• • المحاضرة بعنوان /
اللحام والقطع بقوس البلازما ( PAC / PAW )
PLAZMA ARC WELGING ـ PLAZMA ARC CUTTING
• ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
• البلازما:
1. غاز متأين جزئياً أو كلياً ، ويتألف من ذرات وجزيئات معتدلة ومن شوارد (أيونات) وإلكترونات , تنتج البلازما في معدات خاصة تسمى مشاعل البلازما.
2. البلازما في الفيزياء هي الحالة الرابعة للمادة ( صلب , سائل , غازي ) ، عندما يحدث التأين الجزئي أو الكامل للوسط من الجزيئات المحايدة والذرات ، مع شرط شبه الحيادية: مساواة الكثافة الظاهرية لجميع الجسيمات المشحونة.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
• أولاً : اللحام بقوس البلازما ــ PAW
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
من وجهة نظر الفيزياء في لحام البلازما يتم توجيه الغاز المتأين ( البلازما ) عن طريق فوهة إلى سطح الأجزاء التي يتم لحامها لتشكيل قوس البلازما ، من الضروري التأكد من تسخين الغاز العامل إلى درجة حرارة عالية وهذا يرجع إلى تيار كهربائي قوي.
• مشاعل البلازما:
1. هي التي تٌنتج في أقواس تغذت بتيار مستمر , أكثر طرق الحصول على البلازما شيوعاً هي تلك التي يستخدم فيها الغاز لزيادة القوس , البلازما تشتعل في قناة ضيقة نسبياً ومبردة بالماء.
2. يتم اختيار قطر الإلكترود ونوعية الغاز المشكل للبلازما حسب الشروط المطلوب توافرها في عملية اللحام , وغالباً يكون الالكترود من التنجستن والغاز المستخدم هو الأرجون.
• استخدامات قوس لحام البلازما :
1. لحام المولبيديوم والتنجستن. لحام التيتان وسبائك النيكل.
2. لحام الفولاذ غير القابل للصدأ . لحام المعادن والسبائك الغير متجانسة.
3. كما يستخدم قوس البلازما في الصناعات المختلفة مثل صناعة الطائرات والإلكترونيات والسفن والصناعات البتروكيميائية وغيرها.
• مزايا قوس لحام البلازما :
1. منطقة اتصال أصغر على المعدن يجري معالجتها .
2. تأثير حراري كبير بسبب النهج إلى الشكل الأسطواني.
3. زيادة الضغط الميكانيكي للتيار على المعدن (حوالي 6 ÷ 10 مرات).
4. القدرة على الحفاظ على حرق القوس في التيارات المنخفضة ، حتى 0.2 أمبير.
• لهذه الأسباب الأربعة يعتبر لحام البلازما الأكثر انتشارا في معالجة المعادن خاصة الغير متجانسة , كما يوفر ذوبان أفضل داخل حجم مخفض. يحتوي قوس البلازما على أعلى تركيز لدرجة الحرارة ويسمح بقطع ولحام المعادن ذات السماكة المتزايدة حتى مع بعض الزيادات في المسافة من فوهة الموقد إلى قطعة الشغل.
• العمل بقوس البلازما:
1. حماية قطب التنجستن عن طريق توفير غاز خامل (الأرجون )
2. يتم تسخين الجدران الساخنة لشعلة البلازما بشكل مكثف.
3. يستخدم القطب التنجستن غير الاستهلاكية مع إضافات الثوريوم.
4. يمكن استخدام تيار متردد أو تيار مستمر لبدء تشغيل قوس البلازما.
5. يسمح هذا اللحام بتوصيل جميع المعادن والسبائك الموجودة في المستوي السفلي أو الرأسي تقريبًا.
• قوس لحام البلازما اليدوي:
1. يتحكم فني اللحام المدرب على جهاز اللحام وكيفية ضبطه وتشغيله لأجراء عملية اللحام المطلوبة.
2. ينتج قوس البلازما من جهاز خاص يسمى شعلة البلازما , يتم توجيه الشعلة إلى منطقة اللحام للتسخين ثم البدء في عملية اللحام عن طريق الانصهار.
