Làm thế nào máy hàn plasma được sắp xếp và làm việc

Plasma trong vật lý là trạng thái thứ tư của vật chất sau các dạng rắn, lỏng và khí, khi ion hóa một phần hoặc hoàn toàn môi trường từ các phân tử và nguyên tử trung tính trước đó xảy ra trong điều kiện quasineutrality: mật độ thể tích của tất cả các hạt tích điện là bằng nhau.

Trong công nghệ hàn, các đặc tính sau của plasma nhiệt độ thấp (dưới một triệu độ Kelvin) được sử dụng:

• độ dẫn điện rất cao;

• ảnh hưởng mạnh mẽ của từ trường bên ngoài đến dòng chảy trong nó, góp phần hình thành các máy bay phản lực và các lớp;

• biểu hiện của hiệu ứng tập thể, thể hiện bằng sự chiếm ưu thế của lực từ và lực điện so với lực hấp dẫn.

Nguyên tắc tạo và vận hành đèn pin plasma

Trong phương pháp hàn này, nguồn kim loại nung nóng đến điểm nóng chảy là một hồ quang plasma của khí ion hóa, được định hướng đúng hướng. Nó được sản xuất bởi một thiết bị đặc biệt gọi là plasmatron hoặc đèn pin plasma.

Phân loại theo loại vòng cung

Theo nguyên tắc hoạt động, plasmatron có thể là hành động trực tiếp hoặc gián tiếp.

Trong trường hợp đầu tiên, sự khác biệt tiềm năng của trường bên ngoài của máy phát, tạo điều kiện cho sự hình thành của hồ quang, được áp dụng trực tiếp vào phôi và điện cực của vòi đốt khí. Do đó, hiệu quả làm mát của cấu trúc được tăng lên.

Trong phương pháp thứ hai, điện áp chỉ được đặt vào giữa các bộ phận của đầu đốt để tạo ra một tia plasma. Do đó, cần phải làm phức tạp hệ thống làm mát của cụm vòi phun.

Đối với các plasmatron tác động trực tiếp, một vòng cung được tạo ra gần giống với hình dạng hình trụ, mở rộng nhẹ ở bề mặt kim loại đang được xử lý.

Bên trong vòi phun điện trung tính, xảy ra nén và ổn định hồ quang. Trong trường hợp này, sự kết hợp giữa năng lượng nhiệt và động năng của plasma tạo thành một công suất tăng cho nó, cho phép kim loại nóng chảy sâu hơn.

Đầu đốt gián tiếp tạo ra một plasma dưới dạng một tia hình nón được bao quanh bởi một ngọn đuốc hướng vào sản phẩm. Máy bay phản lực được thổi ra bởi dòng plasma phát ra từ đầu đốt.

Phân loại phương pháp làm mát đầu đốt

Do nhiệt độ cao của plasma, các phương pháp làm mát khác nhau, các chi tiết của mỏ hàn plasma được sử dụng:

• thổi khí;

• loại bỏ nhiệt do lưu thông cưỡng bức của nước.

Làm mát bằng không khí ít tốn kém hơn, và làm mát bằng chất lỏng là hiệu quả nhất, nhưng phức tạp.

Phân loại phương pháp ổn định hồ quang

Đầu đốt gas phải cung cấp cột nhiệt độ đều và ổn định về cường độ và hướng với sự cố định nghiêm ngặt dọc theo trục của vòi phun và điện cực.

Cuối cùng, ba loại thiết kế vòi phun sử dụng năng lượng đã được phát triển:

1. khí;

2. nước;

3. từ trường.

Trong phương pháp đầu tiên một luồng khí lạnh, thổi một cột plasma, làm mát và đồng thời nén nó. Tùy thuộc vào hướng của dòng khí, sự ổn định được tạo ra:

1. trục - với sự thổi song song của cột;

2. xoáy khi dòng khí được tạo theo hướng vuông góc.

Phương pháp thứ hai nén hồ quang hiệu quả hơn và được sử dụng trong các plasmatron được sử dụng để lắng đọng hoặc cắt kim loại.

Ổn định trục phù hợp hơn cho hàn và bề mặt kim loại.

Sơ đồ ổn định kép kết hợp các tính năng của trục và xoáy. Khi sử dụng, có thể truyền khí theo ba cách:

• chỉ qua kênh trung tâm chính;

• thông qua cả hai;

• độc quyền thông qua bên ngoài.

Mỗi phương pháp tạo ra các sơ đồ khác nhau để nén cột plasma.

Ổn định nước sử dụng dòng chảy ngược chất lỏng.Hơi nước được tạo ra trong quá trình này giúp tạo ra plasma với cột nóng lên tới 50 nghìn độ theo thang Kelvin.

Một nhược điểm đáng kể của phương pháp này là sự đốt cháy cực mạnh của cực âm. Đối với các thiết bị như vậy, điện cực được làm bằng than chì, phát triển các cơ chế cho cách tiếp cận tự động của nó với phôi khi chiều dài được tiêu thụ liên tục.

