Plazma Tanımı. Gaz halinde bulunan maddeye enerji verilmesi maddenin plazma haline geçişine neden olur.

Transkript

1 Plazma ile İşleme

2 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.

3 Plazma Tanımı Maddenin dört hali vardır: 1. Katı 2. Sıvı 3. Gaz 4. Plazma C de Gaz molekülleri atomlara ayrılmaya başlar C de Electronlar atomlardan ayrılmaya başlar Yüksek sıcaklıkta iyonize olmaya ve elektrik yüklenmeye başlarlar. Bu duruma PLAZMA hali denir. 3

4 Maddenin Dört Hali 4

5 Plazma Tanımı Plazmayı maddenin gaz halinden ayıran en önemli farklar; 1- Elektriği iletmesi 2- Çok yüksek sıcaklıkta olması 3- Işık yaymasıdır. 5

6 Plazma Tanımı Günümüzde plazmalar ; İMALATTA TIPTA IŞIKLANDIRMADA TELEVİZYONLARDA ENERJİ (NÜKLEER) ÜRETMEKTE kullanılmaktadır. Florasan lambalarındaki ışıldama, Kaynak sırasında görülen mavi ışık, birer plazmadır. 6

7 Plazma İle Kesme Metodu 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. 7

8 Plazma Kesme Metodu Gelişimi Oksijen-yakıt ile kesmeye alternatif bir metot olarak geliştirilmiştir. * Hava, oksijen veya saf azot ile kesmeye alternatif olarak Argon, Hidrojen ve Azot karışımları ile kesme yöntemleri geliştirilmiştir. 8

9 Plazma Kesme 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14 Parçanın İşlenme Şekli İş parçasına çarpan plazma ark yüzeyde hızlı erimeye daha sonrada buharlaşmaya neden olur. Aynı zamanda çarpan gazlar buharlaşan metali ortamdan uzaklaştırır. 14

15 Plazma Arkın Çeşitleri Plazma ark İkiye ayrılır: 1. Transfer edilen plazma ark 2. Transfer edilmeyen plazma ark 15

16

17 17

18 Plazma Arkın Çeşitleri 18

19 Plazma Ark

20 Plazma ile Kesme Geleneksel plazma sistemleri 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. 20

21 Plazma ile Kesme 21

22 Plazma ile Kesme Şekilde günümüz termal kesme teknolojileri kesme hassasiyeti ve malzeme kalınlığına göre karşılaştırılması görülmektedir.

23 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. 23

24 Plazma ile Kesme Sistemi 24

25 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. 25

26 Plazma Kesme Sistemi Yüksek frekans ateşleme devresi 2 MHz de 5000 ile 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. 26

27 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. 27

28 Torç Kafası Parçaları 28

29 Torç Parçası 29

30 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. 30

31 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. 31

32 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. 32

33 * Malzeme kalınlığı olarak 2-15mm arasında iyi sonuç verir. 200mm kadar kesim yapılabilir fakat kalite düşük olur. * Yığın kesme konusunda en avantajlı yöntemdir. 33

34 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. 34

35 Plazma Kesme Metodları * Çift Gaz plazması * Hava plazması * Oksijen plazması * Su enjeksiyonlu plazma 35

36 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. 36

37 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. 37

38 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. 38

39 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. 39

40 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. 40

41 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. 41

42 Su Enjeksiyonlu Plazma Su enjeksiyonlu plazma resimleme 42

43 Plazma ile Kesmede Kullanılan Gazlar ve Özellikleri Hava Azot Oksijen Argon-Hidrojen 43

44 Hypertherm HD3070 Sisteminde Kullanılan Gazların Malzeme Plazma Gazı Koruyucu Gaz Karbon Çelikler Oksijen Oksijen ve Azot Karışımı Pazlanmaz Çelikler Hava Hava Al Cu Hava H35&Azot Hava H35&Azot Oksijen Oksijen Hava ve Metan Karışımı Azot Metan Azot Oksijen ve Azot Karışımı Oksijen ve Azot Karışımı 44

