Kuinka plasmahitsauslaite on järjestetty ja toimii

Fysiikan plasma on neljäs ainestila kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten muotojen jälkeen, kun tapahtuu väliaineen osittainen tai täydellinen ionisoituminen aiemmin neutraaleista molekyyleistä ja atomeista, kvasineutraalisuusolosuhteiden alaisena: kaikkien varautuneiden hiukkasten tilavuustiheys on yhtä suuri.

Hitsaustekniikassa käytetään seuraavia matalan lämpötilan (alle miljoona astetta Kelvin-astetta) plasman ominaisuuksia:

• erittäin korkea sähkönjohtavuus;

• ulkoisten magneettikenttien voimakas vaikutus siinä olevien virtausten virtaukseen, mikä vaikuttaa suihkujen ja kerrosten muodostumiseen;

• kollektiivisten vaikutusten ilmentyminen, ilmaistuna magneettisten ja sähköisten voimien ylivoimaisena painovoiman suhteen.

Plasmapolttimien luomisen ja käytön periaatteet

Tässä hitsausmenetelmässä metallien kuumennuslähde sulamispisteeseen on ionisoidun kaasun plasmakaari, joka on suunnattu oikeaan suuntaan. Sitä tuottaa erityinen laite, nimeltään plasmatron tai plasma taskulamppu.

Luokittelu kaarityypin mukaan

Toimintaperiaatteella plasmatronilla voi olla suora tai epäsuora vaikutus.

Ensimmäisessä tapauksessa generaattorin ulkoisen kentän potentiaaliero, joka luo olosuhteet kaarin muodostumiselle, kohdistetaan suoraan työkappaleeseen ja kaasupolttimen elektrodiin. Tästä johtuen rakenteen jäähdytystehokkuus kasvaa.

Toisessa menetelmässä sähköjännitettä käytetään vain polttimen osien välillä plasmasuihkun luomiseksi. Tämän vuoksi on tarpeen monimutkaista suutinkokoonpanon jäähdytysjärjestelmää.

Suoravaikutteisille plasmatroneille valmistetaan valokaari, joka muistuttaa suunnilleen lieriömäistä muotoa ja laajenee hiukan prosessoitavan metallin pinnalla.

Neutraalin sähkösuuttimen sisällä valokaari puristuu ja vakautuu. Tässä tapauksessa plasman lämpö- ja kineettisen energian yhdistelmä muodostaa sille lisääntyneen tehon, joka antaa metallin sulaa syvemmälle.

Epäsuorat polttimet muodostavat plasman kartiomaisen suihkun muodossa, jota ympäröi tuotetta kohti suunnattu taskulamppu. Suihkun puhaltaa polttimesta tuleva plasmavirta.

Polttimen jäähdytysmenetelmien luokittelu

Plasman korkean lämpötilan vuoksi käytetään erilaisia ​​menetelmiä plasmapolttimen yksityiskohtien jäähdyttämiseksi:

• puhaltaa ilmaa;

• lämmönpoisto veden pakkokierron takia.

Ilmajäähdytys on halvempaa, ja nestemäinen jäähdytys on tehokkain, mutta monimutkainen.

Kaaristabilointimenetelmien luokittelu

Kaasupolttimen tulisi tarjota tasainen, vakaan koon ja suunnan lämpötilapylväs ja kiinnittää se tiukasti suuttimen ja elektrodin akselia pitkin.

Tätä varten on kehitetty kolme tyyppiä energiaa käyttäviä suutinmalleja:

1. kaasu;

2. vesi;

3. magneettikenttä.

Ensimmäisessä menetelmässä kylmä kaasuvirta, puhaltaen plasmapylvään, jäähdyttää ja samanaikaisesti puristaa sen. Kaasuvirran suunnasta riippuen stabilointi syntyy:

1. aksiaalinen - kolonnin samanaikaisella puhalluksella;

2. pyörii, kun kaasun virtaus syntyy kohtisuoraan suuntaan.

