Меню

Реферат оборудование для плазменной обработки



Читать реферат по технологии машиностроения: «Плазменная обработка. Плазмотрон» Страница 1

Плазменная обработка, обработка материалов низкотемпературной плазмой, генерируемой дуговыми или высокочастотными плазматронами. При плазменной обработке изменяется форма, размеры, структура обрабатываемого материала или состояние его поверхности. Плазменная обработка включает: разделительную и поверхностную резку, нанесение покрытий, наплавку, сварку, разрушение горных пород (плазменное бурение).

Плазменная обработка получила широкое распространение вследствие высокой по промышленным стандартам температуры плазмы (

104 К), большого диапазона регулирования мощности и возможности сосредоточения потока плазмы на обрабатываемом изделии; при этом эффекты плазменной обработки достигаются как тепловым, так и механическим действием плазмы (бомбардировкой изделия частицами плазмы, движущимися с очень высокой скоростью — так называемый скоростной напор плазменного потока). Удельная мощность, передаваемая поверхности материала плазменной дугой, достигает 105—106 Вт/см2, в случае плазменной струи она составляет 103—104 Вт/см2. В то же время тепловой поток, если это необходимо, может быть рассредоточен, обеспечивая «мягкий» равномерный нагрев поверхности, что используется при наплавке и нанесении покрытий.

Резка металлов осуществляется сжатой плазменной дугой, которая горит между анодом (разрезаемым металлом) и катодом плазменной горелки. Стабилизация и сжатие токового канала дуги, повышающее её температуру, осуществляются соплом горелки и обдуванием дуги потоком плазмообразующего газа (Ar, N2, H2, NH4 и их смеси). Для интенсификации резки металлов используется химически активная плазма. Например, при резке воздушной плазмой O2, окисляя металл, даёт дополнительный энергетический вклад в процесс резки. Плазменной дугой режут нержавеющие и хромоникелевые стали, Cu, Al и др. металлы и сплавы, не поддающиеся кислородной резке. Высокая производительность плазменной резки позволяет применять её в поточных непрерывных производственных процессах. Мощность установок достигает 150 кВт. Неэлектропроводные материалы (бетоны, гранит, тонколистовые органические материалы) обрабатывают плазменной струей (дуга горит в сопле плазменной горелки между её электродами). Нанесение покрытий (напыление) производится для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в агрессивных средах или подверженных интенсивному механическому воздействию. Материал покрытия (тугоплавкие металлы, окислы, карбиды, силициды, бориды и др.) вводят в виде порошка или проволоки в плазменную струю, в которой он плавится, распыляется, приобретает скорость

100 — 200 м/сек и в виде мелких частиц (20—100 мкм) наносится на поверхность изделия. Плазменные покрытия отличаются пониженной теплопроводностью и хорошо противостоят термическим ударам. Мощность установок для напыления 5—30 кВт, максимальная производительность 5 — 10 кг напыленного материала в час. Для получения порошков со сферической формой частиц, применяемых в порошковой металлургии, в плазменную струю вводят материал, частицы которого, расплавляясь, приобретают под действием сил поверхностного натяжения сферическую форму. Размер частиц может регулироваться в пределах от нескольких мкм до 1 мм. Более мелкие (ультрадисперсные) порошки с размерами частиц 10 нм и выше получают испарением

Источник

Плазменная обработка материалов

Внедрение плазменной обработки в промышленность ознаменовало технологический прорыв и переход на качественно новый уровень производства. Область применения полезных свойств плазмы очень обширна. Прежде всего это производство приборов электроники и полупроводниковых приборов. Без плазмохимического травления свет вряд ли увидели бы современные производительные персональные компьютеры. Но это далеко не все.

Ионно-плазменная обработка применяется также в оптике и машиностроении для полировки изделий, нанесения защитных покрытий, диффузионного насыщения поверхности металлов и сплавов, а также для сварки и раскроя листовой стали. В данной работе основное внимание уделяется именно технологиям сварки и резки с использованием плазмы.

Общие положения

Из школьных уроков по физике каждый знает, что вещество может существовать в четырех состояниях: твердое, жидкое, газ, а также плазма. Больше всего вопросов возникает при попытке представить последнее состояние. А на самом деле все не так сложно. Плазма – это тоже газ, только его молекулы, что называется, ионизированы (то есть оторваны от электронов). Такое состояние может быть достигнуто разными способами: в результате воздействия высоких температур, а также как результат бомбардировки электронами атомов газа в вакууме.

Такую плазму принято называть низкотемпературной. Такая физика процесса используется при осуществлении плазменного напыления (травления, насыщения) в вакууме. Помещая частицы плазмы в магнитное поле, им можно придавать направленное движение. Как показала практика, такая обработка более эффективна по ряду параметров классических операций в технологии машиностроения (насыщение в порошковых средах, газопламенная резка, поливание при помощи пасты на основе оксида хрома и так далее).

Виды плазменной обработки

В настоящее время плазма активно используется практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства: медицина, машиностроение, приборостроение, строительство, наука и так далее.

Первопроходцем в применении плазменных технологий было приборостроение. Промышленное применение плазменной обработки началось с использования свойств ионизированного газа для распыления всевозможных материалов и нанесения их на подкладки, а также для травления каналов с целью получения микросхем. В зависимости от некоторых особенностей устройства технологических установок различают плазмохимическое травление, ионно-химическое, а также ионно-лучевое.

Освоение плазмы – это невероятно ценный вклад в развитие технологий и улучшение, без преувеличения, качества жизни всего человечества. С течением времени область применения ионов газа расширялась. И сегодня плазменная обработка (в том или ином виде) применяется для создания материалов с особыми свойствами (жаростойкость, твердость поверхности, коррозионная стойкость и так далее), для эффективной резки по металлу, для сваривания, для полирования поверхностей и устранения микронеровностей.

Этим списком не ограничивается применение технологий, основанных на воздействии плазмы на обрабатываемую поверхность. В настоящее время активно развиваются средства и методы плазменного напыления с использованием различных материалов и режимов обработки с целью достижения максимальных показателей механических и физических свойств.

Сущность плазменной сварки

В отличие от установок ионно-плазменного насыщения и напыления, в данном случае плазменная обработка осуществляется с применением высокотемпературной плазмы. Эффективность данного метода более высокая, чем при применении традиционных методов сварки (газопламенная, электродуговая, сварка под флюсом и так далее). В качестве рабочей газовой смеси используется, как правило, обычный атмосферный воздух под давлением. Таким образом, данная методика характеризуется отсутствием затрат на расходные газы.

Преимущества плазменной сварки

По сравнению с традиционными видами сварки использование плазменного сварочного аппарата более безопасно. Причина вполне ясна – применение в качестве рабочего газа атмосферного кислорода под давлением. В настоящее время безопасности на производстве уделяется очень пристальное внимание со стороны владельцев бизнеса, руководителей и надзорных органов.

