تقضي العديد من ورش التصنيع الكثير من الوقت والمال في تجليخ الأجزاء التي تم قطعها على ماكينة البلازما ونقرها بالإزميل وصنفرتها لإزالة الشوائب عنها. ومع وجود هذا العدد الكبير من المتغيرات المؤثرة في جودة القطع، من أين يبدأ مشغل مشعل البلازما في استكشاف مشكلة الشوائب وإصلاحها؟ من خلال التحكم في متغيرات العملية الهامة، يمكن للمشغل تقليل الشوائب إلى أدنى درجة أو التخلص منه وخفض تكاليف العمليات الثانوية المرتبطة به.
الشوائب عبارة عن معدن منصهر مؤكسد أعيد تصلبه بعدما تَعذّر طرده بالكامل من الشق أثناء القطع. وهي أكثر مشكلات جودة القطع شيوعًا في القطع بالبلازما. قد تتكون الشوائب على شكل تراكم سميك فقاعي على طول الحافة السفلية للوح (شوائب ناتجة عن السرعة المنخفضة)، أو خرزة صغيرة صلبة من مادة غير مقطوعة (شوائب ناتجة عن السرعة العالية)، أو طبقة خفيفة على طول السطح العلوي للوح (تناثر علوي).
يعتمد تكوين الشوائب على العديد من متغيرات العملية بما في ذلك سرعة حركة المشعل ومسافة الارتفاع وشدة التيار والجهد وحالة المواد الاستهلاكية. كما يتأثر أيضًا بمتغيرات المواد مثل سُمك المادة ونوعها، والدرجة، والتركيب الكيميائي، وحالة السطح، والاستواء، وحتى التغيرات في درجة حرارة المادة أثناء القطع. ومع ذلك، فإن أهم ثلاثة متغيرات يجب مراعاتها في تكوّن الشوائب هي سرعة القطع وشدة التيار ومسافة الارتفاع.
الشوائب الناتجة عن السرعة المنخفضة
إذا كانت سرعة القطع منخفضة جدًا، يبدأ نفث البلازما في البحث عن مزيد من المادة لقطعها. يزيد قطر عمود القوس، مما يؤدي إلى توسيع الشق إلى درجة لا يعود معها الجزء عالي السرعة من نفث البلازما قادرًا على طرد المعدن المنصهر من منطقة القطع. ونتيجة لذلك، يبدأ هذا المعدن المنصهر في التراكم على طول الحافة السفلية للوح في صورة كتل سميكة. وهذا ما يُسمى بالشوائب الناتجة عن السرعة المنخفضة. عند السرعات المنخفضة جدًا ينطفئ القوس لعدم وجود معدن كافٍ للحفاظ على القوس المنتقل. تؤدي زيادة شدة التيار أو تقليل مسافة الارتفاع (مع ثبات سمك المادة وسرعة القطع) إلى نفس تأثير خفض سرعة القطع. حيث يتسبب كلا التغييرين في وصول طاقة أكبر من نفث البلازما إلى مساحة محددة من المادة خلال مدة زمنية معينة. كما يمكن أن تؤدي شدة التيار الزائدة أو مسافة الارتفاع الصغيرة إلى تكوّن الشوائب الناتجة عن السرعة المنخفضة. (وجود قدر بسيط من الشوائب الناتجة عن السرعة المنخفضة في زوايا القطع بالبلازما هو أمر طبيعي لأن السرعة لا تبقى ثابتة أثناء الانعطاف الحاد).
للتخلص من الشوائب الناتجة عن السرعة المنخفضة:
- زِد سرعة القطع بمقدار 5 بوصات/دقيقة في كل مرة
- ارفع مسافة الارتفاع بزيادة 1/16 في المرة أو ارفع الجهد بمقدار 5 فولت في المرة
- قلل شدة التيار بمقدار 10 أمبير في كل مرة
- إذا لم تؤدِّ أي من هذه الإجراءات إلى تحسين القطع، ففكّر في استخدام فوهة بمقاس أصغر
الشوائب الناتجة عن السرعة العالية
إذا كانت سرعة القطع عالية جدًا، يبدأ القوس في التأخر داخل الشق تاركًا خرزة صغيرة صلبة من مادة غير مقطوعة أو شوائب ملتفة على طول الحافة السفلية للوح. تكون الشوائب الناتجة عن السرعة العالية أكثر تماسكًا وعادةً ما يتطلب تشغيلاً ميكانيكيًا مكثفًا لإزالته. عند السرعات العالية للغاية، يصبح القوس غير مستقر ويبدأ في التذبذب صعودًا وهبوطًا داخل الشق مسببًا ذيلًا من الشرر والمعدن المنصهر. عند هذه السرعات قد يفشل القوس في اختراق المعدن أو ينطفئ.
كما يمكن أيضا أن تتسبب مسافة الارتفاع الكبيرة أو شدة التيار المنخفضة (بالنسبة لسُمك مادة وسرعة قطع محددين) في تكوّن الشوائب الناتجة عن السرعة العالية، لأن كلا هذين التغييرين يتسببان في تقليل طاقة نفث البلازما.
