Ako je zariadenie na plazmové zváranie usporiadané a ako funguje

Plazma vo fyzike je štvrtým stavom hmoty po pevných, kvapalných a plynných formách, keď dôjde k čiastočnej alebo úplnej ionizácii média z predtým neutrálnych molekúl a atómov pod podmienkou kvasineutrality: objemová hustota všetkých nabitých častíc je rovnaká.

V technológii zvárania sa používajú tieto vlastnosti plazmy pri nízkej teplote (menej ako milión stupňov Kelvina):

• veľmi vysoká elektrická vodivosť;

• silný vplyv vonkajších magnetických polí na tok prúdov v ňom, ktorý prispieva k tvorbe prúdov a vrstiev;

• prejav kolektívnych účinkov vyjadrený prevahou magnetických a elektrických síl nad gravitáciou.

Zásady pre vytváranie a prevádzku plazmových horákov

Pri tomto spôsobe zvárania je zdrojom ohrevných kovov do bodu topenia plazmový oblúk ionizovaného plynu, ktorý je nasmerovaný správnym smerom. Vyrába sa pomocou špeciálneho zariadenia zvaného plazmatron alebo plazmový horák.

Klasifikácia podľa typu oblúka

Podľa princípu činnosti môže byť plazmatron priamym alebo nepriamym účinkom.

V prvom prípade sa potenciálny rozdiel vonkajšieho poľa generátora, ktorý vytvára podmienky na vznik oblúka, aplikuje priamo na obrobok a elektródu plynového horáka. V dôsledku toho sa zvyšuje účinnosť chladenia konštrukcie.

Pri druhom spôsobe sa elektrické napätie aplikuje iba medzi časťami horáka na vytvorenie plazmového lúča. Z tohto dôvodu je potrebné komplikovať chladiaci systém zostavy dýzy.

V prípade priamo pôsobiacich plazmatronov sa vytvára oblúk, ktorý približne pripomína valcovitý tvar a mierne sa rozširuje na povrchu spracovávaného kovu.

Vo vnútri neutrálnej elektrickej dýzy nastáva kompresia a stabilizácia oblúka. V tomto prípade kombinácia tepelnej a kinetickej energie plazmy pre ňu vytvára zvýšenú silu, čo umožňuje kovu topiť sa hlbšie.

Nepriame horáky vytvárajú plazmu vo forme kužeľového lúča obklopeného horákom nasmerovanou k produktu. Tryska je vyfukovaná prúdom plazmy prichádzajúcim z horáka.

Klasifikácia metód chladenia horáka

V dôsledku vysokej teploty plazmy sa používajú rôzne metódy chladenia detailov plazmového horáka:

• fúkaný vzduch;

• odvod tepla v dôsledku nútenej cirkulácie vody.

Chladenie vzduchom je lacnejšie a kvapalné chladenie je najúčinnejšie, ale najkomplexnejšie.

Klasifikácia metód stabilizácie oblúka

Plynový horák by mal poskytovať rovnomerný, stabilný stĺpec veľkosti a smeru teploty s jeho prísnou fixáciou pozdĺž osi dýzy a elektródy.

Za týmto účelom boli vyvinuté tri typy dýz využívajúcich energiu:

1. plyn;

2. voda;

3. magnetické pole.

V prvej metóde studený prúd plynu, fúkajúci stĺpec plazmy, ochladzuje a súčasne ho komprimuje. V závislosti od smeru prúdu plynu sa vytvorí stabilizácia:

1. axiálny - s paralelným vyfukovaním kolóny;

2. vírenie, keď sa tok plynu vytvára v kolmom smere.

Druhou metódou je oblúk účinnejšie stlačený a používa sa v plazmatronoch používaných na nanášanie alebo rezanie kovov.

Axiálna stabilizácia je vhodnejšia na zváranie a naváranie kovov.

Schéma dvojitej stabilizácie kombinuje vlastnosti axiálneho a vírivého. Pri jeho používaní je možné plyn prepravovať tromi spôsobmi:

• iba cez hlavný centrálny kanál;

• prostredníctvom oboch;

• výlučne prostredníctvom externých.

Každá metóda vytvára rôzne schémy na stlačenie plazmovej kolóny.

Stabilizácia vody používa protiľahlé vírivé toky tekutín.Para vytvorená v tomto procese pomáha vytvárať plazmu so stĺpcom zahrievajúcim až 50 000 stupňov na stupnici Kelvina.

Významnou nevýhodou tohto spôsobu je intenzívne spaľovanie katódy. Pri takýchto zariadeniach je elektróda vyrobená z grafitu, pričom sa vyvíja mechanizmus na jej automatický prístup k obrobku, keď sa dĺžka neustále spotrebúva.