3. قوس بلازما المنتج يشبه تقريباً شكل أسطواني يتسع قليلاً عند سطح المعدن المعالج , قوس البلازما يعتمد على الحرارة والتأين بما يسمح له اختراق أعمق للمعدن المراد لحامه.
4. يتم تبريد المشعل عن طريق الهواء , أو الماء في دورة داخلية , تبريد الهواء أقل تكلفة ، والتبريد السائل هو الأكثر فعالية ، ولكنه معقد.
5. الإلكترود من التنجستن في أغلب الأحيان بسبب الخواص الميكانيكية الأكثر ملاءمة ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة , والتيار المستخدم يكون عالي التردد أو متوسط التردد.
• أحداث قوس البلازما:
1. يعتمد على الانود / وهو في الوقت نفسه فوهة ، مصنوعة من النحاس .
2. يعتمد على الكاثود / وهو قطب من التنجستن ( أكثر المعادن تحمل لدرجات الحرارة ).
3. الانود والكاثود معزولان عن بعضهما بمساعدة مواد خاصة عادة من خلال مادة الاسبستوس.
4. لإنشاء قوس البلازما بين الانود والكاثود ، يتم تطبيق تيار مباشر بجهد 100 فولت ، وهو القوس الذي يسمح بتسخين الغاز إلى درجة الحرارة العالية المطلوبة.
5. بعد اشتعال القوس ، يتم ضغط البلازما في جهاز خاص (الشعلة البلازما). ثم يتم حقن الغاز البلازما المكون (الأرجون) تحت الضغط ونتيجة لذلك يتم تسخين المنطقة إلى حوالي 5000 درجة مئوية ، ويزداد حجم الغاز وينتهي من الفوهة الضيقة بسرعة عالية.
6. يبدأ فن اللحام بالعمل ويحدث تدفق البلازما ، حيث يتم وضع الأجزاء الملحومة (أو يتم إجراء القطع المعدني) وبالتالي فإن التصميم المستقل لجهاز لحام البلازما هو واقعي جدا. ستكون النتيجة إمكانية اتصال عالي الجودة من الأجزاء المعدنية المختلفة ومعالجة المعادن بدون مبالغة زائدة ، يمكن أن يطلق عليها الأفضل من بين الأساليب الحالية للحام.
• معلومات متنوعة عن لحام قوس البلازما :
1. تشبه البلازما بشكل كبير اللحام بالأرجون ، ولكن في هذه الحالة لا يستخدم القوس العادي ، لأن درجات الحرارة يمكن أن تصل إلى 30000 درجة مئوية.
2. لذلك عند اللحام بالبلازما بواسطة الأجهزة المتخصصة ، يمكن ربط التصميمات المختلفة التي لا يمكن دمجها على الإطلاق بالطريقة المعتادة ، حيث تصل أعلى نقطة انصهار إلى 5000 درجة فقط.
3. وتستند هذه العملية على ذوبان الأجزاء المعدنية على السطح بمعدل عال من الغازات المتأينة ، والتي تتكون من الأجزاء التي تجري التيار.
4. في هذه العملية ، يتم تأين تيارات عن طريق تسخين قوس متحرك بسرعة يخرج من شعلة البلازما. يصبح التأين أعلى خلال نمو درجات الحرارة والغازات.
5. يتم الحصول على قوس البلازما ، الذي يحتوي على طاقة ودرجة حرارة عالية ، من قوس عادي أثناء الاحتراق والنفخ إلى قوس ، ويشكل الغاز البلازمي إلى الحالة المطلوبة. عادة ، هذا الغاز هو الأرجون أو خليط من الهليوم والهيدروجين.
6. عندما تتأين ، تبدأ الجزيئات الحركية الموجودة في الغازات في زيادة حرارة القوس والطاقة. في هذه الحالة ، يبدأ القوس من البلازما في الضغط بقوة على المعادن ، لأن قطرها ينخفض بشكل كبير.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
• ثانياً : القص بقوس البلازما PAC
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ماكينة البلازما هي فريدة من نوعها , حيث الجهاز المحمول منها متعدد الوظائف ( قطع , لحام ) الطاقة المستخدمة في القص أو اللحام بالبلازما هي ( الطاقة الكهرومغناطيسية , مصدر الحرارة لإتمام عملية القص أو اللحام , تيار البلازما الساخن ) .
