Kaip sudedamas ir veikia plazminio suvirinimo aparatas

Plazma fizikoje yra ketvirta materijos būsena po kietų, skystų ir dujinių pavidalų, kai terpė iš dalies arba visiškai jonizuojasi iš anksčiau neutralių molekulių ir atomų, atsižvelgiant į kvazineutralumo sąlygą: visų įkrautų dalelių tūrio tankis yra lygus.

Suvirinimo technologijoje naudojamos šios žemos temperatūros (mažesnės kaip milijono laipsnių Kelvino skalės) plazmos savybės:

• labai didelis elektrinis laidumas;

• stipri išorinių magnetinių laukų įtaka srovių srautui jame, prisidedant prie purkštukų ir sluoksnių susidarymo;

• kolektyvinio poveikio pasireiškimas, išreikštas magnetinių ir elektrinių jėgų vyravimu prieš gravitacinę.

Plazminių degiklių sukūrimo ir eksploatavimo principai

Taikant šį suvirinimo metodą, metalų kaitinimo šaltinis iki lydymosi taško yra jonizuotų dujų plazmos lankas, nukreiptas teisinga kryptimi. Jis gaminamas specialiu prietaisu, vadinamu plasmatron arba plazminiu degikliu.

Klasifikacija pagal lanko tipą

Veikimo principu plasmatron gali būti tiesiogiai ar netiesiogiai veikiami.

Pirmuoju atveju generatoriaus išorinio lauko potencialų skirtumas, sukuriantis lanko susidarymo sąlygas, taikomas tiesiogiai ant ruošinio ir dujų degiklio elektrodo. Dėl to padidėja konstrukcijos aušinimo efektyvumas.

Antruoju metodu elektrinė įtampa taikoma tik tarp degiklio dalių, kad būtų sukurta plazmos srovė. Dėl šios priežasties būtina apsunkinti purkštukų agregato aušinimo sistemą.

Tiesioginio veikimo plaztronams gaminamas lankas, kuris maždaug primena cilindro formą ir šiek tiek išsiplečia apdirbamo metalo paviršiuje.

Neutralaus elektrinio antgalio viduje lankas suspaudžiamas ir stabilizuojamas. Tokiu atveju plazmos šiluminės ir kinetinės energijos derinys sudaro padidintą galią, leidžiančią metalui tirpti giliau.

Netiesioginiai degikliai sukuria plazmą kūgio formos purkštuku, apsuptą degiklio, nukreipto į gaminį. Čiurkšlė išpūsta iš degiklio sklindančio plazmos srauto.

Degiklio aušinimo metodų klasifikacija

Dėl aukštos plazmos temperatūros naudojami įvairūs plazmos degiklio detalių aušinimo būdai:

• pučiant orą;

• šilumos pašalinimas dėl priverstinės vandens cirkuliacijos.

Oro aušinimas yra pigesnis, o skysčio aušinimas yra pats efektyviausias, tačiau sudėtingas.

Lanko stabilizavimo metodų klasifikacija

Dujų degiklis turėtų užtikrinti tolygų, stabilų dydį ir kryptį atitinkančią kolonėlę, griežtai pritvirtindamas ją prie purkštuko ir elektrodo ašies.

Šiuo tikslu buvo sukurti trys tipai purkštukų, naudojančių energiją:

1. dujos;

2. vanduo;

3. magnetinis laukas.

Pirmuoju metodu šaltas dujų srautas, pučiant plazmos koloną, atvėsina ir kartu suspaudžia. Atsižvelgiant į dujų srauto kryptį, sukuriama stabilizacija:

1. ašinis - lygiagrečiai pučiant koloną;

2. sukasi, kai dujų srautas sukuriamas statmena kryptimi.

Antrasis metodas efektyviau suspaudžia lanką ir yra naudojamas plazmonuose, naudojamuose metalų nusodinimui ar pjaustymui.

Ašinis stabilizavimas geriau tinka metalų suvirinimui ir paviršiaus padengimui.

Dviguba stabilizacijos schema sujungia ašinės ir sūkurinės ypatybes. Naudojant jį, dujas galima perduoti trimis būdais:

• tik per pagrindinį centrinį kanalą;

• per abu;

• išimtinai per išorę.

Kiekvienas metodas sukuria skirtingas plazmos kolonėlės suspaudimo schemas.

Vandens stabilizavimas naudoja priešingus besisukančių skysčių srautus.Šiame procese susidaręs garas padeda susidaryti plazmai kolonoje, kurios temperatūra yra iki 50 tūkst. Laipsnių pagal Kelvino skalę.

Reikšmingas šio metodo trūkumas yra intensyvus katodo deginimas. Tokiems prietaisams elektrodas yra pagamintas iš grafito, sukuriant mechanizmus, leidžiančius automatiškai artėti prie ruošinio, nes ilgis yra nuolat vartojamas.