Vo vode stabilizované plazmové horáky sú uvedené:

• komplexnosť dizajnu;

• nízka spoľahlivosť napájacieho systému elektród;

• zložitosť metód excitácie oblúka.

Magnetická stabilizácia Funguje to v dôsledku smerového magnetického poľa, ktoré sa nachádza po pohybe oblúkového stĺpca. Jeho účinnosť je najnižšia a solenoid zabudovaný do trysky značne komplikuje obvod plazmového horáka.

Magnetická stabilizácia sa však používa na prepožičanie rotačného pohybu anódovému bodu vnútri stien dýzy. To umožňuje znížiť eróziu materiálu dýzy, čo ovplyvňuje čistotu plazmového lúča.

Všetky vyššie uvedené konštrukcie plazmatronov sú oblúkové. Existuje však aj iný typ podobných zariadení generujúcich plazmu kvôli energii vysokofrekvenčného prúdu prechádzajúceho indukčnou cievkou. Takéto plazmatróny sa nazývajú indukcia (HF) a nevyžadujú elektródy na vytvorenie oblúkového výboja.

Nemajú špeciálne výhody pri ovplyvňovaní spracovaných kovov v porovnaní s oblúkovými zariadeniami a používajú sa na riešenie jednotlivých technologických procesov, napríklad na výrobu čistých práškových kovov.

Dizajnové vlastnosti horákov

Činnosť jedného z typov plazmových horákov môže byť vysvetlená na obrázku nižšie.

Plazmový oblúk počas zvárania sa vytvára vo vnútri ochrannej atmosféry, ktorá sa vytvára privádzaním vstrekovaného plynu do pracovnej oblasti. Najčastejšie si vyberajú argón.

Plynotvorný plyn (zdroj ionizácie) môže fungovať:

• argón;

• dusík;

• hélium;

• vzduch;

• atóm vodíka;

• zmesi uvedených plynov.

Nezabúdajte na vlastnosti ich činnosti:

• vodík je výbušný;

• zo vzduchu sa uvoľňujú nitridy a ozón;

• hélium drahá;

• Dusík pri vysokých teplotách ovplyvňuje životné prostredie.

Volfrám sa najčastejšie vyberá ako materiál pre elektródy kvôli najvhodnejším mechanickým vlastnostiam a odolnosti voči vysokým teplotám.

Plynová dýza je upevnená v horáku a fúkaná ochranným prúdom. Chladná tekutina sa čerpá pozdĺž hydraulických potrubí a zohriaty sa vypúšťa.

Vodiče prenášajúce prúd dodávajú elektródam elektrickú energiu jednosmerného alebo striedavého prúdu.

Na napájanie plazmového oblúka je pripojený zdroj prúdu s napätím asi 120 voltov pre zváranie a asi 300 pri voľnobehu - pre rezanie.

Zariadenie na generovanie plazmy

Na spustenie plazmatronu sa môže použiť striedavý prúd alebo jednosmerný prúd. Ako príklad uvážte prevádzku generátora z konvenčná sieť na napájanie 220 voltov.

Predradník obmedzuje napájací prúd. Škrtiaca klapka reguluje záťaž. Diódový most prevádza striedavé napätie, aby sa udržal pracovný oblúk.

Vzduchový kompresor dodáva ochranný plyn do horáka a hydraulický chladiaci systém cirkuluje tekutinu v plazmových vedeniach, aby sa udržalo účinné odvádzanie tepla.

Technika zvárania a rezania plazmou

Na zapálenie a udržiavanie zváracieho oblúka sa používa energia elektrického prúdu a pre jeho bezkontaktné budenie oscilátor (zdroj oscilácie).

Použitie riadiaceho oblúka medzi elektródou a dýzou môže významne uľahčiť proces spustenia plazmy.

Takéto zváranie umožní spájať takmer všetky kovy a zliatiny umiestnené v dolnej alebo vertikálnej rovine.

Hrany s hrúbkou do 15 mm môžu byť zvárané na úkosy bez predspracovania hrán.V tomto prípade je charakteristický prienik so špecifickými tvarmi spôsobený výstupom plazmového lúča za chrbtom zváranej časti cez priechodné štrbiny.

V skutočnosti je plazmové zváranie vo väčšine prípadov dvojitým kontinuálnym procesom:

• rezanie materiálom obrobku;

• strihanie miesta zvárania.

Rezacia technológia je založená na:

• vrstva roztaveného kovu v mieste ošetrenia;

• fúkanie kvapalnej frakcie do plazmového prúdu.

Hrúbka kovu ovplyvňuje technológiu rezania. Pre tenké výrobky sa používa nepriama metóda oblúka a pre hrubšie výrobky pracujú priamejšie plazmové horáky.

Plazmové rezanie je najúspornejšie pre všetky kovy vrátane uhlíkovej ocele.

