Плазмена повърхност: оборудване и технология на процеса

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Ефективността и проблемите на плазмената повърхност са изключително остри за инженерите по материали. Благодарение на тази технология е възможно не само значително да се увеличи експлоатационният живот и надеждността на силно натоварени части и възли, но и да се възстановят, изглежда, сто процента износени и унищожени продукти.

Въвеждането на плазмено наплавяване в технологичния процес значително повишава конкурентоспособността на инженерните продукти. Процесът не е принципно нов и се използва от дълго време. Но той непрекъснато подобрява и разширява своите технологични възможности.

Общи разпоредби

Плазмата е йонизиран газ. Достоверно е известно, че плазмата може да се получи по различни методи в резултат на електрически, термични или механични въздействия върху газовите молекули. За образуването му е необходимо да се откъснат отрицателно заредените електрони от положителните атоми.

В някои източници можете да намеритеинформация, че плазмата е четвъртото агрегатно състояние на материята наред с твърдо, течно и газообразно. Йонизираният газ има редица полезни свойства и се използва в много клонове на науката и технологиите: плазмено наваряване на метали и сплави с цел възстановяване и втвърдяване на силно натоварени продукти, които изпитват циклични натоварвания, йонно-плазмено азотиране в светещ разряд за дифузионно насищане и втвърдяване на повърхности на детайли, за осъществяване на химически процеси мариноване (използва се в технологията за производство на електроника).

Подготовка за работа

Преди да започнете да изплувате, трябва да настроите оборудването. В съответствие с референтните данни е необходимо да изберете и зададете правилния ъгъл на наклон на дюзата на горелката към повърхността на продукта, да подравните разстоянието от края на горелката до детайла (трябва да бъде от 5 до 8 милиметри) и поставете жицата (ако материалът на тел има на повърхността).

Ако наваряването ще се извършва чрез колебания на дюзата в напречни посоки, тогава е необходимо главата да се настрои по такъв начин, че заваръчният шев да е точно в средата между крайните точки на амплитудите на флуктуациите на глава. Необходимо е също така да се регулира механизмът, който задава честотата и големината на осцилаторните движения на главата.

Технология за плазмена дъга

Процесът на наваряване е доста прост и може да се извърши успешно от всеки опитен заварчик. Той обаче изискваизпълнител на максимална концентрация и внимание. В противен случай можете лесно да развалите детайла.

Мощен дъгов разряд се използва за йонизиране на работния газ. Отделянето на отрицателни електрони от положително заредени атоми се осъществява поради топлинния ефект на електрическата дъга върху струята на работната газова смес. Въпреки това, при редица условия, потокът е възможен не само под въздействието на термична йонизация, но и поради влиянието на мощно електрическо поле.

Газът се доставя под налягане от 20-25 атмосфери. За йонизацията му е необходимо напрежение от 120-160 волта с ток от около 500 ампера. Положително заредените йони се улавят от магнитното поле и се втурват към катода. Скоростта и кинетичната енергия на елементарните частици са толкова големи, че когато се сблъскат с метал, те са в състояние да му дадат огромна температура - от +10 … +18 000 градуса по Целзий. В този случай йоните се движат със скорост до 15 километра в секунда (!). Инсталацията за плазмена повърхност е оборудвана със специално устройство, наречено "плазмена горелка". Именно този възел е отговорен за йонизацията на газа и получаването на насочен поток от елементарни частици.

Мощността на дъгата трябва да бъде такава, че да предотврати топенето на основния материал. В същото време температурата на продукта трябва да бъде възможно най-висока, за да се активират дифузионните процеси. Така температурата трябва да се доближи до линията ликвидус на диаграмата желязо-цементит.

Фин прах от специален състав или електроден проводник се подава в струя от високотемпературна плазма, в която материалъттопи се. В течно състояние повърхността пада върху втвърдената повърхност.

Плазмено пръскане

За да се приложи плазмено пръскане, е необходимо значително да се увеличи скоростта на плазмения поток. Това може да се постигне чрез регулиране на напрежението и тока. Параметрите се избират емпирично.

Материали за плазмено пръскане са огнеупорни метали и химични съединения: волфрам, тантал, титан, бориди, силициди, магнезиев оксид и алуминиев оксид.

Неоспоримото предимство на пръскането в сравнение със заваряването е възможността за получаване на най-тънките слоеве от порядъка на няколко микрометра.

Тази технология се използва за втвърдяване на рязане, струговане и фрезоване, сменяеми карбидни пластини, както и метчици, свредла, зенкери, райбери и други инструменти.