45 45

46 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. 46

47 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. 47

48 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, azot-oksit oluşturması ve çifte-ark oluşturma oranı yüksekliğidir. 48

49 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. 49

50 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. 50

51 Temel Kesme Metodları Ve Özellikleri Kesme Metodu Malzeme Kalınlığı (mm) Malzeme Alev Kesme Düşük alaşımlı çelik Plazma Kesme 2-150, , Düşük alaşımlı + Paslanmaz çelik Alüminyum Bakır Lazer Kesme Düşük alaşımlı + Paslanmaz çelik Metal dışı (ağaç, seramik vb) Giyotin 1-8 Düşük alaşımlı çelik 51

52 52

53 53

54 54

55 55

56 56

57 57

58 58

59

60 60

61 61

62 PLAZMA maddenin dördüncü halidir. Madde gaz halinde iken doğru koşullar altında maddeye enerji verilmesinin devam etmesi maddenin plazma haline geçişine neden olacaktır. enerji kaynağı elektrik olabileceği gibi, ısıl veya için kökenli de olabilir. Plazmayı maddenin gaz halinden ayıran en önemli farkları, elektriği iletmesi, çok yüksek sıcaklıkta olması ve ışık yaymasıdır. Maddenin plazma hali, serbest halde gezinen elektronlardan ve elektronlarını kaybetmiş atomlardan (iyonlardan) oluşur, eşit miktarda pozitif ve negatif yük içerir. elektriği ileten tüm metallere uygulanan prensiplerin çoğu plazmalar içinde geçerlidir ve plazma manyetik ve elektrik alanlardan etkilenir.

63 Günümüzde plazmalar değişik teknolojiler geliştirilerek imalatta, tıpta, ışıklandırmada, televizyonlarda, enerji üretmekte (nükleer) ve daha birçok teknolojide kullanılmaktadır. Plazmalar sıcaklıklarına göre ve hacimlerindeki yüklü parçacık sayısına göre sınıflandırılırlar. Florasan lambalarındaki ışıldama, kaynak sırasında görülen mavi ışık, yıldırım ve çimçek birer plazmadır. Güneç içerisinde farklı türde plazmalar vardır. Kutuplarda görülen auroralar da bir çeşit plazmadır.

64 Plazma ile Kesme Teknolojisi Plazma ile kesme metodu. iletken metallerin kesiminde kullanılan termal bir kesme metodudur. Kesme, basitçe, torç içinde akan gaza enerji verilerek kısmen iyonlaştırılması (plazma haline dönüştürülmesi), oluşturulan yüksek sıcaklıktaki plazmanın da gaz akışı etkisi ile nozul ağzından pozitif kutup olan malzemeye yönelmesi, malzemeyi ergitmesi ve ergiyen malzemenin akan gazın jet etkisiyle itilerek uzaklaştırılması ile gerçekleştirilir.

65 Geleneksel plazma sistemleri mm kalınlık aralığında olan malzemelerin kesiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüz hassas plazma sistemleri ise lazer kesme sistemlerinin çalıştığı 1-12 mm malzeme kalınlığı arasında ve lazer sistemlerine yakın hassasiyette kesme yapabilmek yönünde geliştirilmektedirler.

66 Plazma ile kesim düşük işletme ve yatırım maliyeti, yüksek kesme hızı, üretim hattı uygulamasına ve otomasyona uygunluğu, sürekli iyileştirilen kesme kalitesi ile sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır. Plazma ile kesme metodu vagon sanayi, gemi inşa sanayi, iç makineleri sektörü, basınçlı kap sanayi gibi imalat sektörlerinde yoğunlukla kullanılmaktadır.

