Materiaalien plasmakäsittely

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Plasmankäsittelyn käyttöönotto teollisuudessa merkitsi teknologista läpimurtoa ja siirtymistä laadullisesti uudelle tuotannon tasolle. Plasman hyödyllisten ominaisuuksien valikoima on erittäin laaja. Ensinnäkin tämä on elektronisten laitteiden ja puolijohdelaitteiden tuotantoa. Ilman plasmakemiallista etsausta nykyaikaiset korkean suorituskyvyn henkilökohtaiset tietokoneet tuskin näkisivät valoa. Mutta siinä ei vielä kaikki.

Ioniplasmakäsittelyä käytetään myös optiikassa ja koneenrakennuksessa tuotteiden kiillotukseen, suojapinnoitteiden levittämiseen, metallien ja metalliseosten pinnan diffuusiokyllästykseen sekä teräslevyjen hitsaukseen ja leikkaamiseen. Tässä artikkelissa keskitytään plasmaa käyttäviin hitsaus- ja leikkaustekniikoihin.

Yleiset määräykset

Koulujen fysiikan tunneista kaikki tietävät, että aine voi olla neljässä tilassa: kiinteänä, nestemäisenä, kaasuna ja plasmana. Useimmat kysymykset heräävät, kun yritetään edustaa viimeistä tilaa. Mutta itse asiassa kaikki ei ole niin vaikeaa. Plasma on myös kaasu, vain sen molekyylit ovat, kuten sanotaan, ionisoituneita (eli erotettuja elektroneista). Tämä tila voidaan saavuttaamonin tavoin: korkeille lämpötiloille altistumisen seurauksena sekä kaasuatomien elektronipommituksen seurauksena tyhjiössä.

Tällaista plasmaa kutsutaan matalalämpötilaiseksi. Tätä prosessin fysiikkaa käytetään plasmapinnoituksen (etsaus, kyllästys) toteutuksessa tyhjiössä. Asettamalla plasmahiukkaset magneettikenttään, niille voidaan antaa suunnattua liikettä. Kuten käytäntö on osoittanut, tällainen prosessointi on tehokkaampaa useissa koneenrakennustekniikan klassisten toimintojen parametreissa (kyllästys jauheessa, polttoleikkaus, kaataminen kromioksidipohjaisella tahnalla ja niin edelleen).

Plasmahoitotyypit

Tällä hetkellä plasmaa käytetään aktiivisesti lähes kaikilla teollisuudenaloilla ja kansantaloudessa: lääketieteessä, tekniikassa, instrumenteissa, rakentamisessa, tieteessä ja niin edelleen.

Pioneeri plasmateknologian soveltamisessa oli instrumentointi. Plasmakäsittelyn teollinen soveltaminen alkoi ionisoidun kaasun ominaisuuksien käytöstä kaikenlaisten materiaalien ruiskuttamiseen ja niiden levittämiseen vuorauksiin sekä kanavien etsaukseen mikropiirien saamiseksi. Joistakin teknisten laitteistojen laitteen ominaisuuksista riippuen erotetaan plasmakemiallinen etsaus, ionikemiallinen etsaus ja ionisuihkuetsaus.

Plasman kehitys on uskomattoman arvokas panos teknologian kehitykseen ja koko ihmiskunnan elämänlaadun parantamiseen liioittelematta. Kohdan kanssaajan myötä kaasu-ionien käyttöalue on laajentunut. Ja nykyään plasmakäsittelyä (jossain muodossa) käytetään luomaan materiaaleja, joilla on erityisiä ominaisuuksia (lämmönkestävyys, pinnan kovuus, korroosionkestävyys ja niin edelleen), tehokkaaseen metallin leikkaamiseen, hitsaukseen, pintojen kiillotukseen ja mikrokarheuden poistamiseen.

Tämä luettelo ei rajoitu tekniikoiden käyttöön, jotka perustuvat plasman vaikutukseen käsitellylle pinnalle. Tällä hetkellä plasmaruiskutuksen välineitä ja menetelmiä kehitetään aktiivisesti käyttämällä erilaisia materiaaleja ja prosessointitapoja maksimaalisten mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.

