Plazma Kesim Nedir? Çelik ve Metal Plazma Kesimi

Metal kesimi, kendi başına oldukça çeşitli bir alandır ve temelde iki farklı gruba ayrılır: termal kesim ve mekanik kesim. Bu iki yöntem arasındaki en büyük fark, kesim işlemini ele alış biçimleridir. Bu makalenin konusu olan plazma kesim, ionize gaz kullanarak metalin kesilmesini sağlayan bir termal kesim yöntemidir.

Metal Plazma Kesiminin Temelleri

Plazma kesim, genel olarak hem sac metallerin hem de kalın metal levhaların kesiminde yaygın şekilde kullanılan bir kesme tekniğidir. Elbette bu yöntemin kendine özgü avantajları ve dezavantajları bulunur, ancak öncelikle plazmanın ne olduğunu açıklamak gerekir.

Hepimizin bildiği üç temel madde hali gaz, katı ve sıvıdır ancak madde yalnızca bunlarla sınırlı değildir. Plazma, maddenin dördüncü hali olarak tanımlanır ve doğal olarak Dünya atmosferinin yüksek katmanlarında bulunur. Bunun yanında yıldırım ve yüksek sıcaklıktaki ateşlerde de plazmaya rastlanabilir.

Gaz, yoğun bir şekilde ısıtıldığında plazmaya dönüşebilir. Bu nedenle plazma, genellikle “elektrik ileten iyonize gaz benzeri bir madde” olarak tanımlanır.

Plazma, günlük yaşamda da sıkça karşımıza çıkar. Neon tabelalar, plazma televizyonlar, floresan lambalar gibi birçok cihazda plazma teknolojisi kullanılmaktadır. Plazmanın, yalnızca plazma kesim makinelerinde değil, çevremizdeki pek çok farklı cihazda da kullanıldığı görülmektedir.

Plazma Kesimi Teknik Özellikleri

Çelikte plazma ile kesme işleminin temel prensipleri oldukça basittir. Öncelikle belirli bir gaz, dar bir nozuldan geçirilerek plazma akışı oluşturulur. Ardından, harici bir güç kaynağı ile yeterli şiddette elektrik akımı sağlanır ve gaz iyonlaştırılarak plazma elde edilir. Bu nedenle bu işleme “plazma ark kesme” de denir. Kesme işlemi iki aşamadan oluşur: İlk olarak, plazma ile iş parçası eritilir; sonrasında ise eriyen metal akışkan bir gazla uzaklaştırılır.

Temel bir plazma kesme sürecinde üç ana parça bulunur: güç kaynağı, başlatma devresi ve torç. Güç kaynağının temel görevi, iyonizasyon işlemi sonrasında plazma arkının devamlılığını sağlamak için gerekli enerjiyi temin etmektir. En yaygın açık devre voltajı genellikle 240 ila 400 VDC (Doğru Akım Voltajı) aralığındadır.

Başlatma devresi, yüksek yoğunluklu pilot ark oluşturarak akan gazı iyonize etmek için kullanılır. Başlatma devresinde, hareketli elektrot veya “blowback start” gibi tekniklerle iyonizasyon işlemi başlatılır. Çoğu durumda, üretilen AC voltaj 5000 ile 10000 volt arasında ve yaklaşık 2 MHz frekanstadır.

Son olarak, torç plazma kesicinin diğer parçalarını bir arada tutan, elektrot ile sarf nozulu taşıyan ve plazma arkını kontrol eden ana bölümdür. Aynı zamanda sistemin soğutulmasında da görev alır. Bu amaçla su veya gaz kullanılabilir.

Plazma Kesme Prosesi Varyasyonları

Metal plazma ile kesme işlemi her ne kadar yaygın olarak kullanılsa da, kesme hızı, kesim kalitesi ve ark kararlılığı gibi alanlarda hâlâ gelişime açıktır. Bu nedenle, farklı avantajlar sunan çeşitli plazma kesim yöntemleri geliştirilmiştir:

Su Enjeksiyonu
Geleneksel çelik plazma kesiminden farklı olarak, bu yöntemde plazma arkına su püskürtülür. Bu sayede plazma daha fazla sıkıştırılır ve genel sıcaklık 30.000 dereceye kadar çıkar. Ek olarak, kesme hızı artar, nozul aşınması azalır ve kesim kalitesi yükselir.
 
