Плазмове оброблення

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Плазмове різання
Виготовлення отворів плазмою (плазмове свердління)
Плазмове напилення у вакуумі
Схема устаткування плазмового напилення: 1 — Катод. 2 —Подавання порошкового матеріалу. 3 — Частки порошку. 4 — Розплавлені частки порошку. 5 — Об'єкт напилення. 6 — Підкладка. 7 — Плазмоутворюючий газ. 8 — Анод. 9 — Плазмова дуга. 10 — Плазмовий струмінь з частками порошку.
Схема устаткування плазмового зварювання: 1 — Плазмоутворюючий газ. 2 — Захисна насадка. 3 — Струмінь. 4 — Електрод. 5 — Насадка звуження. 6 — Електрична дуга.
Обладнання плазмової поверхневої обробки (очищення)

Пла́змове обро́блення — вид електрофізичного оброблення матеріалів низькотемпературною плазмою, яка генерується дуговими (оброблення плазмовою дугою) або високочастотними (оброблення плазмовим струменем) плазмотронами.

Основні принципи[ред.ред. код]

Плазмове оброблення набуло поширення унаслідок високої за промисловими стандартами температури плазми (~ 104 К), великого діапазону регулювання потужності і можливості зосередження потоку плазми на виробі, що обробляється. При цьому ефекти плазмової обробки досягаються як тепловою, так і механічною дією плазми (бомбардуванням виробу частками плазми, що рухається з дуже високою швидкістю, — так званий швидкісний натиск плазмового потоку).

Питома потужність, що передається поверхні матеріалу плазмовою дугою, досягає 105…106 Вт/см², в разі використання плазмового струменя вона становить 103…104 Вт/см². В той же час тепловий потік, якщо це необхідно, можливо розосередити, забезпечуючи «м'який» рівномірний нагрів поверхні, що використовується при наплавленні чи нанесенні покриттів.

Види плазмового оброблення[ред.ред. код]

При плазмовому обробленні змінюється форма, розміри, структура оброблюваного матеріалу або стан його поверхні. Плазмове оброблення включає: розділове і поверхневе різання, нанесення покриттів, наплавлення, зварювання, руйнування гірських порід (плазмове буріння), активування поверхні а також, плазмово-дугове «стругання» і рафінування (оплавлення).

Плазмове різання[ред.ред. код]

Різання металів та виготовлення отворів (лазерне свердління) здійснюється стисненою плазмовою дугою, яка горить між анодом (металом, що підлягає розрізанню) і катодом плазмового пальника . Стабілізація і стискування струменевого каналу дуги, що підвищує її температуру, здійснюються соплом пальника і обдуванням дуги потоком плазмоутворюючого газу (Ar, N2 , H2 , NH4 та їх суміші). Для інтенсифікації різання металів використовується хімічно активна плазма. Наприклад, при різанні повітряною плазмою O2, окислення металу, дає додатковий енергетичний вклад в процес різання. Плазмовою дугою ріжуть нержавіючі і хромонікелеві сталі, Cu, Al та ін. метали і сплави, що не піддаються кисневому різанню. Висока продуктивність плазмового різання дозволяє застосовувати її в потокових безперервних виробничих процесах. Потужність установок досягає 150 кВт. Неелектропровідні матеріали (бетони, граніти, тонколистові органічні матеріали) обробляють плазмовим струменем (дуга горить в соплі плазмового пальника між його електродами).

Плазмове напилення[ред.ред. код]

Нанесення покриттів (напилення) здійснюється для захисту деталей, що працюють при високих температурах, в агресивних середовищах та зазнають інтенсивної механічної дії. Матеріал покриття (тугоплавкі метали, оксиди, карбіди, силіциди, бориди та ін.) вводять у вигляді порошку або дроту в плазмовий струмінь, в якому він плавиться, розпилюється, набуває швидкості ~ 100–200 м/с і у вигляді дрібних часток (20—100 мкм) наноситься на поверхню виробу. Плазмові покриття відрізняються зниженою теплопровідністю і добре протистоять термічним ударам. Потужність установок для напилення становить 5…30 кВт, максимальна продуктивність 5…10 кг напиленого матеріалу на годину. Розмір часток може регулюватися в межах від декількох мікрометрів до 1 мм. Дрібніші (ультрадисперсні) порошки з розмірами часток 10 нм і менше отримують випаровуванням вихідного матеріалу в плазмі з подальшою його конденсацією.

Плазмове наплавлення[ред.ред. код]

Плазмове наплавлення металу можна реалізувати двома способами:

  • струмінь газу захоплює і подає порошок на поверхню деталі;
  • у плазмовий струмінь вводиться присадочний матеріал у вигляді дроту, прутка, стрічки.

Як плазмоутворюючий газ можна використовувати аргон, гелій, азот, кисень, водень і повітря. Найкращі результати наплавлення виходять з аргоном і гелієм.

Газ подається при тиску в 2…3 ат, утворюється електрична дуга із силою струму 400…500 А і напругою 120…160 В, іонізований газ досягає температури 10…18 тис. °C, а швидкість потоку — до 15 000 м/с. Катодом служить неплавкий вольфрамовий електрод.

Плазмове зварювання[ред.ред. код]

Властивість плазмової дуги глибоко проникати в метал використовується для зварювання металів. Сприятлива форма ванни, що утворюється, дозволяє зварювати метал товщиною до 10…15 мм без спеціального оброблення кромок. Зварювання плазмовою дугою відрізняється високою продуктивністю і унаслідок великої стабільності горіння дуги, хорошою якістю. Малопотужна плазмова дуга при струмах 0,1…40 А зручна для зварювання тонких листів (0,05 мм) при виготовленні мембран, сильфонів, теплообмінників з Ta, Ti, Мо, W, Al.

Плазмове буріння[ред.ред. код]

Для плазмового буріння застосовують плазмотрони спеціальної конструкції — плазмо-бури. За їхньою допомогою створюють бурові свердловини і шпури, розширюють їх, видобувають і обробляють поштучний камінь, ріжуть бетон

Плазмове стругання[ред.ред. код]

Плазмо-дуговим «струганням» (здуванням оплавленого металу струменем газу) і рафінуванням обробляють поверхневі шари металів і сплавів.

Плазмове активування поверхні[ред.ред. код]

Плазмове активування — обробка поверхні плазмою (як правило, з невеликою кількістю кисню) для утворення вільних радикалів на оброблюваній поверхні з метою формування хімічно активного поверхневого шару. Застосовується з метою очищення і поліпшення властивостей поверхні для подальших технологічних операцій.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Антосяк В. Г., Могорян Н. В. Электрофизические методы обработки материалов / Под ред. Н. К. Фатеева; Кишиневский политехнический институт им. Лазо — Кишинев: Штиинца, 1987. — 145 с.
  • Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г. Л. Амитан, И. Е. Байеупов, Ю. М. Барон и др.; Под общ. ред. В. А. Валосатого. — Л.: Машиностроение, 1988. — 719 с. — ISBN 5-217-00267-0
  • Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. / Пер. с яп. В. Н. Попова; под ред. В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина. — Москва: «Машиностроение», 1985. — 240 c.