Suprafața cu plasmă: echipamente și tehnologie de proces

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Eficiența și problemele suprafeței cu plasmă sunt extrem de acute pentru inginerii de materiale. Datorită acestei tehnologii, este posibilă nu numai creșterea semnificativă a duratei de viață și a fiabilității pieselor și ansamblurilor cu încărcare mare, ci și a restabilirii, s-ar părea, a produselor sută la sută uzate și distruse.

Introducerea suprafeței cu plasmă în procesul tehnologic crește semnificativ competitivitatea produselor de inginerie. Procesul nu este fundamental nou și a fost folosit de mult timp. Dar își îmbunătățește și își extinde constant capacitățile tehnologice.

Dispoziții generale

Plasma este un gaz ionizat. Se știe cu încredere că plasma poate fi obținută prin diferite metode ca urmare a efectelor electrice, termice sau mecanice asupra moleculelor de gaz. Pentru formarea sa, este necesar să rupeți electronii încărcați negativ din atomii pozitivi.

În unele surse puteți găsiinformație că plasma este a patra stare de agregare a materiei, împreună cu cele solide, lichide și gazoase. Gazul ionizat are o serie de proprietăți utile și este utilizat în multe ramuri ale științei și tehnologiei: suprafața cu plasmă a metalelor și aliajelor pentru a restaura și întări produsele puternic încărcate care suferă sarcini ciclice, nitrurarea ion-plasmă într-o descărcare strălucitoare pentru saturarea difuziei și călirea suprafețelor pieselor, pentru implementarea proceselor chimice.decapare (utilizată în tehnologia de fabricație a electronicelor).

Pregătire pentru muncă

Înainte de a începe să ieși la suprafață, trebuie să configurați echipamentul. În conformitate cu datele de referință, este necesar să selectați și să setați unghiul corect de înclinare a duzei arzătorului față de suprafața produsului, aliniați distanța de la capătul arzătorului la piesă (ar trebui să fie de la 5 la 8). milimetri) și introduceți firul (dacă materialul de sârmă iese la suprafață).

Dacă suprafața va fi efectuată prin fluctuații ale duzei în direcții transversale, atunci este necesar să reglați capul în așa fel încât sudura să fie exact la mijloc între punctele extreme ale amplitudinilor de fluctuație ale cap. De asemenea, este necesară reglarea mecanismului care stabilește frecvența și magnitudinea mișcărilor oscilatorii ale capului.

Tehnologie de suprafață cu arc cu plasmă

Procesul de suprafață este destul de simplu și poate fi realizat cu succes de orice sudor experimentat. Cu toate acestea, el cereperformer de maximă concentrare și atenție. În caz contrar, puteți distruge cu ușurință piesa de prelucrat.

O descărcare puternică cu arc este utilizată pentru a ioniza gazul de lucru. Detașarea electronilor negativi de la atomii încărcați pozitiv se realizează datorită efectului termic al arcului electric asupra jetului amestecului de gaz de lucru. Cu toate acestea, într-o serie de condiții, curgerea este posibilă nu numai sub influența ionizării termice, ci și datorită influenței unui câmp electric puternic.

Gazul este furnizat sub presiune de 20-25 atmosfere. Pentru ionizarea acestuia este necesară o tensiune de 120-160 volți cu un curent de aproximativ 500 de amperi. Ionii încărcați pozitiv sunt capturați de câmpul magnetic și se grăbesc către catod. Viteza și energia cinetică a particulelor elementare este atât de mare încât atunci când se ciocnesc cu metalul, sunt capabile să-i dea o temperatură uriașă - de la +10 … +18.000 de grade Celsius. În acest caz, ionii se mișcă cu o viteză de până la 15 kilometri pe secundă (!). Instalația de suprafață cu plasmă este echipată cu un dispozitiv special numit „torță cu plasmă”. Acest nod este responsabil pentru ionizarea gazului și obținerea unui flux direcționat de particule elementare.

Puterea arcului ar trebui să fie astfel încât să prevină topirea materialului de bază. În același timp, temperatura produsului trebuie să fie cât mai ridicată posibil pentru a activa procesele de difuzie. Astfel, temperatura ar trebui să se apropie de linia liquidus din diagrama fier-cementită.

Pudră fină dintr-o compoziție specială sau sârmă cu electrod este introdusă într-un jet de plasmă la temperatură în altă, în care materialulse topește. În stare lichidă, suprafața cade pe suprafața întărită.

Stropire cu plasmă

Pentru a implementa pulverizarea cu plasmă, este necesară creșterea semnificativă a debitului de plasmă. Acest lucru se poate realiza prin reglarea tensiunii și curentului. Parametrii sunt selectați empiric.

Materialele pentru pulverizarea cu plasmă sunt metale refractare și compuși chimici: wolfram, tantal, titan, boruri, siliciuri, oxid de magneziu și oxid de aluminiu.

Avantajul incontestabil al pulverizării în comparație cu sudarea este capacitatea de a obține cele mai subțiri straturi, de ordinul mai multor micrometri.

Această tehnologie este utilizată pentru întărirea plăcuțelor de strunjire și frezare de carbură înlocuibile, precum și pentru robinete, burghie, freze, alezoare și alte unelte.

Obținerea unui jet de plasmă deschis

În acest caz, piesa de prelucrat în sine acționează ca un anod, pe care materialul este depus prin plasmă. Dezavantajul evident al acestei metode de prelucrare este încălzirea suprafeței și a întregului volum al piesei, care poate duce la transformări structurale și consecințe nedorite: înmuiere, fragilitate crescută și așa mai departe.