67 Plazma ile Kesme Sistemi Genel olarak otomasyona yönelik bir plazma ile kesme sistemi su alt sistemlerden oluşur Güç kaynağı bir doğru akım kaynağıdır. Yüksek gerilimde, sabit doğru akım sağlar. Görevi iyonizasyon sonrası plazmanın devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi sağlamaktır. Yüksek frekans (HF) ateşleme devresi, 2MHz de 5000 ile volt arası alternatif akım yaratan bir devredir. Taşıyıcı gazın iyonlaşması (plazma oluşumu) için gerekli olan pilot arkı ateşler. Gaz Konsolu, taşıyıcı (plazma) ve koruyucu gazın akış hızlarını, karışım oranlarını ayarlamak ve plazma gazlarını seçmek için kullanılır. Günümüz sistemleri elektronik kontrollüdür. Torç, içinde plazma gazı ve koruma gazının aktığı, nozul, elektrot, lüle, nozul dış kapağı, koruyucu kafa ve kapağını bir arada tutan parçadır. Plazmayı oluşturmak ve odaklamak için tasarlanmıştır. Koruyucu gaz ve soğutma sıvısı akışını da sağlar. Gövde içinde gazlar, elektrik bağlantısı ve soğutma sıvısı için özel tasarlanmış kanallar ve elektrik bağlantıları vardır.

68 Taşıyıcı Sistem ve Kontrol Sistemi, torç hareketini ve tüm sistemin kontrolünü sağlar (bkz. Çekil 3). Numerik kontrollü herhangi bir kartezyen X-Y tablası olabileceği gibi, bir robotta olabilir. Kontrol sistemi ise güç kaynağını, ateşlemeyi, gaz akışını ve torç hareketini ilgili parametreler aracılığı ile kontrol eder. Soğutma Sistemi, soğutucu sıvının sistem içerisinde dolaşımını sağlar. Aspiratör Sistemi, kesme sırasında oluşan gazları ve dumanı kesme bölgesinden uzaklaştırmak için kullanılır.

69 Torç Parçalarının İşlevleri Plazma arkını oluşturmak ve malzemeye doğru odaklamak için tüm kesme torçlarında şu temel parçalar bulunur: elektrot, lüle, nozul ve koruyucu kap. Elektrot, güç kaynağının negatif kutbudur. Bakırdan imal edilir. elektrot ucunda ise arkı yayan, ısıya dayanıklı ikincil bir malzeme vardır. Bu uç için yüksek ergime noktalı hafniyum (hava ve oksijen plazma sistemlerinde) ve tungsten (azot ve argon-hidrojen plazma sistemlerinde) yaygın olarak kullanılır. Ateşleme sayısı ile ölçülen belli bir kullanım ömrü vardır. Açınma ve bozulma elektrot ucunda görülür. Lüle, taşıyıcı gazı elektrot etrafında girdap etkisi vererek döndürerek iten yüzük çeklinde bir parçadır.

70 Girdap etkisi arkı silindir çeklinde çevirerek arkın daha yoğun ve kararlı olmasına yardımcıdır. Günümüzde neredeyse hemen hemen tüm plazma ile kesme sistemi üreticileri girdap etkisinden yararlanmaktadır. Girdap etkisini torç eksenine dik delikler yerine (nozul içerisine) belli bir açıda lüle üzerinde açılmış gaz giriş delikleri yaratır. Bu akış etkisi ile nozul içerisine giren gaz plazma arkını kesim süresince elektrottan malzemeye kadar ufak bir gaz girdabı içinde tutar. Nozul, plazma arkının konsantre olmasını ve odaklanmasını sağlar. Bu arkın enerji yoğunluğunu ve akış hızını arttırır. Ateşleme esnasında güç kaynağının pozitif kutbudur. Nozul ağız açıklığı belli bir tip nozul için maksimum kesme akım şiddetini belirler. Açınma parçasıdır. Nozul ömrü de ateşleme sayısı ile ifade edilir. Koruyucu kap ve başlığı nozulun dışında yer alır. Kesilen malzeme ile nozulun arasında yalıtıcı olarak görev yapar.

