Επιφάνεια πλάσματος: εξοπλισμός και τεχνολογία διεργασιών

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η αποτελεσματικότητα και τα προβλήματα της επιφανείας πλάσματος είναι εξαιρετικά έντονα για τους μηχανικούς υλικών. Χάρη σε αυτήν την τεχνολογία, είναι δυνατό όχι μόνο να αυξηθεί σημαντικά η διάρκεια ζωής και η αξιοπιστία των εξαρτημάτων και συγκροτημάτων με υψηλό φορτίο, αλλά και να αποκατασταθούν, όπως φαίνεται, εκατό τοις εκατό φθαρμένα και κατεστραμμένα προϊόντα.

Η εισαγωγή της επιφάνειας πλάσματος στην τεχνολογική διαδικασία αυξάνει σημαντικά την ανταγωνιστικότητα των προϊόντων μηχανικής. Η διαδικασία δεν είναι ουσιαστικά νέα και χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό. Αλλά συνεχώς βελτιώνει και επεκτείνει τις τεχνολογικές του δυνατότητες.

Γενικές διατάξεις

Το πλάσμα είναι ένα ιονισμένο αέριο. Είναι αξιόπιστα γνωστό ότι το πλάσμα μπορεί να ληφθεί με διάφορες μεθόδους ως αποτέλεσμα ηλεκτρικών, θερμικών ή μηχανικών επιδράσεων στα μόρια του αερίου. Για το σχηματισμό του, είναι απαραίτητο να αποκόψουμε αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια από θετικά άτομα.

Σε ορισμένες πηγές μπορείτε να βρείτεπληροφορίες ότι το πλάσμα είναι η τέταρτη κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης μαζί με το στερεό, το υγρό και το αέριο. Το ιονισμένο αέριο έχει μια σειρά από χρήσιμες ιδιότητες και χρησιμοποιείται σε πολλούς κλάδους της επιστήμης και της τεχνολογίας: επιφάνειες πλάσματος μετάλλων και κραμάτων προκειμένου να αποκατασταθούν και να σκληρύνουν βαριά φορτισμένα προϊόντα που παρουσιάζουν κυκλικά φορτία, νιτρίωση πλάσματος ιόντος σε εκκένωση λάμψης για κορεσμό διάχυσης και σκλήρυνση επιφανειών εξαρτημάτων, για την εφαρμογή χημικών διεργασιών, αποξήρανση (χρησιμοποιείται στην τεχνολογία κατασκευής ηλεκτρονικών).

Προετοιμασία για εργασία

Πριν αρχίσετε να βγάζετε στην επιφάνεια, πρέπει να ρυθμίσετε τον εξοπλισμό. Σύμφωνα με τα δεδομένα αναφοράς, είναι απαραίτητο να επιλέξετε και να ρυθμίσετε τη σωστή γωνία κλίσης του ακροφυσίου του καυστήρα στην επιφάνεια του προϊόντος, να ευθυγραμμίσετε την απόσταση από το άκρο του καυστήρα στο εξάρτημα (θα πρέπει να είναι από 5 έως 8 χιλιοστά) και τοποθετήστε το σύρμα (αν το υλικό του σύρματος βγαίνει στην επιφάνεια).

Εάν η επιφανειακή επιφάνεια θα πραγματοποιηθεί με διακυμάνσεις του ακροφυσίου σε εγκάρσιες κατευθύνσεις, τότε είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε την κεφαλή με τέτοιο τρόπο ώστε η συγκόλληση να βρίσκεται ακριβώς στη μέση μεταξύ των ακραίων σημείων των πλατών διακύμανσης του κεφάλι. Είναι επίσης απαραίτητο να ρυθμίσετε τον μηχανισμό που ρυθμίζει τη συχνότητα και το μέγεθος των ταλαντωτικών κινήσεων της κεφαλής.

Τεχνολογία επιφανειών τόξου πλάσματος

Η διαδικασία επιφανείας είναι αρκετά απλή και μπορεί να πραγματοποιηθεί με επιτυχία από οποιονδήποτε έμπειρο συγκολλητή. Ωστόσο, απαιτείεκτελεστής της μέγιστης συγκέντρωσης και προσοχής. Διαφορετικά, μπορείτε εύκολα να καταστρέψετε το τεμάχιο εργασίας.