Еще одно очень важное преимущество – высокое качество сварного шва (минимум наплывов, непроваров и других дефектов). Хотя для того чтобы научиться умело пользоваться плазменным сварочным аппаратом, необходимы долгие месяцы практики. Только в таком случае сварной шов и соединения в целом будут соответствовать высоким стандартам.

Данная технология имеет целый ряд и других преимуществ. Среди них: высокая скорость процесса сваривания (производительность возрастает), небольшой расход энергоресурсов (электроэнергия), высокая точность соединения, отсутствие деформаций и короблений.

Оборудование для плазменной резки

Сам процесс очень чувствителен к используемым источникам тока. Поэтому допускается применять лишь очень качественные и надежные трансформаторы, демонстрирующие постоянство выдаваемого напряжения. Используются понижающие трансформаторы, которые преобразовывают высокое напряжение на входе в низкое на выходе. Стоимость подобного оборудования в разы меньше стоимости традиционных преобразователей для электродуговой сварки. К тому же они более экономичны.

Оборудование для плазменной резки характеризуется простотой использования. Поэтому при наличии хотя бы минимального опыта и навыков можно производить все сварочные работы самостоятельно.

Технология плазменной сварки

В зависимости от напряжения питания плазменная сварка подразделяется на микросварку, сварку на среднем и на большом токе. Сам процесс основан на воздействии направленного потока высокотемпературной плазмы на электрон и на свариваемые поверхности. Электрод оплавляется, в результате чего образуется неразъемное сварочное соединение.

Плазменная резка

Плазменной резкой называется процесс, при котором металл разрезается на составные части направленным потоком высокотемпературной плазмы. Данная технология обеспечивает идеально ровную линию разреза. После плазменного резака необходимость в дополнительной обработке контура изделий (будь то листовой материал или трубная продукция) отпадает.

Процесс может осуществляться как при помощи ручного резака, так и с использованием станка плазменной резки для раскроя листового стального проката. Плазма образуется при воздействии на поток рабочего газа электрической дуги. В результате значительного локального нагрева происходит ионизация (отрыв отрицательно заряженных электронов от положительно заряженных атомов).

Область применения плазменной резки

Струя высокотемпературной плазмы обладает очень большой энергией. Температура ее настолько велика, что она с легкостью буквально испаряет многие металлы и сплавы. В основном данная технология используется для нарезания стальных листов, листов из алюминия, бронзы, латуни и даже титана. Причем толщина листа может быть самой разной. На качестве линии среза это не отразится – она будет идеально гладкой и ровной, без потеков.

Однако следует учесть, что для получения качественного и ровного среза при работе с толстостенными материалом необходимо использовать станок плазменной резки. Мощности ручного резака будет недостаточно для раскроя металла толщиной от 5 до 30 миллиметров.

Газовая резка или плазменная?

Какому виду резки и раскроя металла отдать предпочтение? Что лучше: кислородно-газовая резка или же технология плазменной резки? Второй вариант, пожалуй, является более универсальным, так как подходит практически для любого материала (даже склонного к окислению при повышенных температурах). Кроме того, плазменная резка осуществляется с использованием обычного атмосферного воздуха, а значит, не требует приобретения дорогостоящих расходных материалов. Да и линия разреза получается идеально ровной и не требует доработки. Все это в комплексе значительно снижает себестоимость изделия и делает продукцию более конкурентоспособной.

Материалы, подвергаемые плазменной резке

Следует учитывать тот факт, что максимально допустимая толщина обрабатываемого металла или сплава зависит от самого материала или его марки. Опираясь на многолетний производственный опыт и опыт лабораторных исследований, специалисты дают следующие рекомендации по толщине обрабатываемых материалов: чугун – не более девяти сантиметров, сталь (вне зависимости от химического состава и наличия легирующих элементов) – не более пяти сантиметров, медь и сплавы на ее основе – не более восьми сантиметров, алюминий и его сплавы – не более 12 сантиметров.

Все перечисленные значения характерны для условий ручной обработки. Примером такого агрегата отечественного производства может служить плазменный аппарат «Горыныч». Он гораздо дешевле зарубежных аналогов, при этом ничуть не уступает, а возможно, даже и превосходит их по качеству. На рынке представлен широкий модельный ряд аппаратов данного производителя, которые предназначаются для выполнения различных работ (бытовые сварочные работы, резка и сварка металлов различной толщины включительно). Листы большей толщины могут обрабатываться исключительно на станочном оборудовании большой мощности.

Существующие способы плазменной резки

Все существующие способы плазменной резки можно разделить на струйные и дуговые. Причем совершенно не имеет значения, используется ли ручной резак или же станок плазменной резки и раскроя листового материала с ЧПУ. В первом случае все необходимые условия для ионизации газа реализованы в самом резаке. Такой аппарат может обрабатывать практически любые материалы (металлы и неметаллы). Во втором случае обрабатываемый материал должен обладать электропроводностью (в противном случае не будет возникать электрическая дуга и происходить ионизация газа).

Помимо различий в способе образования плазмы, плазменная обработка может также классифицироваться по технологическим особенностям резания на простую (без использования вспомогательных веществ), на обработку с водой и обработку в среде защитного газа. Последние два способа позволяют значительно увеличить скорость резания и при этом не опасаться окисления металла.

Источник

Реферат: Плазменная обработка. Плазмотрон

Плазменная обработка, обработка материалов низкотемпературной плазмой, генерируемой дуговыми или высокочастотными плазматронами. При плазменной обработке изменяется форма, размеры, структура обрабатываемого материала или состояние его поверхности. Плазменная обработка включает: разделительную и поверхностную резку, нанесение покрытий, наплавку, сварку, разрушение горных пород (плазменное бурение).

Плазменная обработка получила широкое распространение вследствие высокой по промышленным стандартам температуры плазмы (

10 4 К), большого диапазона регулирования мощности и возможности сосредоточения потока плазмы на обрабатываемом изделии; при этом эффекты плазменной обработки достигаются как тепловым, так и механическим действием плазмы (бомбардировкой изделия частицами плазмы, движущимися с очень высокой скоростью — так называемый скоростной напор плазменного потока). Удельная мощность, передаваемая поверхности материала плазменной дугой, достигает 10 5 —10 6 Вт/см 2 , в случае плазменной струи она составляет 10 3 —10 4 Вт/см 2 . В то же время тепловой поток, если это необходимо, может быть рассредоточен, обеспечивая «мягкий» равномерный нагрев поверхности, что используется при наплавке и нанесении покрытий.

