Bagaimana mesin kimpalan plasma disusun dan berfungsi

Plasma dalam fizik adalah keadaan keempat bahan selepas bentuk pepejal, cecair, dan gas, apabila pengionan separa atau lengkap medium dari molekul dan atom sebelum neutral berlaku di bawah keadaan kuasutraliti: kepadatan kelantangan semua zarah yang dikenakan adalah sama.

Dalam teknologi kimpalan, kepekatan berikut plasma suhu rendah (kurang daripada satu juta darjah Kelvin) digunakan:

• kekonduksian elektrik yang sangat tinggi;

• pengaruh kuat medan magnet luar pada aliran arus di dalamnya, menyumbang kepada pembentukan jet dan lapisan;

• manifestasi kesan kolektif, dinyatakan oleh dominasi kekuatan magnetik dan elektrik ke atas graviti.

Prinsip untuk mewujudkan dan mengendalikan obor plasma

Dalam kaedah kimpalan ini, sumber pemanasan logam ke titik lebur adalah arka plasma gas terkion, yang diarahkan ke arah yang betul. Ia dihasilkan oleh peranti khas yang dipanggil plasmatron atau obor plasma.

Klasifikasi mengikut jenis arka

Dengan prinsip operasi, plasmatron boleh menjadi tindakan langsung atau tidak langsung.

Dalam kes pertama, perbezaan potensi bidang luaran penjana, mewujudkan syarat-syarat pembentukan arka, digunakan terus ke bahan kerja dan elektrod pembakar gas. Disebabkan ini, kecekapan penyejukan struktur meningkat.

Dalam kaedah kedua, voltan elektrik hanya digunakan di antara bahagian-bahagian pembakar untuk menghasilkan jet plasma. Disebabkan ini, perlu untuk merumitkan sistem penyejukan pemasangan muncung.

Untuk plasmatrons yang bertindak secara langsung, sebuah arka dihasilkan yang kira-kira menyerupai bentuk silinder, berkembang sedikit pada permukaan logam yang diproses.

Di dalam muncung elektrik neutral, mampatan dan penstabilan arka berlaku. Dalam kes ini, gabungan tenaga termal dan tenaga kinetik plasma membentuk kuasa yang meningkat untuk itu, yang membolehkan logam mencairkan lebih dalam.

Pembakar tidak langsung membuat plasma dalam bentuk jet kerucut yang dikelilingi oleh obor yang diarahkan ke arah produk. Jet ditiup oleh aliran plasma yang datang dari pembakar.

Pengelasan kaedah penyejukan pembakar

Oleh kerana suhu tinggi plasma, pelbagai kaedah penyejukan butiran obor plasma digunakan:

• meniup udara;

• penyingkiran haba akibat peredaran air terpaksa.

Penyejuk udara kurang mahal, dan penyejukan cecair adalah yang paling berkesan, tetapi kompleks.

Pengelasan kaedah penstabilan arka

Pembakar gas perlu menyediakan ruangan suhu dan saiz yang stabil dan stabil dengan penetapan yang ketat sepanjang paksi muncung dan elektrod.

Untuk tujuan ini, tiga jenis reka bentuk muncung menggunakan tenaga telah dibangunkan:

1. gas;

2. air;

3. medan magnet.

Dalam kaedah pertama aliran gas yang sejuk, meniup lajur plasma, menyejukkan dan mengecilkannya secara serentak. Bergantung pada arah aliran gas, penstabilan dibuat:

1. paksi - dengan meniup lajur selari;

2. berputar apabila aliran gas dibuat dalam arah tegak lurus.

Kaedah kedua memampatkan arka dengan lebih cekap dan digunakan dalam plasmatrons yang digunakan untuk pemendapan logam atau pemotongan.

Penstabilan paksi lebih sesuai untuk kimpalan dan permukaan logam.

Skim penstabilan berganda menggabungkan ciri-ciri paksi dan vorteks. Apabila menggunakannya, ia adalah mungkin untuk lulus gas dalam tiga cara:

• hanya melalui saluran utama utama;

• melalui kedua-duanya;

• secara eksklusif melalui luaran.

Setiap kaedah mewujudkan skema yang berbeza untuk memampatkan kolum plasma.

Penstabilan air menggunakan aliran cecair berpusing counter.Wap yang dihasilkan dalam proses ini membantu menghasilkan plasma dengan pemanasan ruangan sehingga 50 ribu darjah pada skala Kelvin.

Kelemahan yang ketara dalam kaedah ini adalah pembakaran kuat katod. Untuk peranti sedemikian, elektrod diperbuat daripada grafit, membangunkan mekanisme untuk pendekatan automatiknya ke bahan kerja kerana panjangnya dimakan secara berterusan.

