Kako je aparat za plazma zavarivanje uređen i funkcionira

Plazma u fizici je četvrto stanje materije nakon čvrstih, tekućih i plinovitih oblika, kada se djelomična ili potpuna ionizacija medija iz prethodno neutralnih molekula i atoma dogodi pod uvjetom kvaziutralnosti: volumna gustoća svih nabijenih čestica je jednaka.

U tehnologiji zavarivanja koriste se sljedeća svojstva plazme niske temperature (manje od milion stupnjeva Kelvinske skale):

• vrlo visoka električna vodljivost;

• snažan utjecaj vanjskih magnetskih polja na protok struje u njemu, pridonoseći stvaranju mlazova i slojeva;

• manifestacija kolektivnih učinaka, izražena prevladavanjem magnetskih i električnih sila nad gravitacijskim.

Principi za stvaranje i upravljanje plazma bakljama

U ovoj metodi zavarivanja izvor zagrijavanja metala do tališta je luk plazmi ioniziranog plina, koji je usmjeren u pravom smjeru. Proizvodi se posebnim uređajem koji se naziva plazmatron ili plazma baklja.

Razvrstavanje prema vrsti luka

Po principu djelovanja plazmatron može biti izravnog ili neizravnog djelovanja.

U prvom slučaju se potencijalna razlika vanjskog polja generatora, stvarajući uvjete za stvaranje luka, primjenjuje izravno na radni komad i elektrodu plinskog plamenika. Zbog toga se povećava učinkovitost hlađenja konstrukcije.

U drugoj se metodi električni napon primjenjuje samo između dijelova plamenika kako bi se stvorio plazma mlaz. Zbog toga je potrebno komplicirati sustav hlađenja sklopa mlaznica.

Za plazmatrone izravnog djelovanja stvara se luk koji približno sliči cilindričnom obliku, lagano se širići na površini metala koji se obrađuje.

Unutar neutralne električne mlaznice dolazi do kompresije i stabilizacije luka. U ovom slučaju, kombinacija toplinske i kinetičke energije plazme stvara za nju povećanu snagu, koja omogućuje metalu da se topi dublje.

Neizravni plamenici stvaraju plazmu u obliku stožastog mlaza okruženog bakljom usmjerenom prema proizvodu. Mlaz puše strujom plazme koja dolazi iz plamenika.

Klasifikacija metoda hlađenja plamenika

Zbog visoke temperature plazme koriste se različite metode hlađenja detalja plazme baklje:

• puše zrak;

• uklanjanje topline zbog prisilne cirkulacije vode.

Hlađenje zraka je jeftinije, a tekuće hlađenje je najučinkovitije, ali i najsloženije.

Klasifikacija metoda stabilizacije luka

Plinski plamenik trebao bi osigurati ravnomjerni, postojani stupanj temperature i veličine smjera, s njegovom strogom fiksacijom duž osi mlaznice i elektrode.

U tu svrhu razvijene su tri vrste mlaznica koje koriste energiju:

1. plin;

2. voda;

3. magnetsko polje.

U prvoj metodi hladni tok plina, koji puše stup plazme, hladi se i istodobno ga komprimira. Ovisno o smjeru struje plina, stabilizacija se stvara:

1. aksijalno - s paralelnim puhanjem kolone;

2. vrtloženje kada se stvara protok plina u okomitom smjeru.

Druga metoda učinkovitije komprimira luk i koristi se u plazmatronima koji se koriste za taloženje ili rezanje metala.

Aksijalna stabilizacija je pogodnija za zavarivanje i obradu metala.

Shema dvostruke stabilizacije kombinira značajke aksijala i vrtloga. Kad ga koristite, moguće je proći plin na tri načina:

• samo kroz glavni središnji kanal;

• kroz oba;

• isključivo preko vanjskog.

Svaka metoda stvara različite sheme za komprimiranje plazma kolone.

Stabilizacija vode koristi protočne vrtložne protoke tekućine.Para koja se stvara u ovom procesu pomaže stvoriti plazmu s grijanjem stupca do 50 tisuća stupnjeva po Kelvinovoj skali.

Značajan nedostatak ove metode je intenzivno sagorijevanje katode. Za takve uređaje elektroda je izrađena od grafita, razvijajući mehanizme za njezin automatski pristup radnom komadu jer se duljina kontinuirano troši.

