Что такое плазменно-дуговая обработка? - Детали и работа

Что такое плазма?

Плазма — одно из четырех фундаментальных состояний материи, впервые систематически изученное Ирвингом Ленгмюром в 1920-х годах. Он состоит из газа ионов, атомов или молекул, у которых один или несколько лишенных орбитальных электронов (или, в редких случаях, присоединен лишний электрон), и свободных электронов.

За исключением темной материи и еще более неуловимой темной энергии, плазма является самой распространенной формой обычной материи во Вселенной. Плазма в основном связана со звездами, включая наше Солнце, и распространяется на разреженную внутрикультурную среду и, возможно, на межгалактические регионы.

Плазму можно искусственно генерировать, нагревая нейтральный газ или подвергая его воздействию сильного электромагнитного поля. Наличие свободно заряженных частиц делает плазму электропроводной, при этом динамика отдельных частиц и макроскопическое движение плазмы определяются коллективными электромагнитными полями и очень чувствительны к внешним полям.

Реакция плазмы на электромагнитные поля используется во многих современных технологических устройствах, например, в плазменных телевизорах или плазменном травлении.

Что такое плазменно-дуговая обработка?

Плазменно-дуговая обработка используется для удаления материала с заготовки. В этом процессе высокоскоростная струя высокотемпературного газа используется для плавления и удаления материала с заготовки. Эта высокая скорость горячего газа также известна как плазменная струя.

Когда газ или воздух нагревают до температуры более 5000 °C, они начинают ионизироваться с образованием положительных ионов, отрицательных ионов и нейтральных ионов. Когда газ или воздух ионизированы, их температура достигает от 11000 °C до 28000 °C, и такой ионизированный газ называется плазмой.

Газ или воздух нагреваются дугой, а плазма, образующаяся при нагревании газа, используется для удаления материала с заготовки. Итак, весь процесс называется плазменно-дуговой обработкой.

В этом процессе используется высокая скорость высокотемпературного воздуха для удаления материала с заготовки путем его плавления.

Газ, используемый при плазменно-дуговой обработке, выбирается в зависимости от металла, который используется в качестве заготовки.

Плазменно-дуговая обработка используется для резки легированных сталей, нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди и чугуна.

Работа плазменно-дуговой обработки

Основной принцип заключается в том, что дуга, образующаяся между электродом и заготовкой, сужается медным соплом с мелким отверстием. Это увеличивает температуру и скорость плазмы, выходящей из сопла.

Температура плазмы превышает 20 000°C, а скорость может приближаться к скорости звука. При использовании для резки поток плазменного газа увеличивается, так что глубоко проникающая плазменная струя прорезает материал, а расплавленный материал удаляется в вытекающей плазме.

Плазменно-дуговая обработка состоит из плазменной пушки. Плазменная пушка имеет электрод из вольфрама, расположенный в камере. Здесь этот вольфрамовый электрод подключен к отрицательной клемме источника питания постоянного тока. Таким образом, вольфрам действует как катод.

В то время как положительный вывод источника питания постоянного тока подключен к соплу. Таким образом, сопло плазменной пушки выступает в роли анода.

Когда мы подаем питание на систему, между катодным вольфрамовым электродом и анодным соплом возникает электрическая дуга. При контакте газа с плазмой происходит столкновение атомов газа с электронами электрической дуги и в результате получается ионизированный газ.

Это означает, что мы получаем состояние плазмы, которое мы хотели для плазменно-дуговой обработки. Теперь эта плазма направляется к заготовке с высокой скоростью, и начинается процесс обработки. Следует отметить, что для получения состояния плазмы применяется высокая разность потенциалов.

Во всем процессе необходимы высокотемпературные условия. Когда из сопла выходят горячие газы, существует вероятность перегрева. Для предотвращения перегрева используется водяная рубашка.

Компоненты плазменно-дуговой обработки

1. Плазменная пушка

Различные газы, такие как азот, водород, аргон или смесь этих газов, используются для создания плазмы. Эта плазменная пушка имеет камеру с вольфрамовым электродом. Этот вольфрамовый электрод подключается к отрицательной клемме, а сопло плазменной пушки подключается к положительной клемме источника питания постоянного тока. В пушку подается необходимая смесь газов. Между анодом и катодом возникает сильная дуга.

После этого происходит столкновение электрона дуги с молекулами газа, в результате этого столкновения происходит ионизация молекул газа и выделение тепла.

2. Блок питания

Источник питания постоянного тока используется для разработки двух терминалов в плазменной пушке. К катоду и аноду прикладывается сильная разность потенциалов, так что образующаяся дуга мощная и способна ионизировать газовую смесь и преобразовывать ее в плазму.

3. Механизм охлаждения

К плазменной пушке добавляется механизм охлаждения, так как в ней вырабатывается тепло по мере непрерывного выхода горячих газов из сопла.

Для охлаждения сопла используется водяная рубашка. Сопло окружено струей воды.

4. Заготовка

С помощью этой плазменно-дуговой обработки можно обрабатывать различные материалы. С помощью этого процесса можно обрабатывать различные металлы, например алюминий, магний, углерод, нержавеющую и легированную сталь.

Применения плазменно-дуговой обработки

• Он используется для резки легированных сталей, нержавеющей стали, чугуна, меди, никеля, титана, алюминия, сплавов меди и никеля и т. д.
• Используется для резки профиля.
• Он успешно используется для точения и фрезерования труднообрабатываемых материалов.
• Его можно использовать для резки стопкой, фигурной резки, прокалывания и резки под водой.
• Равномерное тонкопленочное напыление огнеупорных материалов на различные металлы, пластмассы, керамику также производится плазменными дугами.

Преимущества плазменно-дуговой обработки

• Им можно резать любой металл.
• Скорость резки высока.
• По сравнению с обычным процессом газовой резки он позволяет резать простую углеродистую сталь в четыре раза быстрее.
• Используется для чернового точения очень сложных материалов.
• Благодаря высокой скорости резки уменьшается деформация листового металла, при этом ширина реза минимальна, а качество поверхности высокое.

Недостатки плазменно-дуговой обработки

• Создает коническую поверхность.
• Необходима защита от шума.
• Стоимость оборудования высока.
• Оператору и лицам, работающим поблизости, необходима защита глаз.
• Происходит окисление и образование накипи. Поэтому он требует экранирования.
• Рабочая поверхность может подвергаться металлургическим изменениям.