Peranti obor plasma yang disejukkan air telah diperhatikan:

• kerumitan reka bentuk;

• kebolehpercayaan rendah sistem suapan elektrod;

• kerumitan kaedah pengujaan arka.

Penstabilan magnetik Ia berfungsi kerana medan magnet arah yang terletak di seluruh pergerakan arka lajur. Kecekapannya adalah yang paling rendah, dan solenoid yang dibina ke dalam muncung sangat merumitkan litar torch plasma.

Walau bagaimanapun, penstabilan magnetik digunakan untuk menyampaikan gerakan putaran ke titik anod di dalam dinding muncung. Ini membolehkan untuk mengurangkan hakisan bahan muncung, yang menjejaskan kemurnian jet plasma.

Semua pembinaan plasmatrons yang dipertimbangkan di atas adalah arka. Tetapi terdapat satu lagi jenis alat penjanaan plasma yang serupa kerana tenaga arus frekuensi tinggi yang melalui gegelung induktor. Plasmatrons tersebut dipanggil induksi (HF) dan mereka tidak memerlukan elektrod untuk membuat pelepasan arka.

Mereka tidak mempunyai kelebihan khusus dalam mempengaruhi logam yang diproses berbanding dengan peranti arka dan digunakan untuk menyelesaikan proses teknologi individu, contohnya, pengeluaran logam serbuk tulen.

Ciri reka bentuk pembakar

Operasi salah satu jenis obor plasma boleh dijelaskan dengan angka di bawah.

Arka plasma semasa kimpalan dibuat di dalam pelindung atmosfera yang terbentuk dengan membekalkan gas yang disuntik ke kawasan kerja. Mereka paling sering memilih argon.

Gas pembentukan plasma (sumber pengionan) boleh berfungsi:

• argon

• nitrogen

• helium

• udara

• hidrogen;

• campuran gas tersenarai.

Perlu diingat ciri-ciri operasi mereka:

• hidrogen adalah bahan letupan;

• nitrida dan ozon dilepaskan dari udara;

• helium sayang;

• Nitrogen pada suhu tinggi menjejaskan alam sekitar.

Tungsten paling sering dipilih sebagai bahan untuk elektrod kerana sifat mekanik yang paling sesuai dan tahan terhadap suhu tinggi.

Muncung gas dipasang di pembakar dan ditiup dengan aliran pelindung. Cecair sejuk dipam sepanjang garis hidraulik dan dipanaskan dipanaskan.

Wayar bawa semasa membekalkan tenaga elektrik arus terus atau berselang-seli kepada elektrod.

Untuk kuasa arka membentuk plasma, sumber arus dengan voltan kira-kira 120 volt disambungkan untuk kimpalan dan kira-kira 300 pada terbiar - untuk memotong.

Peranti Penjana Plasma

Arus arus atau lurus semasa boleh digunakan untuk memulakan plasmatron. Sebagai contoh, pertimbangkan operasi penjana dari rangkaian bekalan kuasa konvensional 220 volt.

Perintang balast mengehadkan arus bekalan. Pendikit mengawal beban. Jambatan dioda menukarkan voltan berselang untuk mengekalkan arka tugas.

Pemampat udara menyampaikan perisai gas ke pembakar, dan sistem penyejukan hidraulik mengedarkan cecair di garisan plasma untuk mengekalkan penyingkiran haba yang berkesan.

Teknik untuk kimpalan plasma dan pemotongan

Untuk menyalakan dan mengekalkan arka kimpalan, tenaga semasa elektrik digunakan, dan untuk pengujaan bukan hubungannya, pengayun (sumber ayunan).

Penggunaan arka juruterbang antara elektrod dan muncung boleh memudahkan proses memulakan plasma.

Pengimpalan sedemikian akan membolehkan menyertai hampir semua logam dan aloi yang terletak di bahagian bawah atau menegak.

Tanpa terlebih dahulu mengolah tepi, bevels dengan ketebalan sehingga 15 mm boleh dikimpal dengan bevels.Dalam kes ini, penembusan ciri dengan bentuk tertentu dibentuk kerana keluar dari jet plasma di luar bahagian yang dikimpal melalui slot melalui.

Malah, kimpalan plasma dalam kebanyakan kes adalah proses berterusan berganda:

• memotong bahan bahan kerja;

• dipotong tapak kimpalan.

Teknologi pemotongan adalah berdasarkan:

• lapisan logam lebur di tapak rawatan;

• meniup pecahan cecair ke dalam aliran plasma.

Ketebalan logam mempengaruhi teknologi pemotongan. Untuk produk nipis, arka kaedah tidak langsung digunakan, dan bagi yang lebih tebal, obor plasma yang berkaitan langsung berfungsi dengan lebih baik.

Pemotongan plasma adalah yang paling menjimatkan bagi semua logam, termasuk keluli karbon.