Plasmahitsauksen ydin

Toisin kuin ioni-plasmakyllästys- ja sputterointilaitteistot, tässä tapauksessa plasmakäsittely suoritetaan käyttämällä korkean lämpötilan plasmaa. Tämän menetelmän tehokkuus on korkeampi kuin käytettäessä perinteisiä hitsausmenetelmiä (liekki, sähkökaari, uppokaarihitsaus jne.). Työkaasuseoksena käytetään pääsääntöisesti tavallista paineilmaa. Näin ollen tälle tekniikalle on ominaista kuluvien kaasujen kustannusten puuttuminen.

Plasmahitsauksen edut

Perinteiseen hitsaukseen verrattuna plasmahitsauskoneen käyttö on turvallisempaa. Syy on melko selvä - paineen alaisena olevan ilmakehän hapen käyttö työkaasuna. Tällä hetkellä omistajat kiinnittävät erittäin paljon huomiota tuotannon turvallisuuteenyritykset, johtajat ja sääntelyviranomaiset.

Toinen erittäin tärkeä etu on hitsin korkea laatu (minimaalinen painuma, läpitunkeuma ja muut viat). Vaikka plasmahitsauskoneen taitavan käytön oppiminen vaatii monen kuukauden harjoittelua. Vain tässä tapauksessa hitsi ja liitokset täyttävät korkeat vaatimukset.

Tällä tekniikalla on useita muita etuja. Muun muassa: hitsausprosessin suuri nopeus (tuottavuus kasvaa), energian (sähkön) alhainen kulutus, korkea liitostarkkuus, ei muodonmuutoksia ja vääntymistä.

Plasmaleikkauslaitteet

Prosessi itsessään on erittäin herkkä nykyisille käytetyille lähteille. Siksi on sallittua käyttää vain erittäin korkealaatuisia ja luotettavia muuntajia, jotka osoittavat lähtöjännitteen pysyvyyden. Asennusmuuntajia käytetään muuntamaan korkea syöttöjännite matalaksi lähtöjännitteeksi. Tällaisten laitteiden kustannukset ovat useita kertoja alhaisemmat kuin perinteisten sähkökaarihitsausmuuntimien kustannukset. Ne ovat myös taloudellisempia.

Plasmaleikkauslaitteita on helppo käyttää. Joten jos sinulla on vähintään vähän kokemusta ja taitoja, voit tehdä kaikki hitsaustyöt itse.

Plasmahitsaustekniikka

Syöttöjännitteestä riippuen plasmahitsaus jaetaan mikrohitsaukseen, hitsauskeskisuuri ja korkea virta. Itse prosessi perustuu korkean lämpötilan plasman suunnatun virtauksen vaikutukseen elektroniin ja hitsattaviin pintoihin. Elektrodi sulaa, jolloin muodostuu pysyvä hitsausliitos.

Plasmaleikkaus

Plasmaleikkaus on prosessi, jossa metalli leikataan osiinsa korkean lämpötilan plasmavirralla. Tämä tekniikka tarjoaa täydellisen tasaisen leikkauslinjan. Plasmaleikkurin jälkeen tuotteiden ääriviivan lisäkäsittelyn tarve (olipa sitten levymateriaali tai putkituotteet) eliminoitu.

Prosessi voidaan suorittaa sekä manuaalisella leikkurilla että plasmaleikkauskoneella teräslevyn leikkaamiseen. Plasma muodostuu, kun työkaasuvirtaan kohdistetaan sähkökaari. Merkittävän paikallisen kuumennuksen seurauksena tapahtuu ionisaatiota (negatiivisesti varautuneiden elektronien erottuminen positiivisesti varautuneista atomeista).

Plasmaleikkaussovellukset

Korkean lämpötilan plasmasuihkulla on erittäin korkea energia. Sen lämpötila on niin korkea, että se kirjaimellisesti haihduttaa monet metallit ja seokset helposti. Tätä tekniikkaa käytetään pääasiassa teräslevyjen, alumiinilevyjen, pronssin, messingin ja jopa titaanin leikkaamiseen. Lisäksi levyn paksuus voi olla hyvin erilainen. Tämä ei vaikuta leikkauslinjan laatuun - se on täysin sileä ja tasainen, ilman raitoja.

