Hur plasmasvetsmaskinen är ordnad och fungerar

Plasmat i fysik är materialets fjärde tillstånd efter fasta, flytande och gasformiga former, när partiell eller fullständig jonisering av mediet från tidigare neutrala molekyler och atomer inträffar, med förbehåll för kvasinutralitet: volymdensiteten för alla laddade partiklar är lika.

I svetsteknologi används följande egenskaper hos låg temperatur (mindre än en miljon grader Kelvin-plasma):

• mycket hög elektrisk ledningsförmåga;

• det starka inflytandet från yttre magnetfält på strömmen av strömmar i den, vilket bidrar till bildandet av strålar och lager;

• manifestation av kollektiva effekter, uttryckt av övervägande av magnetiska och elektriska krafter under gravitation.

Principer för att skapa och använda plasmafacklor

I denna svetsmetod är källan till uppvärmning av metaller till smältpunkten en plasmabåge av joniserad gas, som riktas i rätt riktning. Den produceras av en speciell anordning som kallas en plasmatron eller plasmafacklare.

Klassificering efter bågtyp

Genom driftprincipen kan plasmatronen vara av direkt eller indirekt handling.

I det första fallet appliceras potentialskillnaden i generatorens yttre fält, vilket skapar förhållandena för bildandet av en båge, direkt på arbetsstycket och elektroden hos gasbrännaren. På grund av detta ökas kyleffektiviteten hos strukturen.

I den andra metoden appliceras elektrisk spänning endast mellan brännarens delar för att skapa en plasmastråle. På grund av detta är det nödvändigt att komplicera kylsystemet i munstycksaggregatet.

För direktverkande plasmatroner produceras en båge som ungefär liknar en cylindrisk form och expanderar något vid ytan av metallen som bearbetas.

Inuti det neutrala elektriska munstycket inträffar komprimering och stabilisering av bågen. I detta fall bildar kombinationen av den termiska och kinetiska energin i plasma en ökad effekt för det, vilket gör att metallen smälter djupare.

Indirekte brännare skapar en plasma i form av en konisk jet omgiven av en fackla riktad mot produkten. Strålen blåses ut av plasmaströmmen som kommer från brännaren.

Klassificering av brännarkylningsmetoder

På grund av den höga temperaturen i plasma används olika metoder för att kyla detaljerna i plasmabrännaren:

• blåser luft;

• värmeavlägsnande på grund av tvungen cirkulation av vatten.

Luftkylning är billigare och vätskekylning är den mest effektiva, men komplexa.

Klassificering av bågstabiliseringsmetoder

Gasbrännaren bör tillhandahålla en jämn, stabil i kolonn i storlek och riktningstemperatur med strikt fixering av den längs munstyckets och elektrodens axel.

För detta ändamål har tre typer av munstyckskonstruktioner som använder energi utvecklats:

1. gas;

2. vatten;

3. magnetfält.

I den första metoden en kall ström av gas, blåser en kolonn av plasma, kyls och samtidigt komprimerar den. Beroende på gasströmmens riktning skapas stabilisering:

1. axiell - med parallellblåsning av kolonnen;

2. virvlande när gasflödet skapas i vinkelrätt riktning.

Den andra metoden komprimerar ljusbågen mer effektivt och används i plasmatroner som används för metallavlagring eller skärning.

Axialstabilisering är bättre lämpad för svetsning och ytbeläggning av metaller.

Det dubbla stabiliseringsschemat kombinerar funktionerna hos axial och virvel. När du använder den är det möjligt att passera gas på tre sätt:

• endast genom den centrala centralkanalen;

• genom båda;

• uteslutande genom extern.

Varje metod skapar olika scheman för komprimering av plasmakolonnen.

Vattenstabilisering använder räknande virvlande flöden.Ångan som genereras i denna process hjälper till att skapa plasma med en kolonn som värmer upp till 50 tusen grader på Kelvin-skalan.

En betydande nackdel med denna metod är den intensiva förbränningen av katoden. För sådana anordningar är elektroden tillverkad av grafit och utvecklar mekanismer för dess automatiska inställning till arbetsstycket när längden kontinuerligt förbrukas.

