استكشاف مشكلات جودة القطع وإصلاحها - زاوية القطع

تنفق العديد من ورش التصنيع الكثير من الوقت والمال في إعادة تشغيل الأجزاء التي تم قطعها على ماكينة البلازما لإزالة الشوائب أو تصحيح عدم دقة الأبعاد. ترجع بعض مشكلات جودة القطع هذه إلى مشكلات ميكانيكية وكهربائية في ماكينة قطع قديمة أو سيئة الصيانة، بينما يرتبط البعض الآخر بعملية البلازما نفسها. ومع وجود هذا العدد الكبير من المتغيرات المؤثرة في جودة القطع، من أين يبدأ مشغل مشعل البلازما في استكشاف مشكلة جودة القطع وإصلاحها؟ نستعرض هنا متغيرات العملية الهامة التي تؤثر على دقة أبعاد الجزء المقطوع بالبلازما. من خلال التحكم بعناية في هذه المتغيرات، يمكن للمشغل تقليل مشكلات الأبعاد، وما يرتبط بها من تكاليف في العمليات الثانوية أو أجزاء الخردة، إلى أدنى درجة أو التخلص منها.

الشق هو الفراغ الناتج عن عملية القطع بالبلازما، أو مقدار المعدن الذي يزيله قوس البلازما. قوس البلازما ديناميكي (يتغير حجمه وشكله تبعًا لشدة التيار والجهد الكهربائي وتدفق الغاز وسرعة حركة المشعل) وبالتالي كلما تغير عمود قوس البلازما تغير عرض الشق. كما أن مقاس الفوهة يؤثر تأثيرًا مباشرًا على عرض الشق لأن فتحة الفوهة تضيّق نفث غاز البلازما إلى قطر محدد. (يتم تحديد حجم الفوهات وفقًا لشدة التيار المقررة: كلما زاد قطر الفتحة زادت القدرة التي يمكنها تحملها.) قاعدة عامة جيدة لتقدير عرض الشق هي ضرب مقاس فتحة الفوهة في مُعامل 1,5. على سبيل المثال، فوهة هواء بقدرة 200 أمبير وفتحة ‎0,086 بوصة سيكون عرض الشق لها حوالي ‎0,129 بوصة.

تحتوي أنظمة تحكم CNC للقطع بقوس البلازما على معيار قابل للضبط يُسمى تعويض الشق. يُدخل المشغّل أو المبرمج قيمة لتعويض الشق تكون عادة مساوية لعرض الشق (بعض أنظمة التحكم تستخدم ‎_‎ عرض الشق). ثم يحسب نظام CNC تلقائيًا لتعويض عرض القطع مع إبقاء الشق على جهة الهالك من الجزء. للعثور على قيمة تعويض الشق المناسب، غالبًا ما يستخدم المشغلون طريقة التجربة والخطأ. حيث يقومون أولاً بتقدير الشق باستخدام القاعدة الأساسية أو بقياسه فعليًا للحصول على قيمة ابتدائية. بعد ذلك يقطعون عينات اختبار ويقيسونها، ثم يزيدون أو يُخفِّضون تعويض الشق ويكررون العملية حتى تصبح أبعاد الجزء صحيحة.

شق أوسع من اللازم (الجزء أصغر من المطلوب)

يمكن أن تكون هذه المشكلة ناتجة عن تآكل الفوهة أو مسافة ارتفاع كبيرة للمشعل (جهد قوس مرتفع)، أو تيار عالٍ، أو تدفق غاز غير كافٍ، أو سرعة منخفضة. سيؤدي كل من هذه المتغيرات إلى تمدد عمود القوس، مما يتسبب في اتساع الشق. ستؤدي قيمة تعويض شق غير صحيحة (صغيرة) أيضًا إلى جزء أصغر من المطلوب. شق أضيق من اللازم (الجزء كبير جدًا). قد تنتج هذه المشكلة عن مسافة ارتفاع صغيرة للمشعل (جهد قوس منخفض)، أو تيار غير كافٍ، أو تدفق غاز مفرط، أو سرعة عالية. تتسبب هذه المتغيرات في انكماش عمود القوس، مما يضيق الشق. ستؤدي قيمة تعويض شق (كبيرة) غير صحيحة أيضًا إلى جزء أكبر من المطلوب.