Получаване на отворена плазмена струя

В този случай самият детайл действа като анод, върху който материалът се отлага чрез плазма. Очевидният недостатък на този метод на обработка е нагряването на повърхността и целия обем на детайла, което може да доведе до структурни трансформации и нежелани последствия: омекване, повишена чупливост и т.н.

Затворена плазмена струя

В този случай газовата горелка, по-точно нейната дюза, действа като анод. Този метод се използва за плазмено-прахово намазване с цел възстановяване и подобряване на производителността на части имашинни възли. Тази технология придоби особена популярност в областта на селскостопанското инженерство.

Предимства на плазменото намазване

Едно от основните предимства е концентрацията на топлинна енергия в малка площ, което намалява ефекта на температурата върху оригиналната структура на материала.

Процесът е добре управляем. Ако желаете и с подходящи настройки на оборудването, повърхностният слой може да варира от няколко десети от милиметъра до два милиметра. Възможността за получаване на контролиран слой е особено актуална в момента, тъй като позволява значително да се повиши икономическата ефективност на обработка и да се получат оптимални свойства (твърдост, устойчивост на корозия, устойчивост на износване и много други) на повърхностите на стоманените изделия.

Друго не по-малко важно предимство е възможността за извършване на плазмено заваряване и наваряване на голямо разнообразие от материали: мед, месинг, бронз, благородни метали, както и неметали. Традиционните методи на заваряване далеч не винаги могат да направят това.

Оборудване за твърдо покритие

Инсталацията за плазмено-прахово покритие включва дросел, осцилатор, плазмена горелка и захранване. Също така трябва да бъде оборудван с устройство за автоматично подаване на гранули от метален прах в работната зона и охладителна система с постоянна циркулация на водата.

Източниците на енергия за плазмено намазване трябва да отговарят на строги изискванияпостоянство и надеждност. Заваръчните трансформатори се справят най-добре с тази роля.

При нанасяне на прахообразни материали върху метална повърхност се използва така наречената комбинирана дъга. Използват се едновременно отворени и затворени плазмени струи. Чрез регулиране на силата на тези дъги е възможно да се промени дълбочината на проникване на детайла. При оптимални условия няма да се появи изкривяване на продуктите. Това е важно при производството на части и възли от прецизно инженерство.

Подавач за материали

Металният прах се дозира от специално устройство и се подава в зоната на топене. Механизмът или принципът на действие на подаващото устройство е следният: лопатките на ротора изтласкват праха в газовия поток, частиците се нагряват и се придържат към третираната повърхност. Прахът се подава през отделна дюза. В газовата горелка са монтирани общо три дюзи: за подаване на плазма, за подаване на работен прах и за защитен газ.

Ако използвате тел, препоръчително е да използвате стандартния механизъм за подаване на машина за заваряване с потопена дъга.

Подготовка на повърхността

Плазменото намазване и пръскането на материали трябва да се предшества от цялостно почистване на повърхността от петна от мазнини и други замърсители. Ако по време на конвенционално заваряване е допустимо да се извършва само грубо, повърхностно почистване на фуги от ръжда и котлен камък, тогава при работа с газова плазма повърхността на детайла трябва да бъде идеално (доколкото е възможно) чиста, без чужди включвания. Най-тънкият оксиден филм е способензначително отслабват адхезивното взаимодействие между твърдата облицовка и основния метал.

За да се подготви повърхността за настилка, се препоръчва да се отстрани незначителен повърхностен слой метал чрез механична обработка чрез рязане, последвано от обезмасляване. Ако размерите на частта позволяват, се препоръчва измиване и почистване на повърхностите в ултразвукова вана.

Важни характеристики на металната повърхност

Има няколко опции и методи за плазмено повърхностно покритие. Използването на тел като материал за настилка значително повишава производителността на процеса в сравнение с праховете. Това се дължи на факта, че електродът (тел) действа като анод, което допринася за много по-бързото нагряване на отложения материал, което означава, че ви позволява да регулирате режимите на обработка нагоре.

Качеството на покритието и адхезионните свойства очевидно са на страната на праховите добавки. Използването на фини метални частици дава възможност за получаване на равномерен слой с всякаква дебелина на повърхността.

Повърхностна пудра

Използването на прахово покритие е за предпочитане от гледна точка на качеството на получените повърхности и устойчивост на износване, така че праховите смеси все повече се използват в производството. Традиционният състав на прахообразната смес е частици кобалт и никел. Сплавта на тези метали има добри механични свойства. След обработка с такъв състав повърхността на детайла остава идеално гладка и няма нужда от нейното механично довършване и отстраняване на неравности. Фракцията на праховите частици е само няколко микрометра.