Μια ισχυρή εκκένωση τόξου χρησιμοποιείται για τον ιονισμό του αερίου εργασίας. Η αποκόλληση αρνητικών ηλεκτρονίων από θετικά φορτισμένα άτομα πραγματοποιείται λόγω της θερμικής επίδρασης του ηλεκτρικού τόξου στον πίδακα του μίγματος αερίου εργασίας. Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες, η ροή είναι δυνατή όχι μόνο υπό την επίδραση του θερμικού ιονισμού, αλλά και λόγω της επίδρασης ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου.

Το αέριο παρέχεται υπό πίεση 20-25 ατμοσφαιρών. Για τον ιονισμό του απαιτείται τάση 120-160 βολτ με ρεύμα περίπου 500 αμπέρ. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα συλλαμβάνονται από το μαγνητικό πεδίο και σπεύδουν προς την κάθοδο. Η ταχύτητα και η κινητική ενέργεια των στοιχειωδών σωματιδίων είναι τόσο μεγάλη που όταν συγκρούονται με μέταλλο, είναι σε θέση να του δώσουν μια τεράστια θερμοκρασία - από +10 … +18.000 βαθμούς Κελσίου. Σε αυτή την περίπτωση, τα ιόντα κινούνται με ταχύτητα έως και 15 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο (!). Η εγκατάσταση επιφανείας πλάσματος είναι εξοπλισμένη με μια ειδική συσκευή που ονομάζεται "φακός πλάσματος". Είναι αυτός ο κόμβος που είναι υπεύθυνος για τον ιονισμό του αερίου και τη λήψη κατευθυνόμενης ροής στοιχειωδών σωματιδίων.

Η ισχύς του τόξου πρέπει να είναι τέτοια ώστε να εμποδίζει την τήξη του βασικού υλικού. Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία του προϊόντος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν υψηλότερη για να ενεργοποιηθούν οι διαδικασίες διάχυσης. Έτσι, η θερμοκρασία θα πρέπει να πλησιάζει τη γραμμή υγρού στο διάγραμμα σιδήρου-τσιμενίτη.

Λεπτή σκόνη ειδικής σύνθεσης ή σύρμα ηλεκτροδίου τροφοδοτείται σε πίδακα πλάσματος υψηλής θερμοκρασίας, στην οποία το υλικόλιώνει. Σε υγρή κατάσταση, η επιφάνεια πέφτει στη σκληρυμένη επιφάνεια.

Ψεκασμός πλάσματος

Για να εφαρμοστεί ο ψεκασμός πλάσματος, είναι απαραίτητο να αυξηθεί σημαντικά ο ρυθμός ροής πλάσματος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας την τάση και το ρεύμα. Οι παράμετροι επιλέγονται εμπειρικά.

Τα υλικά για τον ψεκασμό πλάσματος είναι πυρίμαχα μέταλλα και χημικές ενώσεις: βολφράμιο, ταντάλιο, τιτάνιο, βορίδια, πυριτίδια, οξείδιο μαγνησίου και οξείδιο αλουμινίου.

Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημα του ψεκασμού σε σύγκριση με τη συγκόλληση είναι η δυνατότητα λήψης των λεπτότερων στρωμάτων, της τάξης πολλών μικρομέτρων.

Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται για τη σκλήρυνση κοπής τόρνευσης και φρεζαρίσματος αντικαταστάσιμων ενθέτων καρβιδίου, καθώς και για βρύσες, τρυπάνια, πάγκους, μηχανές κοπής και άλλα εργαλεία.

Λήψη ανοιχτού πίδακα πλάσματος

Σε αυτήν την περίπτωση, το ίδιο το τεμάχιο εργασίας λειτουργεί ως άνοδος, πάνω στην οποία το υλικό εναποτίθεται με πλάσμα. Το προφανές μειονέκτημα αυτής της μεθόδου επεξεργασίας είναι η θέρμανση της επιφάνειας και ολόκληρου του όγκου του εξαρτήματος, που μπορεί να οδηγήσει σε δομικούς μετασχηματισμούς και ανεπιθύμητες συνέπειες: μαλάκωμα, αυξημένη ευθραυστότητα κ.λπ.

