تتمثل إحدى أكثر المشكلات شيوعًا وإزعاجًا في القطع بقوس البلازما (PAC) في قِصر العمر الافتراضي للأجزاء. تؤثر هذه المشكلة سلبًا على الشركة المصنعة من خلال زيادة تكلفة المواد الاستهلاكية ووقت توقف الماكينة لتغيير الأجزاء واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. تحتفظ معظم الشركات بسجل لعمر الأجزاء استنادًا إلى عدد مرات الثقب أو زمن تشغيل القوس أو عدد الألواح التي تمت معالجتها. عادةً ما يكون المشغل أول من يعرف عندما لا تدوم الأجزاء كما هو متوقع. فيما يلي بعض النصائح الفنية لمساعدة المشغل أو الصيانة على استكشاف مشكلة العمر الافتراضي وإصلاحها.
تحذير! اقرأ جميع معلومات السلامة الواردة في دليل التشغيل قبل تشغيل معدات PAC أو إصلاحها. تستخدم أنظمة PAC جهدًا عاليًا وتيارًا مستمرًا (DC). قد تؤدي الصدمة الكهربائية إلى الإصابة أو الوفاة.
العَرَض
يتلف القطب الكهربائي والفوهة مبكرًا، مما يتسبب في تدهور جودة القطع أو فشل في الثقب أو فقدان مفاجئ للقوس في منتصف عملية القطع.
الخلفية
يحمل القطب الكهربائي الشحنة السالبة للتيار المستمر من وحدة الإمداد بالطاقة. وهو يتكون من حامل نحاسي يحتوي على عنصر باعث من الهافنيوم أو التنجستن - وهما معدنان ذوَا درجة انصهار عالية يحافظان على القوس. يتآكل العنصر الباعث تدريجيًا ببطء بفعل حرارة القوس وتدفق غاز البلازما عالي السرعة. أثناء التآكل الطبيعي، يتكون تجويف مقعر صغير في نهاية الجزء والذي يتآكل تدريجيًا بمقدار بضعة أجزاء من الألف من البوصة في كل مرة حتى يصل إلى عمق 0,040 إلى 0,125 بوصة. عندما يصبح التجويف عميقًا جدًا يلتصق القوس بالحامل النحاسي ويقوم بصهره. يُعد القطب الكهربائي "تالفًا" عندما لا يعد قادرًا على بدء القوس والحفاظ عليه. من الممارسات الجيدة إزالة القطب الكهربائي قبل تلفه.
تعمل الفوهة على تركيز نفث البلازما. يجب أن تكون الفتحة الموجودة في الفوهة مستديرة تمامًا ومتحدة المركز. يُعد كلٌّ من قطر الفتحة وطولها عاملين حاسمين: إذ أن أي تلف في فتحة الفوهة سيؤثر على شكل القوس وبالتالي على جودة القطعة المقطوعة. يمر قوس البلازما عبر الفوهة دون ملامسة المادة النحاسية لأن جدران الفوهة محمية بطبقة محيطة من غاز دوامي. إذا لامس القوس الفوهة فسوف يُذيب جزءًا من المادة. يتمثل التآكل الطبيعي للفوهة في شطف طفيف أو اتساع فتحة الفوهة عند الحافة الأمامية. يحدث بعض التلف بسطح الجزء أثناء كل قوس ابتدائي، مما يسبب تغيّر لون حراري حول فتحة الفوهة. قد تتراكم رواسب أكسيد الهافنيوم على السطح الداخلي مما يسبب اضطرابًا في تدفق الغاز. تُعد الفوهة "تالفة" عندما لا تعد تنتج قوسًا مستقيمًا وقطعًا دقيقًا جيدًا.
العمر الطبيعي للأجزاء في أنظمة البلازما الحديثة العاملة بالهواء والأكسجين هو ساعة واحدة إلى ساعتين من زمن تشغيل القوس وعدة مئات من مرات الثقب. يمكن لبعض الأنظمة أن تصل إلى 1000 عملية بدء تشغيل أو أكثر قبل الحاجة إلى تغيير الأجزاء.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها
تتمثل الخطوة الأولى في حل أي مشكلة في عمر الأجزاء في فحص الأجزاء بدقة وتحديد الجزء المعني التالف. عادةً ما توفر الأجزاء دلائل مرئية على السبب الجذري للتلف.
هناك 3 حالات محتملة:
الحالة الأولى: القطب الكهربائي رديء والفوهة رديئة
إذا كشف فحص خدمة الأجزاء أن كلاً من القطب الكهربائي والفوهة متآكلان بشدة، فمن المحتمل أن يكون القطب الكهربائي هو السبب في تلف الفوهة. وبما أن القطب الكهربائي يوجد في موضع قبلي بالنسبة للفوهة، فإنه يتسبب في إتلافها عندما تُقذف مادة منصهرة من نهاية الجزء وتترسّب داخل الفوهة. وعند التشغيل لفترة طويلة بما فيه الكفاية، ستتلف جميع الأجزاء بهذه الطريقة.