On kuitenkin huomattava, että korkealaatuisen ja tasaisen saavuttamiseksileikkaa kun työskentelet paksuseinäisellä materiaalilla, sinun on käytettävä plasmaleikkauskonetta. Kädessä pidettävän taskulampun teho ei riitä 5-30 millimetrin paksuisen metallin leikkaamiseen.

Kaasuleikkaus vai plasmaleikkaus?

Millaista metallin leikkausta ja leikkausta tulisi suosia? Kumpi on parempi: happipolttoaineleikkaus vai plasmaleikkaustekniikka? Toinen vaihtoehto on ehkä monipuolisempi, koska se sopii melkein kaikille materiaaleille (myös sellaisille, jotka ovat alttiita hapettumiselle korkeissa lämpötiloissa). Lisäksi plasmaleikkaus suoritetaan tavallisella ilmakehän ilmalla, mikä tarkoittaa, että se ei vaadi kalliiden kulutustarvikkeiden ostamista. Ja leikkauslinja on täysin tasainen eikä vaadi hienosäätöä. Kaikki tämä yhdessä alentaa merkittävästi tuotteen kustannuksia ja tekee tuotteista kilpailukykyisempiä.

Plasmaleikkausmateriaalit

On otettava huomioon, että jalostetun metallin tai lejeeringin suurin sallittu paksuus riippuu itse materiaalista tai sen laadusta. Monien vuosien tuotantokokemuksen ja laboratoriotutkimuskokemuksen perusteella asiantuntijat antavat seuraavat suositukset käsiteltyjen materiaalien paksuudesta: valurauta - enintään yhdeksän senttimetriä, teräs (riippumatta kemiallisesta koostumuksesta ja seosaineiden läsnäolosta) - ei yli viisi senttimetriä, kupari ja siihen perustuvat seokset - enintään kahdeksan senttimetriä, alumiini ja sen seokset - enintään 12 senttimetriä.

Kaikki luetellut arvot ovat tyypillisiä manuaalisille arvoillekäsittelyä. Esimerkki tällaisesta kotimaisesti tuotetusta yksiköstä on Gorynych-plasmalaite. Se on paljon halvempi kuin ulkomaiset analogit, mutta se ei ole millään tavalla huonompi ja ehkä jopa parempi kuin laadultaan. Markkinoilla on laaja valikoima tämän valmistajan laitteita, jotka on suunniteltu suorittamaan erilaisia töitä (kotitaloushitsaus, eripaksuisten metallien leikkaus ja hitsaus, mukaan lukien). Paksumpia levyjä voidaan käsitellä vain suuritehoisilla koneilla.

Nykyiset plasmaleikkausmenetelmät

Kaikki olemassa olevat plasmaleikkausmenetelmät voidaan jakaa suihku- ja valokaareen. Lisäksi sillä ei ole lainkaan väliä, käytetäänkö käsileikkuria vai CNC-plasmaleikkaus- ja -leikkauskonetta. Ensimmäisessä tapauksessa kaikki tarvittavat olosuhteet kaasun ionisaatiolle toteutetaan itse leikkurissa. Tällainen laite voi käsitellä melkein mitä tahansa materiaalia (metallit ja ei-metallit). Toisessa tapauksessa käsiteltävällä materiaalilla on oltava sähkönjohtavuus (muuten ei synny kaaria ja tapahtuu kaasun ionisaatiota).

Plasman muodostumistavan erojen lisäksi plasman käsittely voidaan luokitella myös teknisten ominaisuuksien mukaan: yksinkertaiseen (ilman apuaineita käyttämättä), käsittelyyn vedellä ja prosessoinnilla suojakaasuympäristössä.. Kahdella viimeisellä menetelmällä voit lisätä merkittävästi leikkausnopeutta ja samalla olla pelkäämättä metallin hapettumista.