نظرية القطع غالباً تقوم على الأكسدة , ولكن العديد من المعادن بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألمونيوم لن تتأكسد أو أنها سيئة الأكسدة , لذا يفضل القطع بالبلازما.
• قوس قطع البلازما اليدوي والآلي:
1. ينتج في أقواس تغذت بتيار مستمر. ينتج في معدات خاصة تسمى مشاعل البلازما.
2. قوس البلازما لا يعتمد على الأكسدة بل يعمل على إذابة المعدن { صهره وإزاحته }.
3. غاز متأين جزئياً أو كلياً ، ويتألف من ذرات وجزيئات معتدلة ومن شوارد (أيونات) وإلكترونات.
4. يتم اختيار قطر الإلكترود ونوعية الغاز المشكل للبلازما , حسب الشروط المطلوب توافرها في اللحام.
5. البلازما غاز ساخن متأين ولكنه متعادل الشحنة { عدد الأيونات الموجبة مساوي لعدد الإلكترونات السالبة } بذلك يصبح الغاز موصلا للتيار الكهربي .
6. البلازما أو الهَيُولَي هي حالة متميزة من حالات المادة يمكن وصفها بأنها غاز متأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة أو بالجزيء .
7. المادة توجد في الطبيعة في ثلاث حالات ( صلبة وسائلة وغازية )، فإنه بالإمكان تصنيف البلازما على إنها الحالة الرابعة التي يمكن أن توجد عليها المادة .
8. يؤدي التأين لخروج واحد أو أكثر من الإلكترونات عند تسليط حرارة أو طاقة معينة , هذه الشحنة الكهربية تجعل البلازما أو الهيولي موصلة للكهرباء , ولذلك ستستجيب بقوة للمجال الكهرومغناطيسي .
• أشكال البلازما:
1. بلازما كونية كالشمس والنجوم .
2. بلازما طبيعية أرضية كالبرق والصواعق وكرة اللهب.
3. بلازما صناعية موجودة بشاشات التلفاز , مصابيح التألق ( لمبات الفلوريسنت ذات الطاقة الضعيفة )، إشارات النيون . أعمال اللحام والقطع.
• استخدامات قوس البلازما اليدوي والآلي:
1. عمليات اللحام المختلفة.
لحام الدقة للأدوات الجراحية ,لإصلاح التلقائي من ريش محرك نفاث , لحام يدوي من معدات المطابخ للصناعة الغذائية وصناعة الألبان , اللحامات الغير متشابه , لحام الفولاذ غير القابل للصدأ والتيتان وسبائك النيكل والموليبد ينيوم والتنجستن ومعادن وسبائك أخرى كثيرة تستعمل في الصناعات المختلفة مثل صناعة الطائرات والإلكترونيات والسفن والصناعات البتروكيميائية وغيرها.
2. عمليات القص المختلفة .
حفر رقائق الحاسوب وأشباه الموصلات , الصلب المقاوم للصدأ والسبائكي والكربوني وهذه المعادن يصعب قطعها بالطرق العادية , المعادن اللاحديدية مثل والألمنيوم والتيتانيوم والمغنسيوم وهذه المعادن يصعب قطعها بالطرق العادية , من الممكن قطع المواد الغير موصلة للتيار الكهربائي { الرخام , السيراميك }وذلك بتوليد قوس البلازما من خلال إكمال دورة التيار الكهربائي داخل مشعل القطع .
• كيف يعمل قوس البلازما اليدوي والآلي؟
عن طريق استخدام غاز متأين كهربائيا لنقل الطاقة الحرارية من مصدر الطاقة مرورا بمشعل القص أو اللحام لتصل إلى قطعة العمل , مماثلة لGTAW (تيج) , عملية القص أو اللحام بقوس البلازما عملية فائقة السرعة , يعمل طورش البلازما على إن يمر غاز البلازما عبر قوس كهربائي { تيار مباشر }بين القطب السالب وهو قطب التنجستن ويسمى الكاثود الموجود داخل الفوهة ثم يخرج خلال فتحة صغيرة إلى الشغلة وهى القطب الموجب وتسمى الانود .