Pažymėti vandens stabilizuotos plazmos degiklio įtaisai:

• dizaino sudėtingumas;

• žemas elektrodų tiekimo sistemos patikimumas;

• lanko sužadinimo metodų sudėtingumas.

Magnetinis stabilizavimas Jis veikia dėl kryptinio magnetinio lauko, esančio per lanko kolonėlės judėjimą. Jo efektyvumas yra mažiausias, o į purkštuką įmontuotas solenoidas labai apsunkina plazmos degiklio grandinę.

Tačiau magnetinis stabilizavimas yra naudojamas pasukti judesį ant anodo vietos purkštuko sienelėse. Tai leidžia sumažinti purkštukų medžiagos eroziją, o tai turi įtakos plazmos purkštuko grynumui.

Visos aukščiau nagrinėtos plaztronų konstrukcijos yra lankinės. Tačiau yra ir kitas panašių plazmą generuojančių įtaisų tipas dėl aukšto dažnio srovės, einančios per induktoriaus ritę, energijos. Tokie plazmonai yra vadinami indukcija (HF) ir jiems nereikia elektrodų, kad būtų sukurta lanko iškrova.

Jie neturi ypatingų pranašumų paveikdami perdirbtus metalus, palyginti su lankiniais įtaisais, ir yra naudojami atskiriems technologiniams procesams, pavyzdžiui, gryniems metaliniams milteliams gaminti, spręsti.

Degiklių projektinės savybės

Vieno iš plazminių žibintuvėlių tipų veikimą galima paaiškinti žemiau pateiktu paveikslu.

Plazmos lankas suvirinimo metu sukuriamas apsauginio atmosferos apvalkalo, suformuoto tiekiant įpurškiamas dujas į darbo vietą, viduje. Jie dažniausiai renkasi argoną.

Plazmą formuojančios dujos (jonizacijos šaltinis) gali veikti:

• argonas

• azoto

• helio

• oro

• vandenilis;

• išvardytų dujų mišiniai.

Atminkite jų veikimo ypatybes:

• vandenilis yra sprogstamasis;

• iš oro išsiskiria nitridai ir ozonas;

• helio brangioji;

• Azotas aukštoje temperatūroje veikia aplinką.

Volframas dažniausiai pasirenkamas kaip elektrodų medžiaga dėl tinkamiausių mechaninių savybių ir atsparumo aukštai temperatūrai.

Dujų antgalis pritvirtintas degiklyje ir išpūstas apsaugine srove. Šaltas skystis pumpuojamas išilgai hidraulinių linijų ir šildomas išleidžiamas.

Srovę nešantys laidai elektrodams tiekia nuolatinę ar kintamą srovę.

Plazmą formuojančiam lankui tiekti yra suvirinamas maždaug 120 voltų įtampos srovės šaltinis, o pjovimui - apie 300 laisvosios eigos.

Plazmos generatoriaus įtaisas

Plasmonui paleisti gali būti naudojama kintama arba nuolatinė srovė. Kaip pavyzdį apsvarstykite generatoriaus veikimą iš įprastinis maitinimo tinklas 220 voltų.

Balasto rezistorius riboja tiekimo srovę. Droselis kontroliuoja apkrovą. Diodinis tiltas paverčia kintamą įtampą, kad būtų išlaikytas darbinis lankas.

Oro kompresorius tiekia apsaugines dujas į degiklį, o hidraulinė aušinimo sistema cirkuliuoja skystį plazmos linijose, kad būtų užtikrintas efektyvus šilumos šalinimas.

Plazminio suvirinimo ir pjaustymo technika

Suvirinimo lankui uždegti ir palaikyti naudojama elektros srovės energija, o bekontakčiam sužadinimui - osciliatorius (virpesių šaltinis).

Bandomojo lanko panaudojimas tarp elektrodo ir purkštuko gali žymiai palengvinti plazmos paleidimo procesą.

Toks suvirinimas leis sujungti beveik visus metalus ir lydinius, esančius apatinėje arba vertikalioje plokštumoje.

Neatliekant kraštų apdirbimo, iki 15 mm storio kampus galima suvirinti iki kampų.Šiuo atveju būdingas įsiskverbimas su specifinėmis formomis susidaro dėl plazmos srovės išėjimo pro suvirintos dalies užpakalinę dalį per prapjovos plyšius.

Tiesą sakant, plazminis suvirinimas daugeliu atvejų yra dvigubas tęstinis procesas:

• ruošinio medžiagos pjaustymas;

• suvirinimo vietos pjaustymas.

Pjovimo technologija pagrįsta:

• išlydyto metalo sluoksnis apdorojimo vietoje;

• pučiant skystą frakciją į plazmos srautą.

Metalo storis turi įtakos pjovimo technologijai. Ploniems gaminiams naudojamas netiesioginis metodo lankas, o storesniems geriau veikia tiesiogiai prijungti plazminiai degikliai.