Jet de plasmă închis

În acest caz, arzătorul pe gaz, mai exact, duza sa, acționează ca un anod. Această metodă este utilizată pentru suprafața cu pulbere cu plasmă pentru a restabili și îmbunătăți performanța pieselor șinodurile mașinii. Această tehnologie a câștigat o popularitate deosebită în domeniul ingineriei agricole.

Avantajele acoperirii dure cu plasmă

Unul dintre principalele avantaje este concentrarea energiei termice într-o zonă mică, ceea ce reduce efectul temperaturii asupra structurii inițiale a materialului.

Procesul este bine gestionat. Dacă se dorește și cu setările adecvate ale echipamentului, stratul de suprafață poate varia de la câteva zecimi de milimetru până la doi milimetri. Posibilitatea de a obține un strat controlat este deosebit de relevantă în acest moment, deoarece permite creșterea semnificativă a eficienței economice a prelucrării și obținerea proprietăților optime (duritate, rezistență la coroziune, rezistență la uzură și multe altele) ale suprafețelor produselor din oțel.

Un alt avantaj nu mai puțin important este capacitatea de a efectua sudarea cu plasmă și suprafața unei game largi de materiale: cupru, alamă, bronz, metale prețioase, precum și nemetale. Metodele tradiționale de sudare sunt departe de a fi întotdeauna capabile să facă acest lucru.

Echipament de acoperire dur

Instalarea pentru suprafața cu pulbere cu plasmă include un șoc, un oscilator, o lanternă cu plasmă și surse de alimentare. De asemenea, ar trebui să fie echipat cu un dispozitiv pentru alimentarea automată a granulelor de pulbere metalică în zona de lucru și un sistem de răcire cu circulație constantă a apei.

Sursele de alimentare pentru placarea cu plasmă trebuie să îndeplinească cerințe stricteconstanță și fiabilitate. Transformatoarele de sudură fac cea mai bună treabă cu acest rol.

La suprafața materialelor pulbere pe o suprafață metalică, se folosește așa-numitul arc combinat. Ambele jeturi de plasmă deschise și închise sunt utilizate simultan. Prin ajustarea puterii acestor arcuri, este posibilă modificarea adâncimii de penetrare a piesei de prelucrat. În condiții optime, deformarea produselor nu va apărea. Acest lucru este important în fabricarea de piese și ansambluri de inginerie de precizie.

Alimentator de materiale

Pudra metalică este dozată printr-un dispozitiv special și introdusă în zona de topire. Mecanismul sau principiul de funcționare al alimentatorului este următorul: paletele rotorului împing pulberea în fluxul de gaz, particulele sunt încălzite și se lipesc de suprafața tratată. Pulberea este alimentată printr-o duză separată. În total, în arzătorul cu gaz sunt instalate trei duze: pentru alimentarea cu plasmă, pentru alimentarea cu pulbere de lucru și pentru gaz de protecție.

Dacă utilizați sârmă, este recomandabil să utilizați mecanismul de alimentare standard al unei mașini de sudat cu arc scufundat.

Pregătirea suprafeței

Suprafața cu plasmă și pulverizarea materialelor ar trebui să fie precedate de o curățare temeinică a suprafeței de petele de grăsime și alți contaminanți. Dacă în timpul sudării convenționale este permis să se efectueze numai curățarea grosieră a suprafeței îmbinărilor de rugină și calcar, atunci când se lucrează cu plasmă de gaz, suprafața piesei de prelucrat trebuie să fie ideal (pe cât posibil) curată, fără incluziuni străine. Cel mai subțire film de oxid este capabil deslăbesc în mod semnificativ interacțiunea adezive dintre placarea dură și metalul de bază.

Pentru a pregăti suprafața pentru suprafață, se recomandă îndepărtarea unui strat superficial nesemnificativ de metal prin prelucrare prin tăiere, urmată de degresare. Dacă dimensiunile piesei permit, se recomandă spălarea și curățarea suprafețelor într-o baie cu ultrasunete.

Caracteristici importante ale suprafețelor metalice

Există mai multe opțiuni și metode pentru suprafața cu plasmă. Utilizarea sârmei ca material pentru suprafață crește semnificativ productivitatea procesului în comparație cu pulberile. Acest lucru se datorează faptului că electrodul (firul) acționează ca un anod, ceea ce contribuie la o încălzire mult mai rapidă a materialului depus, ceea ce înseamnă că vă permite să reglați modurile de procesare în sus.

Cu toate acestea, calitatea acoperirii și proprietățile de aderență sunt în mod clar de partea aditivilor sub formă de pulbere. Utilizarea particulelor fine de metal face posibilă obținerea unui strat uniform de orice grosime pe suprafață.

Pudră de suprafață

Utilizarea suprafeței cu pulbere este de preferat în ceea ce privește calitatea suprafețelor rezultate și rezistența la uzură, astfel încât amestecurile de pulbere sunt din ce în ce mai folosite în producție. Compoziția tradițională a amestecului de pulbere este particule de cob alt și nichel. Aliajul acestor metale are proprietăți mecanice bune. După prelucrarea cu o astfel de compoziție, suprafața piesei rămâne perfect netedă și nu este nevoie de finisarea sa mecanică și eliminarea neregulilor. Fracția particulelor de pulbere este de doar câțiva micrometri.