı
 Üretim hattı uygulamasına ve otomasyona
uygunluğu
 Sürekli iyileştirilen kesme kalitesi
 Vagon sanayi, gemi inşa sanayi, iş mak.
Sektörü, basınçlı kap sanayi bu sistemin
kullanıldığı yerlerdir.
13.12.2015
19
Plazma ile Kesme Sistemi
13.12.2015
20
Plazma Kesme Sistemi
 Otomasyona yönelik plazma kesme sistemi
bir önceki sayfadaki şekilde görülebilir.
 Güç kaynağı; bir doğru akım kaynağıdır.
Yüksek gerilimde, sabit doğru akım sağlar.
Görevi iyonizasyon sonrası plazmanın
devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi
sağlamaktadır.
13.12.2015
21
Plazma Kesme Sistemi
 Yüksek frekans ateşleme devresi 2 MHz de 5000
ile 10000 volt arası alternatif akım yaratan bir
devredir.
 Taşıyıcı gazın iyonlaşması için gerekli olan pilot
arkı ateşler.
 Gaz konsolu; plazma ve koruyucu gazın akış
hızlarını, karışım oranlarını ayarlamak ve plazma
gazlarını seçmek için kullanılır.
13.12.2015
22
Plazma Kesme Sistemi
 Torç; İçinde plazma gazı ve koruma
gazının aktığı, nozul, elektrod, lüle, nozul
dış kapağı, koruyucu kafa ve kapağını bir
arada tutan parçadır.
 Koruyucu gaz ve soğutma sıvısı akışını
sağlar.
13.12.2015
23
Torç Kafası Parçaları
13.12.2015
24
Torç Parçası
13.12.2015
25
Plazma Kesme Sistemi
 Taşıyıcı sistem ve kontrol sistemi; torç
hareketini ve tüm sistemin kontrolünü
sağlar. Tezgahlar nümerik kontrollü veya
robotik olabilir.
 Soğutma sistemi; soğutucu sıvının sistem
içerisinde dolaşımını sağlar
 Aspiratör sistemi; kesme sırasında oluşan
gazları ve dumanı kesme bölgesinden
uzaklaştırır.
13.12.2015
26
Plazma İle Kesilebilen Malzemeler
 Alaşımlı çelik, Paslanmaz çelik, Karbon
çeliği, Al alaşımları, Ti ve alaşımları ve Cu
kesmede kullanılır.
 Ni,Ti, ve alaşımları gibi malzemelerin
kesimi ancak talaşlı işlemeden önce
malzemeyi kesip hazırlamak için uygun
olur.
 Çünkü kesme esnasında kesme ağzı ve
yüzeyinde pürüz, malzemede renklenme
görülmektedir.
13.12.2015
27
Plazma Kesme Kullanım Alanları
• Temel olarak bütün iletken malzemeler
plazma ile kesilebilir.
• Hatta yalıtkan malzemeler bile “Transfer
edilmeyen” ark metodu ile kesilebilir.
* Paslanmaz çelik, bakır, alüminyum, yalın
ve düşük alaşımlı çelikler gibi malzemelerin
kesiminde.
13.12.2015
28
* Malzeme kalınlığı olarak 2-15mm
arasında iyi sonuç verir.
200mm kadar kesim yapılabilir fakat kalite
düşük olur.
* Yığın kesme konusunda en avantajlı
yöntemdir.
13.12.2015
29
Plazma ile Kesmede Kullanılan
Gazlar ve Özellikleri
 Farklı gazların kullanılması; gazın iyonlaşma
enerjisi, termal iletkenlik ve reaktiflik özelliklerine
bağlıdır.
 Gazın iyonlaşma enerjisi arkın; gerilme değerini
ve açığa çıkan enerji yoğunluğunu etkiler
 Termal iletkenlik; arkın sürekliliğini ve enerjinin
ısı formunda iletilmesinde rol oynar.
 Reaktiflik; ısı etkisi altında gazın ergiyen
malzeme ile etkileşmesidir.
13.12.2015
30
Plazma Kesme Metodları
* Çift Gaz plazması
* Hava plazması
* Oksijen plazması
* Su enjeksiyonlu plazma
13.12.2015
31
Çift Gaz Plazması
* İlk geliştirilen metotdur ve halen
kullanılmaktadır.
* Ark, tungsten elektrod ve iş parçası
arasında oluşturulur.
* Nozul, su veya gaz soğutmalıdır.
* En çok kullanılan gazlar Argon-Hidrojen
karışımları ve Azottur.
13.12.2015
32
Çift Gaz Plazması
•Bazen ikili gaz akış sistemi kullanılır.
•İkinci kanaldan verilen gaz nozulu soğutur ve
plazma kesme jetini daraltıp yoğunlaştırır (plazma
gazı azot yada hava).
•İkincil gaz olarak karbondioksit yada hava
kullanılır.
* Alaşımlı çelikler, alüminyum ve bakır malzeme
kesiminde yaygın olarak kullanılırlar.
* Azot-Oksit oluşumu problemi nedeniyle manuel
kesmede pek tercih edilmez.
13.12.2015
33
Hava Plazması
* Hava plazma gazı olarak kullanılır.
* Özellikle elle kesmede yaygın kullanıma
sahiptir.
* Elektrod Hafniyum yada Zirkonyumdan
yapılmaktadır.