71 Kesme Nasıl Başlar? Güç kaynağına gelen bir sinyal eşzamanlı olarak açık devre gerilimini açar ve torça gaz akışını başlatır. Sistemde nozul ve malzeme güç kaynağının pozitif kutbuna, elektrot ise negatif kutbuna bağlıdır. Taşıyıcı gaz nozul ve elektrot arasındaki boşluktan geçerek nozul ağzından dışarı akmaya baçlar. Bu esnada yüksek frekans ateşleme devresi, nozul ile elektrot arasında yüksek frekansta arklar oluşturur. Taşıyıcı gaz bu arklardan gelen enerji ile kısmen iyonize olur. Yüksek akış hızındaki gaz, itme etkisi ile bu akım yolunun pozitif kutbunu dışarıya - nozuldan malzemeye doğru- yöneltir. Pozitif kutuptaki malzeme ile artık akım devresi tamamlanmıştır ve yüksek frekans devresi kapanır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu (arkın sürekliliği) doğru akım devresinden gelen enerji ile sağlanır. Bu şekilde elde edilen plazma metoduna "taşınan ark metodu" (transferred arc method) denir.

72 Kesme içlemi plazmanın yüksek sıcaklığı nedeni ile malzemeyi lokal olarak ergitmesi ve yüksek akış hızındaki taşıyıcı gazın ergimiş malzemeyi püskürterek malzemede bir delik açması ile baçlar. Bu esnada torç taşıyıcı sistem ile -arkın sürekliliğini kaybetmeyecek bir hızda- hareket ettirilerek kesme içlemi gerçekleştirilir. Plazma ile kesme içlemi genel olarak taşınan ark metodu ile gerçekleştirilir. Bir diğer metot ise "taşınmayan ark metodu dur (non-transferred arc method). Torç teknolojisi farklıdır. Plazma arkı malzemeye transfer edilmeden nozul ile elektrot arasında baçlar ve akan gaz etkisi ile - sürekliliğini kaybetmeyecek şekilde- plazma torç ucunda alev çeklinde çıkar. Genel olarak bu metot iletken olmayan malzemelerde kullanılır ve diğer plazma içlemlerinde (örneğin yüzey kaplamada, atık içlemede) kullanılır. Kesmede yaygın olarak kullanılmamasının nedeni plazma ark yoğunluğunun kontrol edilememesidir.

73 PLAZMA İLE KESİLEBİLEN MALZEMELER Plazma ile kesme yöntemi sanayide yaygın olarak alaşımlı çelik, paslanmaz çelik, karbon çeliği, alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları ve bakır kesmekte kullanılır. Nikel, titanyum ve alaşımları gibi malzemelerin kesimi ancak talaşlı içlemeden önce malzemeyi kesip hazırlamak için uygun olabilir. Çünkü bu malzemelerin plazma ile kesiminde kesme ağzı ve yüzeyinde pürüz, malzemede de renklenme görülmektedir. Koruyucu ve plazma gazı kombinasyonları, gazların akış hızları ve malzeme kalınlığı malzemelerin kesme kalitesini etkiler.

74 PLAZMA ILE KESMEDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLIKLERI Modern plazma ile kesme sistemlerinde, iyi bir kesme kalitesi elde etmek için taşıyıcı (plazma) ve koruyucu gaz olarak çeşitli gazlar ve karışımları kullanılmaktadır. Kullanılacak plazma gazları arasındaki farklar 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 etkilediği gibi enerjinin ısı formunda iletilmesinde de rol oynar. Reaktiflik ise ısı etkisi altında gazın ergiyen malzeme ile etkileşmesidir (azotun yüksek sıcaklıkta karbon çelikleri ile etkileşip nitrat oluşturması gibi). Plazma torçunun teknolojisine göre de kullanılan gazların karışım oranlarında değişebilir. Plazma ile kesmede en çok kullanılan gazlar hava, azot, oksijen ve argonhidrojendir (H-35, Ar-Hz). Genel bir fikir vermek için Hypertherm HD3070 sisteminde kullanılan gazlar malzeme cinsine göre dizilerek Tablo 1'de örnek olarak sunulmuştur.