Na vykonávanie plazmového zvárania a rezania boli vyvinuté automatické linky a manuálne inštalácie.

Druhy plazmového zvárania

Sila privádzaného prúdu ovplyvňuje silu vytvoreného oblúka. Jeho veľkosť je určená tromi typmi zvárania:

1. mikroplazma;

2. priemer;

3. pri vysokých prúdoch.

Zváranie mikroplazmami

Funguje pri prúdoch obmedzených na 0,1 ÷ 25 ampérov. Táto technológia sa používa v elektronike, prístrojovom vybavení, šperkoch, výrobe mechov, membrán, termoelektrické článkyfólie, tenkostenné rúrky a kontajnery, ktoré vám umožňujú pevne spojiť časti s hrúbkou 0,2 ÷ 5 mm

Na spracovanie rôznych materiálov sa vyberajú kombinácie plazmových a ochranných plynov, stupeň stlačenia oblúka a blízkosť anódy. Pri spracovaní zvlášť tenkých materiálov sa impulzný režim používa na napájanie elektrickým oblúkom s nízkym ampérom a napájaním impulzov bipolárneho prúdu.

Počas prechodu impulzu s jednou polaritou je kov nanášaný alebo zváraný a pri pozastavení v dôsledku zmeny smeru kov ochladzuje a kryštalizuje a vytvára sa bod zvárania. Pre svoje dobré vzdelanie je proces dodávky prúdu a pauzy optimalizovaný. V kombinácii s reguláciou amplitúdy a odstraňovaním elektród umožňuje dosiahnutie vysoko kvalitných zlúčenín rôznych kovov a zliatin.

Na uskutočnenie mikroplazmatického zvárania bolo vyvinutých veľa technológií, ktoré berú do úvahy rôzne uhly sklonu plazmových horákov, vytvárajú priečne vibrácie na ničenie oxidových vrstiev, pohybujú dýzou vzhľadom na spracovávaný zvar a ďalšie metódy.

Plazmové zváranie pri stredných prúdoch 50 × 150 ampérov používané v priemyselnej výrobe, strojárstve a opravárenstve.

Vysoké prúdy od 150 ampérov sa používa na plazmové zváranie, ktoré v priemyselných podmienkach vykonáva spracovanie legovaných a nízkouhlíkových ocelí, zliatin medi, titánu a hliníka. Umožňuje vám znížiť náklady na rezné hrany, zvýšiť produktivitu procesu, optimalizovať kvalitu spojov v porovnaní s metódami elektrického oblúka.

Plazmové povrchové úpravy kovov a striekanie povrchu

Jednotlivé časti stroja si vyžadujú vysokú pevnosť alebo odolnosť voči vysokým teplotám alebo agresívnym povrchom. Za týmto účelom sú plazmovými metódami potiahnuté ochrannou vrstvou drahého kovu. Za týmto účelom sa pripravený drôt alebo prášok v malých granulách zavádza do plazmového prúdu a rozprašuje sa v roztavenom stave na povrch, ktorý má byť ošetrený.

Výhody tejto metódy:

• schopnosť plazmy roztaviť akékoľvek kovy;

• schopnosť získavať zliatiny rôznych zložení a vytvárať viacvrstvové povlaky;

• dostupnosť spracovateľských formulárov akejkoľvek veľkosti;

• výhodnosť nastavenia energetických charakteristík procesov.

Výhody plazmového zvárania

Zdroj oblúka vytvorený plazmovým zváraním sa líši od konvenčných elektrických:

1. menšia kontaktná plocha na ošetrenom kove;

2. väčší tepelný účinok v dôsledku priblíženia sa k valcovitému tvaru;

3. zvýšený mechanický tlak dýzy na kov (asi 6 x 10-krát);

4. Schopnosť udržiavať horenie oblúka pri nízkych prúdoch až do 0,2 ampéra.

Z týchto štyroch dôvodov sa plazmové zváranie považuje za sľubnejšie a viacúčelové pri spracovaní kovov. Poskytuje lepšie topenie pri zníženom objeme.

Plazmový oblúk má najvyššiu koncentráciu teploty a umožňuje vám rezať a zvárať kovy so zvýšenou hrúbkou, a to aj pri určitom zvýšení vzdialenosti od dýzy horáka k obrobku.

Zariadenia na plazmové zváranie sa okrem toho líšia:

• relatívne malé rozmery;

• spoľahlivosť v práci;

• jednoduchosť regulácie výkonu;

• ľahký štart;

• rýchle ukončenie prevádzkového režimu.

nedostatky

Vysoké náklady na vybavenie obmedzujú rozsiahle zavádzanie plazmového zvárania vo všetkých priemyselných odvetviach a medzi malými podnikmi.