Hogyan működik a plazmahegesztő gép?

A fizika plazma az anyag negyedik állapota szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú formák után, amikor a közeg részleges vagy teljes ionizálása korábban semleges molekulákból és atomokból kazineutralitás mellett zajlik: az összes töltött részecske térfogatsűrűsége egyenlő.

A hegesztési technológiában az alacsony hőmérsékletű (kevesebb mint millió fok Kelvin-skála) plazma következő tulajdonságait alkalmazzák:

• nagyon magas elektromos vezetőképesség;

• a külső mágneses mezők erőteljes hatása a benne lévő áramlásokra, hozzájárulva a fúvókák és rétegek kialakulásához;

• a kollektív hatások megnyilvánulása, a mágneses és elektromos erők túlsúlyban kifejezve a gravitációs erő felett.

Plazmalámpák létrehozásának és működtetésének alapelvei

Ebben a hegesztési módszerben az olvadáspont eléréséig hevítő fémek forrása egy ionizált gáz plazmaívje, amelyet a megfelelő irányba mutatnak. Ezt egy speciális készülék, plazmatronnak vagy plazma fáklyának nevezik.

Osztás az ív típusa szerint

A működés elve szerint a plazmatron közvetlen vagy közvetett hatású lehet.

Az első esetben a generátor külső mezőjének potenciálkülönbségét, amely megteremti az ív kialakulásának feltételeit, közvetlenül a munkadarabra és a gázégő elektródájára kell alkalmazni. Emiatt megnő a szerkezet hűtési hatékonysága.

A második módszer szerint az elektromos feszültséget csak az égő részei között alkalmazzák, hogy plazmasugár alakuljon ki. Emiatt bonyolítani kell a fúvóka szerelvény hűtőrendszerét.

A közvetlen hatású plazmatronokhoz olyan ív jön létre, amely nagyjából hengeres alakú, és kissé kiterjed a feldolgozandó fém felületén.

A semleges elektromos fúvókán belül az ív összenyomódik és stabilizálódik. Ebben az esetben a plazma hő- és kinetikus energiájának kombinációja megnövekedett energiát jelent, amely lehetővé teszi a fém mélyebb olvadását.

Az indirekt égők kúpos sugár formájában hoznak létre plazmát, amelyet a termék felé irányuló fáklya vesz körül. A sugárhajtást az égőből származó plazmaáram fújja ki.

Az égőhűtési módszerek osztályozása

A plazma magas hőmérséklete miatt különféle módszereket alkalmaznak a plazmapisztoly részleteinek hűtésére:

• fúj levegőt;

• hő eltávolítása a víz kényszerített áramlása miatt.

A léghűtés olcsóbb, a folyékony hűtés pedig a leghatékonyabb, de összetett.

Az ívstabilizációs módszerek osztályozása

A gázégőnek egyenletes, stabil méretű és irányú hőmérsékleti oszlopot kell biztosítania, szigorú rögzítéssel a fúvóka és az elektróda tengelye mentén.

Ennek érdekében háromféle fúvóka kivitel került kifejlesztésre:

1. gáz;

2. víz;

3. mágneses mező.

Az első módszernél egy hideg gázáram, amely egy plazma oszlopot fúj, lehűti és egyidejűleg összenyomja azt. A gázáram irányától függően stabilizáció jön létre:

1. axiális - az oszlop párhuzamos fújásával;

2. kavarog, ha a gázáram merőleges irányban jön létre.

A második módszer az ív hatékonyabb összenyomása és fémlerakódáshoz vagy vágáshoz használt plazmacsövekben alkalmazható.

Az axiális stabilizálás jobban alkalmas fémhegesztésre és felületképzésre.

A kettős stabilizációs rendszer egyesíti az axiális és az örvény tulajdonságait. Használata során háromféle módon lehet átadni a gázt:

• csak a központi központi csatornán keresztül;

• mindkettőn keresztül;

• kizárólag külsőleg.

Mindegyik módszer különféle sémákat hoz létre a plazma oszlop tömörítéséhez.

Víz stabilizálása ellenkező örvénylő folyadékáramot használ.Az ebben a folyamatban előállított gőz elősegíti a plazma kialakulását egy oszlopon, amelynek Kelvin-skála hőmérséklete 50 ezer fok lehet.

Ennek a módszernek a jelentős hátránya a katód intenzív égése. Az ilyen készülékekhez az elektród grafitból készül, kifejlesztve mechanizmusokat a munkadarabhoz való automatikus megközelítéshez, mivel a hosszat folyamatosan fogyasztják.

