כיצד מסודרים ועובדים מכונת ריתוך הפלזמה

הפלזמה בפיזיקה היא המצב הרביעי של החומר לאחר צורות מוצקות, נוזליות וגזים, כאשר יינון חלקי או מלא של המדיום ממולקולות ואטומים ניטרליים שקודם לכן מתרחש בתנאי קוואזיוטרליות: צפיפות הנפח של כל החלקיקים הטעונים שווה.

בטכנולוגיית הריתוך משתמשים בתכונות הבאות של פלזמה בטמפרטורה נמוכה (פחות ממיליון מעלות קלווין):

• מוליכות חשמלית גבוהה מאוד;

• ההשפעה החזקה של שדות מגנטיים חיצוניים על זרימת הזרמים בה, תורמת להיווצרות מטוסים ושכבות;

• ביטוי של השפעות קולקטיביות, המתבטאות בשלטון הכוחות המגנטיים והחשמליים על פני הכבידה.

עקרונות ליצירה ולהפעלה של לפידים בפלזמה

בשיטת ריתוך זו, מקור חימום המתכות לנקודת ההיתוך הוא קשת פלזמה של גז מיונן, המכוון לכיוון הנכון. הוא מיוצר על ידי מכשיר מיוחד הנקרא פלסמטרון או לפיד פלזמה.

סיווג לפי סוג הקשת

לפי עקרון הפעולה, הפלסמטרון יכול להיות של פעולה ישירה או עקיפה.

במקרה הראשון, ההבדל הפוטנציאלי של השדה החיצוני של הגנרטור, היוצר את התנאים להיווצרות קשת, מוחל ישירות על חומר העבודה ועל האלקטרודה של מבער הגז. עקב כך מוגברת יעילות הקירור של המבנה.

בשיטה השנייה מתח חשמלי מופעל רק בין חלקי המבער ליצירת סילון פלזמה. בשל כך, יש צורך לסבך את מערכת הקירור של מכלול הזרבובית.

עבור פלסמטרון הפועל ישיר, נוצר קשת הדומה לצורה גלילית, ומתרחבת מעט על פני המתכת שעובדת.

בתוך הזרבובית החשמלית הנייטרלית מתרחשת דחיסה וקיבוע של הקשת. במקרה זה, השילוב של האנרגיה התרמית והקינטית של הפלזמה יוצר עבורו כוח מוגבר, המאפשר למתכת להמיס עמוק יותר.

מבערים עקיפים יוצרים פלזמה בצורת סילון חרוטי המוקף בפיד המכוון לעבר המוצר. הסילון מפוצץ על ידי זרם הפלזמה שמגיע מהמבער.

סיווג שיטות קירור מבער

בשל הטמפרטורה הגבוהה של הפלזמה, נעשה שימוש בשיטות שונות לקירור פרטי לפיד הפלזמה:

• נושבת אוויר;

• הסרת חום בגלל זרימת מים מאולצת.

קירור אוויר פחות יקר, וקירור נוזלים הוא היעיל ביותר, אך המורכב.

סיווג שיטות לייצוב קשת

צורב הגז אמור לספק עמוד שווה, יציב בגודלו ובטמפרטורת הכיוון שלו עם קיבוע קפדני שלו לאורך ציר הזרבובית והאלקטרודה.

לשם כך פותחו שלושה סוגים של עיצובי חרירים המשתמשים באנרגיה:

1. גז;

2. מים;

3. שדה מגנטי.

בשיטה הראשונה זרם גז קר, נושף עמוד פלזמה, מתקרר ובמקביל דוחס אותו. בהתאם לכיוון זרם הגז נוצר ייצוב:

1. צירי - עם ניפוח מקביל של העמוד;

2. מתערבל כשנוצרת זרימת הגז בכיוון הניצב.

השיטה השנייה דוחסת את הקשת בצורה יעילה יותר ומשמשת בפלסמטרון המשמש להטחת מתכת או לחיתוך.

ייצוב צירי מתאים יותר לריתוך ומשטח מתכות.

מערך הייצוב הכפול משלב את התכונות של ציר ומערבולת. בעת השימוש בו ניתן להעביר גז בשלושה דרכים:

• רק דרך הערוץ המרכזי הראשי;

• דרך שניהם;

• באופן בלעדי באמצעות חיצוני.

כל שיטה יוצרת סכמות שונות לדחיסת עמוד הפלזמה.

ייצוב מים משתמש בזרימת נוזלים מתפתלים נגד.הקיטור הנוצר בתהליך זה מסייע ביצירת פלזמה עם עמוד שמתחמם עד 50 אלף מעלות בסולם קלווין.

חיסרון משמעותי בשיטה זו הוא בעירה אינטנסיבית של הקתודה. עבור מכשירים כאלה, האלקטרודה עשויה גרפיט, ומפתחת מנגנונים לגישתה האוטומטית לחומר העבודה ככל שהאורך נצרך ברציפות.