* Elektrod malzemelerinin ergime
sıcaklıkları tungstenden düşük olduğunda
elle soğutma gerektirir.
* Elektrodun tasarımı soğutma yeterliliğini
önemli ölçüde etkiler.
13.12.2015
34
Hava Plazması
*
Kesme işleminde kullanılan hava
basınçlı tüplerden yada kompresörden alınır.
* Avantajı olarak gaz fiyatını azaltması
söylenebilir.
* Dezavantajları olarak ise, yüksek
elektrod ve nozul tüketimi, toz ve dumandan
dolayı kötü çalışma ortamı, bazı durumlarda
kaynak öncesi gözenekli kesme yüzeyleri
sayılabilir.
13.12.2015
35
Oksijen plazması
* Oksijenin plazma gazı olarak kullanıldığı
durumlarda gözenek problemi yaşanmaz.
* Yalın karbonlu ve düşük alaşımlı
çeliklerde yüksek kesme hızı, küçük açısal
sapmalar ve cürufsuz bir kesme yüzeyi
sağlar.
* Hafniyum ve zirkonyumdan yapılmış
elektrodlar kullanılır.
* Elektrod tüketimi yüksektir.
13.12.2015
36
Su enjeksiyonlu plazma
* Plazma gazı olarak azot kullanılır, (su
enjeksiyonlu azot plazmasında, ASE).
* Su yüksek basınçla nozul kanalındaki
açıklıktan gönderilerek daha iyi soğutma,
yüksek enerji yoğunluğu ve daha yüksek
kesme hızı elde edilir.
13.12.2015
37
Su enjeksiyonlu plazma
Su enjeksiyonlu plazma resimleme
13.12.2015
38
Plazma ile Kesmede Kullanılan
Gazlar ve Özellikleri
 Hava
 Azot
 Oksijen
 Argon-Hidrojen
13.12.2015
39
Hypertherm HD3070 Sisteminde
Kullanılan Gazların
Malzeme
Karbon
Plazma Gazı
Koruyucu Gaz
Oksijen
Oksijen ve Azot Karışımı
Hava
Hava
Hava
Hava ve Metan Karışımı
H35&Azot
Azot
Hava
Metan
H35&Azot
Azot
Oksijen
Oksijen ve Azot Karışımı
Oksijen
Oksijen ve Azot Karışımı
Çelikleri
Pazlanmaz
Çelikleri
Al
Cu
13.12.2015
40
13.12.2015
41
Argon
* Düşük enerji ve ısıl iletkenliğe sahiptir. Bu
nedenle özellikle kesici gaz olarak etkin şekilde
kullanılamaz.
* Yüksek yoğunluğu ve ark kararlılığı nedeni ile
plazma gaz karışımlarında kullanılır.
* Kolay iyonize olduğu için, plot ark
uygulamasında mükemmel bir şekilde kullanılır.
13.12.2015
42
Hidrojen
* Yüksek enerji içeriği ve ısıl iletkenliğe
sahip bir gazdır.
* Saf hidrojen düşük yoğunluktadır ve
nozulu aşındırır.
* Hidrojen genelde ortamın ısıl iletkenliğini
ve enerji içeriğini artırmak için argon ve
azot gazlarına ilave olarak kullanılır.
13.12.2015
43
Azot
* Nispeten yüksek enerji içeriği ve yoğunluğuna
sahiptir.
* Karışım desteği olmadan kesim için
kullanılabilir.
* İnce metallerde az cüruf sorunu çıkardığı için
kesme gazı olarak kullanılır.
* Dezavantajları arasında tungsten elektrodunu
diğer gazlara nazaran daha hızlı aşındırması, azotoksit oluşturması ve çifte-ark oluşturma oranı
yüksekliğidir.
13.12.2015
44
Hava
* Nemden
arındırılmış hava plazma gazı olarak
yaygın kullanıma sahiptir.
* Yüksek ayrışma-iyonlaşma enerjisine ve yüksek
yoğunluğa sahiptir. İyi bir kesici gazdır.
* Dezavantajı olarak paslanmaz çelik kesimlerinde
içinde bulundurduğu oksijen oksitlenmeye neden
olur. Elektrod aşınması yüksektir.
* Elektrodlar hafniyum ve zirkonyumdan yapılır.
13.12.2015
45
Oksijen
* Yüksek enerji içeriği ve yoğunluğuna sahip
bir gazdır.
* Yüksek kesme hızı ve düşük açısal sapma
sayesinde kaliteli kesim yüzeyleri verir.
* Günümüzde kesim gazı olarak kullanılmaya
başlanmıştır.
13.12.2015
46
Temel kesme metodları ve özellikleri
Kesme Metodu
Alev Kesme
Plazma Kesme
Lazer Kesme
(ağaç,
Giyotin
13.12.2015
Malzeme Kalınlığı (mm)
0.8-250
2-150,0.8-200,0.8-50
0.1-10
1-8
Malzeme
Düşük alaşımlı çelik
Düşük alaşımlı +
Paslanmaz çelik
Alüminyum
Bakır
Düşük alaşımlı +
Paslanmaz çelik
Metal dışı
seramik vb)
Düşük alaşımlı çelik
47
13.12.2015
48
13.12.2015
49
13.12.2015
50
13.12.2015
51
13.12.2015
52
13.12.2015
53
13.12.2015
54
13.12.2015
55
13.12.2015
56
13.12.2015
57
Download

7. Sunum