75

76 Yüksek akım PA kaynağı için gaz seçimi Plazma Kaynak Gazı Seçim Tablosu Metal Kalınlık (mm) Kaynak Tekniği Anahtar Deliği Ergitme Karbon Çeliği max. (alüminyumla dezokside) min Ar Ar Ar %75 He-%25 Ar Alçak alaşımlı çelik max. min Ar Ar Ar %75 He-%25 Ar Paslanmaz çelik max. min Ar.%92.5 Ar-%7.5 H 2 Ar.%92.5 Ar-%5 H 2 Ar %75 He-%25 Ar Bakır max. min Ar Önerilmemiş b %75 He-%25 Ar He Nikel alaşımları max. min Ar.%92.5 Ar-%7.5 H 2 Ar.%92.5 Ar-%5 H 2 Ar %75 He-%25 Ar Reaktif metaller max. min Ar Ar-He(50 ila %75 He) Ar %75 He-%25 Ar a - Gaz seçimleri hem ağız hem de koruma gazları içindir. b - Dikiş altı uygun şekilde teşekkül etmez. Teknik sadece bakır-çinko alaşımları için kullanılabilir.

77 Plazma Ark Koruma Kaynak Gazı Seçim Tablosu Düşük akım PA kaynağı için koruma gazı seçimi a Alüminyum max. min Karbon Çeliği max. (alüminyumla dezokside) min. Metal Kalınlık Kaynak Tekniği Anahtar Deliği Önerilmemiş He Önerilmemiş Ar,%75 He-%25 Ar Ar,He He Ar,%25 He - %75 Ar Ar,%75 He - %25 Ar Ergitme Alçak alaşımlı çelik max. 1.6 Önerilmemiş Ar,He,Ar-H 2 (%1-5 H 2 ) Paslanmaz çelik Hepsi Ar,%75 He - %25 Ar Ar, H 2 (%1-5 H 2 ) Ar,He,Ar-H 2 (%1-5 H 2 ) Bakır max. min Önerilmemiş %75 He-%25 Ar,He %25 He -% 75 Ar %75 He - %25 Ar, He He Nikel alaşımları Hepsi Ar,%75 He - %25 Ar, Ar H 2 (%1-5 H 2 ) Ar, He,Ar-H 2 (%1-5 H 2 ) Reaktif metaller max. min Ar,%75 He - %25 Ar,He Ar,%75 He - %25 Ar,He Ar Ar, %75 He-%25 Ar a Gaz seçimi sadece koruma içindir. Argon bütün hallerde ağız gazıdır.

78 PLAZMA ILE KESMEDE ÖNEMLI PARAMETRELER Plazma ile kesmede önemli parametreler gaz parametreleri, güç kaynağı parametreleri ve kesme hızıdır. Parametreler arasındaki ilişkiler kesmede elde edilecek kaliteyi tanımlar. Gaz parametreleri; taşıyıcı(plazma) ve koruyucu gazın akış hızı ve gazların karışım oranıdır. Plazma gazının akış hızının artışı arkın kararlılığını etkileyen faktörlerden birisidir. Arkın yoğunluğunu arttırır. Artan momentum nedeni ile eriyen malzemenin kesme bölgesinden püskürtülmesini kolaylaştırır. Güç kaynağı parametreleri ise 'standoff', 'V', ve akım şiddetidir, 'I'. Standoff, malzemetorç arası uzaklığı belirler. Otomasyona yönelik sistemlerde kesme içlemi başlamadan bu mesafe bir sonda sistemi ile ayarlanır. Kesme başladıktan sonra ise standoff mesafesini torç yükseklik kontrol sistemi kontrol eder. Geribildirim döngüsünden etkileyen parametrelerden biridir. Tavsiye edilen değerden yavaş hızlarda plazma arkı ergittiği bölgeden hemen uzaklaşmadığı için yarık aralığı değeri artar. Bu geriye doğru eğimli kesme çizgileri oluşturur. Daha yüksek hızlarda plazma arkı malzemeyi tüm kalınlık boyunca ergittiği fakat püskürtme içlemi tamamlanmadan torç hızla ilerlediği için alt kısımlarda malzeme tekrar katılaşarak yarığı doldurur ya da kalın çapak oluşumu gözlenir.