Читайте также:  Изготовление шлакоблоков и оборудование для этого

Резка металлов осуществляется сжатой плазменной дугой, которая горит между анодом (разрезаемым металлом) и катодом плазменной горелки. Стабилизация и сжатие токового канала дуги, повышающее её температуру, осуществляются соплом горелки и обдуванием дуги потоком плазмообразующего газа (Ar, N2 , H2 , NH4 и их смеси). Для интенсификации резки металлов используется химически активная плазма. Например, при резке воздушной плазмой O2 , окисляя металл, даёт дополнительный энергетический вклад в процесс резки. Плазменной дугой режут нержавеющие и хромоникелевые стали, Cu, Al и др. металлы и сплавы, не поддающиеся кислородной резке. Высокая производительность плазменной резки позволяет применять её в поточных непрерывных производственных процессах. Мощность установок достигает 150 кВт. Неэлектропроводные материалы (бетоны, гранит, тонколистовые органические материалы) обрабатывают плазменной струей (дуга горит в сопле плазменной горелки между её электродами). Нанесение покрытий (напыление) производится для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в агрессивных средах или подверженных интенсивному механическому воздействию. Материал покрытия (тугоплавкие металлы, окислы, карбиды, силициды, бориды и др.) вводят в виде порошка или проволоки в плазменную струю, в которой он плавится, распыляется, приобретает скорость

100 — 200 м/сек и в виде мелких частиц (20—100 мкм) наносится на поверхность изделия. Плазменные покрытия отличаются пониженной теплопроводностью и хорошо противостоят термическим ударам. Мощность установок для напыления 5—30 кВт, максимальная производительность 5 — 10 кг напыленного материала в час. Для получения порошков со сферической формой частиц, применяемых в порошковой металлургии, в плазменную струю вводят материал, частицы которого, расплавляясь, приобретают под действием сил поверхностного натяжения сферическую форму. Размер частиц может регулироваться в пределах от нескольких мкм до 1 мм. Более мелкие (ультрадисперсные) порошки с размерами частиц 10 нм и выше получают испарением исходного материала в плазме и последующей его конденсацией.

Свойство плазменной дуги глубоко проникать в металл используется для сварки металлов. Благоприятная форма образовавшейся ванны позволяет сваривать достаточно толстый металл (10— 15 мм) без специальной разделки кромок. Сварка плазменной дугой отличается высокой производительностью и, вследствие большой стабильности горения дуги, хорошим качеством. Маломощная плазменная дуга на токах 0,1—40 а удобна для сварки тонких листов (0,05 мм) при изготовлении мембран, сильфонов, теплообменников из Ta, Ti, Mo, W, Al.

Плазматрон, плазмотрон, плазменный генератор, газоразрядное устройство для получения «низкотемпературной» (Т >> 10 4 К) плазмы. Плазматрон используются главным образом в промышленности в технологических целях, но устройства, аналогичные плазматрону, применяют и в качестве плазменных двигателей. Начало широкого использования плазматрона в промышленной и лабораторной практике (и появление самого термина «плазматрон») относится к концу 50-х — началу 60-х гг. 20 в., когда были разработаны эффективные с инженерной точки зрения способы стабилизации высокочастотного разряда и дугового разряда, а также способы изоляции стенок камер, в которых происходят эти разряды, от их теплового действия. Соответственно, наиболее широкое распространение получили дуговые и высокочастотные (ВЧ) плазматроны.

Дуговой плазматрон постоянного тока состоит из следующих основных узлов: одного (катода) или двух (катода и анода) электродов, разрядной камеры и узла подачи плазмообразующего вещества; разрядная камера может быть совмещена с электродами — так называемыми плазматронами с полым катодом. (Реже используются дуговые плазматроны, работающие на переменном напряжении; при частоте этого напряжения » 10 5 Гц — их относят к ВЧ плазматронам.) Существуют дуговые плазматроны с осевым и коаксиальным расположением электродов, с тороидальными электродами, с двусторонним истечением плазмы, с расходуемыми электродами (рис. 1) и т.д. Отверстие разрядной камеры, через которое истекает плазма, называется соплом плазматрона (в некоторых типах дуговых плазматронов границей сопла является кольцевой или тороидальный анод). Различают две группы дуговых плазматронов — для создания внешней плазменной дуги (обычно называется плазменной дугой) и плазменной струи. В плазматронах 1-й группы дуговой разряд горит между катодом плазматрона и обрабатываемым телом, служащим анодом. Эти плазматроны могут иметь как только катод, так и второй электрод вспомогательный анод, маломощный разряд на который с катода (кратковременный или постоянно горящий) «поджигает» основную дугу. В плазматронах 2-й группы плазма, создаваемая в разряде между катодом и анодом, истекает из разрядной камеры в виде узкой длинной струи.

Рис. 1. Схема дуговых плазматронов: а — осевой; б — коаксиальный; в с тороидальными электродами; г — двустороннего истечения; д — с внешней плазменной дугой; е — с расходуемыми электродами (эрозионный); 1 — источник электропитания; 2 — разряд; 3 — плазменная струя; 4 — электрод; 5 — разрядная камера; 6 — соленоид; 7 — обрабатываемое тело.

Стабилизация разряда в дуговых плазматронах осуществляется магнитным полем, потоками газа и стенками разрядной камеры и сопла. Один из распространённых способов магнитной стабилизации плазменноструйных плазматронов с анодом в форме кольца или тора, коаксиального катоду, состоит в создании (с помощью соленоида) перпендикулярного плоскости анода сильного магнитного поля, которое вынуждает токовый канал дуги непрерывно вращаться, обегая анод. Поэтому перемещаются по кругу анодные и катодные пятна дуги, что предотвращает расплавление электродов (или их интенсивную эрозию, если они выполнены из тугоплавких материалов).

К числу способов газовой стабилизации, теплоизоляции и сжатия дуги относится так называемая «закрутка» — газ подаётся в разрядную камеру по спиральным каналам, в результате чего образуется газовый вихрь, обдувающий столб дуги и генерируемую плазменную струю: слой более холодного газа под действием центробежных сил располагается у стенок камеры, предохраняя их от контакта с дугой. В случаях, когда не требуется сильного сжатия потока плазмы (например, в некоторых плазматронах с плазменной дугой, используемых для плавки металла), стабилизирующий газовый поток не закручивают, направляя параллельно столбу дуги, и не обжимают соплом (катод располагают на самом срезе сопла). Очень часто стабилизирующий газ одновременно является и плазмообразующим веществом. Применяют также стабилизацию и сжатие дуги потоком воды (с «закруткой» или без неё).

Плазма дуговых плазматронов неизбежно содержит частицы вещества электродов вследствие их эрозии. Когда этот процесс по технологическим соображениям полезен, его интенсифицируют (плазматрон с расходуемыми электродами); в других случаях, напротив, минимизируют, изготовляя электроды из тугоплавких материалов (вольфрам, молибден, спец. сплавы) и (или) охлаждая их водой, что, кроме того, увеличивает срок службы электродов. Более «чистую» плазму дают ВЧ плазматроны (см. ниже).