מתקנים לפיד פלזמה מיוצב במים:

• מורכבות עיצובית;

• אמינות נמוכה של מערכת הזנת האלקטרודות;

• המורכבות של שיטות עירור הקשת.

ייצוב מגנטי זה עובד בגלל השדה המגנטי הכיוון שנמצא לרוחב התנועה של עמוד הקשת. היעילות שלו היא הנמוכה ביותר, והסולנואיד המובנה בתוך הזרבובית מסבך מאוד את מעגל לפיד הפלזמה.

עם זאת, ייצוב מגנטי משמש להקניית תנועה סיבובית למקום האנודה בתוך קירות הזרבובית. זה מאפשר להפחית את שחיקת חומר הזרבובית, המשפיעת על טוהר מטוס הפלזמה.

כל הקונסטרוקציות של פלסמטרונים הנחשבים לעיל הינן קשתות. אבל יש סוג אחר של התקנים לייצור פלזמה דומים בגלל האנרגיה של הזרם בתדר הגבוה העובר בסליל המשרן. פלסמטרון כזה נקרא אינדוקציה (HF) והם אינם דורשים אלקטרודות כדי ליצור פריקת קשת.

אין להם יתרונות מיוחדים בהשפעת המתכות המעובדות בהשוואה למכשירי קשת ומשמשים לפתרון תהליכים טכנולוגיים פרטניים, למשל, ייצור מתכות אבקה טהורות.

תכונות עיצוב של מבערים

ניתן להסביר את פעולת אחד מסוגי הלפידים בפלזמה על ידי האיור שלהלן.

קשת הפלזמה במהלך הריתוך נוצרת בתוך המעטפת האטמוספרית המגן הנוצרת על ידי אספקת גז מוזרק לאזור העבודה. לרוב הם בוחרים בארגון.

גז היוצר פלזמה (מקור יינון) יכול לעבוד:

• ארגון

• חנקן

• הליום

• אוויר

• מימן;

• תערובות הגזים הרשומים.

זכור את התכונות של פעולתם:

• מימן הוא חומר נפץ;

• ניטרידים ואוזון משתחררים מהאוויר;

• הליום יקירי;

• חנקן בטמפרטורות גבוהות משפיע על הסביבה.

לרוב נבחר טונגסטן כחומר לאלקטרודות בגלל התכונות המכניות המתאימות ביותר והעמידות לטמפרטורות גבוהות.

זרבובית הגז קבועה במבער ונפוצצת בזרם מגן. נוזל קר נשאב לאורך הקווים ההידראוליים ומחומם מוזרם.

חוטים נושאי זרם מספקים אנרגיה חשמלית של זרם ישיר או חלופי לאלקטרודות.

כדי להזין את הקשת היוצרת פלזמה, מקור זרם עם מתח של כ -120 וולט מחובר לריתוך וכ -300 בטל סרק - לחיתוך.

התקן מחולל פלזמה

ניתן להשתמש בזרם חילופין או בזרם ישיר להפעלת הפלסמטרון. כדוגמה, שקול את פעולת הגנרטור מ- רשת אספקת חשמל רגילה 220 וולט.

הנגד נטל מגביל את זרם האספקה. המצערת שולטת בעומס. גשר הדיודה ממיר מתח לסירוגין לשמירה על קשת עבודה.

מדחס אוויר מספק גז מגן למבער, ומערכת קירור הידראולית מפיצה את הנוזל בקווי הפלזמה כדי לשמור על הסרת חום יעילה.

טכניקה לריתוך וחיתוך פלזמה

כדי להצית ולתחזק את קשת הריתוך, משתמשים באנרגיית זרם חשמלי, ועבור עירורו ללא מגע, מתנד (מקור התנודה).

השימוש בקשת טייס בין האלקטרודה לזרבובית יכול להקל משמעותית על תהליך התחלת הפלזמה.

ריתוך כזה יאפשר להצטרף כמעט לכל המתכות והסגסוגות הממוקמות במישור התחתון או האנכי.

מבלי לעבד את הקצוות מראש, ניתן לרתך שוליות בעובי של עד 15 מ"מ.במקרה זה נוצרת חדירה אופיינית עם צורות ספציפיות עקב יציאת סילון הפלזמה מעבר לחלק האחורי של החלק המרותך דרך חריצי דרך.

למעשה, ריתוך פלזמה ברוב המקרים הוא תהליך כפול ורציף:

• חיתוך דרך חומר העבודה;

• אתר ריתוך חתוך.

טכנולוגיית החיתוך מבוססת על:

• שכבת מתכת מותכת באתר הטיפול;

• מפוצץ את שבריר הנוזל בזרם הפלזמה.

עובי המתכת משפיע על טכנולוגית החיתוך. עבור מוצרים דקים משתמשים בקשת השיטה העקיפה, ולמוצרים עבים יותר, לפידים פלזמיים המחוברים ישירות עובדים טוב יותר.