79 PLAZMA ILE KESMEDE KALITE Plazma ile kesmede kaliteyi belirleyen standartlar, ISO 9013, DIN z310 gibi termal kesme standartlarıdır. Endüstride plazma kesmede kaliteyi tanımlayan karakteristik değerler kesme yüzeyi açısı (diklik) ve pürüzlülüktür. Ayrıca ek olarak üst kesme kenarı yuvarlaklığı, sakal oluşumu, üst serpinti ve yarık aralığı ölçüsü de kaliteyi tanımlamak için kullanılır. Bu karakteristik değerlere kısaca göz atacak olursak : Kesme yüzeyi açısı (diklik), kesme esnasında kesme yüzeyinde oluşan eğim miktarıdır. Uluslararası standartlarda kabul edilen değer kalite sınıflarına göre değişiklik gösterir. Genel olarak diklik değeri ile belirtilir. Açısal ve pratik değerler vermek gerekirse taşıyıcı gaza girdap hareketi veren torçlarda bu eğim miktarı malzeme tarafında 1 ila 3 derece, atıl malzeme tarafında 3 ila 8 derece arasında değişir. Düz akış içeren torçlarda ise bu değer her iki kenarda 4 ila 8 derece arasındadır. Pürüzlülük, kesilen yüzey üzerinde üst ve alt yüzeyden standartlarda tanımlanmış bir mesafede ve aralıklarda ölçülür. Genel olarak bu değeri kesme hızı, gaz akış hızları, torç hareketi etkiler. Kesme hattı çizgileri pürüzlülük değerini etkiler. Kesme Hattı çizgileri, malzeme kesme yüzeyi boyunca oluşan dalgalanmalardır.

80 Kullanılan gaz, güç kaynağı çıkışındaki süreklilik, torç tasarımı ve mekanik sistemdeki titreşim oluşumlarında etkilidir. Üst kesme kenarı yuvarlaklığı, plazma ile kesimde karakteristik bir özellik olup, malzemenin üst yüzeyinin plazma arkı ile daha uzun süre etkileşimde kalması nedeni ile oluşur. Bu yuvarlaklık düşük kalınlıklarda daha çok belli olur. Yüksek tanımlı plazma ile kesim sistemlerinde bu etki olabildiğince azdır. Çapak (sakal), plazmanın ergittiği malzemenin eridikten sonra tekrar katılaşıp malzeme alt kesme yüzeyi kenarına yapışması nedeni ile oluşur. Kesme hızı, akım şiddeti, gaz seçimi, malzeme çeşidine ve temizliğine bağlıdır. Çok hızlı ve çok yavaş kesimlerde çapak yapabilir. Kesme aralığı, plazmanın malzemeyi keserken oluşturduğu açıklıktır. Plazma kesiminde bu açıklığı belirlemekteki kural her zaman için bu genişliğin nozul ağzı açıklığının yaklaşık bir ila iki katı aralığında olacağı çeklindedir. Yarık aralığını etkileyen diğer parametreler akım şiddeti, kesme hızı ve torç ile malzeme arasındaki yüksekliktir. Üst Serpinti, üst yüzeyde oluşan çapaktır. Malzeme ile torç arası uzaklık üst serpinti oluşmasında başlıca etmendir. Çok yavaş ilerleme hızında yapılan kesimlerde görülebildiği gibi aşınmıç nozul nedeni ile de ortaya çıkabilir.