إذا كان القطب الكهربائي به تجويف عميق وواسع وتحول لون النحاس إلى الأصفر القشي أو الأزرق أو الأسود نتيجة للسخونة المفرطة، فالسبب المُرجَّح هو انخفاض تدفق سائل التبريد. في الحالات الشديدة قد تنصهر نهاية القطب الكهربائي. تحقق من معدل تدفق وسيط التبريد. في المشاعل المبردة بالماء، افحص معدل تدفق ماء التبريد باستخدام اختبار الدلو عند خط الرجوع إلى خزان سائل التبريد. إذا لم يكن مطابقًا للمواصفة، فتحقق من وجود مشكلات في المضخة أو انثناءات في الخراطيم أو تسريبات أو فلاتر مسدودة أو أي إعاقات أخرى. في المشاعل المبردة بالغاز، افحص انخفاض تدفق الغاز.
تشير النقر الصغيرة المنتشرة على نهاية القطب الكهربائي مع تلف مقابل في داخل الفوهة إلى انخفاض تدفق الغاز. يؤدي انخفاض تدفق الغاز إلى حدوث قوس غير متحكم فيه بين الفوهة والقطب الكهربائي. تحقق من معدلات تدفق الغاز إلى المشعل. وأفضل طريقة للقيام بذلك هي استخدام مقياس تدفق (0–400 قدم³/ساعة) مع خرطوم يُوضع على مخرج المشعل بينما النظام في وضع الاختبار. إذا لم يكن ذلك متاحًا، يمكن إجراء فحص سريع بتحسس تدفق الغاز عند مخرج المشعل مع تشغيل غاز البلازما فقط. يجب أن تشعر بتدفق غاز دوامي له قوة شفط فعلية.
إذا كان القطب الكهربائي يحتوي على طبقة سميكة من بقايا سوداء، فتحقّق من تلوث الغاز. أحد الفحوصات السريعة هو اختبار المنشفة الورقية. أمسك منشفة ورقية نظيفة أسفل المشعل بينما الغاز يتدفق عبر النظام. يجب ألا تظهر أي آثار للرطوبة أو التلوث.
الحالة الثانية: القطب الكهربائي جيد والفوهة رديئة
إذا بدا القطب الكهربائي بحالة شبه جديدة وكانت الفوهة تالفة بشدة، فالسبب الأرجح للعطل هو حدوث قوس مزدوج على الفوهة. يحدث ذلك عند ملامسة القوس للفوهة مما يؤدي إلى تآكل مادة النحاس من فتحة الفوهة.
يشير تلف الجزء الداخلي من الفوهة مثل وجود شق أو "فتحة مفتاح" إلى انخفاض الضغط في حجيرة البلازما، مما يسمح للقوس بالالتصاق بالفوهة. تحقق من عدم وجود تسريبات في خطوط الغاز من خلال تكييف ضغطها واستخدام ماء وصابون على جميع وصلات التركيب.
غالبًا ما يشير تلف الجزء الخارجي من الفوهة إلى وجود مشكلة في المسافة بين المشعل وسطح التشغيل. تحقق أولاً من ارتفاع الثقب؛ حيث يجب أن يكون ضعف ارتفاع القطع لتجنب تناثر المعدن. يُعد الثقب على ارتفاع منخفض جدًا السبب الأول لتلف الفوهة المبكر. تحقق من التشغيل الصحيح لنظام التحكم في ارتفاع المشعل. إذا قام المشعل بالثقب وهو مضغوط على اللوح أو احتك باللوح أثناء القطع فستتلف الفوهة على الفور.
إذا بدت الفوهة ساخنة للغاية، أو بلون القش، أو مائلة للأزرق أو الأسود، فتحقق من تدفق الغاز الواقي. يساعد الغاز الواقي على تبريد الفوهة وحماية مقدمة المشعل.
الحالة الثالثة: القطب الكهربائي رديء والفوهة جيدة
إذا كانت الفوهة في حالة جيدة ولكن القطب الكهربائي يحتوي على تجويف عميق متحد المركز، فقد يكون معدل تدفق غاز البلازما مرتفعًا جدًا. عند زيادة شدة دوامة غاز البلازما يتآكل العنصر بسرعة. وينتج عن ذلك نمط تآكل عميق سريع. تحقق من معدل التدفق الحجمي لغاز البلازما.
هناك أيضًا حالة رابعة: إذا بدا الجزآن بحالة شبه جديدة ولكن فشل المشعل في "الإشعال"، ونجحت مجموعة جديدة في إشعال المشعل، فإن المشكلة ليست في عمر الأجزاء بل في صعوبة الإشعال. غالبًا ما يتم التخلص من أقطاب كهربائية وفوهات سليمة تمامًا بسبب فشل الإشعال. وغالبًا ما تنتج صعوبة الإشعال عن زيادة ضغط البلازما أثناء مرحلة ما قبل التدفق عند إشعال المشعل. عادةً ما يحدث "تقطّع وتناثر" من المشعل ويواجه صعوبة في الإشعال.