Površine plazmom: oprema i procesna tehnologija

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Učinkovitost i problemi nanošenja plazme iznimno su akutni za inženjere materijala. Zahvaljujući ovoj tehnologiji moguće je ne samo značajno povećati vijek trajanja i pouzdanost visoko opterećenih dijelova i sklopova, već i obnoviti, čini se, sto posto istrošene i uništene proizvode.

Uvođenje plazma navarivanja u tehnološki proces značajno povećava konkurentnost inženjerskih proizvoda. Proces nije temeljno nov i već se dugo koristi. Ali stalno se poboljšava i proširuje svoje tehnološke mogućnosti.

Opće odredbe

Plazma je ionizirani plin. Pouzdano je poznato da se plazma može dobiti raznim metodama kao rezultat električnih, toplinskih ili mehaničkih učinaka na molekule plina. Za njegovo stvaranje potrebno je otkinuti negativno nabijene elektrone s pozitivnih atoma.

U nekim izvorima možete pronaćiinformacija da je plazma četvrto stanje agregacije tvari uz kruto, tekuće i plinovito. Ionizirani plin ima niz korisnih svojstava i koristi se u mnogim granama znanosti i tehnologije: plazma navarivanje metala i legura radi obnavljanja i stvrdnjavanja jako opterećenih proizvoda koji doživljavaju ciklička opterećenja, ionsko-plazma nitriranje u svjetlećem pražnjenju za difuzijsko zasićenje i otvrdnjavanje površina dijelova, za provedbu kemijskih procesa. kiseljenje (koristi se u tehnologiji proizvodnje elektronike).

Priprema za posao

Prije nego što počnete izlaziti na površinu, morate postaviti opremu. U skladu s referentnim podacima potrebno je odabrati i postaviti ispravan kut nagiba mlaznice plamenika prema površini proizvoda, poravnati udaljenost od kraja plamenika do dijela (treba biti od 5 do 8 milimetara) i umetnite žicu (ako materijal žice izlazi na površinu).

Ako će se navarivanje vršiti fluktuacijama mlaznice u poprečnim smjerovima, tada je potrebno postaviti glavu na takav način da zavar bude točno u sredini između krajnjih točaka amplituda fluktuacije glava. Također je potrebno podesiti mehanizam koji postavlja frekvenciju i veličinu oscilatornih pokreta glave.

Tehnologija plazma-luka

Proces navarivanja je prilično jednostavan i može ga uspješno izvesti svaki iskusni zavarivač. Međutim, on zahtijevaizvođač maksimalne koncentracije i pažnje. U suprotnom možete lako uništiti radni komad.

Snažno lučno pražnjenje koristi se za ioniziranje radnog plina. Odvajanje negativnih elektrona od pozitivno nabijenih atoma provodi se zbog toplinskog učinka električnog luka na mlaz mješavine radnih plinova. Međutim, u nizu uvjeta, strujanje je moguće ne samo pod utjecajem toplinske ionizacije, već i zbog utjecaja snažnog električnog polja.

Plin se dovodi pod tlakom od 20-25 atmosfera. Za njegovu ionizaciju potreban je napon od 120-160 volti sa strujom od oko 500 ampera. Pozitivno nabijeni ioni su zarobljeni magnetskim poljem i jure prema katodi. Brzina i kinetička energija elementarnih čestica toliko je velika da kada se sudare s metalom, mogu mu dati ogromnu temperaturu - od +10 … +18 000 stupnjeva Celzija. U tom slučaju ioni se kreću brzinom do 15 kilometara u sekundi (!). Instalacija za nanošenje plazme je opremljena posebnim uređajem koji se naziva "plazma baklja". Upravo je taj čvor odgovoran za ionizaciju plina i dobivanje usmjerenog protoka elementarnih čestica.

Snaga luka treba biti takva da spriječi topljenje osnovnog materijala. Istovremeno, temperatura proizvoda treba biti što viša kako bi se aktivirali procesi difuzije. Dakle, temperatura bi se trebala približiti liniji likvidusa na dijagramu željezo-cementit.

Fini prah posebnog sastava ili elektrodna žica se dovodi u mlaz visokotemperaturne plazme, u kojoj se materij altopi se. U tekućem stanju, površina pada na očvrsnu površinu.

Plazma raspršivanje

Za provedbu plazma raspršivanja potrebno je značajno povećati brzinu protoka plazme. To se može postići podešavanjem napona i struje. Parametri se odabiru empirijski.

Materijali za plazma raspršivanje su vatrostalni metali i kemijski spojevi: volfram, tantal, titan, boridi, silicidi, magnezijev oksid i aluminijev oksid.

Neosporna prednost prskanja u odnosu na zavarivanje je mogućnost dobivanja najtanjih slojeva, reda veličine nekoliko mikrometara.

Ova tehnologija se koristi za kaljenje reznih tokarilica i glodanje zamjenjivih karbidnih pločica, kao i slavina, svrdla, upuštača, razvrtača i drugih alata.

Dobivanje otvorenog plazma mlaza

U ovom slučaju, sam radni komad djeluje kao anoda, na koju se materijal nanosi plazmom. Očigledan nedostatak ove metode obrade je zagrijavanje površine i cjelokupnog volumena dijela, što može dovesti do strukturnih transformacija i neželjenih posljedica: omekšavanja, povećane lomljivosti i sl.