Плазматроны с плазменной струёй обычно используют при термической обработке металлов, для нанесения покрытий, получения порошков с частицами сферической формы, в плазмохимической технологии и пр.; плазматроны с внешней дугой служат для обработки электропроводных материалов; плазматроны с расходуемыми электродами применяют при работе на агрессивных плазмообразующих средах (воздухе, воде и др.) и при необходимости генерации металлической, углеродной и т.д. плазмы из материала электродов (например, при карботермическом восстановлении руд).

Мощность дуговых плазматронов 10 2 —10 7 Вт; температура струи на срезе сопла 3000—25000 К; скорость истечения струи 1—10 4 м/сек; промышленное кпд 50—90%; ресурс работы (определяется эрозией электродов) достигает несколько сотен ч, в качестве плазмообразующих веществ используют воздух, N2, Ar, H2 , NH4 , O2 , H2 O, жидкие и твёрдые углеводороды, металлы, пластмассы.

Высокочастотный плазматрон включает: электромагнитную катушку-индуктор или электроды, подключенные к источнику высокочастотной энергии, разрядную камеру, узел ввода плазмообразующего вещества. Различают индукционные, ёмкостные, факельные плазмотроны, плазматроны на коронном разряде и с короной высокочастотной, а также сверхвысокочастотные (СВЧ) плазматроны (рис. 2). Наибольшее распространение в технике получили индукционные ВЧ плазматроны, в которых плазмообразующий газ нагревается вихревыми токами. Т. к. индукционный высокочастотный разряд является безэлектродным, эти плазматроны используют для нагрева активных газов (O2 , Cl2 , воздуха и др.), паров агрессивных веществ (хлоридов, фторидов и др.), а также инертных газов, если к плазменной струе предъявляются высокие требования по чистоте. С помощью индукционных плазматронов получают тонкодисперсные и особо чистые порошковые материалы на основе нитридов, боридов, карбидов и др. химических соединений. В плазмохимических процессах объём разрядной камеры таких плазматронов может быть совмещен с реакционной зоной. Мощность плазматрона достигает 1 МВт, температура в центре разрядной камеры и на начальном участке плазменной струи

10 4 К, скорость истечения плазмы 0—10 3 м/сек, частоты — от нескольких десятков тыс. Гц до десятков МГц, промышленное кпд 50—80%, ресурс работы до 3000 ч. В СВЧ плазматроне рабочие частоты составляют тысячи и десятки тыс. МГц; в качестве питающих их генераторов применяются магнетроны. ВЧ плазматроны всех типов, кроме индукционных, применяются (70-е гг. 20 в.) главным образом в лабораторной практике. В ВЧ плазматроне, как и в дуговых, часто используют газовую «закрутку», изолирующую разряд от стенок камеры. Это позволяет изготовлять камеры ВЧ плазматрона из материалов с низкой термостойкостью (например, из обычного или органического стекла).

Рис. 2. Схемы высокочастотных плазматронов: а — индукционный; б ёмкостный; в — факельный; г — сверхвысокочастотный; 1 — источник электропитания; 2 — разряд; 3 — плазменная струя; 4 — индуктор; 5 — разрядная камера; 6 — электрод; 7 — волновод

Для пуска плазматрона, т. е. возбуждения в нём разряда, применяют: замыкание электродов, поджиг вспомогательного дугового разряда, высоковольтный пробой межэлектродного промежутка, инжекцию в разрядную камеру плазмы и др. способы. Основные тенденции развития плазматронов: разработка специализированных плазматронов и плазменных реакторов для металлургической, химической промышленностей, повышение мощности в одном агрегате до 1 — 10 МВт, увеличение ресурса работы и т.д.

Плазменная горелка, ручной дуговой плазматрон для нанесения покрытий, резки, сварки, наплавки и др. процессов плазменной обработки. По принципу действия различают две группы плазменных горелок: для работы плазменной дугой и для работы плазменной струёй. При механизированной обработке плазменная горелка закрепляется на специальной установке; для нанесения покрытий и наплавки она обычно оснащается устройством для подачи распыляемого или наплавляемого материала (в виде порошка или проволоки). Такая плазменная горелка называется плазменной головкой. Мощность плазменной горелки достигает 100 кВт, плазмообразующими газами служат Ar, Не, N2 , NH4 , воздух и их смеси. Для зажигания дугового разряда в начале работы необходимо замкнуть зазор между катодом и анодом плазменной горелки (плазменная струя) или между катодом и обрабатываемым металлом (плазменная дуга) или иным образом возбудить разряд.

Источник

Реферат оборудование для плазменной обработки

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ, ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ И ИХ СРАВНЕНИЕ, ПРИМЕРЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ОБЩИЙ ВИД СТАНКА.

Объектом исследования является станок плазменной резки модели MultiCam 1-103P.

Цель работы — знакомство с теорией, изучение технологического процесса, дальнейшее применение полученных знаний.

результате исследования изучения, технические характеристики, разновидности обработки, экономический вопрос выгоды данных методом обработки.

Данная исследовательская работа в области станкостроения позволит узнать об установке и технологии плазменной резки. Резка металлов — проблема, с которой приходится сталкиваться и в цеху, и на стройплощадке, и в мастерской. Простые решения вроде автогена устроят многих, но не всех. Если объем работ по резке металла большой, а требования к качеству реза высоки, то стоит подумать об использовании аппарата плазменной резки (плазмореза).Первые установки и аппараты плазменной резки появились более полувека назад, но широкому кругу мастеров они стали доступны только в последние два десятилетия. В связи с развитием техники плазма нашла широкое применение в промышленности, точнее в обработке различных материалов и сплавов . Это связанно с многими достоинствами данной технологии перед другими видами обработками резанием. В наше время появляется много труднообрабатываемых керамических, композиционных, тугоплавких и других материалов, поэтому многим заводам и предприятиям, занимающимся ответственной продукцией, приходиться применять нетрадиционные методы обработки. Знания, получаемые при выполнении курсовой работы, позволяют целенаправленно и правильно:Реферат оборудование для плазменной обработки 1

  • получать дальнейшее профессиональное образование в области, выбранной будущим специалистом.
  • успешно решать разнообразные задачи научно- технического характера, а также задачи, связанные с созданием и проектированием новой техники и новых технологий.
  • самостоятельно использовать современные информационные и образовательные технологии в целях получения новой информации, необходимой для дальнейшей работы в производственной и научной деятельности.

При выполнении данной курсовой работы вырабатывается системный подход к исследуемым явлениям и процессам, развивается творческое и креативное мышление, формируется умение самостоятельно анализировать и развивать новые идеи.

