Plazmové zpracování materiálů

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Zavedení plazmového zpracování do průmyslu znamenalo technologický průlom a přechod na kvalitativně novou úroveň výroby. Rozsah užitných vlastností plazmatu je velmi široký. V první řadě se jedná o výrobu elektronických zařízení a polovodičových součástek. Bez plazmochemického leptání by moderní vysoce výkonné osobní počítače sotva viděly světlo. Ale to není vše.

Iontové plazmové zpracování se také používá v optice a strojírenství pro leštění výrobků, nanášení ochranných povlaků, difúzní sycení povrchu kovů a slitin, jakož i pro svařování a řezání ocelových plechů. V tomto článku se zaměřujeme na technologie svařování a řezání pomocí plazmy.

Obecná ustanovení

Ze školních hodin fyziky každý ví, že hmota může existovat ve čtyřech skupenstvích: pevná látka, kapalina, plyn a plazma. Většina otázek vyvstává při pokusu o reprezentaci posledního stavu. Ale ve skutečnosti není všechno tak těžké. Plazma je také plyn, jen jeho molekuly jsou, jak se říká, ionizované (tedy oddělené od elektronů). Tohoto stavu lze dosáhnoutmnoha způsoby: v důsledku vystavení vysokým teplotám, stejně jako v důsledku elektronového bombardování atomů plynu ve vakuu.

Takové plazmě se říká nízkoteplotní. Tato fyzika procesu se využívá při realizaci plazmové depozice (leptání, sycení) ve vakuu. Umístěním částic plazmatu do magnetického pole jim lze dát řízený pohyb. Jak ukázala praxe, takové zpracování je efektivnější v řadě parametrů klasických operací ve strojírenské technologii (sycení v práškových médiích, řezání plamenem, lití pastou na bázi oxidu chromitého aj.).

Typy plazmového ošetření

V současné době se plazma aktivně používá téměř ve všech průmyslových odvětvích a v národním hospodářství: lékařství, strojírenství, přístrojové vybavení, stavebnictví, věda atd.

Průkopníkem v aplikaci plazmové technologie bylo přístrojové vybavení. Průmyslová aplikace plazmového zpracování začala s využitím vlastností ionizovaného plynu pro nástřik všech druhů materiálů a jejich nanášení na výstelky a také na leptání kanálů za účelem získání mikroobvodů. V závislosti na některých vlastnostech zařízení technologických instalací se rozlišuje plazmochemické leptání, iontově chemické a iontové paprskové leptání.

Vývoj plazmy je neuvěřitelně cenným příspěvkem k rozvoji technologie a zlepšení, bez nadsázky, kvality života celého lidstva. S průchodemČasem se oblast použití plynových iontů rozšířila. A dnes se plazmové zpracování (v té či oné formě) používá k vytváření materiálů se speciálními vlastnostmi (tepelná odolnost, povrchová tvrdost, odolnost proti korozi atd.), pro efektivní řezání kovů, pro svařování, pro leštění povrchů a odstraňování mikrodrsností.

Tento seznam není omezen na použití technologií založených na účinku plazmy na ošetřovaný povrch. V současné době se aktivně vyvíjejí prostředky a metody plazmového nástřiku s využitím různých materiálů a způsobů zpracování za účelem dosažení maximálních mechanických a fyzikálních vlastností.

Esence plazmového svařování

Na rozdíl od instalací iontově-plazmové saturace a naprašování se v tomto případě plazmové zpracování provádí pomocí vysokoteplotního plazmatu. Účinnost této metody je vyšší než při použití tradičních metod svařování (plamen, elektrický oblouk, svařování pod tavidlem atd.). Jako pracovní směs plynů se zpravidla používá běžný atmosférický vzduch pod tlakem. Tato technika se tedy vyznačuje absencí nákladů na spotřební plyny.

Výhody plazmového svařování

Ve srovnání s tradičním svařováním je použití plazmového svařovacího stroje bezpečnější. Důvod je zcela jasný – využití atmosférického kyslíku pod tlakem jako pracovního plynu. V současné době je bezpečnosti při výrobě věnována ze strany majitelů velmi velká pozornostpodniky, vedoucí pracovníci a regulační orgány.

Další velmi důležitou výhodou je vysoká kvalita svaru (minimální prověšení, nedostatek průvaru a jiné vady). I když k tomu, abychom se naučili dovedně používat plazmový svařovací stroj, je potřeba mnoho měsíců praxe. Pouze v tomto případě bude svar a spoje jako celek splňovat vysoké standardy.

Tato technologie má řadu dalších výhod. Mezi ně patří: vysoká rychlost svařovacího procesu (zvyšuje se produktivita), nízká spotřeba energetických zdrojů (elektřina), vysoká přesnost spojení, žádné deformace a deformace.

Zařízení pro plazmové řezání

Samotný proces je velmi citlivý na aktuálně používané zdroje. Proto je povoleno používat pouze velmi kvalitní a spolehlivé transformátory, které prokazují stálost výstupního napětí. Snižovací transformátory se používají k převodu vysokého vstupního napětí na nízké výstupní napětí. Náklady na takové zařízení jsou několikanásobně nižší než náklady na tradiční konvertory pro svařování elektrickým obloukem. Jsou také úspornější.