Uočeni su uređaji za plazme sa stabiliziranom na vodi:

• složenost dizajna;

• niska pouzdanost sustava napajanja elektroda;

• složenost metoda pobuđenja luka.

Magnetska stabilizacija Djeluje zbog usmjerenog magnetskog polja smještenog preko kretanja stupa luka. Učinkovitost mu je najniža, a solenoid ugrađen u mlaznicu uvelike komplicira krug plazme baklje.

Međutim, magnetska stabilizacija koristi se za rotacijsko gibanje na mjestu anode unutar zidova mlaznice. To omogućuje smanjenje erozije materijala mlaznica, što utječe na čistoću plazma mlaza.

Sve gore razmatrane plazmatrone su lučne konstrukcije. No, postoji i druga vrsta sličnih uređaja za stvaranje plazme zbog energije visokofrekventne struje koja prolazi kroz induktivnu zavojnicu. Takvi plazmatroni nazivaju se indukcija (HF) i za njih ne trebaju elektrode da bi stvorili lučni iscjedak.

Oni nemaju posebne prednosti utjecati na obrađene metale u usporedbi s lučnim uređajima i koriste se za rješavanje pojedinih tehnoloških procesa, na primjer, proizvodnje čistih metala u prahu.

Dizajnerske karakteristike plamenika

Djelovanje jedne od vrsta plazmičnih baklji može se objasniti donjom slikom.

Plazma luka tijekom zavarivanja stvara se unutar zaštitne atmosferske školjke formirane opskrbom ubrizgavanim plinom u radno područje. Najčešće biraju argon.

Plin u obliku plazme (izvor ionizacije) može raditi:

• argon;

• dušik;

• helij;

• zrak;

• vodik;

• mješavine navedenih plinova.

Imajte na umu značajke njihovog rada:

• vodik je eksplozivan;

• nitridi i ozon oslobađaju se iz zraka;

• helij dragi;

• Dušik na visokim temperaturama utječe na okoliš.

Volfram se najčešće bira kao materijal za elektrode zbog najprikladnijih mehaničkih svojstava i otpornosti na visoke temperature.

Plinska mlaznica je fiksirana u plameniku i puhana je zaštitnim tokom. Hladna tekućina se pumpa duž hidrauličkih vodova i zagrijava se ispušta.

Žice koje nose struju dovode elektrode jednosmjernu ili izmjeničnu struju.

Da bi se napajao luk koji formira plazmu, za zavarivanje je priključen izvor struje naponom od oko 120 volti, a oko 300 u praznom hodu - za rezanje.

Uređaj generatora plazme

Za pokretanje plazmatrona može se koristiti izmjenična ili istosmjerna struja. Kao primjer, pogledajte rad generatora iz konvencionalna mreža za napajanje 220 volti.

Balastni otpornik ograničava struju napajanja. Leptir kontrolira opterećenje. Diodni most pretvara izmjenični napon za održavanje radnog luka.

Kompresor zraka isporučuje zaštitni plin plameniku, a hidraulički rashladni sustav cirkulira tekućinu u plazma vodovima za održavanje učinkovitog uklanjanja topline.

Tehnika za zavarivanje i rezanje u plazmi

Za paljenje i održavanje luka za zavarivanje koristi se električna struja, a za njegovo bezkontaktno uzbuđenje oscilator (izvor oscilacija).

Upotreba pilotskog luka između elektrode i mlaznice može značajno olakšati proces pokretanja plazme.

Takvo zavarivanje omogućit će spajanje gotovo svih metala i legura smještenih u donjoj ili okomitoj ravnini.

Bez prethodne obrade rubova, na grede se mogu zavariti kosi debljine do 15 mm.U ovom slučaju nastaje karakterističan prodor specifičnih oblika zbog izlaska plazma mlaza preko stražnje strane zavarenog dijela kroz prorezne proreze.

Zapravo je zavarivanje plazmom u većini slučajeva dvostruki kontinuirani proces:

• rezanje kroz materijal obratka;

• mjesto zavarivanja rez.

Tehnologija rezanja temelji se na:

• rastaljeni metalni sloj na mjestu obrade;

• puhanje tekuće frakcije u struju plazme.

Debljina metala utječe na tehnologiju rezanja. Za tanke proizvode koristi se luk neizravne metode, a za deblje, plazma baklje s izravnim spajanjem bolje djeluju.

Plazmo rezanje je najekonomičnije za sve metale, uključujući i ugljični čelik.

