Плазмова обробка матеріалів
Навчальні питання
1. Поняття плазмової обробки
2. Різка металів плазмовою дугою
3. Приципова схема дугового плазмотрону
Поняття плазмової обробки
Плазмова обробка - обробка матеріалів низькотемпературної плазмою , що генерується дуговими або високочастотними плазматрона . При плазмовій обробці змінюється форма , розміри , структура оброблюваного матеріалу або стан його поверхні. Плазмова обробка включає: розділову і поверхневу різання , нанесення покриттів , наплавку , зварку , руйнування гірських порід ( плазмове буріння) .
Плазмова обробка набула широкого поширення внаслідок високої за промисловими стандартами температури плазми ( ~ 104 К) , великого діапазону регулювання потужності і можливості зосередження потоку плазми на оброблюваному виробі; при цьому ефекти плазмової обробки досягаються як тепловим , так і механічним дією плазми ( бомбардуванням вироби частинками плазми , що рухаються з дуже високою швидкістю - так званий швидкісний натиск плазмового потоку). Питома потужність, що передається поверхні матеріалу плазмовою дугою , досягає 105-106 Вт/см2 , у разі плазмового струменя вона складає 103-104 Вт/см2. Водночас тепловий потік , якщо це необхідно , може бути розосереджений , забезпечуючи «м'який» рівномірний нагрів поверхні , що використовується при наплавленні і нанесенні покриттів.
Різка металів плазмовою дугою
Плазмова різка металу - високоефективний, продуктивний і перспективний спосіб обробки металопрокату. Процес плазмової різки заснований на локальному розплавленні металу і видуванням рідкого металу потоком плазмоутворюючого газу.
Розплавлення металу здійснюється сумісною дією електричної дуги, що горить між плазмотроном і оброблюваною деталлю і потоком плазмового газу. Плазмова різка дозволяє обробляти прокат чорних і кольорових металів і сплавів завтовшки до 60 мм, проте різати листи товще 30 мм економічно вигідніше газовою різкою.
Вона знаходить все більш широке застосування при обробці неіржавіючих сталей і кольорових сплавів на основі міді, алюмінію, титану. У виробництві металоконструкцій плазмова різка дозволяють точні деталі, що не потребують подальшої обробки. Застосування плазмової різки дозволяє відмовитися від подальшої обробки кромок для зварки
Приципова схема дугового плазмотрону
Дуговий плазматрон постійного струму складається з наступних основних вузлів:
одного ( катода ) або двох ( катода і анода ) електродів , розрядної камери і вузла подачі плазмооутворюючої речовини ;
розрядної камери, яка може бути поєднана з електродами - так званими плазматрона з порожнистим катодом.
( Рідше використовуються дугові плазматрони , що працюють на змінній напрузі ; при частоті цієї напруги » 105 Гц - їх відносять до ВЧ плазматрона . )
Існують дугові плазматрони з осьовим і коаксіальним розташуванням електродів , з тороїдальними електродами , з двостороннім закінченням плазми , з витратними електродами (рис . 1 ) і т.д. Отвір розрядної камери , через яке закінчується плазма , називається соплом плазматрона (у деяких типах дугових плазматронов кордоном сопла є кільцевий або тороїдальний анод) . Розрізняють дві групи дугових плазматронов - для створення зовнішньої плазмової дуги ( зазвичай називається плазмовою дугою ) і плазмового струменя . У плазмотронах 1 -ї групи дугового розряд горить між катодом плазматрона і оброблюваним тілом , службовцям анодом. Ці плазматрони можуть мати як тільки катод , так і другий електрод допоміжний анод , малопотужний розряд на який з катода ( короткочасний або постійно палаючий ) « підпалює » основну дугу. У плазмотронах 2 -ї групи плазма , створювана в розряді між катодом і анодом , витікає зі розрядної камери у вигляді вузького довгого струменя.
Рис . 4.1 . Схема дугових плазматронов : а - осьовий ; б - коаксіальний ; в с тороїдальними електродами ; г - двостороннього закінчення ; д - з зовнішньої плазмовою дугою ; е - з витрачаються електродами ( ерозійний ) ; 1 - джерело електроживлення; 2 - розряд ; 3 - плазмова струмінь ; 4 - електрод ; 5 - розрядна камера ; 6 - соленоїд ; 7 - оброблюване тіло.