81 Çalışmalar sırasında araştırmacılar nozul ağız açıklığının daraltıldığı zaman TIG torçundan malzemeye doğru akan ark ve gazın özelliklerinin değiştiğini, ark ve gazın daha yoğun hale geldiğini fark ettiler. Arkın ısısı daha yüksekti ve nozul içinde artan basınç ile akış hızı artmıştı. Artan sıcaklık nedeni ile malzeme arkın değdiği noktada kalınlık boyunca lokal olarak ergiyor, plazma jetinin hızı ergimiş metali basınçla iterek uzaklaştırıyordu. Böylece malzeme kesilmiş oluyordu. Bu gelişmeyi takiben ilk plazma torçları piyasaya sunulmaya başlandı. Bu kesme metodu çok kalın malzemelerde bile yüksek hızlarda kesme olanağı sağlıyordu. Konvansiyonel plazma kesimi olarakta tanınan bu teknik 1970 li yıllara kadar yaygın olarak kullanıldı. Bu teknikte, plazma arkı kesim esnasında iyi kontrol edilemediği, ark konsantrasyonunun sürekliliği ve plazma ark akışının yoğunluğu sağlanamadığı için elde edilen malzemenin kalitesi hassas kesimler için kullanılmasında bir engel olmuştur. Bu nedenle başlangıçtan günümüze kadar çeşitli teknolojiler

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100 What is Plasma? The Fourth State of Matter

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125 Plazma Torch Tasarımı A. Soğutucu (su) girişi, B. Soğutucu (su) çıkışı, C. Plazma Gaz, D. Gaz, E. Kesme Yönü F. Kesilen Parça

126

127

128

129

130 Quality (In terms of tolerances & surface finish Machining Water Jet Punching/ Blanking Laser Plasma Cost

131

132

133 Cutting Flame Types Carburizing Flame Neutral Flame Neutral Flame with Oxygen Cutting Stream Oxidizing Flame

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158 ESAB Welding & Cutting Products PLASMA Cutting & Gouging ESAB A CENTURY OF INNOVATION

159 THREE CUTTING METHODS MECHANICAL Saw, Drill, Punch, Shear CHEMICAL Oxy-Fuel THERMAL Plasma, Laser, Electron Beam

160 WHAT IS A PLASMA ARC? PLASMA - a fluid part of the blood PLASMA - an ionized gas (Air) When a gas is heated above 17,000 0 F, electrons are free to move. The gas conducts electricity

161 THE PLASMA SYSTEM AIR REGULATOR / FILTER POWER SOURCE/ CONTROL Work Clamp Torch SPARE PARTS KIT

162 GTAW (TIG) ARC TUNGSTEN ELECTRODE OPEN ARC GAS CUP SHIELDING GAS WELD PUDDLE

163 GTAW (TIG) ARC = OPEN ARC Excellent heat source - 35,000 0 F Arc lacks intensity or focus Arc lacks needed velocity to blow molten metal from kerf Excellent for welding - unsuitable for cutting or gouging

164 PLASMA = CONSTRICTED ARC Constriction focuses the arc Increases arc temperature Increases arc voltage Flow of gas controls plasma velocity

165 TEMPERATURE DIFFERENCE

166 THERMAL SOURCE REQUIREMENTS High temperature - to melt metal Highly focused and intense source - to make a narrow kerf High velocity gas stream - to blow the molten metal from the kerf

167 KERF The narrow cut or void left by the cutting process END VIEW OF A TYPICAL PLASMA KERF

168 DROSS FORMATION The molten metal that was blown through the kerf and sticks (welds itself) to the bottom edge of the plate Low travel speed - easily removed High travel speed - Very difficult to remove HIGH SPEED LOW SPEED

169 CONVENTIONAL TORCH

170 DUAL FLOW TORCH

171 HIGH FREQUENCY STARTING High Frequency (HF) starting requires an arc of about 10,000 volt at 1.5 MHz This high voltage arc jumps the electrode to nozzle gap and ionizes a path through the gas When the cutting tip touches the work piece the main arc flows through this ionized path The PT-31XL torch uses a HF start High Frequency PLASMA GAS (air) IONIZED GAS