Κλειστή δέσμη πλάσματος

Σε αυτή την περίπτωση, ο καυστήρας αερίου, πιο συγκεκριμένα, το ακροφύσιο του, λειτουργεί ως άνοδος. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για την επικάλυψη με σκόνη πλάσματος προκειμένου να αποκατασταθεί και να βελτιωθεί η απόδοση εξαρτημάτων καικόμβους μηχανής. Αυτή η τεχνολογία έχει αποκτήσει ιδιαίτερη δημοτικότητα στον τομέα της γεωργικής μηχανικής.

Πλεονεκτήματα του Plasma Hardfacing

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα είναι η συγκέντρωση της θερμικής ενέργειας σε μια μικρή περιοχή, η οποία μειώνει την επίδραση της θερμοκρασίας στην αρχική δομή του υλικού.

Η διαδικασία είναι καλά διαχειρίσιμη. Εάν είναι επιθυμητό, και με τις κατάλληλες ρυθμίσεις εξοπλισμού, το επιφανειακό στρώμα μπορεί να ποικίλλει από μερικά δέκατα του χιλιοστού έως δύο χιλιοστά. Η δυνατότητα απόκτησης ελεγχόμενης στρώσης είναι ιδιαίτερα σημαντική αυτή τη στιγμή, καθώς επιτρέπει τη σημαντική αύξηση της οικονομικής απόδοσης της επεξεργασίας και την απόκτηση βέλτιστων ιδιοτήτων (σκληρότητα, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στη φθορά και πολλές άλλες) των επιφανειών των προϊόντων χάλυβα.

Ένα άλλο εξίσου σημαντικό πλεονέκτημα είναι η ικανότητα συγκόλλησης με πλάσμα και επιφανειών μεγάλης ποικιλίας υλικών: χαλκός, ορείχαλκος, μπρούτζος, πολύτιμα μέταλλα, καθώς και μη μέταλλα. Οι παραδοσιακές μέθοδοι συγκόλλησης δεν είναι πάντα σε θέση να το κάνουν αυτό.

Εξοπλισμός σκληρής όψης

Η εγκατάσταση για επιφάνειες με σκόνη πλάσματος περιλαμβάνει τσοκ, ταλαντωτή, φακό πλάσματος και τροφοδοτικά. Επίσης, θα πρέπει να είναι εξοπλισμένο με συσκευή αυτόματης τροφοδοσίας κόκκων μεταλλικής σκόνης στην περιοχή εργασίας και σύστημα ψύξης με σταθερή κυκλοφορία νερού.

Οι πηγές ισχύος για τη σκληρή επιφάνεια πλάσματος πρέπει να πληρούν αυστηρές απαιτήσειςσταθερότητα και αξιοπιστία. Οι μετασχηματιστές συγκόλλησης κάνουν την καλύτερη δουλειά με αυτόν τον ρόλο.

Όταν επικαλύπτετε υλικά πούδρας σε μεταλλική επιφάνεια, χρησιμοποιείται το λεγόμενο συνδυασμένο τόξο. Τόσο οι ανοιχτοί όσο και οι κλειστοί πίδακες πλάσματος χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα. Προσαρμόζοντας την ισχύ αυτών των τόξων, είναι δυνατή η αλλαγή του βάθους διείσδυσης του τεμαχίου εργασίας. Κάτω από βέλτιστες συνθήκες, η παραμόρφωση των προϊόντων δεν θα εμφανιστεί. Αυτό είναι σημαντικό για την κατασκευή εξαρτημάτων και συγκροτημάτων μηχανικής ακριβείας.