A víz-stabilizált plazma fáklyaberendezéseket meg kell jegyezni:

• a tervezés bonyolultsága;

• az elektróda-adagoló rendszer alacsony megbízhatósága;

• az ív gerjesztési módszereinek összetettsége.

Mágneses stabilizálás Úgy működik, hogy az ívoszlop mozgása mentén elhelyezkedő irányított mágneses mező miatt. Hatékonysága a legalacsonyabb, és a fúvókába beépített mágnesszelep nagymértékben megnehezíti a plazma fáklya áramkörét.

A mágneses stabilizálást azonban arra használják, hogy a fúvóka falán belüli anódfolthoz forgási mozgást biztosítsanak. Ez lehetővé teszi a fúvóka anyagának eróziójának csökkentését, ami befolyásolja a plazmafúvóka tisztaságát.

A fenti plazmatronok összes konstrukciója ív. De létezik még egy hasonló típusú plazmageneráló eszköz, az indukciós tekercsen áthaladó nagyfrekvenciás áram energiájának köszönhetően. Az ilyen plaztronokat indukciónak (HF) nevezzük, és ívkisülés létrehozásához nincs szükség elektródokra.

Ezeknek nincs különösebb előnye a feldolgozott fémek befolyásolása az ívkészülékekkel összehasonlítva, és az egyes technológiai folyamatok megoldására használják őket, például tiszta porfémek előállítására.

Az égők tervezési jellemzői

A plazmalámpák egyik típusának működését az alábbi ábra magyarázza.

A plazma ív hegesztés közben a védő légköri héjon belül jön létre, amelyet úgy alakítanak ki, hogy a befecskendezett gázt juttatja a munkaterületre. Leggyakrabban argont választanak.

Plazmaképző gáz (ionizációs forrás) működhet:

• argon;

• nitrogén;

• hélium;

• a levegő;

• hidrogénatom;

• a felsorolt ​​gázok keverékei.

Vegye figyelembe működésük jellemzőit:

• a hidrogén robbanásveszélyes;

• a nitridek és az ózon szabadulnak fel a levegőből;

• hélium kedves;

• A nitrogén magas hőmérsékleten befolyásolja a környezetet.

A legmegfelelőbb mechanikai tulajdonságok és a magas hőmérsékleti ellenállás miatt a volfrámot általában az elektródák anyagává választják.

A gázfúvókát rögzítik az égőben és védőárammal fújják. Hideg folyadékot pumpálnak a hidraulikavezetékek mentén és melegítik ki.

Az áramvezető vezetékek egyenletes vagy váltakozó áramú villamos energiát szolgáltatnak az elektródákhoz.

A plazmaképző ív táplálásához kb. 120 V feszültségű áramforrást kell hegesztéshez és kb. 300 alapjárathoz vágni.

Plazmagenerátor eszköz

Váltóáram vagy egyenáram használható a plazmatron indításához. Példaként vegye figyelembe a generátor működését hagyományos áramellátó hálózat 220 V.

Az előtét ellenállás korlátozza az áramellátást. A fojtószelep szabályozza a terhelést. A diódahíd váltakozó feszültséget konvertál a működési ív fenntartása érdekében.

Légkompresszor árnyékológázt szállít az égőhöz, és egy hidraulikus hűtőrendszer kerüli a folyadékot a plazmavezetékekben a hatékony hőelvonás fenntartása érdekében.

Plazmahegesztési és vágási technika

A hegesztési ív meggyújtásához és fenntartásához elektromos áram energiát, és érintés nélküli gerjesztésére oszcillátort (oszcillációs forrást) használnak.

Az elektróda és a fúvóka közötti pilotív használata jelentősen megkönnyítheti a plazma elindítását.

Az ilyen hegesztés lehetővé teszi majdnem az összes fém és ötvözet összekapcsolását az alsó vagy függőleges síkban.

A szélek előzetes megmunkálása nélkül a 15 mm vastag kúpok hegeszthetők kúpokká.Ebben az esetben egy jellemző behatolás alakul ki a speciális formákkal, mivel a plazma sugárvezeték a hegesztett rész hátsó része túlnyúlik az átmenő réseknél.

Valójában a plazmahegesztés a legtöbb esetben kettős folyamatos folyamat:

• a munkadarab anyagának átvágása;

• hegesztési hely vágása.

A vágási technológia az alábbiakon alapul:

• az olvadt fémréteg a kezelés helyén;

• fújjuk a folyékony frakciót a plazmaáramba.

A fém vastagsága befolyásolja a vágási technológiát. Vékony termékeknél az indirekt módszerív, míg vastagabb termékeknél a közvetlenül csatlakoztatott plazma fáklyák jobban működnek.

