Плазменнодуговая обработка (PAM): принцип работы и промышленные применения

Сегодня изучим плазменнодуговую обработку (PAM): принцип, применения, плюсы, минусы. Начинаем.

Что такое плазма?

Слыша «плазменнодуговая обработка», сначала думаем: что такое плазма? Разберём.

При нагреве газа/воздуха до высоких температур растёт число столкновений атомов. Нагрев выше 5500 °C — частичная ионизация на положительные, отрицательные и нейтральные ионы. Нагрев выше 11 000 °C — полная ионизация. Полностью ионизированный газ = плазма. Плазменное состояние — в диапазоне 11 000–28 000 °C.

Что такое плазменнодуговая обработка?

Плазменнодуговая обработка (PAM) — процесс резки металлов плазменной дугой, вольфрамно-инертно-газовой дугой или горелкой. Применяется для металлов, которые не режутся ацетиленово-кислородной горелкой.

Когда PAM вошла в промышленность? 1964 год — метод для дуговой сварки с меньшим током.

PAM также называют плазменной дуговой обработкой. В PAM разные газы для разных материалов заготовки (алюминий, железо, сталь). Пример: для алюминия — азот, для аргона — водород. Чаще всего — азот и водород. Плазменная дуговая сварка использует высокоскоростной струйный поток высокотемпературного газа для плавления и смещения материала на пути.

Читайте также:

• Водоструйная обработка — принцип, плюсы, минусы, применение
• Как работает электронно-лучевая обработка?
• Что такое электроэрозионная обработка (ЭРО/EDM) и как она работает?

Конструкция

Плазменнодуговая обработка включает плазменную пушку. В пушке — вольфрамовый электрод в камере. Вольфрамовый электрод соединён с отрицательным полюсом источника постоянного тока = катод. Положительный полюс — на сопло. Сопло пушки = анод.

Принцип работы плазменнодуговой обработки

При подаче питания между катодным вольфрамовым электродом и анодным соплом возникает электрическая дуга. Газ, контактируя с плазмой, сталкивается с электронами дуги — получаем ионизированный газ. То есть — плазменное состояние, нужное для PAM. Теперь плазма направляется на заготовку с высокой скоростью — начинается обработка. Важно: для получения плазмы подаётся высокое напряжение.

Процесс требует высоких температур. Горячие газы из сопла могут перегреваться. Для предотвращения — водяная рубашка.

Параметры PAM, которые нужно учитывать:

• Ток: до 500 А
• Напряжение: 30–250 В
• Скорость резки: 0,1–7,5 м/мин
• Толщина листа: до 200 мм
• Мощность: 2–200 кВт
• Скорость удаления материала: 150 см³/мин
• Скорость плазмы: 500 м/с
• Материал заготовки: любые металлы. Рекомендуются алюминий и нержавейка.

Читайте также:

• Электрохимическая обработка (ЭХО/ECM) — принцип, оборудование, плюсы, минусы, применение
• Ультразвуковая обработка (УЗО/USM) — основные части, принцип, плюсы, минусы, применение
• Лазерно-лучевая обработка — основные части, принцип, работа, применение

Преимущества

• В PAM легко обрабатываются твердые и ломкие металлы.
• Применимо почти ко всем металлам.
• Высокая скорость резки.
• Лучшая размерная точность при обработке малых полостей.
• Простой и эффективный процесс.
• Большую роль играет в автоматическом ремонте лопаток реактивных двигателей.

Недостатки

• Оборудование PAM очень дорогое.
• Процесс потребляет много инертных газов.
• Образуются нежелательные узкие поверхности.
• Самый вредный аспект: на поверхности происходят металлургические изменения.
• Оператор должен соблюдать предосторожности. Процесс опасен для глаз — обязательны защитные очки/каска.

Применения

• Криогенические, жаропрочные, коррозийностойкие сплавы.
• Титановые листы до 8 мм.
• Трубопроводы атомных подводных лодок, сварка стальных корпусов ракетных двигателей.
• Нержавеющие трубы и трубные заводы — основное применение.

В современной сварке PAM имеет огромное значение. Несмотря на недостатки — крайне полезна во всех своих применениях.

Сегодня мы изучили плазменнодуговую обработку. Если получили ценные знания — делитесь статьёй, ведь делиться — заботиться!