Toinen menetelmä puristaa valokaarin tehokkaammin ja sitä käytetään plasmatroneissa, joita käytetään metallin laskeutumiseen tai leikkaamiseen.

Aksiaalinen stabilointi sopii paremmin metallien hitsaukseen ja pintakäsittelyyn.

Kaksinkertainen stabilointikaavio yhdistää akselin ja pyörrepiirteet. Sitä käytettäessä on mahdollista siirtää kaasua kolmella tavalla:

• vain pääkeskuksen kautta;

• molempien kautta;

• yksinomaan ulkoisen.

Jokainen menetelmä luo erilaiset kaaviot plasmakolonnin puristamiseksi.

Veden stabilointi käyttää pyöritteleviä vastavirtavirtoja.Tässä prosessissa syntyvä höyry auttaa muodostamaan plasman kolonnilla, joka kuumenee jopa 50 tuhanteen asteeseen Kelvinin asteikolla.

Tämän menetelmän merkittävä haitta on katodin voimakas palaminen. Tällaisissa laitteissa elektrodi on tehty grafiitista, joka kehittää mekanismeja sen automaattiseen lähestymiseen työkappaleeseen, kun pituutta kuluu jatkuvasti.

Ves stabiloidut plasmapoltinlaitteet on merkitty:

• suunnittelun monimutkaisuus;

• elektrodien syöttöjärjestelmän heikko luotettavuus;

• kaaren herättämismenetelmien monimutkaisuus.

Magneettinen stabilointi Se toimii suunnatun magneettikentän vuoksi, joka sijaitsee kaaripylvään liikkeen yli. Sen hyötysuhde on alhaisin, ja suuttimeen sisäänrakennettu solenoidi vaikeuttaa huomattavasti plasmapoltinpiiriä.

Magneettista stabilointia käytetään kuitenkin antamaan kiertoliike anodipisteelle suuttimen seinämissä. Tämä mahdollistaa suutinmateriaalin eroosion vähentämisen, mikä vaikuttaa plasmasuihkun puhtauteen.

Kaikki edellä tarkastellut plasmatronien rakenteet ovat valokaaren muotoisia. Mutta on olemassa toisen tyyppisiä samanlaisia ​​plasmaa tuottavia laitteita induktorikelan läpi kulkevan korkeataajuusvirran energian vuoksi. Sellaisia ​​plasmatroneja kutsutaan induktioksi (HF), ja ne eivät vaadi elektrodia kaarivapautuksen aikaansaamiseksi.

Niillä ei ole erityisiä etuja prosessoitujen metallien vaikuttamisessa verrattuna kaarilaitteisiin, ja niitä käytetään yksittäisten teknologisten prosessien ratkaisemiseen, esimerkiksi puhtaan jauhemetallien tuotantoon.

Polttimien suunnitteluominaisuudet

Yhden tyyppisten plasmapolttimien toiminta voidaan selittää alla olevalla kuvalla.

Plasmakaari muodostuu hitsauksen aikana ilmakehän suojakuoren sisälle, joka on muodostettu syöttämällä injektoitua kaasua työalueelle. He valitsevat useimmiten argonin.

Plasmaa muodostava kaasu (ionisaatiolähde) voi toimia:

• argon;

• typpi;

• helium;

• ilmassa;

• vety;

• lueteltujen kaasujen seokset.

Pidä mielessä niiden toiminnan ominaisuudet:

• vety on räjähtävä;

• nitridit ja otsoni vapautuvat ilmasta;

• helium rakas;

• Typpi korkeissa lämpötiloissa vaikuttaa ympäristöön.

Volframi valitaan useimmiten elektrodien materiaaliksi sopivimpien mekaanisten ominaisuuksien ja korkeiden lämpötilojen kestävyyden takia.