Thiết bị mỏ hàn plasma ổn định nước được lưu ý:

• thiết kế phức tạp;

• độ tin cậy thấp của hệ thống cấp điện cực;

• sự phức tạp của các phương pháp kích thích hồ quang.

Ổn định từ Nó hoạt động do từ trường định hướng nằm trên chuyển động của cột hồ quang. Hiệu quả của nó là thấp nhất, và điện từ được tích hợp trong vòi phun làm phức tạp đáng kể mạch điện plasma.

Tuy nhiên, ổn định từ tính được sử dụng để truyền chuyển động quay đến điểm cực dương trong thành của vòi phun. Điều này cho phép giảm sự ăn mòn của vật liệu vòi phun, ảnh hưởng đến độ tinh khiết của tia plasma.

Tất cả các cấu trúc của plasmatron được xem xét ở trên là hồ quang. Nhưng có một loại thiết bị tạo plasma tương tự khác do năng lượng của dòng điện tần số cao đi qua cuộn dây. Các plasmatron như vậy được gọi là cảm ứng (HF) và chúng không yêu cầu các điện cực để tạo ra phóng điện hồ quang.

Chúng không có lợi thế đặc biệt trong việc ảnh hưởng đến các kim loại được xử lý so với các thiết bị hồ quang và được sử dụng để giải quyết các quy trình công nghệ riêng lẻ, ví dụ, sản xuất kim loại bột nguyên chất.

Đặc điểm thiết kế của đầu đốt

Hoạt động của một trong những loại đèn pin plasma có thể được giải thích bằng hình dưới đây.

Hồ quang plasma trong quá trình hàn được tạo ra bên trong lớp vỏ khí quyển bảo vệ được hình thành bằng cách cung cấp khí bơm vào khu vực làm việc. Họ thường chọn argon nhất.

Khí tạo thành plasma (nguồn ion hóa) có thể hoạt động:

• argon

• nitơ

• heli

• không khí

• hydro;

• hỗn hợp các khí được liệt kê.

Hãy ghi nhớ các tính năng hoạt động của họ:

• hydro là chất nổ;

• nitrides và ozone được giải phóng từ không khí;

• helium thân yêu;

• Nitơ ở nhiệt độ cao ảnh hưởng đến môi trường.

Vonfram thường được chọn làm vật liệu cho các điện cực vì các tính chất cơ học phù hợp nhất và chịu được nhiệt độ cao.

Vòi phun khí được cố định trong đầu đốt và được thổi bằng luồng bảo vệ. Chất lỏng lạnh được bơm dọc theo các đường thủy lực và làm nóng được thải ra.

Dây mang dòng điện cung cấp năng lượng điện của dòng điện trực tiếp hoặc xoay chiều đến các điện cực.

Để cung cấp cho hồ quang hình thành plasma, một nguồn hiện tại có điện áp khoảng 120 volt được kết nối để hàn và khoảng 300 khi không hoạt động - để cắt.

Thiết bị tạo plasma

Dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện trực tiếp có thể được sử dụng để bắt đầu plasmatron. Ví dụ, xem xét hoạt động của một máy phát từ mạng lưới cung cấp điện thông thường 220 volt.

Ballast điện trở giới hạn cung cấp hiện tại. Van tiết lưu kiểm soát tải. Cầu diode chuyển đổi một điện áp xoay chiều để duy trì hồ quang nhiệm vụ.

Một máy nén khí cung cấp khí bảo vệ cho đầu đốt, và một hệ thống làm mát thủy lực lưu thông chất lỏng trong các đường plasma để duy trì việc loại bỏ nhiệt hiệu quả.

Kỹ thuật hàn và cắt plasma

Để đốt cháy và duy trì hồ quang hàn, năng lượng dòng điện được sử dụng và để kích thích không tiếp xúc với nó, một bộ dao động (nguồn dao động).

Việc sử dụng hồ quang thí điểm giữa điện cực và vòi phun có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bắt đầu plasma.

Việc hàn như vậy sẽ cho phép nối hầu hết tất cả các kim loại và hợp kim nằm trong mặt phẳng thấp hơn hoặc thẳng đứng.

Nếu không xử lý trước các cạnh, các góc xiên có độ dày lên đến 15 mm có thể được hàn thành các góc xiên.Trong trường hợp này, một sự thâm nhập đặc trưng với các hình dạng cụ thể được hình thành do sự thoát ra của tia plasma ngoài mặt sau của phần hàn thông qua các khe xuyên qua.

Trong thực tế, hàn plasma trong hầu hết các trường hợp là một quá trình liên tục kép:

• cắt qua vật liệu phôi;

• vị trí hàn cắt.

Công nghệ cắt dựa trên:

• lớp kim loại nóng chảy tại nơi xử lý;

• thổi phần chất lỏng vào dòng plasma.

Độ dày của kim loại ảnh hưởng đến công nghệ cắt. Đối với các sản phẩm mỏng, hồ quang phương pháp gián tiếp được sử dụng, và đối với những sản phẩm dày hơn, đèn khò plasma kết nối trực tiếp hoạt động tốt hơn.

