Plazmové spracovanie materiálov

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Zavedenie plazmového spracovania do priemyslu znamenalo technologický prelom a prechod na kvalitatívne novú úroveň výroby. Rozsah užitočných vlastností plazmy je veľmi rozsiahly. V prvom rade ide o výrobu elektronických zariadení a polovodičových zariadení. Bez plazmovo-chemického leptania by moderné vysokovýkonné osobné počítače sotva uvideli svetlo. Ale to nie je všetko.

Spracovanie ión-plazmou sa používa aj v optike a strojárstve na leštenie produktov, nanášanie ochranných náterov, difúzne saturovanie povrchu kovov a zliatin, ako aj na zváranie a rezanie oceľových plechov. V tomto článku sa zameriavame na technológie zvárania a rezania pomocou plazmy.

Všeobecné ustanovenia

Z hodín fyziky v škole každý vie, že hmota môže existovať v štyroch skupenstvách: pevná látka, kvapalina, plyn a plazma. Väčšina otázok vyvstáva pri pokuse reprezentovať posledný štát. Ale v skutočnosti nie je všetko také ťažké. Plazma je tiež plyn, len jej molekuly sú, ako sa hovorí, ionizované (čiže oddelené od elektrónov). Tento stav je možné dosiahnuťmnohými spôsobmi: v dôsledku vystavenia vysokým teplotám, ako aj v dôsledku elektrónového bombardovania atómov plynu vo vákuu.

Takáto plazma sa nazýva nízkoteplotná. Táto fyzika procesu sa využíva pri realizácii plazmovej depozície (leptanie, saturácia) vo vákuu. Umiestnením častíc plazmy do magnetického poľa im možno dať riadený pohyb. Ako ukázala prax, takéto spracovanie je efektívnejšie v mnohých parametroch klasických operácií v strojárskej technológii (sýtenie v práškových médiách, rezanie plameňom, liatie pastou na báze oxidu chrómu a pod.).

Typy plazmového ošetrenia

V súčasnosti sa plazma aktívne používa takmer vo všetkých odvetviach a národnom hospodárstve: medicína, strojárstvo, prístrojové vybavenie, stavebníctvo, veda atď.

Priekopníkom v aplikácii plazmovej technológie bolo prístrojové vybavenie. Priemyselná aplikácia plazmového spracovania sa začala využitím vlastností ionizovaného plynu na striekanie všetkých druhov materiálov a ich nanášanie na obklady, ako aj na leptanie kanálov s cieľom získať mikroobvody. V závislosti od niektorých vlastností zariadenia technologických zariadení sa rozlišuje plazmovo-chemické leptanie, iónovo-chemické a iónovo-lúčové leptanie.

Vývoj plazmy je neuveriteľne cenným príspevkom k rozvoju technológie a zlepšeniu, bez preháňania, kvality života celého ľudstva. S priechodomČasom sa oblasť použitia plynových iónov rozšírila. A dnes sa plazmové spracovanie (v tej či onej forme) používa na vytváranie materiálov so špeciálnymi vlastnosťami (tepelná odolnosť, povrchová tvrdosť, odolnosť proti korózii atď.), na efektívne rezanie kovov, na zváranie, na leštenie povrchov a odstraňovanie mikrodrsnosti.

Tento zoznam nie je obmedzený na použitie technológií založených na účinku plazmy na ošetrovaný povrch. V súčasnosti sa aktívne vyvíjajú prostriedky a metódy plazmového striekania s použitím rôznych materiálov a spôsobov spracovania s cieľom dosiahnuť maximálne mechanické a fyzikálne vlastnosti.

Podstata plazmového zvárania

Na rozdiel od inštalácií iónovo-plazmovej saturácie a naprašovania sa v tomto prípade plazmové spracovanie vykonáva pomocou vysokoteplotnej plazmy. Účinnosť tejto metódy je vyššia ako pri použití tradičných metód zvárania (plameň, elektrický oblúk, zváranie pod tavivom atď.). Ako pracovná zmes plynov sa spravidla používa bežný atmosférický vzduch pod tlakom. Preto je táto technika charakterizovaná absenciou nákladov na spotrebné plyny.

Výhody plazmového zvárania

V porovnaní s tradičným zváraním je používanie plazmového zváracieho stroja bezpečnejšie. Dôvod je celkom jasný – využitie vzdušného kyslíka pod tlakom ako pracovného plynu. V súčasnosti majitelia veľmi dbajú na bezpečnosť pri výrobepodniky, vedúci pracovníci a regulačné orgány.

Ďalšou veľmi dôležitou výhodou je vysoká kvalita zvaru (minimálna priehyb, nedostatok prieniku a iné chyby). Aj keď na to, aby ste sa naučili šikovne používať plazmový zvárací stroj, sú potrebné dlhé mesiace praxe. Iba v tomto prípade bude zvar a spoje ako celok spĺňať vysoké štandardy.

Táto technológia má množstvo ďalších výhod. Medzi ne: vysoká rýchlosť zváracieho procesu (zvyšuje sa produktivita), nízka spotreba energetických zdrojov (elektrina), vysoká presnosť spojenia, nedochádza k deformáciám a deformáciám.

Zariadenie na rezanie plazmou

Samotný proces je veľmi citlivý na aktuálne používané zdroje. Preto je dovolené používať iba veľmi kvalitné a spoľahlivé transformátory, ktoré preukazujú stálosť výstupného napätia. Znižovacie transformátory sa používajú na konverziu vysokého vstupného napätia na nízke výstupné napätie. Náklady na takéto zariadenie sú niekoľkonásobne nižšie ako náklady na tradičné konvertory na zváranie elektrickým oblúkom. Sú tiež úspornejšie.