Читайте также:  Перфорированные панели из металла для торгового оборудования

Технология послеуборочной обработки и хранения зерна на предприятии

. видов зерна на производство крупы и крахмалопродуктов — до 1,5 млн т. Целью курсовой работы является . обработки зерна в предприятии Послеуборочная обработка зерна является одним из наиболее трудоемких процессов в зерновом производстве. Для рациональной ее организации требуются выбор эффективной технологии . которые следует решать в области хранения зерна и зернопродуктов. Основные задачи, стоящие .

Плазма — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов).

Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Плазменная резка

Между электродом и соплом аппарата, или между электродом и разрезаемым металлом зажигается электрическая дуга. В сопло подаётся газ под давлением в несколько атмосфер, превращаемый электрической дугой в струю плазмы с температурой от 5000 до 30000 градусов и скоростью от 500 до 1500 м/с. Толщина разрезаемого металла может доходить до 200 мм. Первоначальное зажигание дуги осуществляется высоковольтным импульсом или коротким замыканием между форсункой и разрезаемым металлом. Форсунки охлаждаются потоком газа (воздушное охлаждение) или жидкостным охлаждением. Воздушные форсунки как правило надежнее, форсунки с жидкостным охлаждением используются в установках большой мощности и дают лучшее качество обработки.

Плазменная резка — эт

низкая эффективность при резке материалов значительной толщины (более 25 мм), а также легированных сталей;

  • риск создания взрыво- и пожароопасной ситуации;
  • низкая экологичность процесса, вредное воздействие на окружающую среду, выделение газов во время резки;

— необходимость устройства мощной вентиляции при работе в закрытых помещениях. Плазменная резка эт 1

Различают две схемы:, Какие преимущества в работе дает аппарат или станок плазменной резки металла в работе?

1. При правильном подборе мощности он позволит в 4-10 раз (по сравнению плазморез уступит лишь промышленной лазерной установке, зато намного выиграет в себестоимости. Экономически целесообразно использовать плазменную резку на толщинах металла до 50-60мм. Кислородная же резка более предпочтительна при раскрое стальных листов толщиной свыше 50 мм.Различают две схемы 1

2. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ. Плазменная резка позволяет обрабатывать и сталь, и чугун, и алюминий, и медь, и титан, и любой другой металл, причем работы выполняются с использованием одного и того же оборудования: достаточно выбрать оптимальный режим по мощности и выставить необходимое давление воздуха. Важно отметить и то, что качество подготовки поверхности материала особого значения не имеет: ржавчина, краска или грязь помехой не станут.

3. ТОЧНОСТЬ и ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО РЕЗА. Современные плазморезы обеспечивают минимальную ширину реза и «чистые» без наплывов, перекаливания и грата кромки, почти не требующие дополнительной обработки. Немаловажно и то, что зона нагрева обрабатываемого материала намного меньше, чем при использовании автогена, а поскольку термическое воздействие на участке реза минимально, то и тепловые деформации вырезанных деталей незначительны, даже если они небольшой толщины.

Подводная сварка и резка

. концом электрода и свариваемого участка. Установка подачи проволоки, которая включает механизм подачи проволоки, тяговый привод и катушку проволоки в водонепроницаемом кожухе, располагают под водой недалеко . кратковременных осмотров, использовать метод погружения, при котором ткани тела водолаза, работающего под водой, насыщается инертным газом. Скорость насыщения зависит в основном от глубины .

4. БЕЗОПАСНОСТЬ, обусловленная отсутствием взрывоопасных газовых баллонов.

5. НИЗКИЙ уровень загрязнения окружающей среды. Касательно экономической стороны вопроса, то совершенно очевидно, что при больших объемах работ плазменная резка выгоднее той же кислородной или, например, механической. В остальных же случаях нужно учитывать не материалы, а трудоемкость использования. Например, сделать фигурный рез в толстом листе недолго и автогеном, но может потребоваться продолжительная шлифовка краев.

НЕДОСТАТКИ:

Ну а теперь поговорим о недостатках. Первый из них — относительно скромная максимально допустимая толщина реза, которая даже у мощных аппаратов редко превышает 80-100 мм. В случае же с кислородной резкой максимально допустимая толщина реза для стали и чугуна может достигать 500 мм.

недостаток метода — довольно жесткие требования к отклонению от перпендикулярности реза. В зависимости от толщины детали угол отклонения не должен превышать 10-50°. При выходе за эти пределы наблюдается значительное расширение реза и, как одно из следствий, быстрый износ расходных материалов.Недостатки 1

Наконец, сложность рабочего оборудования делает практически невозможным одновременное использование двух резаков, подключенных к одному аппарату, что с успехом применяется при резке штучным электродом.

Принцип работы плазмореза

Рабочий орган аппарата называется плазмотрон. Под этим словом подразумевается плазменный резак с кабель-шланговым пакетом, подключаемый к аппарату. Иногда плазмотроном ошибочно называют аппарат плазменной резки целиком. Разновидностей плазмотронов достаточно много. Но наиболее распространены и более всего пригодны для резки металлов плазмотроны постоянного тока прямой полярности. По виду дуги различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В первом случае разрезаемое изделие включено в электрическую цепь, и дуговой разряд возникает между металлической деталью и электродом плазматрона. Именно такие плазмотроны применяются в устройствах, предназначенных для обработки металлов, включая и аппараты воздушно-плазменной резки. Плазматроны косвенного действия применяются, в основном, для обработки неэлектропроводных материалов (у них электрическая дуга возникает в самом резаке).

Сопло — важнейший элемент, определяющий возможности плазмотрона. При плазменной резке применяются сопла небольшого (до 3 мм) диаметра и большой (9-12 мм) длины. От размера диаметра сопла плазмотрона зависит количество воздуха, которое способен пропустить плазмотрон, этот параметр необходимо учитывать при подборе компрессора. Это также влияет на ширину реза и охлаждение плазмотрона. Что касается длины, то чем она больше, тем выше качество реза. Однако чрезмерное увеличение этого параметра ведет к снижению надежности работы и быстрому разрушению сопла. Считается, что длина канала должна быть больше диаметра в 1,5-1,8 раза.Принцип работы плазмореза 1

Плазменная сварка и резка

. — плазмотроне — в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа. Различают две схемы: плазменно-дуговая резка и резка плазменной струей. Рисунок. Схемы плазменной резки плазменно-дуговой резке резке плазменной струей Плазменно-дуговая резка более эффективна и широко применяется для .

Электродом (катодом) внутри плазматрона служит металлический стержень — другие конструкции в недорогих аппаратах не применяются. То же можно сказать и о материале: разновидностей изобилие, но массово используется лишь электрод из гафния.

Теперь пару слов о рабочих газах, используемых при плазменной резке. Их можно разделить на плазмообразующие и защитные (транспортирующие).

Для резки в обычных плазменных системах бытового назначения (сила тока дуги — ниже 200 А, максимальная толщина реза — до 50 мм) сжатый воздух применяют и как плазмообразующий, и как защитный газ. При этом достигается удовлетворительное качество реза, хотя и наблюдается некоторое азотирование и окисление обрабатываемой поверхности. В более сложных системах применяются иные газовые смеси, содержащие кислород, азот, водород, гелий, аргон.