Za zavarivanje i rezanje plazmom razvijeni su automatizirani vodovi i ručne instalacije.

Vrste zavarivanja plazmom

Snaga primijenjene struje utječe na snagu stvorenog luka. Tri vrste zavarivanja određuju se njegovom veličinom:

1. mikroplazma;

2. prosjek;

3. pri velikim strujama.

Zavarivanje mikroplazmom

Radi na struji ograničenoj na 0,1 ÷ 25 ampera. Ova se tehnologija koristi u elektronici, instrumentaciji, nakitu, proizvodnji mjehura, membrana, termoparova, folija, tankoslojne cijevi i spremnici, omogućujući vam čvrsto spajanje dijelova debljine 0,2 ÷ 5 mm.

Za obradu različitih materijala odabrane su kombinacije plinova koji stvaraju plazmu i zaštitnih plinova, stupanj kompresije luka i blizina anode. Kod obrade posebno tankih materijala, impulsni način rada koristi se za opskrbu lukom niske ampere s opskrbom impulsa bipolarnih struja.

Tijekom prolaska impulsa jedne polarnosti, metal se taloži ili zavari, a kad se zaustavi zbog promjene smjera, metal se hladi i kristalizira, i stvara se točka zavarivanja. Za njegovo dobro obrazovanje optimiziran je postupak napajanja strujom i stanka. U kombinaciji s kontrolom amplitude i uklanjanjem elektroda, to omogućava postizanje visokokvalitetnih spojeva različitih metala i legura.

Za obavljanje mikroplazmatskog zavarivanja razvijene su mnoge tehnologije koje uzimaju u obzir različite kutove nagiba plazme baklji, stvarajući poprečne vibracije za uništavanje oksidnih slojeva, pomicanje mlaznice u odnosu na zavar koji se obrađuje i druge metode.

Zavarivanje plazmom pri srednjim strujama od 50 ÷ 150 ampera koristi se u industrijskoj proizvodnji, strojarstvu i popravkama.

Visoke struje od 150 ampera koristi se za zavarivanje u plazmi, provodeći u industrijskim uvjetima obradu legiranih i nisko ugljičnih čelika, legura bakra, titana, aluminija. Omogućuje vam smanjenje troškova reznih rubova, povećanje produktivnosti postupka, optimiziranje kvalitete zglobova u usporedbi s električnim lučnim metodama spojeva.

Obrada metala u plazmi i površinsko prskanje

Pojedinačni dijelovi stroja zahtijevaju postizanje velike čvrstoće ili otpornosti na visoke temperature ili agresivne površine. U tu svrhu premazuju se zaštitnim slojem skupocjenog metala plazmanskim postupcima. Da bi se to postiglo, pripremljena žica ili prah u malim zrncima uvode se u plazme i raspršuju se u rastopljenom stanju na površinu koju treba obraditi.

Prednosti ove metode:

• sposobnost plazme da rastopi bilo koji metal;

• sposobnost dobivanja legura različitih sastava i stvaranja višeslojnih premaza;

• dostupnost obrazaca za obradu bilo koje veličine;

• praktičnost prilagođavanja energetskih karakteristika procesa.

Prednosti plazma zavarivanja

Izvor luka stvoren plazma zavarivanjem razlikuje se od klasičnih električnih:

1. manje kontaktno područje na obrađenom metalu;

2. veći toplinski učinak zbog pristupa cilindričnom obliku;

3. povećani mehanički pritisak mlaza na metal (oko 6 ÷ 10 puta);

4. Sposobnost održavanja gorenja luka pri malim strujama, do 0,2 ampera.

Iz ova četiri razloga zavarivanje u plazmi smatra se perspektivnijim i višenamjenskim u obradi metala. Omogućuje bolje topljenje u smanjenom volumenu.

Luk u plazmi ima najveću temperaturnu koncentraciju i omogućuje vam rezanje i zavarivanje metala povećane debljine čak i uz određena povećanja udaljenosti od mlaznice plamenika do obratka.

Pored toga, uređaji za zavarivanje u plazmi razlikuju se:

• relativno male dimenzije;

• pouzdanost u radu;

• jednostavnost regulacije snage;

• lak početak;

• brzi prekid načina rada.

mane

Visoki troškovi opreme ograničavaju široko uvođenje plazma zavarivanja u svim industrijama i među malim poduzećima.