172 PILOT ARC STARTING Pilot arc torches also require High Frequency to ionize the gas in the torch A low current (pilot arc) flows through the HF path. The plasma gas(air) blows this arc through the nozzle When the pilot arc comes close enough to the work piece the main cutting arc transfers and takes the place of the pilot arc Advantage - The cutting tip does not have to touch the work piece resulting in longer life PLASMA GAS PILOT ARC BRIGHT ZONE HOT PLASMA (CONDUCTIVE) The PT-25, 26, 27 and PT-121 torches use a PILOT ARC start.

173 PILOT ARC After two seconds of *preflow the HF energizes and the PILOT ARC fires (Click on image to play video) * Preflow: The gas (air) flow prior to the High Frequency and Pilot Arc

174 OPERATING TIPS The Do's and Don'ts PT-25 / PT-26 / PT-27

175 TORCH SETUP With the POWER turned "OFF" - Check the torch consumables for wear and proper assembly

176 AIR SETUP With the POWER turned "ON" and the AIR CHECK switch in the "ON" position - set the air pressure per the instruction literature (usually psi.)

177 AIR SUPPLY Contaminated air supply will shorten electrode and nozzle life. Check filter bowl for water or oil. An additional air filter/dryer may be necessary. Available for less than $100.

178 WHEN TO CHANGE CONSUMABLES Cut speed and quality will deteriorate when the nozzle (tip) or electrode become damaged.

179 TECHNIQUE (Click on image to play video)

180 PLASMA TORCH ARC STARTING PILOT ARC - START PLACE TIP 1/4 ABOVE PLATE - DO NOT TOUCH PLATE! PT-25, 26, 27

181 EDGE STARTS Always start at the edge - With some metal under the tip PT-34, PT-31XL PT-25, PT-26 or PT-27

182 EDGE STARTS NEVER PLACE THE TIP OVER THE EDGE - WITHOUT METAL UNDER THE TIP PT-31XL, PT-34 PT-25, 26 or PT-27

183 PIERCE STARTS Never pierce with the torch in the vertical position and the tip touching the plate PT-25 PT-26 / PT-27

184 PIERCE STARTS ANGLE TORCH TO BLOW MOLTEN METAL AWAY FROM CUTTING TIP AND TORCH HEAD

185 Pierce Starts Angle torch to blow molten metal away from cutting tip and torch head NEVER pierce with the torch in the vertical position (Click on image to play video)

186 DRAG CUTTING Hold the tip against a straight edge Follow a template for irregular shapes (Click on image to play video)

187 DRAG CUTTING TECHNIQUE You can drag the PT-31XL or PT-34 torch on the plate Hold the tip against a straight edge Follow a template for irregular shapes

188 CUTTING WITH A CONSTANT STAND OFF Hold the torch nozzle approximately 5mm above the plate (Click on image to play video) Torch angled of 5 o to 15 o to plate surface

189 DRAG CUTTING WITH STAND OFF GUIDE Use stand off guide to optimize consumable life (Click on image to play video)

190 PLASMA ARC GOUGING

191 PLASMA GOUGES AL CS SS

192 Plasma Gouging Torch angled 30 o to plate surface Arc washes the surface instead of cutting (Click on image to play video) AL CS SS

193 PLASMA CUTTING vs GOUGING Plasma cutting Torch held 90 o to plate surface Smaller orifice produces highly constricted arc High arc force produces cut Plasma gouging Torch angled 30 o to plate surface Larger orifice produces softer wider arc Arc washes the surface instead of cutting

194 PLASMA GOUGING vs CARBON ARC GOUGING Lower fume levels Lower noise levels High quality surface Lower cost

195 ESAB Welding & Cutting Products THE END Thank You ESAB A CENTURY OF INNOVATION