Принцип работы плазмореза 2

1 . Описание станка Принцип работы плазмореза 3

Станки плазменной резки V-серии от MultiCam позволяют достичь уникальных показателей стоимость/производительность для своего класса станков плазменной резки с ЧПУ. Огромный опыт, накопленный инженерами компании MultiCam в течение более четырнадцати лет исследований и разработок самых передовых систем, помог добиться соблюдения очень жестких требований, возникающих при проектировании подобных систем.

Особая сложность задачи заключалась в разработке жесткой и надежной платформы с великолепными характеристиками резания. Полученные результаты говорят сами за себя. Для изготовителей систем вентиляции и любых других изделий, которым необходима производительность, качество и невысокая стоимость станка плазменной резки с ЧПУ, идеальным решением являются машины V-серии от MultiCamПринцип работы плазмореза 4

Примеры похожих учебных работ

Резка метала

. возможностями станка. Газокислородная резка На сегодняшний день газокислородная резка является, пожалуй, самым популярным видом резки металла за . факт: чем выше теплопроводность разрезаемого металла, тем больше теплоотвод и меньше возможная толщина .

Дипломная работа сварка цветных металлов и их сплавов

. и Н.Г.Славянов первыми применили «дугу Петрова» для сварки. Интенсивная разработка новых способов сварки и их . древности достигла кузнечная сварка. При кузнечной сварке металл нагревается до . он,— после 35 лет работы по мостам толкнуло меня взяться .

Дипломная работа дуговая наплавка

2.1 Характеристика способов наплавки. Ручная дуговая наплавка покрытыми электродами Дуговая наплавка под флюсом проволоками и лентами Дуговая наплавка в .

Сварка и резка металлов и их сплавов

. категорий и степени раскисления выпускают с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика. Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с существующими стандартами. .

Контрольная работа: Подготовка к капитальному ремонту резервуаров

. ремонт резервуара, Капитальный ремонт, Текущим ремонтом, Осмотровый ремонт, Подготовка к капитальному ремонту резервуаров Ремонт резервуаров . эксплуатации и ремонте нефтезаводского оборудования. Перед началом работ по очистке, осмотру и ремонту .

Электронно-лучевая обработка

. для размерной электронно-лучевой обработки и требования к электронной пушке определяются в конечном счете теплофизическими . При бомбардировке органических или неорганических веществ электронным пучком химические или физические взаимодействия пучка .

  • реферат Реферат силовые трансформаторы скачать
  • реферат Холодильное оборудование
  • реферат Ультразвуковые методы обработки в машиностроении
  • реферат Литература по реферату одоризации газа
  • реферат Оборудование для производства мороженого
  • реферат Оборудование и машины химической промышленности
  • реферат Технология термической обработки стали
  • реферат Оборудование для фрезерной обработки
  • реферат Плазменная обработка. Плазмотрон
  • курсовая Выбор теплового оборудования для предприятий общественного питания
  • Технологии и технологи
  • Инженерные сети и оборудование
  • Промышленность
  • Промышленный маркетинг и менеджмент
  • Технологические машины и оборудование
  • Автоматизация технологических процессов
  • Машиностроение
  • Нефтегазовое дело
  • Процессы и аппараты
  • Управление качеством
  • Автоматика и управление
  • Металлургия
  • Приборостроение и оптотехника
  • Стандартизация
  • Холодильная техника
  • Архитектура
  • Строительство
  • Метрология
  • Производство
  • Производственный маркетинг и менеджмент
  • Текстильная промышленность
  • Энергетическое машиностроение
  • Авиационная техника
  • Ракетно-космическая техника
  • Морская техника
  • Аттестационная работа
  • Бакалаврская работа
  • Бизнес план
  • Бизнес-план
  • Дипломная работа
  • Домашняя работа
  • Контрольная работа
  • Курсова робота
  • Курсовая работа
  • Курсовой проект
  • Магистерская работа
  • Маркетинговое исследование
  • Научный труд
  • Отчет по практике
  • Реферат
  • Семестровая работа
  • Сочинение
  • Творческая работа
  • Часть дипломной работы
  • Эссе
  • О проекте
  • Политика конфиденциальности
  • Форма для контактов

Все документы на сайте представлены в ознакомительных и учебных целях.
Вы можете цитировать материалы с сайта с указанием ссылки на источник.

Источник

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является знакомство с технологиями плазменной обработки материалов, с оборудованием и материалами плазменной резки, сварки, напыления, использованием концентрированных высокоэнергетических источников в различных областях техники, в том числе при проектировании, производстве и ремонте оборудования лесного комплекса.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Во многих изделиях их поверхность определяет работоспособность изделия в целом и в частности такие характеристики, как сопротивление износу, жаростойкость, коррозионную стойкость и др. В парах трения (валы, оси, пальцы) износ в десятые и сотые доли миллиметра (посадочные места подшипников) приводит к необходимости разборки механизма и замене изношенных деталей. Восстановление деталей выполняется различными способами: гальванически путем нанесения слоев хрома или железа; наплавкой нелегированными или легированными материалами; напылением различных металлов, сплавов и неметаллических соединений (карбиды, оксиды, интерметаллиды). Все эти способы применяются в промышленности, имея свои достоинства и недостатки.

Широкое применение напыления для восстановления и упрочнения поверхностей объясняется тем, что при напылении температура напыляемого изделия не превышает, как правило, 150–200 ºС, что позволяет избежать напряжений, деформаций и структурных изменений в поверхностных слоях, так характерных для сварки и наплавки. При этом отсутствует проплавление напыляемой поверхности и, как следствие, проникновение металла подложки в напыляемый, обычно легированный, слой, чего трудно избежать при наплавке и что вызывает необходимость выполнять много слоев, затрачивая материал, энергию, время и увеличивая вероятность трещин и деформаций в наплавляемых изделиях.

При гальваническом восстановлении изделий очень велики затраты электрической энергии, затруднительно восстановление локальных участков, дорого и небезопасно утилизировать отходы гальванических процессов.

Плазменное напыление – процесс нанесения покрытия на поверхность детали (изделия) с помощью плазменной струи. Плазменная струя – это частично или полностью ионизированный газ, обладающий электропроводностью и имеющий высокую температуру.

Различают высоко- и низкотемпературную плазму. Первая, так называемая физическая плазма, ионизирована практически полностью, и ее электронная температура оценивается в сотни тысяч и более градусов. Низкотемпературная – технологическая – плазма, с температурой в несколько тысяч или десятков тысяч градусов, ионизирована частично и содержит значительную долю нейтральных частиц.