• التفصيل :
يتولد القوس بين الالكترود " التانجستون " المتصل بالقطب السالب باستخدام تيار مستمر , وبين فوهة "منفث" حول نهاية الالكترود المتصل بالقطب الموجب , يمر الغاز في حلقة ضيقة بين الالكترود والمنفث بسرعة كبيرة فيتأين الغاز بحرارة القوس ويخرج من الفوهة في درجة حرارة شديدة تتراوح بين { 1000 : 1700°م } , الغاز يخرج بسرعة ويشكل عرق اسطواني بقطر صغير وهذا ما يسمى لفظ البلازما .
• الغازات المستخدمة لقوس البلازما:
1. الارجون Ar:
تيار اللحام أو القطع يعمل على جعل الغاز موصلا للتيار , بحيث يصبح الغاز متأينا , يضاف أحيانا مع الأرجون غاز النيتروجين ’ ذلك لقص الصلب المقاوم للصدأ حتى سمك 6.5مم , إذا زاد السمك عن ذلك يستخدم الأرجون 80% مع الهيدروجين 20% وشدة التيار 100 أمبير حتى سمك 13 ملم , خليط الغاز 20 لتر أرجون + 5 لتر من غاز هيدروجين في الدقيقة ويعطي ذلك سرعة قطع 4 متر لكل دقيقة .
2. الهواء المضغوط Compressed air:
يستخدم م الهواء الجوي عن طريق جهاز ضاغط الهواء { كمبروسر }ويتم توصيله مباشرة إلى الماكينة عبر منظم ضغط , يعمل تيار اللحام على جعل الهواء المضغوط موصلا للتيار بحيث يجعله غازا متأينا , يفضل الهواء المضغوط في قص الحديد والصلب وكذلك مع المعادن اللاحديدية .
ملاحظة : لا ينصح باستخدام غاز النيتروجين في عملية القطع اليدوي ..
• مميزات وعيوب قوس البلازما:
• المميزات :
1. لا يلزم التسخين المسبق. لحام المعادن الغير متشابه.
2. تتم عملية القطع بسرعة تصل إلى 300 بوصة في الدقيقة .
3. قص خالي من الخبث تقريبا . قص الأشكال المعقدة بسهولة.
4. القطع جيد لمعظم المعادن إلى سمك 15 ملم . سهولة قطع المعادن المغطاة أو المطلية بالدهان .
5. قطع المعادن الصعب قطعها مثل النيكل والألمنيوم . إجراء عملية القطع بسرعة عالية , القطع شق ضيق .
• العيوب :
1. الأبخرة والدخان. يتأثر خط القطع بالرطوبة.
2. كلما زاد سمك المعدن خاصة الحديد زادت نسبة الخبث .
3. القطع غير جيد في الأسماك الكبيرة. الشرر الكثير الناتج من عملية القص.
4. عدم انضباط عمودية سطح القطع وإنما يكون السطح المقطوع مقعرا نتيجة التصلب بعد الانصهار .
5. تتم عملية القطع بتيار غازي مكهرب ينتج عنه تطاير رذاذ الصهارة في جميع أنحاء القطعة مما يلزم تنظيفها ناهيك عن تنظيف الطاولة.
• ماكينات قوس البلازما:
غالباً تكون مواصفات ماكينة القص أو اللحام متشابه , تستخدم عادة ماكينات بقوس البلازما بقدرة {kva30/ 20}وتبريدها عن طريق الهواء أو المياه , يخرج منها تيار مستمر بجهد {200 v} دائرة مفتوحة , وشدة تيار تتراوح بين 10: 100A , يوجد منها التالي :
1. ماكينة القص اليدوية .
تعمل على تيار بقيمة 220/380 فولت ويوجد منها موديلات مختلفة, هذه الماكينات تعتمد في عملها على الفني , بمعنى لابد من الضغط على زر الطورش لإحداث عملية القطع في المعدن .
كما يوجد ماكينة محرك مولد{ديزل} Machine diesel motor generator التي تنتمي إلى نفس النوع الأول , يعتمد تشغيلها علي الفني.