חיתוך פלזמה הוא החסכוני ביותר עבור כל המתכות, כולל פלדת פחמן.

לביצוע ריתוך וחיתוך פלזמה פותחו קווים אוטומטיים והתקנות ידניות.

סוגי ריתוך פלזמה

כוחו של הזרם המופעל משפיע על עוצמת הקשת שנוצרה. שלושה סוגים של ריתוך נקבעים על פי גודלם:

1. מיקרו פלזמה;

2. ממוצע;

3. בזרמים גבוהים.

ריתוך מיקרו-פלזמה

זה פועל על זרמים מוגבלים ל 0.1- 25 אמפר. טכנולוגיה זו משמשת באלקטרוניקה, מכשור, תכשיטים, ייצור מפוח, ממברנות, צמד תרמיצינורות ומיכלים עם נייר כסף, נייר כסף, ומאפשרים לך לחבר היטב חלקים בעובי 0.2 ÷ 5 מ"מ.

לעיבוד חומרים שונים נבחרים שילובים של גזים היוצרים פלזמה ומגנים, מידת הדחיסה של הקשת והקרבה לאנודה. בעת עיבוד חומרים דקים במיוחד, מצב הדופק משמש לאספקת אמפר נמוכה של הקשת עם אספקת פולסים זרם דו קוטבי.

במהלך מעבר של דופק של קוטביות אחת, מתכת מופקדת או מרותכת, וכשהושהה בגלל שינוי כיוון המתכת מתקררת ומתגבשת ונוצרת נקודת ריתוך. לצורך השכלתו הטובה, תהליך אספקת הזרם וההשהיה ממוטב. בשילוב עם בקרת משרעת והוצאת אלקטרודות, הדבר מאפשר להשיג תרכובות באיכות גבוהה של מתכות וסגסוגות שונות.

לביצוע ריתוך מיקרו-פלזמה פותחו טכנולוגיות רבות המתחשבות בזוויות שונות של נטיות לפידים בפלזמה, ויוצרות ויברציות רוחביות להשמדת שכבות תחמוצת, הזזת הזרבובית יחסית לריתוך שעובד ושיטות אחרות.

ריתוך פלזמה בזרמים בינוניים של 50 עד 150 אמפר משמש לייצור תעשייתי, הנדסת מכונות ותיקון למטרות.

זרמים גבוהים מ -150 אמפר משמשים לריתוך פלזמה המעבד פלדות סגסוגות ופחמן תעשייתי, סגסוגות נחושת, טיטניום, אלומיניום. זה מאפשר לך להפחית את עלות חיתוך הקצוות, להגדיל את הפרודוקטיביות של התהליך, לייעל את איכות התפרים בהשוואה לשיטות קשת חשמליות של מפרקים.

משטחי מתכת פלזמה וריסוס פנים

חלקי מכונות נפרדים דורשים מתן חוזק גבוה או עמיד לטמפרטורות גבוהות או משטחים סביבתיים אגרסיביים. לשם כך הם מצופים בשכבת מגן של מתכת יקרה בשיטות טיפול בפלזמה. לשם כך, החוט או האבקה המוכנים בגרגירים קטנים מוחדרים לזרם הפלזמה ומרססים במצב המותך על פני השטח שיש לטפל בו.

היתרונות של שיטה זו:

• היכולת של פלזמה להמיס מתכות כלשהן;

• היכולת להשיג סגסוגות של קומפוזיציות שונות וליצור ציפויים רב שכביים;

• הזמינות של טפסי עיבוד בכל גודל;

• נוחות התאמת מאפייני האנרגיה של תהליכים.

יתרונות של ריתוך פלזמה

מקור הקשת שנוצר באמצעות ריתוך פלזמה שונה מהחשמל הקונבנציונאלי:

1. שטח מגע קטן יותר על המתכת המטופלת;

2. השפעה תרמית גדולה יותר בגלל הגישה לצורה גלילית;

3. לחץ מכני מוגבר של הסילון על המתכת (כ 6 - 10 פעמים);

4. היכולת לשמור על שריפת קשת בזרמים נמוכים, עד 0.2 אמפר.

מארבע הסיבות הללו, ריתוך פלזמה נחשב למבטיח יותר ורב תכליתי בעיבוד מתכות. זה מספק התכה טובה יותר בנפח מופחת.

קשת הפלזמה היא בריכוז הטמפרטורה הגבוה ביותר ומאפשרת לחתוך ולרתך מתכות בעובי מוגבר גם עם עלייה מסוימת במרחק מהזרבובית למבער לחומר העבודה.

בנוסף, מכשירי ריתוך בפלזמה נבדלים זה מזה:

• מידות קטנות יחסית;

• אמינות בעבודה;

• פשטות ויסות כוח;

• התחלה קלה;

• סיום מהיר של מצב ההפעלה.

חסרונות

עלות הציוד הגבוהה מגבילה את ההצגה הנרחבת של ריתוך פלזמה בכל הענפים ובקרב מפעלים קטנים.