Pjaustymas plazma yra ekonomiškiausias iš visų metalų, įskaitant anglies plieną.

Plazminiam suvirinimui ir pjaustymui buvo sukurtos automatizuotos linijos ir rankiniai įrenginiai.

Plazminio suvirinimo tipai

Taikomos srovės galia turi įtakos sukurto lanko galiai. Trys suvirinimo tipai nustatomi pagal jo dydį:

1. mikroplazma;

2. vidutinis;

3. esant didelėms srovėms.

Mikroplazmos suvirinimas

Jis veikia esant srovei, apribotai 0,1–25 amperų. Ši technologija naudojama elektronikoje, prietaisuose, juvelyriniuose dirbiniuose, silfonų, membranų, termoelementasfolija, plonasieniais vamzdžiais ir tara, leidžiančiais tvirtai sujungti 0,2–5 mm storio dalis

Apdorojant įvairias medžiagas, parenkamas plazmą formuojančių ir apsauginių dujų derinys, lanko suspaudimo laipsnis ir artumas anodui. Apdorojant ypač plonas medžiagas, impulsų režimas naudojamas mažos srovės lankui tiekti su bipolinių srovės impulsų tiekimu.

Praleidžiant vieno poliškumo impulsą, metalas nusėda arba suvirinamas, o pristabdžius dėl krypties pasikeitimo, metalas atvėsta ir kristalizuojasi, sukuriamas suvirinimo taškas. Dėl gero išsilavinimo yra optimizuotas srovės tiekimas ir pauzė. Kartu su amplitudės valdymu ir elektrodų pašalinimu tai leidžia pasiekti aukštos kokybės įvairių metalų ir lydinių junginius.

Suvirinimui mikroplasma plazmoje buvo sukurta daugybė technologijų, kurios atsižvelgia į skirtingus plazminių žibintuvėlių nuolydžio kampus, sukuria skersines vibracijas, kad būtų sunaikinti oksido sluoksniai, perkeliant purkštuką apdorojamo suvirinimo atžvilgiu ir kitus metodus.

Suvirinimas plazma vidutinėmis 50–150 amperų srovėmis naudojami pramoninėje gamyboje, mechaninėje inžinerijoje ir remonto reikmėms.

Didelės srovės nuo 150 amperų yra naudojami plazminiam suvirinimui, kuriame perdirbamas pramoninis legiruotasis ir mažai anglies išskiriantis plienas, vario, titano, aliuminio lydiniai. Tai leidžia jums sumažinti pjovimo briaunas, padidinti proceso produktyvumą, optimizuoti siūlių kokybę, palyginti su elektrinių lanko metodų jungtimis.

Plazminio metalo paviršiaus padengimas ir paviršiaus purškimas

Atskiros mašinos dalys turi būti atsparios aukštai temperatūrai ar agresyviai aplinkai. Šiuo tikslu plazminio apdorojimo metodais jie yra padengiami apsauginiu brangaus metalo sluoksniu. Tam paruoštas laidas arba smulkiose granulėse esantys milteliai įpilami į plazmos srautą ir išlydyto pavidalo purškiami ant apdorojamo paviršiaus.

Šio metodo pranašumai:

• plazmos sugebėjimas išlydyti bet kokius metalus;

• galimybė gauti įvairių kompozicijų lydinius ir sukurti daugiasluoksnes dangas;

• bet kokio dydžio perdirbimo formų prieinamumas;

• procesų energetinių charakteristikų reguliavimo patogumas.

Plazminio suvirinimo pranašumai

Plazminio suvirinimo metu sukurtas lanko šaltinis skiriasi nuo įprasto elektrinio:

1. mažesnis apdoroto metalo kontaktinis plotas;

2. didesnis šilumos efektas dėl požiūrio į cilindro formą;

3. padidėjęs srovės mechaninis slėgis metalui (apie 6 ÷ 10 kartų);

4. Gebėjimas išlaikyti lanko deginimą esant mažoms srovėms, iki 0,2 amperų.

Dėl šių keturių priežasčių plazminis suvirinimas laikomas perspektyvesniu ir daugialypiu metalo apdirbimo būdu. Tai užtikrina geresnį lydymą mažesniame tūryje.

Plazmos lankas turi aukščiausią temperatūros koncentraciją ir leidžia pjaustyti bei suvirinti padidinto storio metalus, net padidinant atstumą nuo degiklio purkštuko iki ruošinio.

Be to, skiriasi plazminio suvirinimo įtaisai:

• santykinai maži matmenys;

• patikimumas darbe;

• galios reguliavimo paprastumas;

• lengva pradžia;

• greitas darbo režimo nutraukimas.

Trūkumai

Didelė įrangos kaina riboja platų plazminio suvirinimo principą visose pramonės šakose ir mažose įmonėse.