Vattenstabiliserade plasmabrännarenheter noteras:

• designkomplexitet;

• låg tillförlitlighet för elektrodmatningssystemet;

• komplexiteten i metoderna för excitation av bågen.

Magnetisk stabilisering Det fungerar på grund av det riktade magnetfältet som är beläget över ljusbågens kolonn. Effektiviteten är den lägsta, och magnetventilen inbyggd i munstycket komplicerar avsevärt plasmaflänskretsen.

Emellertid används magnetisk stabilisering för att ge rotationsrörelse till anodfläcken inuti munstycksväggarna. Detta gör det möjligt att minska erosionen i munstycksmaterialet, vilket påverkar plasmastrålens renhet.

Alla konstruktioner av plasmatroner som beaktats ovan är båge. Men det finns en annan typ av liknande plasmagenererande anordningar på grund av energin i högfrekvensströmmen som passerar genom induktionsspolen. Sådana plasmatroner kallas induktion (HF) och de kräver inte elektroder för att skapa en bågeutladdning.

De har inga speciella fördelar med att påverka de bearbetade metallerna jämfört med båganordningar och används för att lösa enskilda tekniska processer, till exempel produktion av rena pulvermetaller.

Designfunktioner för brännare

Funktionen för en av typerna av plasmafacklor kan förklaras av figuren nedan.

Plasmabågen under svetsning skapas inuti det skyddande atmosfäriska skalet som bildas genom tillförsel av injicerad gas till arbetsområdet. De väljer ofta argon.

Plasmaformande gas (joniseringskälla) kan fungera:

• argon;

• kväve;

• helium;

• luft;

• väte;

• blandningar av de listade gaserna.

Tänk på funktionerna i deras funktion:

• väte är explosivt;

• nitrider och ozon frigörs från luften;

• helium kära;

• Kväve vid höga temperaturer påverkar miljön.

Volfram väljs oftast som material för elektroder på grund av de mest lämpliga mekaniska egenskaperna och motståndskraften mot höga temperaturer.

Gasmunstycket fixeras i brännaren och blåses med en skyddande ström. Köldvätska pumpas längs de hydrauliska linjerna och värms ut.

Strömförande ledningar tillför elektrisk energi av likström eller växelström till elektroderna.

För att driva den plasmaformande bågen är en strömkälla med en spänning på cirka 120 volt ansluten för svetsning och cirka 300 vid tomgång - för skärning.

Plasmageneratorenhet

Växelström eller likström kan användas för att starta plasmatronen. Tänk som ett exempel på driften av en generator från konventionellt nätaggregat 220 volt.

Ballastmotstånd begränsar matningsströmmen. Gasreglaget styr lasten. Diodbron omvandlar en växelspänning för att bibehålla en arbetsbåge.

En luftkompressor levererar skyddsgas till brännaren, och ett hydrauliskt kylsystem cirkulerar vätskan i plasmaledningarna för att upprätthålla effektivt värmeavlägsnande.

Teknik för plasmasvetsning och skärning

För att antända och underhålla svetsbågen används elektrisk strömenergi, och för dess beröring utan kontakt, en oscillator (svängningskälla).

Användningen av en pilbåge mellan elektroden och munstycket kan avsevärt underlätta processen att starta plasma.

Sådan svetsning gör det möjligt att sammanfoga nästan alla metaller och legeringar belägna i det nedre eller vertikala planet.

Utan förbehandling av kanterna kan fasetter med en tjocklek av upp till 15 mm svetsas till fasetter.I detta fall bildas en karakteristisk penetration med specifika former på grund av plasmastrålens utgång bortom baksidan av den svetsade delen genom de genomgående slitsarna.

I själva verket är plasmasvetsning i de flesta fall en dubbel kontinuerlig process:

• skär genom materialet i arbetsstycket;

• svetsplats skär.

Skärtekniken är baserad på:

• smält metallskikt vid behandlingsstället;

• blåser vätskefraktionen i plasmaströmmen.

Metallens tjocklek påverkar skärtekniken. För tunna produkter används den indirekta metodbågen, och för tjockare, fungerar direktanslutna plasmafacklar bättre.

Plasmaskärning är den mest ekonomiska för alla metaller, inklusive kolstål.