Kaasusuutin on kiinnitetty polttimeen ja puhalletaan suojavirralla. Kylmää nestettä pumpataan hydraulilinjoja pitkin ja lämmitetään tyhjennetään.

Virtaa kuljettavat johdot toimittavat elektrodeille tasa- tai vaihtovirran sähköenergiaa.

Plasmaa muodostavan valokaarin syöttämistä varten virranlähde, jonka jännite on noin 120 volttia, on kytketty hitsausta varten ja noin 300 tyhjäkäynnillä - leikkaamista varten.

Plasmageneraattorilaite

Plasmatronin käynnistämiseen voidaan käyttää vaihtovirtaa tai tasavirtaa. Tarkastele esimerkiksi generaattorin toimintaa tavanomainen virtalähdeverkko 220 volttia.

Liitäntälaitteen vastus rajoittaa syöttövirtaa. Kaasu säätelee kuormaa. Diodesilta muuntaa vaihtojännitteen käyttökaarin ylläpitämiseksi.

Ilmakompressori toimittaa suojakaasua polttimeen, ja hydraulinen jäähdytysjärjestelmä kiertää nestettä plasmalinjoissa tehokkaan lämmönpoiston ylläpitämiseksi.

Plasmahitsauksen ja -leikkauksen tekniikka

Hitsauskaarin sytyttämiseksi ja ylläpitämiseksi käytetään sähkövirtaenergiaa ja sen kosketuksettomaan viritykseen oskillaattori (oskillaatiolähde).

Pilottikaaren käyttö elektrodin ja suuttimen välillä voi merkittävästi helpottaa plasman aloitusprosessia.

Tällainen hitsaus mahdollistaa lähes kaikkien metallien ja seosten yhdistämisen ala- tai pystytasossa.

Ilman reunojen esikäsittelyä viistot, joiden paksuus on enintään 15 mm, voidaan hitsata viisteiksi.Tässä tapauksessa muodostetaan ominainen tunkeutuminen erityisillä muodoilla johtuen plasmasuihkun poistumisesta hitsatun osan takaosan yli läpimenevien rakojen läpi.

Itse asiassa plasmahitsaus on useimmissa tapauksissa jatkuvaa kaksinkertaista prosessia:

• leikataan työkappaleen materiaali läpi;

• hitsauskohdan leikkaus.

Leikkaustekniikka perustuu:

• sulan metallin kerros käsittelypaikalla;

• puhalletaan nestemäinen fraktio plasmavirtaan.

Metallin paksuus vaikuttaa leikkaustekniikkaan. Ohuille tuotteille käytetään epäsuoraa menetelmäkaaria, ja paksummille suoraan kytketyt plasmapolttimet toimivat paremmin.

Plasmaleikkaus on taloudellisinta kaikille metalleille, hiiliteräs mukaan lukien.

Plasmahitsauksen ja -leikkauksen suorittamiseksi on kehitetty automatisoidut linjat ja manuaaliset asennukset.

Tyypit plasmahitsauksessa

Käytetyn virran teho vaikuttaa luodun kaarin tehoon. Kolme hitsaustapaa määritetään sen koon perusteella:

1. mikroplasma;

2. keskimääräinen;

3. suurilla virtauksilla.

Mikroplasmahitsaus

Se toimii virroilla, jotka ovat rajoitettu 0,1 ÷ 25 ampeeriin. Tätä tekniikkaa käytetään elektroniikassa, instrumentoinnissa, koruissa, palkeiden, kalvojen, lämpöparit, folio, ohutseinäiset putket ja säiliöt, jotta voit kytkeä tiukasti osia, joiden paksuus on 0,2 ÷ 5 mm.

Eri materiaalien prosessoimiseksi valitaan plasmaa muodostavien ja suojaavien kaasujen yhdistelmät, kaarin puristusaste ja läheisyys anodille. Prosessoitaessa erityisen ohuita materiaaleja pulssimoodia käytetään pienen ampeerin kaarisyöttöön bipolaaristen virtapulssien syöttämisen kanssa.