Untuk melakukan kimpalan plasma dan pemotongan, garisan automatik dan pemasangan manual telah dibangunkan.

Jenis kimpalan plasma

Kuasa semasa yang digunakan menjejaskan kuasa arka yang dicipta. Tiga jenis kimpalan ditentukan oleh saiznya:

1. mikroplasma;

2. purata;

3. pada arus tinggi.

Kimpalan mikroplasma

Ia beroperasi pada arus yang terhad kepada 0.1 ÷ 25 amperes. Teknologi ini digunakan dalam elektronik, instrumentasi, perhiasan, pembuatan belos, membran, termokopel, tiang, paip berdinding nipis dan bekas, membolehkan anda menyambungkan bahagian-bahagian dengan ketebalan 0.2 ÷ 5 mm.

Untuk memproses bahan-bahan yang berbeza, kombinasi gas pembentuk plasma dan pelindung, tahap mampatan arka, dan jarak ke anod dipilih. Apabila memproses bahan-bahan yang sangat nipis, mod denyut digunakan untuk bekalan arka rendah ampere dengan bekalan denyut arus bipolar.

Semasa laluan denyut satu kutub, logam didepositkan atau dikimpal, dan apabila dijeda akibat perubahan arah, logam menyejuk dan mengkristal, dan titik kimpalan dibuat. Untuk pendidikan yang baik, proses penyediaan semasa dan jeda dioptimumkan. Dalam kombinasi dengan kawalan amplitud dan penyingkiran elektrod, ini membolehkan untuk mencapai sebatian berkualiti tinggi pelbagai logam dan aloi.

Untuk menjalankan kimpalan mikroplasma, banyak teknologi telah dibangunkan yang mengambil kira sudut yang berbeza kecenderungan obor plasma, mencipta getaran melintang untuk pemusnahan lapisan oksida, menggerakkan muncung relatif terhadap kimpalan yang diproses, dan kaedah lain.

Kimpalan plasma pada arus sederhana 50 ÷ 150 amperes digunakan dalam pengeluaran perindustrian, kejuruteraan mekanikal dan tujuan pembaikan.

Arus tinggi dari 150 amperes digunakan untuk pengimpal plasma, menjalankan dalam keadaan perindustrian pemprosesan keluli aloi dan rendah karbon, aloi tembaga, titanium, aluminium. Ia membolehkan anda mengurangkan kos memotong tepi, untuk meningkatkan produktiviti proses, untuk mengoptimumkan kualiti lipit berbanding dengan kaedah arka elektrik sendi.

Permukaan logam plasma dan penyemburan permukaan

Bahagian mesin individu memerlukan penyediaan kekuatan tinggi atau tahan terhadap suhu tinggi atau permukaan persekitaran yang agresif. Untuk tujuan ini, mereka dilapisi dengan lapisan pelindung logam mahal oleh kaedah rawatan plasma. Untuk melakukan ini, wayar atau serbuk yang disediakan dalam granul kecil dimasukkan ke dalam aliran plasma dan disembur ke dalam keadaan lebur ke permukaan untuk dirawat.

Kelebihan kaedah ini:

• keupayaan plasma mencairkan sebarang logam;

• keupayaan untuk mendapatkan aloi daripada komposisi yang berbeza dan mencipta lapisan multilayer;

• ketersediaan bentuk pemprosesan apa-apa saiz;

• kemudahan menyesuaikan ciri-ciri tenaga proses.

Kelebihan Kimpalan Plasma

Sumber arka yang dihasilkan oleh kimpalan plasma berbeza dari elektrik biasa:

1. kawasan sentuhan yang lebih kecil pada logam yang dirawat;

2. kesan haba yang lebih besar disebabkan oleh pendekatan kepada bentuk silinder;

3. peningkatan tekanan mekanikal jet pada logam (kira-kira 6 ÷ 10 kali);

4. Keupayaan untuk mengekalkan pembakaran arka pada arus rendah, sehingga 0.2 amperes.

Untuk empat sebab ini, kimpalan plasma dianggap lebih menjanjikan dan pelbagai guna dalam pemprosesan logam. Ia menyediakan lebur yang lebih baik dalam jumlah yang dikurangkan.

Arka plasma mempunyai kepekatan suhu tertinggi dan membolehkan anda memotong dan mengimpal logam ketebalan meningkat walaupun dengan kenaikan tertentu dari jarak dari muncung pembakar ke bahan kerja.

Di samping itu, peranti pengelasan plasma berbeza:

• dimensi yang agak kecil;

• kebolehpercayaan dalam kerja;

• kesederhanaan peraturan kuasa;

• permulaan yang mudah;

• penamatan cepat mod operasi.

Kelemahan

Kos peralatan yang tinggi mengehadkan pengenalan plasma kimpalan secara meluas di semua industri dan di kalangan perusahaan kecil.