A plazmavágás a leggazdaságosabb minden fémen, beleértve a szénacélt is.

A plazmahegesztés és -vágás elvégzéséhez automata vezetékeket és kézi telepítést fejlesztettek ki.

A plazmahegesztés típusai

Az alkalmazott áram teljesítménye befolyásolja a létrehozott ív teljesítményét. A hegesztés három típusát a méret határozza meg:

1. mikroplazma;

2. átlag;

3. magas áramerősség mellett.

Mikroplazma hegesztés

0,1–25 amperre korlátozott áramokon működik. Ezt a technológiát használják az elektronikában, a műszerezésben, az ékszerekben, a fújtató, membránok gyártásában, hőelemekfólia, vékony falú csövek és tartályok, amelyek lehetővé teszik a 0,2–5 mm vastag alkatrészek szoros összekapcsolását

Különböző anyagok, plazmaképző és védőgázok kombinációinak feldolgozására megválasztjuk az ív összenyomódásának mértékét és az anódhoz való közelséget. Különösen vékony anyagok feldolgozásakor az impulzus üzemmódot használják az ív alacsony ampermennyiségű tápellátására, a bipoláris áramimpulzusokkal.

Az egy polaritású impulzus áthaladásakor a fém lerakódik vagy hegesztett, és ha az irányváltozás miatt szüneteltetik, a fém lehűti és kristályosodik, és létrejön egy hegesztési pont. Jó oktatása érdekében az áramellátás és a szünet szolgáltatása optimalizálva van. Az amplitúdószabályozással és az elektróda eltávolításával kombinálva ez lehetővé teszi a különféle fémek és ötvözetek kiváló minőségű vegyületeinek előállítását.

A mikroplazma hegesztés elvégzéséhez számos olyan technológiát fejlesztettek ki, amelyek figyelembe veszik a plazma fáklyák eltérő dőlésszögeit, keresztirányú rezgéseket hoznak létre az oxidrétegek elpusztításához, a fúvókát mozgatják a feldolgozandó hegesztéshez viszonyítva, és más módszereket is alkalmaznak.

Plazmahegesztés közepes áramerősség mellett 50–150 amper ipari gyártásban, gépiparban és javításban használják.

Magas áramok 150 ampertől plazmahegesztéshez használnak ipari ötvözött és alacsony széntartalmú acélokat, rézötvözeteket, titánt, alumíniumot. Ez lehetővé teszi a vágóélek költségének csökkentését, a folyamat termelékenységének növelését, a varratok minőségének optimalizálását az illesztések elektromos ívmódszereivel összehasonlítva.

Plazmafém felület és permetezés

Az egyes géprészek nagy szilárdságot vagy magas hőmérsékleti ellenállást, vagy agresszív környezetet igényelnek. E célból plazmakezelési eljárásokkal drága fém védőréteggel vonják be őket. Ehhez a finom granulátumban elkészített huzalt vagy port bevisszük a plazmaáramba, és olvadt állapotban permetezzük a kezelendő felületre.

Ennek a módszernek az előnyei:

• a plazma azon képessége, hogy bármilyen fémet megolvasson;

• képesség különböző kompozíciók ötvözeteinek előállítására és többrétegű bevonatok létrehozására;

• bármilyen méretű feldolgozási forma rendelkezésre állása;

• a folyamatok energiajellemzőinek beállítása kényelme.

A plazmahegesztés előnyei

A plazmahegesztéssel létrehozott ívforrás különbözik a szokásos elektromosól:

1. egy kisebb érintkezési felület a kezelt fémen;

2. nagyobb hőhatás a hengeres alak megközelítése miatt;

3. a fúvóka fém fokozott mechanikai nyomása (kb. 6–10-szer);

4. Az ívégés fenntartásának képessége alacsony áramok mellett, legfeljebb 0,2 amperig.

Ez a négy ok miatt a plazmahegesztést ígéretesebbnek és többcélúnak tekintik a fémfeldolgozásban. Ez jobb olvadást biztosít csökkentett térfogaton belül.

A plazma ív hőmérséklete a legmagasabb, és lehetővé teszi megnövelt vastagságú fémek vágását és hegesztését, még akkor is, ha az égő fúvóka és a munkadarab közötti távolság bizonyos mértékben megnő.

Ezen felül a plazmahegesztő készülékek különböznek:

• viszonylag kis méretek;

• megbízhatóság a munkában;

• az energiaszabályozás egyszerűsége;

• könnyű indulás;

• az üzemmód gyors megszüntetése.

hiányosságokat

A berendezések magas költsége korlátozza a plazmahegesztés széles körű bevezetését minden iparágban és a kisvállalkozások körében.