Yaygın bir açıklamaya göre plazma maddenin dördüncü hali olarak tarif edilmektedir. Normalde katı, sıvı ve gaz olmak üzere maddenin üç hali olduğunu düşünürüz. Yaygın bir element olan su için, bu üç ilke buz, su ve gazdır. Bu üç hal arasındaki fark enerji düzeyleri ile ilgilidir. Buza ısı şeklinde bir enerji verdiğimizde, buz erir ve su oluşturur. Daha fazla enerji verdiğimiz zaman, su hidrojen ve oksijen olarak buharlaşır. Buhara daha fazla enerji verirsek, bu gazlar iyonize olur. Bu iyonlaştırma işlemi gazın elektriksel olarak iletken hale gelmesine neden olur. Elektriksel olarak iletken hale gelen bu iyonize gaz, plazma olarak adlandırılır.
Plazma Metali nasıl keser?
Plazma kesme işlemi, elektriksel olarak iletken metallerin kesilmesinde kullanılan şekliyle, elektriksel olarak iletken gazdan faydalanarak güç kaynağından gelen enerjiyi plazma kesim torcu vasıtasıyla kesilecek metale aktarır.
Plazma ark kesim sistemi temel olarak, güç kaynağı, ark başlatma ünitesi ve torçdan oluşmaktadır. Bu sistem bileşenleri, gerekli olan elektrik enerjisini, iyonlaştırma gücünü ve işlem kontrolünü sağlayarak farklı malzemeleri yüksek kalite ve verimlilikte keser.
Güç kaynağı sabit akım veren DC güç kaynağıdır. Açık devre gerilimi 240-400 VDC aralığındadır. Güç kaynağının çıkış akımı (amper), sistemin hızını ve kesim kalınlığını belirler. Güç kaynağının ana işlevi, iyonlaşmadan sonra plazma arkını korumak için doğru enerji sağlamaktır.
Ark başlatma devresi yaklaşık 2 megahertz ‘ de 5000 ila 10,000 volt AC gerilim üreten bir yüksek frekans jeneratörüdür. Bu voltaj, torç içindeki gazı iyonlaştırmak için yüksek yoğunlukta ark oluşturur ve böylece plazma üretilir.
Torç, meme ve elektrot için tutucu olarak görev yapar ve bu parçaların (gaz ya da su ile) soğutmasını sağlar. Meme ve elektrot, plazma jetinin yoğunlaşmasını ve sürekliliğini sağlar.
Plazma Kesici işlem sırası
Güç kaynağı ve ark başlatma devresi hortum ve kablolar aracılığıyla torca bağlanır. Bu hortum ve kablolar süreci başlatmak ve sürekliliği sağlamak için torca uygun gaz basıncını, elektrik akımını ve yüksek frekansı sağlar.
1- Başlangıç giriş sinyali güç kaynağına gönderilir. Bu aynı zamanda (bkz. Şekil 2) açık devre voltajını ve torç gaz akışını harekete geçirir. Açık devre gerilimi elektrot (-) ve meme (+) arasında ölçülebilir. Dikkat edilmesi gereken husus, kesilecek metal direkt olarak pozitife bağlıyken, meme güç kaynağına direnç ve röle (pilot ark röle) vasıtasıyla (+)pozitife bağlanmalıdır. Gaz memeden akar ve bir delikten dışarı çıkar. Bu anda ark olmadığı gibi DC voltaj içinde de akım hattı yoktur.
2- Gaz akışı stabilize olduktan sonra yüksek frekanslı devre etkinleştirilir. Yüksek frekans torç içindeki meme ve elektrot arasında yüksek ark oluştur ve gaz memeden çıkmadan önce bu arktan geçer. Gazdan yüksek frekanslı arka aktarılan enerji gazın elektriği iletecek şekilde iyonize olmasına neden olur. Bu elektriksel olarak iletken hale gelen gaz, elektrot ve meme arasında akım yolu oluşmasına neden olup ve sonucunda plazma arkını oluşturur. Bu gaz sayesinde meme deliğinden dışarı çıkan ark pilot arkı oluşturur.
3. Memenin iş parçasına yakın bir konumda olduğunu varsayarsak, pozitif meme bağlantısı gibi pozitif akım yolu da (güç kaynağında) direnç ile sınırlanmadan, pilot arkı iş parçasına doğru akacaktır. İş parçasına doğru akan akım elektronik olarak güç kaynağında algılanır. Akım algılandığı gibi, yüksek frekans devre dışı kalır ve pilot ark rölesi açılır. Gaz iyonlaşması ana DC arktan gelen enerji ile sürekliliği sağlanır.
4. Plazma ark sıcaklığı, metali eritir, iş parçasını deler ve yüksek hızlı gaz akımı da kesilen yerinden eriyen malzemeyi ayırır. Bu anda, torç hareket eder ve kesme işlemi başlar.
Farklı Plazma kesim işlemleri
Geleneksel Plazma Kesim
Bu işlem genellikle hava veya nitrojen gibi tek bir gaz kullanarak plazmayı hem soğutur ve hem de oluşturur. Bu sistemlerin çoğu 15mm kalınlıkta malzemeyi kesmek için 100 Amp altında değerlendirilir. Özellikle elle yapılan uygulamalarda kullanılır.
Çift gazlı plazma kesim
Bu işlemde iki gaz akışı kullanılmakta olup; biri plazmayı oluşturan diğeri de koruyucu olan gazdır. Koruyucu gaz, kesim alanını atmosferden koruyup, daha temiz bir kesme yüzeyi sağlar. En çok kullanılan kesim türüdür ve kesilen malzemede en iyi kaliteyi yakalayabilmek için farklı gaz kombinasyonları da kullanılabilir.
Su korumalı plazma kesim
Bu çiftli kesim işleminde koruyucu gazın yerini suyun aldığı kesim türüdür. İş parçası ve memeyi iyi bir şekilde soğutarak, paslanmaz çelikte yüksek kesim kalitesi sağlar. Sadece mekanize uygulamalar içindir.
Su Enjeksiyonlu Plazma Kesim
Bu işlem için plazmada tek bir gaz kullanılır ve arkın yoğunluğunu arttırmak için radyal yada girdap şeklinde arka direk olarak su enjekte edilir. Bu işlem arkın yoğunluğunu ve sıcaklığını büyük ölçüde arttırır. 260 amperden 750 ampere kadar değişik çeşitlerde ve kalınlıklarda malzemelerin yüksek kalitede kesiminde kullanılır. Sadece mekanize uygulamalar içindir.
Hassas Plazma kesim
Bu işlem düşük hızlarda ince malzemede (12mm den küçük) mükemmel bir kesim kalitesi sağlar. Bu kesim kalitesine arkı süper yoğunlaştıran son teknolojinin kullanılması sonucu ulaşılır. Hareketi sağlayan donanımın daha doğru çalışmasını sağlamak için düşük hızlar gereklidir. Sadece mekanize uygulamalar içindir.