Hava Plazması
Plazma oluşumunda kullanılan gazın yerine hava kullanılabilir. Soğutma için de su yerine hava tercih edilebilir. Ancak bu sistemde özel elektrotlar kullanmak gerekir. Genellikle bakır gövdede hafniyum veya zirkonyum tercih edilir. Havanın maliyeti düşük olsa da, standart tungsten elektrota kıyasla hafniyum uçlu elektrot daha pahalı olduğu için toplam maliyet avantajı her zaman sağlanmaz.
 
Çift Gaz
Burada, ana gaz akışına ek olarak nozül çevresine ikinci bir gaz akışı sağlanır. Bu uygulama, ergiyik malzemenin daha etkili uzaklaştırılmasına ve plazma arkının daha dar bir formda tutulmasına yardımcı olur. Kesme hızını artırır ve üst kenarlarda yuvarlanmayı azaltır.
 
Su Perdesi
Su sadece plazma akışına enjekte edilmek zorunda değildir. Nozul çevresinde perde olarak da kullanılabilir. Bu yöntem, gürültüyü ve dumanı azaltır, nozulların ömrünü uzatır. Alternatif olarak, iş parçası tamamen yaklaşık 60 mm suyun altına daldırılarak da kesilebilir. Ancak su perdesi, sıkıştırma üzerinde etkili olmadığı için kesme hızı ve kalitesinde belirgin bir iyileşme sağlamaz.
 
Yüksek Toleranslı Plazma
Farklı kesme teknolojileri karşılaştırıldığında, lazer kesimin en hassas ve yüksek kaliteli sonuç verdiği görülür. Yüksek toleranslı plazma ark kesimi (HTPAC) ise lazer ile termal kesim arasındaki kalite farkını azaltmak için geliştirilmiştir. HTPAC, nozuldan çok ince ve döner şekilde çıkan bir plazma akışı üretir. Bazı özel uygulamalarda, ark çevresinde manyetik alan kullanılarak plazma jetinin kararlılığı ve dönüş hızı korunur. Kesim kalitesi klasik plazmaya göre daha iyidir ve malzeme deformasyonu daha azdır fakat 6 mm’den kalın malzemeler kesilemez ve kesme hızı standart plazma kesime göre daha düşüktür.

Yaygın Plazma Kesme Yazılımı Özellikleri

Plazma kesiminde sıkça karşılaşılan yazılımlardan biri, CAD/CAM yerleştirme (nesting) yazılımıdır. Bu yazılımlar, plazma kesim sürecinin neredeyse tüm aşamalarını planlama ve kontrol etme imkânı sunar. Ayarlanabilen başlıca parametreler arasında kesme hızı, kesme yüksekliği, gaz ön akışı, ark akımı, delme tipi, voltaj gibi birçok değişken bulunur.

Plazma kesim yazılımlarının genellikle sunduğu diğer özellikler arasında köprü kesimi, iskelet kesimi, çarpışma önleme, çoklu kafa ile kesim, zincir kesim, ortak hat üzerinden kesim gibi gelişmiş fonksiyonlar da yer alır.

Tüm bu özellikler sayesinde, plazma kesim sürecinin genelinde daha kolay kurulum, daha yüksek kesim kalitesi ve daha hızlı üretim döngüleri elde edilir. Böylece süreç hem optimize edilir hem de verimlilik artar.

Plazma kesim, birçok sektörde ve pazarda yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Uygulama alanları arasında:

  • İnşaat ekipmanları
  • Boru ve boru hatları
  • Genel imalat
  • Tarım ve hayvancılık
  • Tabela ve süs eşyaları üretimi
  • Altyapı inşaatları
  • Gemi yapımı
  • Isıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC)
  • Madencilik
  • Çelik konstrüksiyon

ve birçok farklı sektörde yer alır. 

Plazma kesim süreci nispeten karmaşık olmasına rağmen, plazma kesim cihazları ve hizmetleri pazarı oldukça geniştir ve yüksek rekabete sahiptir. Günümüzde plazma kesim ve diğer metal kesim yöntemleri, hem günlük hayatta kullanılan çok sayıda parça ve cihazın üretiminde, hem de uzun vadeli projelerde, örneğin bina ve altyapı çalışmalarında yaygın şekilde kullanılmaktadır.