För att utföra plasmasvetsning och skärning har automatiserade linjer och manuella installationer utvecklats.

Typer av plasmasvetsning

Kraften hos den applicerade strömmen påverkar den skapade bågens effekt. Tre typer av svetsning bestäms av dess storlek:

1. mikroplasma;

2. genomsnitt;

3. vid höga strömmar.

Mikroplasmasvetsning

Den fungerar på strömmar begränsade till 0,1 ÷ 25 ampère. Denna teknik används inom elektronik, instrumentering, smycken, tillverkning av bälgar, membran, termoelement, folie, tunnväggiga rör och behållare, så att du kan ansluta delar ordentligt med en tjocklek av 0,2 ÷ 5 mm.

För att bearbeta olika material väljs kombinationer av plasmaformande och skyddande gaser, graden av bågens kompression och närheten till anoden. Vid bearbetning av speciellt tunna material används pulsläget för ljusbuffertillförsel med tillförsel av bipolära strömpulser.

Under passagen av en puls med en polaritet avsätts eller svetsas metall, och när den pausas på grund av en riktningsförändring, kyls och kristalliseras metallen, och en svetspunkt skapas. För sin goda utbildning optimeras processen för att tillhandahålla ström och paus. I kombination med amplitudstyrning och avlägsnande av elektroder gör det möjligt att uppnå högkvalitativa föreningar av olika metaller och legeringar.

För att utföra mikroplasma-svetsning har många tekniker utvecklats som tar hänsyn till olika lutningsvinklar för plasmabrännarna, vilket skapar tvärgående vibrationer för förstörelse av oxidlager, flyttar munstycket relativt svetsen som bearbetas och andra metoder.

Plasmasvetsning vid medelströmmar på 50 150 150 ampère används för industriell produktion, maskinteknik och reparationsändamål.

Höga strömmar från 150 ampere används för plasmasvetsningar som bearbetar legeringar av stål och lågkolstål, legeringar av koppar, titan, aluminium. Det gör att du kan sänka kostnaden för skärande kanter, öka produktiviteten i processen, för att optimera kvaliteten på fogarna i jämförelse med elbågsmetoder i fogarna.

Plasmetallbeläggning och ytsprutning

Enskilda maskindelar kräver tillhandahållande av hög hållfasthet eller är resistenta mot höga temperaturer eller aggressiva miljöytor. För detta ändamål är de belagda med ett skyddande skikt av dyr metall genom plasmabehandlingsmetoder. För att göra detta införs den beredda tråden eller pulvret i små granulat i plasmaströmmen och sprayas i smält tillstånd på ytan som ska behandlas.

Fördelar med denna metod:

• plasmaens förmåga att smälta alla metaller;

• förmågan att erhålla legeringar av olika kompositioner och skapa flerlagersbeläggningar;

• tillgängligheten av behandlingsformer av vilken storlek som helst;

• bekvämligheten med att anpassa processernas energikarakteristik.

Fördelar med plasmasvetsning

Bågkällan som skapas av plasmasvetsning skiljer sig från konventionell elektrisk:

1. ett mindre kontaktområde på den behandlade metallen;

2. större termisk effekt på grund av närvaron till en cylindrisk form;

3. ökat mekaniskt tryck på strålen på metallen (cirka 6 ÷ 10 gånger);

4. Förmågan att bibehålla bågförbränning vid låga strömmar, upp till 0,2 ampere.

Av dessa fyra skäl anses plasmasvetsning vara mer lovande och mångsidig i metallbearbetning. Det ger bättre smältning inom en reducerad volym.

Plasmabågen har den högsta temperaturkoncentrationen och låter dig skära och svetsa metaller med ökad tjocklek även med vissa ökningar i avståndet från brännarmunstycket till arbetsstycket.

Dessutom skiljer sig plasmasvetsanordningar:

• relativt små dimensioner;

• tillförlitlighet i arbetet;

• enkelhet i kraftreglering;

• enkel start;

• snabb avslutning av driftsläget.

brister

De höga kostnaderna för utrustning begränsar den utbredda introduktionen av plasmasvetsning i alla branscher och bland små företag.