2. ماكينة القص الآلية .
تعمل آليا تستخدم داخل الشركات والمؤسسات تعمل على تيار 380 /440 فولت ويوجد منها موديلات مختلفة, يتم ضبطها وتشغيلها عن طريق دائرة التحكم الكهربائية , ثم تقوم الماكينة بعمل القطع حسب المعطيات المطلوبة بطريقة آلية , دور الفني المسئول التشغيل والملاحظة , الماكينات عادتا يكون لها أكثر من رأس {طورش} لعملية القطع , تسمى آلة القطع البلازما CNC يمكن لها القص على زاويا شطف ودوران وغير ها بدقة متناهية وسرعة عالية .
3. ماكينة اللحام اليدوية:
تعمل على تيار بقيمة 220/380 فولت ويوجد منها موديلات مختلفة, هذه الماكينات تعتمد في عملها
على الفني لإحداث عملية اللحام , يعتمد تشغيلها على جدول حسب الكتالوج , يُلحم بها معظم المعادن الغير متشابه .
• أهم المكونات للماكينات :
1. مفتاح التشغيل ON – Off- Switch Power , مفتاح آخر تدفق post Flow المسئول عن تعديل السيطرة بالنسبة لهواء آخر تدفق من بعد إنهاء عملية القطع , يخرج بعد فصل القوس
2. مفتاح خرج التيار اللازم للقطع Output Cutting Current المسئول عن تعديل السيطرة على التيار الخارج لعملية القطع وغالبا يكون من{100:10}أمبير يتم تعين تيار القطع الملائم وفقا لسماكة المعدن المراد قطعه ويحسب حسب كتالوج الماكينة سرعة القطع لتحديد جودة القطع المرغوبة.
3. لمبة بيان الهواء LED air عندما تكون باللون الأصفر إذن قيمة ضغط الهواء لا تكفى لعملية القطع لابد من الانتظار إلى الحد الأدنى المطلوب لبدء عملية القطع . الحد الأدنى المطلوب لعملية القطع { 2كجم / سم 2 } الحد الأقصى لعملية القطع { 5كجم /سم 2 }أو يزيد في حالة زيادة سمك المعدن . ملاحظة هامة : ينبغي أن يكون المنظم مضبوطا على الحد الأقصى { 5كجم /سم 2 }
4. لمبة بيان درجة الحرارة LED temp متى ترتفع درجة حرارة الماكينة أثناء أعمال القطع {حمل عالي } تجد اللمبة تضئ ويجب التوقف والانتظار إلى وضع الماكينة العادي .
5. لمبة بيان التحذير LED Warning حماية من التيار الزائد عندما تكون وحدة الطاقة سريعة والديود يفشل في استرداد عمله من الحمل العالي تجد المؤشر يضئ بالأحمر وتتوقف الماكينة عن العمل وعلينا إن نبحث في سبب تشغيل لمبة التحذير واستبدال الجزء التالف وإعادة تشغيل الماكينة .
ملاحظة : عند الضغط على زر التشغيل ونجد لمبة التحذير مضيئة إذن علينا إرسال الجهاز لفريق الصيانة.
• نصيحة : TIP SHORT
عندما تكون الفوهة قصيرة {قطب التنجستن }سوف تضئ شاشة الإنارة والجهاز يعمل إيقاف إذن استبدال الفوهة وإعادة بدء تشغيل الجهاز .
6. منظم الغاز : Gas Regulator منظم الغاز غالباً ملحق مع الماكينة , المنظم له أشكال كثيرة , يصنع من النحاس الأصفر والبرونز ومادة البلاستيك , المنظم عبارة عن عداد بالشكل المعتاد الدائري يعمل على قياس الضغط الداخل للماكينة , والجزء الأخر عبارة عن انتفاخ زجاجي يعمل على امتصاص الرطوبة الزائدة بداخله.
7. خرطوم الغاز الذي يعمل على توصيل الغاز من الأسطوانة أو الكمبريسور , يجب أن يكون مطابقا للجودة والسلامة أثناء العمل .
