Kā tiek sakārtota un darbojas plazmas metināšanas mašīna

Plazma fizikā ir ceturtais matērijas stāvoklis pēc cietām, šķidrām un gāzveida formām, ja notiek daļēja vai pilnīga barotnes jonizācija no iepriekš neitrālām molekulām un atomiem, ievērojot kvazineutralitātes nosacījumu: visu lādēto daļiņu tilpuma blīvums ir vienāds.

Metināšanas tehnoloģijā tiek izmantotas šādas zemas temperatūras (mazāk nekā miljons grādi pēc Kelvina skalas) plazmas:

• ļoti augsta elektrovadītspēja;

• ārējo magnētisko lauku spēcīga ietekme uz straumju plūsmu tajā, veicinot strūklu un slāņu veidošanos;

• kolektīvo efektu izpausme, kas izteikta ar magnētisko un elektrisko spēku pārsvaru pār gravitācijas.

Plazmas lāpu veidošanas un darbības principi

Šajā metināšanas metodē metālu sildīšanas avots līdz kušanas temperatūrai ir jonizētas gāzes plazmas loka, kas tiek virzīta pareizajā virzienā. To ražo ar īpašu ierīci, ko sauc par plasmatron vai plazmas lāpu.

Klasifikācija pēc loka veida

Pēc darbības principa plasmatron var būt tieša vai netieša darbība.

Pirmajā gadījumā ģeneratora ārējā lauka potenciālā atšķirība, radot apstākļus loka veidošanai, tiek piemērota tieši uz sagataves un gāzes degļa elektrodu. Sakarā ar to tiek palielināta struktūras dzesēšanas efektivitāte.

Otrajā metodē elektrisko spriegumu pieliek tikai starp degļa daļām, lai izveidotu plazmas strūklu. Sakarā ar to ir nepieciešams sarežģīt sprauslas mezgla dzesēšanas sistēmu.

Tiešas darbības plazmastroniem tiek izgatavota loka, kas aptuveni atgādina cilindrisku formu, nedaudz izplešoties apstrādājamā metāla virsmā.

Neitrālās elektriskās sprauslas iekšpusē notiek loka saspiešana un stabilizācija. Šajā gadījumā plazmas termiskās un kinētiskās enerģijas kombinācija tai rada paaugstinātu jaudu, kas ļauj metālam izkausēt dziļāk.

Netiešie degļi izveido plazmu koniskas strūklas formā, ko ieskauj lāpa, kas vērsta pret produktu. Strūklu izpūst plazmas straume, kas nāk no degļa.

Degļu dzesēšanas metožu klasifikācija

Plazmas augstās temperatūras dēļ tiek izmantotas dažādas plazmas lāpas detaļu atdzesēšanas metodes:

• pūš gaiss;

• siltuma noņemšana piespiedu ūdens cirkulācijas dēļ.

Gaisa dzesēšana ir lētāka, un visefektīvākā ir šķidrā dzesēšana, bet sarežģītākā.

Loka stabilizācijas metožu klasifikācija

Gāzes deglis nodrošina vienmērīgu, stabilu temperatūras kolonnu pēc lieluma un virziena ar stingru fiksāciju gar sprauslas un elektrodu asi.

Šajā nolūkā ir izstrādāti trīs veidu sprauslu modeļi, kas izmanto enerģiju:

1. gāze;

2. ūdens;

3. magnētiskais lauks.

Pirmajā metodē auksta gāzes plūsma, izpūšot plazmas kolonnu, to atdzesē un vienlaikus saspiež. Atkarībā no gāzes plūsmas virziena tiek izveidota stabilizācija:

1. aksiāls - ar kolonnas paralēlu pūšanu;

2. virpuļo, kad gāzes plūsma tiek veidota perpendikulārā virzienā.

Otrā metode efektīvāk saspiež loku un tiek izmantota plazmonos, ko izmanto metāla nogulsnēšanai vai griešanai.

Aksiālā stabilizācija ir labāk piemērota metālu metināšanai un virsmu pārklāšanai.

Divkāršā stabilizācijas shēma apvieno aksiālās un virpuļveida pazīmes. Lietojot to, gāzi var izvadīt trīs veidos:

• tikai caur galveno centrālo kanālu;

• caur abiem;

• tikai caur ārējiem.

Katra metode rada dažādas shēmas plazmas kolonnas saspiešanai.

Ūdens stabilizācija izmanto pretēji virpuļojoša šķidruma plūsmas.Šajā procesā radītais tvaiks palīdz izveidot plazmu ar kolonnu, kas sasilda līdz 50 tūkstošiem grādu pēc Kelvina skalas.

Būtisks šīs metodes trūkums ir intensīva katoda sadedzināšana. Šādām ierīcēm elektrods ir izgatavots no grafīta, izstrādājot mehānismus tā automātiskai tuvināšanai sagatavei, jo garums tiek nepārtraukti patērēts.