Cắt plasma là kinh tế nhất cho tất cả các kim loại, bao gồm cả thép carbon.

Để thực hiện hàn và cắt plasma, dây chuyền tự động và cài đặt thủ công đã được phát triển.

Các loại hàn plasma

Sức mạnh của dòng điện ứng dụng ảnh hưởng đến sức mạnh của hồ quang được tạo ra. Ba loại hàn được xác định bởi kích thước của nó:

1. vi mô;

2. trung bình;

3. ở dòng điện cao.

Hàn vi mô

Nó hoạt động trên dòng điện giới hạn ở 0,1 ÷ 25 ampe. Công nghệ này được sử dụng trong điện tử, thiết bị, đồ trang sức, sản xuất ống thổi, màng, cặp nhiệt điện, giấy bạc, ống và vách mỏng, cho phép bạn kết nối chắc chắn các bộ phận có độ dày 0,2 5 mm.

Để xử lý các vật liệu khác nhau, sự kết hợp của khí tạo thành plasma và khí bảo vệ, mức độ nén của hồ quang và độ gần với cực dương được chọn. Khi xử lý các vật liệu đặc biệt mỏng, chế độ xung được sử dụng để cung cấp hồ quang có ampe thấp với việc cung cấp các xung dòng lưỡng cực.

Trong quá trình truyền xung của một cực, kim loại bị lắng đọng hoặc hàn và khi bị dừng do thay đổi hướng, kim loại nguội đi và kết tinh, và một điểm hàn được tạo ra. Đối với giáo dục tốt của nó, quá trình cung cấp hiện tại và tạm dừng được tối ưu hóa. Kết hợp với kiểm soát biên độ và loại bỏ điện cực, điều này cho phép đạt được các hợp chất chất lượng cao của các kim loại và hợp kim khác nhau.

Để thực hiện hàn vi mô, nhiều công nghệ đã được phát triển có tính đến các góc nghiêng khác nhau của mỏ hàn plasma, tạo ra các rung động ngang để phá hủy các lớp oxit, di chuyển vòi phun so với mối hàn đang được xử lý và các phương pháp khác.

Hàn plasma ở dòng trung bình 50 150 ampe được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, cơ khí và các mục đích sửa chữa.

Dòng điện cao từ 150 ampe được sử dụng cho các mối hàn plasma xử lý thép hợp kim công nghiệp và carbon thấp, hợp kim đồng, titan, nhôm. Nó cho phép bạn giảm chi phí cắt cạnh, tăng năng suất của quy trình, để tối ưu hóa chất lượng của các đường nối so với các phương pháp nối hồ quang điện.

Bề mặt kim loại plasma và phun bề mặt

Các bộ phận máy riêng lẻ yêu cầu cung cấp độ bền cao hoặc chịu được nhiệt độ cao hoặc bề mặt môi trường xâm thực. Cuối cùng, chúng được phủ một lớp kim loại đắt tiền bảo vệ bằng phương pháp xử lý plasma. Để làm điều này, dây hoặc bột đã chuẩn bị trong các hạt nhỏ được đưa vào dòng plasma và phun ở trạng thái nóng chảy lên bề mặt cần xử lý.

Ưu điểm của phương pháp này:

• khả năng của plasma để làm tan chảy bất kỳ kim loại nào;

• khả năng thu được các hợp kim của các chế phẩm khác nhau và tạo ra các lớp phủ đa lớp;

• sự sẵn có của các hình thức xử lý ở bất kỳ kích thước nào;

• thuận tiện điều chỉnh các đặc tính năng lượng của các quá trình.

Ưu điểm của hàn plasma

Nguồn hồ quang được tạo ra bởi hàn plasma khác với điện thông thường:

1. diện tích tiếp xúc nhỏ hơn trên kim loại được xử lý;

2. hiệu ứng nhiệt lớn hơn do cách tiếp cận hình dạng hình trụ;

3. tăng áp suất cơ học của phản lực lên kim loại (khoảng 6 10 lần);

4. Khả năng duy trì đốt hồ quang ở dòng điện thấp, lên tới 0,2 ampe.

Vì bốn lý do này, hàn plasma được coi là hứa hẹn và đa mục đích hơn trong chế biến kim loại. Nó cung cấp tan chảy tốt hơn trong một khối lượng giảm.

Hồ quang plasma có nồng độ nhiệt độ cao nhất và cho phép bạn cắt và hàn các kim loại có độ dày tăng lên ngay cả khi có sự gia tăng nhất định về khoảng cách từ vòi đốt đến phôi.

Ngoài ra, các thiết bị hàn plasma khác nhau:

• kích thước tương đối nhỏ;

• độ tin cậy trong công việc;

• đơn giản của quy định quyền lực;

• bắt đầu dễ dàng;

• chấm dứt nhanh chóng chế độ hoạt động.

Nhược điểm

Chi phí cao của thiết bị hạn chế sự ra đời rộng rãi của hàn plasma trong tất cả các ngành công nghiệp và giữa các doanh nghiệp nhỏ.