Читайте также:  Ремонт любого автосервисного оборудования

Низкотемпературная плазма – многокомпонентная система, состоящая из атомов или молекул в основном состоянии; молекул, атомов, радикалов в различных возбужденных квантовых состояниях; ионов, электронов. Для напыления плазменных покрытий применяется низкотемпературная плазма.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подается распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие напыляемых частиц с поверхностью основы или с уже напыленным материалом и в результате формирование покрытия.

Плазменный процесс состоит из трех основных стадий:

1) генерация плазменной струи;

2) ввод распыляемого материала в плазменную струю, его нагрев и ускорение;

3) взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц с основой. Плазменным напылением наносятся износостойкие, антифрикционные, корро-

зионностойкие и другие покрытия.

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

− избежать участия в напыленном слое химических элементов подложки;

− использовать различные материалы: металлы, сплавы, оксиды, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и различные их комбинации;

− наносить несколько разнородных слоев, получая покрытия со специальными характеристиками;

− наносить покрытия на листовые материалы, на конструкции больших размеров и поверхности сложной формы;

− практически избежать деформации основы, на которую производится напы-

− покрывать изделия из самых разнообразных материалов, включая материалы, не терпящие термообработки в печи (стекло, фарфор, дерево, ткань);

− значительно увеличить размеры детали (восстановление и ремонт изношенных деталей). Этим методом можно наносить слои толщиной несколько миллиметров;

− обеспечить равномерное напыление как большой площади, так и ограниченных участков больших изделий;

− легко механизировать и автоматизировать процесс напыления;

− обеспечить высокую производительность нанесения покрытия при относительно небольшой трудоемкости;

− улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными и стабильными, высокой плотности и с хорошим сцеплением с поверхностью.

К основным недостаткам метода нанесения покрытий напылением можно отне-

− неэкономичность процесса напыления при нанесении покрытий на небольшие детали из-за больших потерь напыляемого материала, пролетающего в струе мимо изделия. В таких случаях покрытие лучше наносить другими способами;

− сильный шум, ультрафиолетовое излучение, образование вредных для здоровья работающих соединений напыляемого материала с воздухом, которое сопровождает процесс напыления.

2.1. Оборудование для плазменного напыления

Для получения плазмы используются различные генераторы низкотемпературной плазмы – плазмотроны , которые должны обеспечить выполнение следующих требований:

− температура плазмы на выходе должна быть достаточно высокой (от

− плазма должна быть достаточно чистой, т. е. свободна от загрязнения частицами, которые не входят в состав рабочего слоя;

− высокая эффективность преобразования электрической энергии в тепловую, что обеспечивает возможность получения максимального КПД технологического процесса;

− параметры низкотемпературной плазмы должны быть стабильными, управляемыми и обеспечивать оптимальные условия процесса;

− генерация плазмы должна обеспечиваться в течение длительного промежутка времени;

− возможность использования различных плазмообразующих сред;

− простота эксплуатации, легкость возбуждения электрического разряда, желательно без ввода дополнительных устройств (поджигающих электродных проволочек) в область разрядного канала;

− легкость ввода исходного материала в плазменный поток.

Для организации промышленных технологических плазменных процессов наиболее перспективными в настоящее время считаются электродуговые генераторы низкотемпературной плазмы, поскольку именно они наиболее полно удовлетворяют перечисленным выше требованиям. Наиболее простой нагреватель газа представляет собой дуговой электрический разряд, горящий между двумя торцовыми электродами, обдуваемый плазмообразующим газом в осевом или перпендикулярном направлении. В дуге газ ионизируется и за разрядом образуется плазменная струя с высокой температурой, что позволяет использовать его для резки металлических и неметаллических материалов, для сварки металлов и сплавов, для напыления металлов и неметаллических соединений – карбидов, оксидов, интерметаллидов на различные подложки. В качестве плазмообразующих газов используются аргон, азот, водород, их смеси, а также воздух.

Электродуговые плазмотроны позволяют получить следующие параметры плазменных струй:

− скорость нагретого газа на выходе из дуговых плазмотронов – от 10 до 100 М (в зависимости от расхода плазмообразующего газа, диаметра сопла плазмотрона, мощности в дуге);

− максимальная температура на оси струи – от 10 000 до 50 000 К;

− среднемассовая температура нагретого газа 10 000 К при работе на одноатомных газах и 4 000–5 000 К при работе на двухатомных плазмообразующих газах (азот, водород, их смеси).

Особенность работы электродуговых плазменных установок состоит в высокой эффективности преобразования электрической энергии в тепловую; в стабильности горения электрической дуги; возможной эрозии электродов, что приводит к загрязненности плазменной струи.

Плазменные покрытия наносят обычно на воздухе в специальном помещении с вытяжной вентиляцией или в герметичной камере с контролируемой атмосферой чаще всего с нейтральной. Для нанесения плазменных покрытий применяются такие установки, как УПУ-ЗД, УМП-6, «Киев-7» и др. (табл. 1). Эти установки предназначены для получения плазменным напылением теплозащитных, жаростойких, электроизоляционных, износостойких и антикоррозионных покрытий из металлических порошков и керамики на внутренние и наружные поверхности вращения, а также на поверхности плоских изделий.

Таблица 1 Технические характеристики плазменных электродуговых установок

Потребляемая мощность, кВт

Максимальный ток дуги, А

Расход газов, м 3 /ч

Рабочее давление газов, МПа

Расход воды, м 3 /ч

Производительность распыления, кг/ч

1640 × 1100 × 400

Установка для плазменного напыления включает: плазмотрон, источник питания, газораспределительную систему, механизм подачи материала, систему охлаждения, пульт управления и различные элементы оснастки.

На рис. 1 представлена принципиальная схема универсальной плазменной установки УМП-6, на рис. 2 – пульт управления ее.

В качестве источника питания установки УМП-6 применяется полупроводниковый выпрямитель ИПН-160/600-Ш, состоящий из трехфазного силового трансформатора с плавным регулированием рабочего тока (до 600 А), выпрямительного блока, пускорегулирующей аппаратуры. В источнике предусмотрен переключатель для получения напряжения холостого хода: 80, 120, 160 В. Вместе с тем, вместо выпрямителя ИПН-160/600-Ш могут использоваться и обычные сварочные генераторы, соединенные последовательно для увеличения напряжения холостого хода, а также сварочные выпрямители, применяемые для сварки. Источники питания плазменной дуги должны иметь крутопадающую внешнюю вольтамперную характеристику.

Плазмотрон – газоразрядное устройство, служащее для нанесения плазменных покрытий. Наиболее важным элементом плазмотрона является сопло, от конструкции которого зависит длина дуги, стабильность ее горения, а также скорость и характер истечения струи. Сопловой (анодный) узел через электроизоляционный блок стыкуется с катодным узлом, представляющим собой стержневой электрод, изготовленный из вольфрама с добавкой иттрия или лантана. Отрицательный вывод источника постоянного тока присоединяется к вольфрамовому стержню-катоду, а положительный к соплу-аноду. Плазмообразующий газ подается во внутреннюю межэлектродную камеру, образованную медным соплом-анодом и вольфрамовым электродом. Принципиальная схема электродугового плазмотрона для напыления покрытий дана на рис. 3.