Zariadenia na rezanie plazmou sa ľahko používajú. Preto, ak máte aspoň minimálne skúsenosti a zručnosti, zvládnete všetky zváračské práce sami.

Technológia plazmového zvárania

V závislosti od napájacieho napätia sa plazmové zváranie delí na mikro zváranie, zváranie nastredný a vysoký prúd. Samotný proces je založený na pôsobení usmerneného toku vysokoteplotnej plazmy na elektrón a na povrchy, ktoré sa majú zvárať. Elektróda sa roztaví, čím vznikne trvalý zvarový spoj.

Plazmové rezanie

Plazmové rezanie je proces, pri ktorom sa kov reže na jednotlivé časti usmerneným prúdom vysokoteplotnej plazmy. Táto technológia poskytuje dokonale rovnomernú líniu rezu. Po plazmovej rezačke odpadá potreba dodatočného spracovania obrysu výrobkov (či už doskového materiálu alebo rúrkových výrobkov).

Proces je možné vykonávať pomocou ručnej rezačky aj pomocou plazmového rezacieho stroja na rezanie oceľového plechu. Plazma vzniká, keď sa na prúd pracovného plynu aplikuje elektrický oblúk. V dôsledku výrazného lokálneho ohrevu dochádza k ionizácii (oddelenie záporne nabitých elektrónov od kladne nabitých atómov).

Aplikácie na rezanie plazmou

Prúd vysokoteplotnej plazmy má veľmi vysokú energiu. Jeho teplota je taká vysoká, že doslova ľahko vyparí mnohé kovy a zliatiny. Táto technológia sa používa hlavne na rezanie oceľových plechov, plechov z hliníka, bronzu, mosadze a dokonca aj titánu. Okrem toho môže byť hrúbka plechu veľmi odlišná. To neovplyvní kvalitu línie rezu – bude dokonale hladká a rovnomerná, bez šmúh.

Treba však poznamenať, že v záujme dosiahnutia vysokej kvality a rovnomernostirezať pri práci s hrubostenným materiálom, musíte použiť plazmový rezací stroj. Sila ručného horáka nebude stačiť na rezanie kovu s hrúbkou 5 až 30 milimetrov.

Rezanie plynom alebo plazmové rezanie?

Aký typ rezania a rezania kovu by ste mali uprednostniť? Čo je lepšie: technológia rezania kyslíkom alebo plazmou? Druhá možnosť je možno všestrannejšia, pretože je vhodná na takmer akýkoľvek materiál (aj na tie náchylné na oxidáciu pri zvýšených teplotách). Okrem toho sa plazmové rezanie vykonáva pomocou bežného atmosférického vzduchu, čo znamená, že nevyžaduje nákup drahého spotrebného materiálu. A línia rezu je dokonale rovnomerná a nevyžaduje zdokonalenie. To všetko v kombinácii výrazne znižuje cenu produktu a robí produkty konkurencieschopnejšími.

Materiály na rezanie plazmou

Je potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že maximálna povolená hrúbka spracovávaného kovu alebo zliatiny závisí od materiálu samotného alebo jeho triedy. Na základe dlhoročných skúseností s výrobou a laboratórnych výskumných skúseností odborníci dávajú nasledujúce odporúčania o hrúbke spracovávaných materiálov: liatina - nie viac ako deväť centimetrov, oceľ (bez ohľadu na chemické zloženie a prítomnosť legujúcich prvkov) - nie viac ako päť centimetrov, meď a zliatiny na jej báze - nie viac ako osem centimetrov, hliník a jeho zliatiny - nie viac ako 12 centimetrov.

Všetky uvedené hodnoty sú typické pre manuálspracovanie. Príkladom takejto jednotky domácej výroby je plazmový prístroj Gorynych. Je oveľa lacnejší ako zahraničné analógy, pričom nie je v žiadnom prípade horší a možno dokonca lepší ako kvalita. Na trhu je prezentovaná široká škála zariadení tohto výrobcu, ktoré sú určené na vykonávanie rôznych prác (domáce zváranie, rezanie a zváranie kovov rôznych hrúbok vrátane). Hrubšie plechy je možné spracovať iba na vysokovýkonných strojoch.

Existujúce metódy plazmového rezania

Všetky existujúce metódy plazmového rezania možno rozdeliť na prúdové a oblúkové. Navyše je úplne jedno, či sa použije ručná rezačka alebo CNC plazmový rezací a rezací stroj. V prvom prípade sú všetky potrebné podmienky na ionizáciu plynu implementované v samotnej fréze. Takéto zariadenie dokáže spracovať takmer akékoľvek materiály (kovy a nekovy). V druhom prípade musí mať spracovávaný materiál elektrickú vodivosť (inak nevznikne elektrický oblúk a dôjde k ionizácii plynu).

Okrem rozdielov v spôsobe vzniku plazmy možno plazmové spracovanie rozdeliť aj podľa technologických vlastností na rezanie na jednoduché (bez použitia pomocných látok), spracovanie vodou a spracovanie v prostredí ochranného plynu. Posledné dva spôsoby umožňujú výrazne zvýšiť rýchlosť rezania a zároveň sa nebáť oxidácie kovu.