Zařízení pro řezání plazmou se snadno používá. Pokud tedy máte alespoň minimální zkušenosti a dovednosti, zvládnete všechny svářečské práce sami.

Technologie plazmového svařování

V závislosti na napájecím napětí se plazmové svařování dělí na mikrosvařování, svařování nastřední a vysoký proud. Samotný proces je založen na působení usměrněného toku vysokoteplotního plazmatu na elektron a na svařované povrchy. Elektroda se roztaví a vznikne trvalý svar.

Plazmové řezání

Plazmové řezání je proces, při kterém je kov rozřezán na jednotlivé součásti směrovaným proudem vysokoteplotní plazmy. Tato technologie poskytuje dokonale rovnoměrnou linii řezu. Po plazmové řezačce odpadá potřeba dodatečného zpracování obrysu výrobků (ať už jde o deskový materiál nebo trubkové výrobky).

Tento proces lze provádět jak pomocí ruční řezačky, tak pomocí plazmového řezacího stroje pro řezání ocelového plechu. Plazma se tvoří, když je na proud pracovního plynu aplikován elektrický oblouk. V důsledku výrazného lokálního zahřátí dochází k ionizaci (oddělení záporně nabitých elektronů od kladně nabitých atomů).

Aplikace pro řezání plazmou

Proud vysokoteplotního plazmatu má velmi vysokou energii. Jeho teplota je tak vysoká, že doslova snadno odpařuje mnoho kovů a slitin. Tato technologie se používá především pro řezání ocelových plechů, plechů z hliníku, bronzu, mosazi a dokonce i titanu. Navíc tloušťka plechu může být velmi odlišná. To neovlivní kvalitu linie řezu - bude dokonale hladká a rovnoměrná, bez pruhů.

Je však třeba poznamenat, že za účelem získání vysoce kvalitního a rovnoměrnéhořezat při práci se silnostěnným materiálem, musíte použít plazmový řezací stroj. Výkon ručního hořáku nebude stačit k řezání kovu o tloušťce 5 až 30 milimetrů.

Plynové nebo plazmové řezání?

Jaký typ řezání a řezání kovu by měl být preferován? Co je lepší: technologie řezání kyslíkem nebo plazmou? Druhá možnost je možná univerzálnější, protože je vhodná pro téměř jakýkoli materiál (i ty náchylné k oxidaci při zvýšených teplotách). Plazmové řezání se navíc provádí pomocí běžného atmosférického vzduchu, což znamená, že nevyžaduje nákup drahého spotřebního materiálu. A linie řezu je dokonale rovnoměrná a nevyžaduje upřesnění. To vše v kombinaci výrazně snižuje cenu produktu a činí produkty konkurenceschopnějšími.

Materiály pro plazmové řezání

Je třeba vzít v úvahu skutečnost, že maximální přípustná tloušťka zpracovávaného kovu nebo slitiny závisí na materiálu samotném nebo jeho jakosti. Na základě dlouholetých výrobních zkušeností a zkušeností z laboratorního výzkumu dávají odborníci následující doporučení ohledně tloušťky zpracovávaných materiálů: litina - ne více než devět centimetrů, ocel (bez ohledu na chemické složení a přítomnost legujících prvků) - ne více než pět centimetrů, měď a slitiny na ní založené - ne více než osm centimetrů, hliník a jeho slitiny - ne více než 12 centimetrů.

Všechny uvedené hodnoty jsou typické pro manuálnízpracovává se. Příkladem takové jednotky domácí výroby je plazmový aparát Gorynych. Je mnohem levnější než zahraniční analogy, přičemž není v žádném případě horší a možná dokonce lepší než jejich kvalita. Na trhu je prezentována široká škála přístrojů tohoto výrobce, které jsou určeny k provádění různých prací (domácí svařování, řezání a svařování kovů různých tlouštěk včetně). Silnější plechy lze zpracovávat pouze na vysoce výkonných strojích.

Stávající metody řezání plazmou

Všechny existující metody plazmového řezání lze rozdělit na proudové a obloukové. Navíc je úplně jedno, zda se použije ruční řezačka nebo CNC plazmový řezací a řezací stroj. V prvním případě jsou všechny potřebné podmínky pro ionizaci plynu implementovány v samotné fréze. Takové zařízení dokáže zpracovat téměř jakékoli materiály (kovy i nekovy). V druhém případě musí mít zpracovávaný materiál elektrickou vodivost (jinak nevznikne elektrický oblouk a dojde k ionizaci plynu).

Kromě rozdílů ve způsobu vzniku plazmatu lze plazmové zpracování rozdělit i podle technologických vlastností na jednoduché (bez použití pomocných látek), zpracování vodou a zpracování v prostředí ochranného plynu. Poslední dva způsoby umožňují výrazně zvýšit řeznou rychlost a zároveň se nebát oxidace kovu.