Zatvoreni plazma mlaz

U ovom slučaju plinski plamenik, točnije, njegova mlaznica, djeluje kao anoda. Ova metoda se koristi za navarivanje plazma prahom kako bi se obnovile i poboljšale performanse dijelova istrojni čvorovi. Ova tehnologija je stekla posebnu popularnost u području poljoprivrednog inženjerstva.

Prednosti tvrdog navarivanja plazmom

Jedna od glavnih prednosti je koncentracija toplinske energije na malom prostoru, što smanjuje utjecaj temperature na izvornu strukturu materijala.

Proces je dobro upravljiv. Po želji i uz odgovarajuće postavke opreme, površinski sloj može varirati od nekoliko desetinki milimetra do dva milimetra. Mogućnost dobivanja kontroliranog sloja je posebno relevantna u ovom trenutku, jer omogućuje značajno povećanje ekonomske učinkovitosti obrade i dobivanje optimalnih svojstava (tvrdoća, otpornost na koroziju, otpornost na habanje i mnoga druga) površina čeličnih proizvoda.

Još jedna ne manje važna prednost je mogućnost izvođenja plazma zavarivanja i navarivanja širokog spektra materijala: bakra, mjedi, bronce, plemenitih metala, kao i nemetala. Tradicionalne metode zavarivanja nisu uvijek u stanju to učiniti.

Oprema za tvrdo oblaganje

Instalacija za nanošenje plazma prahom uključuje prigušnicu, oscilator, plazma svjetiljku i napajanje. Također, trebao bi biti opremljen uređajem za automatsko dovođenje granula metalnog praha u radni prostor i sustavom hlađenja sa konstantnom cirkulacijom vode.

Izvori energije za navarivanje plazmom moraju ispunjavati stroge zahtjevepostojanost i pouzdanost. Transformatori za zavarivanje rade najbolji posao s ovom ulogom.

Prilikom nanošenja praškastih materijala na metalnu površinu koristi se takozvani kombinirani luk. Istodobno se koriste i otvoreni i zatvoreni mlazovi plazme. Podešavanjem snage ovih lukova moguće je promijeniti dubinu prodiranja obratka. U optimalnim uvjetima neće se pojaviti iskrivljenost proizvoda. Ovo je važno u proizvodnji dijelova i sklopova preciznog inženjerstva.

Ulagač materijala

Metalni prah se dozira posebnim uređajem i unosi u zonu taljenja. Mehanizam ili princip rada hranilice je sljedeći: lopatice rotora potiskuju prah u mlaz plina, čestice se zagrijavaju i lijepe za tretiranu površinu. Prašak se unosi kroz zasebnu mlaznicu. Ukupno su u plinski plamenik ugrađene tri mlaznice: za dovod plazme, za dovod radnog praha i za zaštitni plin.

Ako koristite žicu, preporučljivo je koristiti standardni mehanizam za uvlačenje stroja za zavarivanje pod vodom.

Priprema površine

Navarivanju plazmom i prskanju materijala treba prethoditi temeljito čišćenje površine od masnih mrlja i drugih onečišćenja. Ako je tijekom uobičajenog zavarivanja dopušteno izvoditi samo grubo, površinsko čišćenje spojeva od hrđe i kamenca, tada pri radu s plinskom plazmom površina obratka mora biti idealno (koliko je moguće) čista, bez stranih inkluzija. Za što je sposoban najtanji oksidni filmznačajno oslabiti interakciju ljepila između tvrdog oblaganja i osnovnog metala.

Kako bi se površina pripremila za navarivanje, preporuča se uklanjanje beznačajnog površinskog sloja metala obradom rezanjem, nakon čega slijedi odmašćivanje. Ako dimenzije dijela dopuštaju, preporuča se pranje i čišćenje površina u ultrazvučnoj kupelji.

Važne značajke oblaganja metala

Postoji nekoliko opcija i metoda za površinsku obradu plazmom. Korištenje žice kao materijala za navarivanje značajno povećava produktivnost procesa u odnosu na prahove. To je zbog činjenice da elektroda (žica) djeluje kao anoda, što pridonosi puno bržem zagrijavanju nanesenog materijala, što znači da vam omogućuje podešavanje načina obrade prema gore.

Međutim, kvaliteta premaza i svojstva prianjanja jasno su na strani aditiva u prahu. Upotreba finih metalnih čestica omogućuje dobivanje jednolikog sloja bilo koje debljine na površini.

Puder za površinsku obradu

Upotreba praškastih površinskih slojeva je poželjna s obzirom na kvalitetu dobivenih površina i otpornost na habanje, pa se smjese praha sve više koriste u proizvodnji. Tradicionalni sastav mješavine praha su čestice kob alta i nikla. Legura ovih metala ima dobra mehanička svojstva. Nakon obrade takvim sastavom, površina dijela ostaje savršeno glatka i nema potrebe za njegovom mehaničkom doradom i uklanjanjem nepravilnosti. Frakcija čestica praha je samo nekoliko mikrometara.