Tiek ņemtas vērā ar ūdeni stabilizētas plazmas lāpas ierīces:

• dizaina sarežģītība;

• zema elektroda padeves sistēmas uzticamība;

• loka ierosināšanas metožu sarežģītība.

Magnētiskā stabilizācija Tas darbojas virziena magnētiskā lauka dēļ, kas atrodas pāri loka kolonnas kustībai. Tās efektivitāte ir viszemākā, un sprauslā iebūvētais solenoīds ievērojami sarežģī plazmas lāpas ķēdi.

Tomēr magnētisko stabilizāciju izmanto, lai rotācijas kustību nodotu anoda vietai sprauslas sienās. Tas ļauj samazināt sprauslas materiāla eroziju, kas ietekmē plazmas strūklas tīrību.

Visas iepriekš apskatītās plazmastronu konstrukcijas ir loka konstrukcijas. Bet ir arī cits līdzīgu plazmas ģenerēšanas ierīču tips, pateicoties augstfrekvences strāvas enerģijai, kas iet caur induktora spoli. Šādus plazmastronus sauc par indukciju (HF), un loka izlādes izveidošanai viņiem nav nepieciešami elektrodi.

Viņiem nav īpašu priekšrocību, apstrādājot metālus, salīdzinot ar loka ierīcēm, un tos izmanto, lai risinātu atsevišķus tehnoloģiskos procesus, piemēram, tīru metālu pulverveida ražošanu.

Degļu dizaina iezīmes

Viena no plazmas lukturu veidiem darbība ir izskaidrojama ar zemāk redzamo attēlu.

Plazmas loka metināšanas laikā tiek veidota atmosfēras aizsargājošā apvalka iekšpusē, kas veidojas, piegādājot ievadīto gāzi darba zonai. Viņi visbiežāk izvēlas argonu.

Plazmu veidojoša gāze (jonizācijas avots) var darboties:

• argons

• slāpeklis

• hēlijs

• gaiss

• ūdeņradis;

• uzskaitīto gāzu maisījumi.

Paturiet prātā to darbības iezīmes:

• ūdeņradis ir eksplozīvs;

• no gaisa izdalās nitrīdi un ozons;

• hēlijs dārgais;

• Slāpeklis augstā temperatūrā ietekmē vidi.

Par elektrodiem visbiežāk izvēlas volframu, jo tam ir vispiemērotākās mehāniskās īpašības un izturība pret augstām temperatūrām.

Gāzes sprausla ir fiksēta degli un tiek izpūsta ar aizsargājošu plūsmu. Auksts šķidrums tiek sūknēts gar hidrauliskajām vadiem un uzsildīts tiek izvadīts.

Strāvu nesošie vadi elektrodiem piegādā tiešas vai maiņstrāvas elektroenerģiju.

Lai pabarotu plazmu veidojošo loku, metināšanai ir pievienots strāvas avots ar aptuveni 120 voltu spriegumu un griešanai apmēram 300 tukšgaitā.

Plazmas ģeneratora ierīce

Plazmastrona iedarbināšanai var izmantot maiņstrāvu vai līdzstrāvu. Kā piemēru apsveriet ģeneratora darbību no parastais barošanas tīkls 220 volti.

Balasta rezistors ierobežo barošanas strāvu. Droseļvārsts kontrolē kravu. Diodes tilts pārveido mainīgu spriegumu, lai uzturētu darba loku.

Gaisa kompresors nogādā degli ekranējošu gāzi, un hidrauliskā dzesēšanas sistēma cirkulē šķidrumu plazmas līnijās, lai uzturētu efektīvu siltuma noņemšanu.

Plazmas metināšanas un griešanas tehnika

Metināšanas loka aizdedzināšanai un uzturēšanai tiek izmantota elektriskās strāvas enerģija, un tās bezkontakta ierosināšanai - oscilators (svārstību avots).

Pilota loka izmantošana starp elektrodu un sprauslu var ievērojami atvieglot plazmas palaišanas procesu.

Šāda metināšana ļaus savienot gandrīz visus metālus un sakausējumus, kas atrodas apakšējā vai vertikālā plaknē.

Neapstrādājot malas, slīpām leņķiem var sametināt slīpumus ar biezumu līdz 15 mm.Šajā gadījumā raksturīga iespiešanās ar īpašām formām tiek veidota, pateicoties plazmas strūklas izejai ārpus metinātās daļas aizmugures caur caurumiem.

Faktiski plazmas metināšana vairumā gadījumu ir divkāršs nepārtraukts process:

• apstrādājamā materiāla griešana;

• metināšanas vietas griezums.

Griešanas tehnoloģijas pamatā ir:

• izkausēta metāla slānis apstrādes vietā;

• pūšot šķidro frakciju plazmas plūsmā.

Metāla biezums ietekmē griešanas tehnoloģiju. Plānajiem izstrādājumiem tiek izmantota netiešā metode, un biezākiem izstrādājumiem labāk darbojas tieši savienoti plazmas degļi.