زاوية الشطف هي زاوية حافة القطع

القطع بزاوية شطف 0° يكون قطعًا مستقيمًا عموديًا على مستوى المادة. تستخدم معظم مشاعل البلازما تدفقًا حلزونيًا لغاز البلازما باتجاه عقارب الساعة، مما ينتج قطعًا أكثر استقامة على الجانب الأيمن من الشق بالنسبة إلى اتجاه حركة المشعل للأمام. تتراوح زوايا الشطف النموذجية لمشاعل البلازما التقليدية بين 1-3 درجات على الجانب "الجيد" من القطع و3-8 درجات على الجانب "الرديء" من القطع. يمكن لأنظمة القطع بالبلازما عالية نطاقات التفاوت المسموح تحقيق زوايا شطف أقل أيضًا. على الرغم من أن وجود مقدار من الشطف يُعد سمة ملازمة لعملية البلازما بسبب شكل نفث الغاز عند خروجه من فوهة المشعل، فإنه يمكن تقليله لأدنى درجة. قد تشير زاوية الشطف الأكبر من 5 درجات إلى وجود مشكلة في مقاييس ماكينة PAC.

شطف موجب (مفرط)

شطف موجب - الجزء العلوي من القطعة أصغر من الجزء السفلي

يمكن أن تكون هذه المشكلة ناتجة عن تآكل الفوهة أو مسافة ارتفاع كبيرة للمشعل (جهد قوس مرتفع)، أو تيار غير كافٍ، أو سرعة عالية. تتسبب جميع هذه المتغيرات في تأخر القوس مما يتسبب في وصول طاقة أكبر إلى أعلى الشق مقارنة بأسفله. ونتيجة لذلك، يكون الشق عريضًا من الأعلى وضيقًا من الأسفل. قد يتسبب اتجاه القطع غير الصحيح حول الجزء أيضًا في زيادة زاوية الشطف الموجب. قد يحتوي الجزء ذو الشطف الموجب المفرط حول محيطه على خرزة صلبة من الخَبث الناتج عن السرعة المرتفعة عند حافته السفلية.

شطف سالب

شطف سالب - الجزء السفلي من القطعة أصغر من الجزء العلوي، تجويف سفلي

قد تنتج هذه المشكلة عن مسافة ارتفاع صغيرة للمشعل (جهد قوس منخفض)، أو تيار عالٍ، أو سرعة منخفضة. تتسبب هذه المقاييس في إزالة القوس لمقدار أكبر من المادة عند أسفل اللوح. عادةً ما يصاحب الشطف السالب المتسق حول الجزء شوائب ناتجة عن السرعة المنخفضة.

شطف غير منتظم

سطح قطع موجب - شطف موجب وسالب في نفس القطعة

تشير هذه المشكلة عادةً إلى تلف الفوهة، أو عدم تعامد المشعل، أو أن القطب الكهربائي والفوهة غير متحاذيين. تتسبب هذه المتغيرات في انحراف القوس عن مسار مستقيم عبر المادة. غالبًا ما يكون أحد جانبي الجزء المربع ذا شطف موجب والجانب المقابل ذا شطف سالب. يبدو المقطع العرضي للجزء على شكل متوازي أضلاع بدلاً من مستطيل. في بعض الأحيان، قد لا يكون سطح القطع مسطحًا، بل يكون مقعرًا من جانب ومحدبًا من الجانب الآخر. تُعد هذه مؤشرات على أجزاء متآكلة بشدة أو غير متحاذية.