Рис. 1. Принципиальная схема плазменной установки УМП-6:

1 – источник питания; 2 – баллоны с газом; 3 – пульт управления; 4 – камера напыления; 5 – порошковый дозатор; 6 – вытяжной вентилятор; 7 – плазмотрон; 8 – плазменная струя; 9 – напыленное покрытие; 10 – изделие; 11 – устройство для перемещения изделия;

12 – водяной насос; 13 – холодильник

Рис. 2. Пульт управления установкой УМП-6:

1 – пульт управления; 2 – механизм подъема порошкового дозатора; 3 – регулятор подачи порошка; 4 – вентили; 5, 6 – кнопки «пуск»-«стоп»; 7 – тумблеры;

8 и 9 – вольтметры; 10 – амперметр; 11 – термометр манометрический; 12 – манометр водяной; 13 – манометры газовые; 14 – лампы сигнальные; 15 – дозатор порошка

Рис. 3. Электродуговой плазмотрон для напыления:

K – дистанция ввода порошка в плазменную струю; L – дистанция напыления; α – угол ввода порошка в плазменную струю; 1 – водяное охлаждение;

2 – вход плазмообразующего газа; 3 – электроизоляционный блок; 4 – катод плазмотрона; 5 – сопло – анод плазмотрона; 6 – плазменная струя; 7 – ввод напыляемого порошка;

8 – плазменная струя с нагретым порошком; 9 – напыленное покрытие; 10 – напыляемое изделие

При использовании в качестве плазмообразующего газа аргона или азота, их смесей применяется вольфрамовый или медный водоохлаждаемый электрод. Если же используется воздух, то применяется гафниевый или (реже) циркониевый электрод, запрессованный в медную обойму. Необходимость использования гафния или циркония связана с тем, что вольфрам при высокой температуре интенсивно окисляется в среде воздуха.

Для увеличения мощности плазмы за счет поднятия напряжения расстояние между катодом и анодом увеличивают за счет промежуточных вставок, изолированных как от катода, так и от анода. На рис. 4 показан воздушно-плазменный плазмотрон с промежуточными медными вставками.

Для возбуждения дуговой плазмы напряжения, прикладываемого к электродам, недостаточно. Поэтому для возбуждения дуги прибегают к дополнительным мероприятиям, обеспечивающим появление ионизированных частиц в межэлектродном пространстве. Для возбуждения плазменной струи обычно используют высокочастотную искру, которую получают от осциллятора, встроенного в источник питания. Генератор высокой частоты дает первоначальный импульс, от которого атомы газа возбуждаются и ионизируются. Между полюсами загорается дуга, поддерживающая уровень ионизации.

Рис. 4. Плазмотрон с промежуточными вставками

Плазменная струя оформляется медным соплом. Благодаря охлаждающему действию стенок сопла наружные слои столба деионизируются и объем ионизированной части столба уменьшается. Это приводит к повышению напряжения дуги и значительному увеличению плотности тока в столбе. Плазменная струя обжимается

еще и магнитным полем, создаваемым потоком заряженных частиц в плазме. Обжатие плазменной струи способствует росту ее температуры. Нагретый ионизированный поток газа выносится с высокой скоростью из сопла в виде яркосветящейся плазменной струи высокой температуры (5 000–15 000 ºС).

Как уже отмечалось, мощность плазмотрона зависит от размеров межэлектродного пространства. Коэффициент полезного действия плазмотрона 60–80 %, примерно 0,8 всей мощности плазмотрона расходуется на нагрев плазмообразующего газа. Наибольшему разрушению подвергается сопло плазмотрона, поэтому оно изготавливается из меди и делается сменным. Срок службы сопла зависит от режима работы плазмотрона, вида плазмообразующего газа, его чистоты по содержанию кислорода и влаги, системы охлаждения и составляет от 15 до 1000 ч.

Важной конструктивной особенностью плазмотрона является место ввода напыляемого порошка. Напыляемый материал может вводиться в столб плазмы через анодный сопловой узел и за срез плазмотрона (рис. 3). Выбор места зависит от теплофизических свойств материала, его сыпучести, склоннности к комкованию.

Дистанционный пульт управления позволяет плавно и достаточно точно регулировать основные энергетические параметры плазменной обработки (электрические параметры, расход плазмообразующего и транспортирующего газов).

Независимо от типа плазмотрона, надежная работа установок для плазменного напыления зависит от ряда факторов, одним из которых является эффективность системы охлаждения. Наиболее эффективное охлаждение можно обеспечить, используя системы замкнутого типа с применением специальных устройств, улучшающих отвод тепла. Надежная работа плазменных установок может быть достигнута предварительным снижением температуры охлаждающей среды холодильного агрегата до +2 ºС, электромагнитной обработкой охлаждающей воды, использованием дистиллированной воды в контуре хладагента.

В качестве плазмообразующих газов при нанесении покрытий применяют аргон, азот, смеси аргона с азотом или водородом или, при определенных условиях, воздух. Все эти газы поставляются в баллонах. Баллоны с редукторами устанавливаются вне помещения, в специально оборудованных шкафах. Аргоновая плазма (ионизированный газ) имеет высокую температуру 15 000–30 000 К. Температура азотной плазмы ниже (10 000–15 000 К), но имеет высокое теплосодержание за счет поглощенной энергии диссоциации и ионизации, выделяемой при рекомбинации (при охлаждении газа в свободной плазменной струе). Аргон значительно дороже азота. Исходя из вышеизложенного, наиболее широко в качестве плазмообразующего газа применяется азот или воздух. При использовании воздуха он подается от воздушного компрессора через осушители.

При плазменном нанесении покрытий в качестве исходного материала может использоваться проволока или порошок. Порошковое плазменное напыление более экономично, чем проволочное, позволяя получать покрытия более высокого качества.

При порошковом напылении используются питатели (дозаторы) различных конструкций.

В стандартной установке УМП-6 применяется порошковый питатель, конструкция которого дана на рис. 5.

Дозатор состоит из следующих основных узлов: бачка, механизма перемещения порошка, системы транспортирующего газа, привода с кулачковой муфтой. Количе-

ство порошка, подаваемого в плазмотрон несущим газом, определяется скоростью вращения ротора с лопатками.

Широко распространены и роторные дозаторы, где подача порошка из бункера осуществляется колесом-крыльчаткой, частота вращения которого определяет количество расходуемого порошка и регулируется электрической схемой. Именно такой дозатор (рис. 6) установлен на установке УМП-6 в лаборатории «Технология конструкционных материалов» кафедры ОТД.

Источник