8. مخارج الطاقة الكهربائية , الطورش , كابل معلومات , الأرضي , السوكت الخاص بدخول الغاز , إذا كان الطورش تبريد ماء إذن يوجد مخرج لذلك .
9. الأجزاء الداخلية الملفات والدوائر الكترونية وغير ها , مروحة التبريد , اللوحات الإلكترونية { الكروت}.
10. ماسك الأرضي Negative holder يصنع عل هيئات وأشكال مختلفة من مادة النحاس أو الصاج المجلفن , يجب أن يكون الكابل الخاص به على درجة عالية من المرونة .
11. وحدة التبريد إذا كانت الماكينة تبريدها بالماء إذا يكون لها وحدة تبريد توجد غالبا خارج الماكينة تعمل على تبريد المشعل , يحتاج المشعل عادة إلى 2 جالون تقريبا من الماء في الدقيقة الواحدة تحت ضغط يتراوح من 80 إلى 185 رطل للبوصة المربعة . الماء المستخدم شبه ماء تبريد السيارات .
12. طورش القص Torch cutting يستخدم في عمليات القطع للسمكات الكبيرة وتصل قوته إلى حوالي 400 أمبير , طورش تبريد هواء : يستخدم عند الحاجة إلى تيار منخفض لعملية القطع مع الأسماك الصغيرة
طورش يدوى أو طورش آلي . يعمل الطورش على توصيل التيار والغاز المتأين إلى منطقة القطع وعلى توزيع الغاز حول القطب .
طورش القص يسمى ( منقول ) وهو يثبت القوسين المشعل وقطعة الشغل إلى أن يتم نقل القوس إلى نقطة الشغل , أو ( الغير منقول ) وهو يستخدم التيار المباشر لتثبيت القوس بالمشعل نفسه بين إلكترود المشعل السالب وفوهة المشعل الموجبة وبهذه الطريقة تستخدم قوة القوس وانصهار البلازما بالإضافة إلى التدفق وانبثاق القوس بدفع المعدن المذاب من القطعة .
• ضاغط الهواء {الكمبريسور } Air Compressor.
فكرة عمل الكمبريسور بسيطة تعتمد على توصيل الكهرباء إلى المحرك الكهربائي الذي يعطي الطاقة الحركية للمضخة عن طريق السيور وتعمل المضخة على شحن خزان الكمبريسور بالهواء المضغوط , الكمبريسور هو البديل لأسطوانة الغاز .
• التشغيل :
لابد من تحديد بعض البنود قبل عملية القص أو اللحام مثل تحديد ( قطر المنفث – الفولتية – سرعة القص أو اللحام – استهلاك الغاز – سمك المعدن – نوع المعدن -غير ذلك ) , حسب كتالوج كل ماكينة .
1. يمكن قطع الفولاذ بسمك 1.5ملم بماكينة ذات قدرة 50 كيلو وات وبسرعة 20متر في الدقيقة وكلما زاد السمك نحتاج إلى ماكينة ذات قدرة أعلي.
2. الفولاذ بسمك 10ملم يقطع بسرعة 3 – 4 م / د وتزداد سرعة القطع مع ازدياد القدرة الكهربائية للبلازما .
3. ضبط الماكينة يعتمد على كتالوج الماكينة وفق الجدول الموجود , الماكينات الحديثة للبلازما تصل قوتها الكهربائية 150كيلو ات وأكثر وتفوق سماكة الألواح المقصوصة 100ملم .
• تقسيم قواطع البلازما من حيث التردد :
1. الاتصال ذو التردد العالي : التردد يعمل من خلال الهواء المتأين على رأس الشعلة إلى الشروع في القوس.
2. الاتصال ذو التردد المنخفض : التردد يعمل داخل الشعلة لإنشاء دفعة صغيرة من غاز البلازما الذي بدوره يوفر مسارا كهربائيا يصل إلى الشعلة , وبحلول ذلك الوقت يمكن أن يقدم القوس إلى قطعة العمل والمضي قدما في عملية القطع.
• إعداد من كتاب الكلية التقنية بالمؤسسة العامة للتدريب التقني والمهني .. / بدرالدين أحمد.
تعليقات
إرسال تعليق