Τροφοδότης υλικού

Η μεταλλική σκόνη δοσολογείται από ειδική συσκευή και τροφοδοτείται στη ζώνη τήξης. Ο μηχανισμός ή η αρχή λειτουργίας του τροφοδότη έχει ως εξής: τα πτερύγια του ρότορα σπρώχνουν τη σκόνη στο ρεύμα αερίου, τα σωματίδια θερμαίνονται και κολλάνε στην επεξεργασμένη επιφάνεια. Η σκόνη τροφοδοτείται μέσω ενός ξεχωριστού ακροφυσίου. Συνολικά, τρία ακροφύσια είναι εγκατεστημένα στον καυστήρα αερίου: για τροφοδοσία πλάσματος, για παροχή σκόνης εργασίας και για θωράκιση αερίου.

Εάν χρησιμοποιείτε σύρμα, συνιστάται να χρησιμοποιήσετε τον τυπικό μηχανισμό τροφοδοσίας μιας μηχανής συγκόλλησης με βυθισμένο τόξο.

Προετοιμασία επιφάνειας

Η επιφανειακή επιφάνεια πλάσματος και ο ψεκασμός των υλικών θα πρέπει να προηγούνται από ενδελεχή καθαρισμό της επιφάνειας από λεκέδες λίπους και άλλους ρύπους. Εάν κατά τη διάρκεια της συμβατικής συγκόλλησης επιτρέπεται να εκτελείται μόνο τραχύς, επιφανειακός καθαρισμός αρμών από σκουριά και άλατα, τότε όταν εργάζεστε με πλάσμα αερίου, η επιφάνεια του τεμαχίου πρέπει να είναι ιδανικά (όσο είναι δυνατόν) καθαρή, χωρίς ξένα εγκλείσματα. Η πιο λεπτή μεμβράνη οξειδίου είναι ικανήαποδυναμώνουν σημαντικά την αλληλεπίδραση κόλλας μεταξύ της σκληρής επιφάνειας και του βασικού μετάλλου.

Για να προετοιμαστεί η επιφάνεια για την επιφάνειά του, συνιστάται η αφαίρεση ενός ασήμαντου επιφανειακού στρώματος μετάλλου με μηχανική κατεργασία με κοπή, ακολουθούμενη από απολίπανση. Εάν οι διαστάσεις του εξαρτήματος το επιτρέπουν, συνιστάται να πλένετε και να καθαρίζετε τις επιφάνειες σε λουτρό υπερήχων.

Σημαντικά χαρακτηριστικά μεταλλικών επιφανειών

Υπάρχουν διάφορες επιλογές και μέθοδοι για την επιφανειακή επιφάνεια πλάσματος. Η χρήση του σύρματος ως υλικού για την επιφάνειά του αυξάνει σημαντικά την παραγωγικότητα της διαδικασίας σε σύγκριση με τις σκόνες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρόδιο (σύρμα) λειτουργεί ως άνοδος, το οποίο συμβάλλει στην πολύ ταχύτερη θέρμανση του εναποτιθέμενου υλικού, πράγμα που σημαίνει ότι σας επιτρέπει να προσαρμόσετε τους τρόπους επεξεργασίας προς τα πάνω.

Ωστόσο, η ποιότητα της επίστρωσης και οι ιδιότητες πρόσφυσης είναι σαφώς στο πλευρό των πρόσθετων σε σκόνη. Η χρήση λεπτών σωματιδίων μετάλλου καθιστά δυνατή την απόκτηση ενός ομοιόμορφου στρώματος οποιουδήποτε πάχους στην επιφάνεια.

Επιφανειακή σκόνη

Η χρήση επιφανειών πούδρας είναι προτιμότερη όσον αφορά την ποιότητα των επιφανειών που προκύπτουν και την αντοχή στη φθορά, επομένως τα μείγματα σκόνης χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο στην παραγωγή. Η παραδοσιακή σύνθεση του μείγματος σκόνης είναι σωματίδια κοβαλτίου και νικελίου. Το κράμα αυτών των μετάλλων έχει καλές μηχανικές ιδιότητες. Μετά την επεξεργασία με μια τέτοια σύνθεση, η επιφάνεια του εξαρτήματος παραμένει απόλυτα λεία και δεν υπάρχει ανάγκη για μηχανικό φινίρισμα και εξάλειψη των ανωμαλιών. Το κλάσμα των σωματιδίων σκόνης είναι μόνο λίγα μικρόμετρα.