Yhden napaisuuden pulssin läpi metalli kerrostuu tai hitsataan, ja kun se on keskeytetty suunnanmuutoksen vuoksi, metalli jäähtyy ja kiteytyy, ja muodostuu hitsauspiste. Hyvän koulutuksensa vuoksi virran ja tauon toimittamisprosessi on optimoitu. Yhdessä amplitudisäädön ja elektrodin poiston kanssa tämä mahdollistaa eri metallien ja seosten korkealaatuisten yhdisteiden aikaansaamisen.

Mikroplasmahitsauksen suorittamiseksi on kehitetty monia tekniikoita, joissa otetaan huomioon plasmapolttimien erilaiset kallistuskulmat, luotaessa poikittaisia ​​värähtelyjä oksidikerrosten tuhoamiseksi, suuttimen liikuttaminen suhteessa prosessoitavaan hitsaukseen ja muut menetelmät.

Plasmahitsaus keskiarvovirroilla 50 ÷ 150 ampeeria käytetään teollisuustuotannossa, konepajateollisuudessa ja korjaustöissä.

Korkeat virtaukset 150 ampeerista käytetään plasmahitsaukseen, ja se suorittaa seostettujen ja vähähiilisten terästen, kupariseosten, titaanin ja alumiinin seostamisen teollisissa olosuhteissa. Sen avulla voit vähentää reunojen leikkauskustannuksia, lisätä prosessin tuottavuutta, optimoida saumojen laatu verrattuna nivelten sähkökaarimenetelmiin.

Plasmametallipinta ja ruiskutus

Yksittäiset koneosat vaativat lujuuden tai korkeiden lämpötilojen tai aggressiivisten ympäristöjen kestävyyden. Tätä varten ne päällystetään suojakerroksella, joka sisältää kallista metallia plasmakäsittelymenetelmillä. Tätä varten valmistettu lanka tai jauhe pieninä rakeina viedään plasmavirtaan ja suihkutetaan sulassa tilassa käsiteltävälle pinnalle.

Tämän menetelmän edut:

• plasman kyky sulattaa kaikkia metalleja;

• kyky saada seoksia erilaisista koostumuksista ja luoda monikerroksisia päällysteitä;

• kaiken kokoisten käsittelymuotojen saatavuus;

• prosessien energiaominaisuuksien mukauttamisen mukavuus.

Plasmahitsauksen edut

Plasmahitsauksen luoma kaarilähde eroaa tavanomaisesta sähköstä:

1. pienempi kosketuspinta käsitellyllä metallilla;

2. parempi lämpövaikutus, joka johtuu lähestymisestä lieriömäiseen muotoon;

3. suuttimen lisääntynyt mekaaninen paine metalliin (noin 6 ÷ 10 kertaa);

4. Kyky ylläpitää kaaripolttoa alhaisissa virroissa, jopa 0,2 ampeeriin.

Näistä neljästä syystä plasmahitsausta pidetään lupaavampana ja monikäyttöisemmän metallinjalostuksessa. Se tarjoaa paremman sulamisen pienentyneessä tilavuudessa.

Plasmakaarilla on korkein lämpötilakonsentraatio, ja sen avulla voit leikata ja hitsata paksummiksi kasvaneita metalleja, jopa tietyillä etäisyyksillä poltinsuuttimesta työkappaleeseen.

Lisäksi plasmahitsauslaitteet eroavat toisistaan:

• suhteellisen pienet mitat;

• luotettavuus työssä;

• tehonsäädön yksinkertaisuus;

• helppo alku;

• käyttötavan nopea lopettaminen.

puutteet

Laitteiden korkeat kustannukset rajoittavat plasmahitsauksen laajan käyttöönoton kaikilla toimialoilla ja pienyrityksissä.