Takım Tezgahları modern imalat yöntemleri - plazmalar TAKIM TEZGAHLARI BÖLÜM 10 ALIŞILMAMIŞ İMALAT YÖNTEMLERİ (MODERN TEZGAHLAR) PLAZMA İLE KESİM, PLAZMA TEZGAHLARI Öğr.Gör. Ömer ERKANPlazma 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 ışın 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. Alışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEPlazma Kesme Elektriği ileten tüm metallere uygulanan prensiplerin çoğu plazmalar için de geçerlidir, plazma manyetik ve elektrik alanlardan etkilenir. Plazmalar sıcaklıklarına göre ve hacimlerindeki yüklü parçacık sayısına göre sınıflandırılırlar Florasan lambalarındaki ışıldama, kaynak sırasında görülen mavi ışık, yıldırım ve şimşek de birer plazmadır. Alışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEPlazma Kesme 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, iş makineleri sektörü, basınçlı kap sanayi gibi imalat sektörlerinde yoğunlukla kullanılmaktadır. Alışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEPlazma Kesme En yaygın olarak, sektörde yapılan plazma ile sac kesim işleminde 2-150 mm kalınlık aralığında olan metal sacların kesimi gerçekleştirilir.PLAZMA -OKSİJEN KESİM NASIL GERÇEKLEŞİR? Plazma ile kesme metodu iletken metallerin kesiminde kullanılan termal bir kesme yöntemidir. 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.Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma Kesme Kalınlığa göre kesme aralıklarıPLAZMA İLE SAC KESME SİSTEMİ Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma Kesme• Güç kaynağı: Bir doğru akım kaynağıdır . Yüksek gerilimde sabit doğru akım sağlar . Görevi iyonizasyon sonrası plazmanın devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi sağlamaktır . Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma kesme• Yüksek frekans ateşleme devresi: 2MHz de 5000 ile 10000 volt arası alternatif akım oluşturan devredir . Taşıyıcı gazın iyonlaşması için gerekli pilot arkı ateşler . • Gaz konsolu: Taşıyıcı(plazma) ve koruyucu gazın akışını hızlarını, karışım oranlarını ayarlamak ve plazma gazlarını seçmek için kullanılır . Günümüz plazma kesim makineleri elektronik kontrollüdür Plazma kesme• Torç: İçinde 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 koruyucu gaz ve soğutma sıvısı akışını da sağlar . Gövde için özel tasarlanmış kanallar ve elektrik bağlantıları vardır . Taşıyıcı sistem ve kontrol sistemi torç hareketini ve tüm sistemin kontrolünü sağlar . Soğutma sistemi de soğutucu sıvının sistem içerisinde dolaşmasını sağlar Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma kesme• 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 . Aşınma ve bozulma elektrot ucunda görülür Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma kesme• Lüle : Taşıyıcı gazı elektrot etrafında girdap etkisi vererek döndürerek iten yüzük şeklinde bir parçadır. Girdap etkisi arkı silindir şeklinde 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. Plazma kesme• 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 . Aşınma parçasıdır . Nozul ömrü de ateşleme sayısı ile ifade edilir Plazma kesme• Koruyucu kap ve başlığı: Nozulun dışında yer alır . Kesilen malzeme ile nozulun arasında yalıtıcı olarak görev yapar . Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma kesmeTaşınan Ark Metodu Plazma kesim işleminin başlaması, güç kaynağından gelen bir sinyal eş zamanlı olarak açık devre gerilimini açar ve plazma kesim makinesinin torcuna gaz akışı başlar. Sistemde nozul ve malzeme güç kaynağının pozitif kutbuna, elektrot ise negatif kutbuna bağlıdır. Taşıyıcı gaz nozul ve elektrot arasında arasındaki boşluktan geçerek nozul ağzından akamaya başlar. Bu esnada yüksek frekans ateşleme devresi, nozul ile elektrot arasında yüksek frekansta arklar oluşturur. Alışılmamış imalat yöntemleri• Taşıyıcı gaz bu arklardan gelen enerji ile kısmen iyonize olur. Yüksek akış hızındaki gaz itme etkisiyle bu akım yolunun pozitif kutbunu dışarıya (nozuldan) plazma ile kesimi yapılan metal yüzeye) doğru yöneltir. Pozitif kutuptaki malzeme ile artık akım devresi tamamlanmış olur ve yüksek frekans devresi kapanır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu sonucu plazma oluşumu doğru akım devresinden gelen enerji ile sağlanır. Bu şekilde elde edilen plazma metoduna taşınan ark metodu denir. Taşınan Ark Metodu Alışılmamış imalat yöntemleriTaşınan Ark Metodu • Plazma kesim işlemi, plazmanın yüksek sıcaklığı nedeniyle metal yüzeyi lokal olarak ergitmesi ve yüksek akış hızındaki taşıyıcı gazın ergimiş metali püskürterek malzemede bir delik açması ile başlar. Bu esnada torç taşıyıcı sistem ile arkın sürekliliğini kaybetmeyecek bir hızda hareket ettirerek kesme işlemini gerçekleştirir. Plazma kesim işlemi genel itibarı ile taşınan ark metodu ile gerçekleşmektedir. Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma kesme Taşınamayan Ark Metodu Plazma arkı malzemeye yani kesimi ya da delimi yapılacak metale transfer edilmeden nozul ile elektrot arasında başlar ve akan gaz etkisi ile sürekliliğini kaybetmeyecek şekilde plazma torç ucunda alev şeklinde çıkar. Genel olarak bu metot iletken olmayan malzemelerde kullanılır. Yüzey kaplama işleminde kullanılması uygundur. Kesmede yaygın olarak kullanılmamasının nedeni plazma ark yoğunluğunun kontrol edilememesidir.Alışılmamış imalat yöntemleri Plazma kesme 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 işlemeden 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.PLAZMA İLE KESMEDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLİKLERİ İyi 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 kesme Plazma torcunun teknolojisine göre de kullanılan gazların karışım oranları da değişebilir. Plazma ile kesmede en çok kullanılan gazlar hava, azot, oksijen ve argon-hidrojendir Plazma ile kesmede önemli parametreler arasındaki ilişkiler kesmede elde edilecek kaliteyi tanımlar . PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELERa) 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 . PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELERb) Güç kaynağı parametreleri PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELER• Standoff, malzeme-torç arası uzaklığı belirler . Otomasyona yönelik sistemlerde kesme işlemi başlamadan bu mesafe bir sonda sistemi ile ayarlanır . Kesme başladıktan sonra ise standoff mesafesini torç yükseklik kontrol sistemi kontrol eder . Geribildirim döngüsünden gelen anlık gerilim değerini verilen değer ile kıyaslar ve bu değere göre yükseklik ayarlanır b) Güç kaynağı parametreleri PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELER• Standoff malzemeye ve kalınlığına, kullanılan torç tipine göre tablolarda kesme öncesi için mm olarak, kesme süresince kullanılmak içinse gerilim birimi ile belirtilir b) Güç kaynağı parametreleri PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELER• Akım Şiddeti (I) plazma sisteminin gücünü belirler . Malzemeye transfer edilen birim zamandaki enerji daha yüksek olduğundan aynı kalınlıktaki malzeme için kesme hızı akım şiddeti değeri ile artar . Değer yükseldikçe kesilebilecek malzeme kalınlığı da artar . b) Güç kaynağı parametreleri PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELER• Kesme sonrası metalin kesme yüzeylerinin kalitesini 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 işlemi tamamlanmadan torç hızla ilerlediği için alt kısımlarda malzeme tekrar katılaşarak yarığı doldurur ya da kalın çapak oluşumu gözlenir . c) Kesme Hızı PLAZMA İLE KESMEDE ÖNEMLİ PARAMETRELERAlışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE Kesimde kaliteyi belirleyen en önemli faktörler Kesme yüzeyi açısı (diklik) Pürüzsüzlük Kesme hattı çizgileri Üst kesme kenarı yuvarlaklığı Çapak Kesme aralığıAlışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • CNC plazma kesim işleminde, kesme yüzeyinde oluşan eğim miktarıdır. Genel olarak diklik değeri ile belirlenir. Pratik değerler vermek gerekirse CNC plazma kesimdeki eğim malzeme tarafında 1-3 derece atıl malzeme tarafında 3-8 derece arasında değişir. Düz akış içeren torçlarda ise 4-8 derece arasında kesim açısı ortaya çıkması normal kabul edilir. Kesme Yüzeyi Açısı Alışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • Aşağıda verilen örnekte 20 mm kalınlığında parça ile 40 mm parça arasında plazma kesme sonucunda alt ve üst kenarlar arasındaki ölçü farkları gösterilmiştir (ölçüler mm olarak verilmiştir).Alışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • Kesilen yüzeyin üst ya da alt yüzeyinde standartlarda tanınmış mesafe ve aralıklarda ölçülür. Genel olarak bu değeri kesme hızı, gaz akış hızı, torç hareketleri belirler ve etkiler. Pürüzsüzlük Alışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • Kesilen sac malzeme kesme yüzeyi boyunca oluşan dalgalanmadır. Kullanılan gaz, güç kaynağı çıkışındaki süreklilik, torç yapısı, mekanik sistemdeki sarsılma (titreşim) tamamen bu konudaki kaliteyi etkiler. Kesme hattı çizgileri 36 • Plazma kesimde karakteristik bir özellik olup malzemenin üst yüzeyinin plazma arkı ile daha uzun süre etkileşimi yüzünden oluşur. Bu yuvarlaklık ince yani düşük kalınlıktaki yüzeylerde daha çok kendisini gösterir. CNC plazma da bu etki en az düzeyde görünür. Üst Kesme Kenarı YuvarlaklığıAlışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • Plazma kesim esnasında plazmanın keserek erittiği metalin eriyerek kesimi yapılan yüzeyin arka yüzeyine yoğuşarak yapışmasından oluşur. Kesme hızına, gaz seçimine, akım şiddetine ve malzeme türüne göre çapaklanma azalır yada çoğalır. ÇapakAlışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • Plazma kesim esnasında plazmanın metali keserken oluşturduğu açıklıktır . Nozul ağzı açıklığının bir ya da iki katı kadar bir kesme aralığı oluşması normal olup daha fazla olması durumu tersine çevirir . Torç ile kesimi yapılan metal kısım arasındaki açıklık da önemlidir . Akım şiddeti kesme hızı da plazma kesimde kaliteyi belirler birer unsur olur . Kesme aralığıAlışılmamış imalat yöntemleri PLAZMA İLE KESMEDE KALİTE • Kesilen sac malzeme kesme yüzeyi boyunca oluşan dalgalanmadır. Kullanılan gaz, güç kaynağı çıkışındaki süreklilik, torç yapısı, mekanik sistemdeki sarsılma (titreşim) tamamen bu konudaki kaliteyi etkiler. Kesme hattı çizgileri BÖLÜM 10 SONU BÖLÜM 11 ALIŞILMAMIŞ (MODERN) İMALAT YÖNTEMLERİ SU JETİ İLE İŞLEME, SU JETİ TEZGAHLARI 4041