Plazmas griešana ir visekonomiskākā visiem metāliem, ieskaitot oglekļa tēraudu.

Plazmas metināšanas un griešanas veikšanai ir izstrādātas automatizētas līnijas un manuālas instalācijas.

Plazmas metināšanas veidi

Pielietotās strāvas jauda ietekmē izveidotās loka jaudu. Trīs metināšanas veidus nosaka pēc tā lieluma:

1. mikroplasma;

2. vidējais;

3. pie lielām straumēm.

Mikroplazmas metināšana

Tas darbojas ar strāvu, kas ir ierobežota līdz 0,1 ÷ 25 ampēriem. Šo tehnoloģiju izmanto elektronikā, instrumentācijā, rotaslietās, plēšu ražošanā, membrānās, termoelements, folija, plānsienu caurules un tvertnes, kas ļauj stingri savienot detaļas ar biezumu 0,2 ÷ 5 mm.

Dažādu materiālu apstrādei tiek izvēlēta plazmas veidojošo un aizsargājošo gāzu kombinācijas, loka saspiešanas pakāpe un anoda tuvums. Apstrādājot īpaši plānus materiālus, impulsa režīms tiek izmantots loka zema sprieguma amplitūdai ar bipolāru strāvas impulsu piegādi.

Pārejot viena polaritātes impulsā, metāls tiek nogulsnēts vai metināts, un, pauzējot virziena maiņas dēļ, metāls atdziest un kristalizējas, un tiek izveidots metināšanas punkts. Labai izglītībai ir optimizēts strāvas un pauzes piegādes process. Kombinācijā ar amplitūdas kontroli un elektrodu noņemšanu tas ļauj sasniegt augstas kvalitātes dažādu metālu un sakausējumu savienojumus.

Lai veiktu metināšanu ar plazmas plazmu, ir izstrādātas daudzas tehnoloģijas, kas ņem vērā dažādus plazmas lāpu slīpuma leņķus, veidojot šķērsvirziena vibrācijas, lai iznīcinātu oksīda slāņus, sprauslas pārvietošanu attiecībā pret apstrādājamo metinājumu un citas metodes.

Plazmas metināšana pie vidējām strāvas 50 ÷ 150 ampēriem izmanto rūpnieciskajā ražošanā, mašīnbūvē un remontā.

Lielas straumes no 150 ampēriem tiek izmantoti plazmas metinājumos, kas apstrādā rūpnieciski leģētus un zema oglekļa satura tēraudus, vara sakausējumus, titānu, alumīniju. Tas ļauj samazināt malu griešanas izmaksas, palielināt procesa produktivitāti, optimizēt šuvju kvalitāti salīdzinājumā ar elektriskā loka metodēm.

Plazmas metāla virsmas pārklāšana un virsmas izsmidzināšana

Atsevišķām mašīnu detaļām ir nepieciešama augsta izturība vai izturība pret augstām temperatūrām vai agresīvas vides virsmām. Šajā nolūkā ar plazmas apstrādes metodēm tie ir pārklāti ar dārga metāla aizsargājošu slāni. Lai to izdarītu, sagatavoto stiepli vai pulveri mazās granulās ievada plazmas plūsmā un izkausētā veidā izsmidzina uz apstrādājamās virsmas.

Šīs metodes priekšrocības:

• plazmas spēja izkausēt jebkurus metālus;

• spēja iegūt dažādu kompozīciju sakausējumus un izveidot daudzslāņu pārklājumus;

• jebkura lieluma apstrādes formu pieejamība;

• procesu enerģijas īpašību pielāgošanas ērtības.

Plazmas metināšanas priekšrocības

Loka avots, ko rada plazmas metināšana, atšķiras no parastā elektriskā:

1. mazāks apstrādātā metāla saskares laukums;

2. lielāks termiskais efekts, pateicoties pieejai cilindriskai formai;

3. paaugstināts strūklas mehāniskais spiediens uz metālu (apmēram 6 ÷ 10 reizes);

4. Spēja uzturēt loka dedzināšanu pie zemām straumēm, līdz 0,2 ampēriem.

Šo četru iemeslu dēļ metālu apstrāde plazmā tiek uzskatīta par daudzsološāku un daudzfunkcionālu. Tas nodrošina labāku kausēšanu samazinātā tilpumā.

Plazmas lokam ir visaugstākā temperatūras koncentrācija, un tas ļauj sagriezt un metināt palielināta biezuma metālus pat ar noteiktu palielinājumu attālumā no degļa sprauslas līdz sagatavei.

Turklāt plazmas metināšanas ierīces atšķiras:

• salīdzinoši mazi izmēri;

• uzticamība darbā;

• enerģijas regulēšanas vienkāršība;

• viegls sākums;

• ātra darbības režīma pārtraukšana.

Trūkumi

Iekārtu augstās izmaksas ierobežo plaši plazmas metināšanas ieviešanu visās nozarēs un mazos uzņēmumos.