للتخلص من الشوائب الناتجة عن السرعة العالية:
- افحص الفوهة أولاً بحثًا عن علامات التآكل (تجريف أو زيادة قطر الفتحة أو فتحة بيضاوية)
- قلل سرعة القطع بمقدار 5 بوصة/دقيقة في كل مرة
- قلل مسافة الارتفاع بمقدار 1/16 بوصة في كل مرة أو قلل شدة التيار بمقدار 5 فولت في كل مرة
- زد شدة التيار (ولكن لا تتجاوز 95% من القدرة المقررة لفتحة الفوهة)
الشوائب المتناثرة على السطح العلوي
التناثر العلوي عبارة عن تراكم للمعادن التي أُعيد تصلبها وتتناثر على طول السطح العلوي للجزء المقطوع. عادةً ما يكون من السهل جدًا إزالته. غالبًا ما يكون السبب فوهة متآكلة أو سرعة قطع عالية أو مسافة ارتفاع كبيرة. ويرجع السبب في ذلك إلى التدفق الدوامي لنفث البلازما، والذي عند زاوية هجوم معينة يقذف المعدن المنصهر أمام الشق بدلًا من دفعه للأسفل عبره.
للتخلص من الشوائب المتناثرة على السطح العلوي:
- افحص الفوهة بحثًا عن علامات التآكل
- قلل سرعة القطع بمقدار 5 بوصة/دقيقة في كل مرة
- قلل مسافة الارتفاع بمقدار 1/16 بوصة في كل مرة أو قلل شدة التيار بمقدار 5 فولت في كل مرة
كيف تؤثر سرعة القطع على جودة القطع
 |
سرعة القطع مناسبة تمامًا
سرعة القطع عالية للغاية
سرعة القطع منخفضة للغاية |
نطاق القطع الخالي من الشوائب
بين حالتي الشوائب الناتجة عن السرعة العالية والسرعة المنخفضة يوجد نطاق للقطع الخالي من الشوائب أو للقطع بأقل قدر منها. يُعد تحديد هذا النطاق هو مفتاح تقليل الحاجة إلى العمليات الثانوية للأجزاء المقطوعة بالبلازما.
يختلف هذا النطاق باختلاف غاز البلازما المستخدم: فعلى سبيل المثال، يكون نطاق القطع الخالي من الشوائب ضيقًا نسبيًا مع غازات النيتروجين والبلازما الهوائية عند قطع الفولاذ الكربوني، بينما يكون نطاق القطع الخالي من الشوائب أوسع مع بلازما الأكسجين. (يتفاعل غاز بلازما الأكسجين مع الفولاذ الكربوني لينتج رذاذًا أدق من المعدن المنصهر، وتكون لكل قطرة قوة شد سطحي أقل، مما يسهل طرد هذا الرذاذ المنصهر من الشق).
كما يتأثر نطاق القطع الخالي من الشوائب بنوع المادة. فعلى سبيل المثال، يُقطع الفولاذ المدرفل على البارد بنظافة أكبر من الفولاذ المدرفل على الساخن، كما يُقطع الفولاذ المخلل بنظافة أكبر من الفولاذ غير المخلل.
لتحديد سرعة القطع المثلى:
- الطريقة الأولى: إجراء سلسلة من قطوعات الاختبار بسرعات مختلفة واختيار السرعة التي تعطي أنظف قطع. تُعد خطوط التأخر (نتوءات صغيرة على سطح القطع) مؤشرًا جيدًا على سرعة القطع. تنتج السرعات المنخفضة خطوط تأخر رأسية متعامدة مع مستوى اللوح. تنتج سرعات القطع العالية خطوط تأخر مائلة على شكل حرف S تمتد بالتوازي مع اللوح على طول الحافة السفلية. ومن خلال فحص خطوط التأخر يمكن للمشغل تحديد ما إذا كان يلزم زيادة السرعة أو خفضها للوصول إلى نطاق القطع الخالي من الشوائب. يميل العديد من المشغلين إلى إبطاء الماكينة عند أول ظهور للشوائب، لكن في كثير من الأحيان تكون زيادة السرعة ضرورية.
- الطريقة الثانية: مراقبة القوس (من خلال عدسة لحام مناسبة) أثناء القطع وتغيير السرعة ديناميكيًا للحصول على خصائص القوس المثلى. ولتحقيق ذلك، راقب زاوية القوس عند خروجه من الجانب السفلي لقطعة الشغل. إذا كنت تقوم بالقطع باستخدام غاز البلازما الهوائية، يجب أن يكون القوس عموديًا عند خروجه من أسفل القطع. مع النيتروجين أو الأرجون/الهيدروجين، يكون القوس المتأخر قليلاً هو الأفضل، ومع غاز بلازما الأكسجين تكون أفضل سرعة قطع هي التي تعطي قوسًا متقدمًا قليلاً.