Navarjanje s plazmo: oprema in procesna tehnologija

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Učinkovitost in problemi plazemske površinske obdelave so za materialne inženirje izjemno akutni. Zahvaljujoč tej tehnologiji je mogoče ne le znatno povečati življenjsko dobo in zanesljivost visoko obremenjenih delov in sklopov, ampak tudi obnoviti, se zdi, stoodstotno obrabljene in uničene izdelke.

Uvedba plazemskega navarjanja v tehnološki proces bistveno poveča konkurenčnost inženirskih izdelkov. Postopek ni bistveno nov in se uporablja že dolgo. Toda nenehno izboljšuje in širi svoje tehnološke zmogljivosti.

Splošne določbe

Plazma je ioniziran plin. Zanesljivo je znano, da lahko plazmo pridobivamo z različnimi metodami zaradi električnih, toplotnih ali mehanskih učinkov na molekule plina. Za njegovo tvorbo je treba od pozitivnih atomov odtrgati negativno nabite elektrone.

V nekaterih virih, ki jih lahko najdeteinformacije, da je plazma četrto agregacijsko stanje snovi skupaj s trdnim, tekočim in plinastim. Ionizirani plin ima številne uporabne lastnosti in se uporablja v številnih vejah znanosti in tehnologije: plazemsko navarjanje kovin in zlitin za obnovo in utrjevanje močno obremenjenih izdelkov, ki doživljajo ciklične obremenitve, ionsko-plazemsko nitriranje v sijoči razelektritvi za difuzijsko nasičenost in utrjevanje površin delov, za izvajanje kemičnih procesov luženje (uporablja se v tehnologiji proizvodnje elektronike).

Priprava na delo

Preden začnete s površjem, morate nastaviti opremo. V skladu z referenčnimi podatki je treba izbrati in nastaviti pravilen kot naklona šobe gorilnika na površino izdelka, poravnati razdaljo od konca gorilnika do dela (mora biti od 5 do 8 milimetrov) in vstavite žico (če je žična snov na površini).

Če se bo navarjanje izvajalo z nihanji šobe v prečnih smereh, je treba glavo nastaviti tako, da je zvar točno na sredini med skrajnima točkama amplitud nihanja glavo. Prav tako je treba prilagoditi mehanizem, ki nastavlja frekvenco in velikost nihajnih gibov glave.

Tehnologija plazemskega obloka

Proces navarjanja je precej preprost in ga lahko uspešno izvede vsak izkušen varilec. Vendar pa zahtevaizvajalec največje koncentracije in pozornosti. V nasprotnem primeru lahko zlahka uničite obdelovanec.

Močna obločna razelektritev se uporablja za ionizacijo delovnega plina. Ločitev negativnih elektronov od pozitivno nabitih atomov se izvede zaradi toplotnega učinka električnega loka na curek mešanice delovnega plina. Vendar pa je pod številnimi pogoji tok mogoč ne le pod vplivom toplotne ionizacije, ampak tudi zaradi vpliva močnega električnega polja.

Plin se dovaja pod tlakom 20-25 atmosfer. Za njegovo ionizacijo je potrebna napetost 120-160 voltov s tokom približno 500 amperov. Pozitivno nabite ione ujame magnetno polje in hitijo na katodo. Hitrost in kinetična energija elementarnih delcev je tako velika, da ji ob trku s kovino dajo ogromno temperaturo - od +10 … +18.000 stopinj Celzija. V tem primeru se ioni premikajo s hitrostjo do 15 kilometrov na sekundo (!). Instalacija za plazemsko površinsko obdelavo je opremljena s posebno napravo, imenovano "plazma gorilnik". Prav to vozlišče je odgovorno za ionizacijo plina in pridobivanje usmerjenega toka elementarnih delcev.

Moč loka mora biti takšna, da prepreči taljenje osnovnega materiala. Hkrati mora biti temperatura izdelka čim višja, da se aktivirajo difuzijski procesi. Tako bi se morala temperatura približati črti likvidusa na diagramu železo-cementit.

Fini prah posebne sestave ali elektrodna žica se dovaja v curek visokotemperaturne plazme, v kateri je materi altopi. V tekočem stanju nanos pade na utrjeno površino.

Plazma brizganje

Za izvedbo plazemskega brizganja je potrebno znatno povečati pretok plazme. To je mogoče doseči s prilagajanjem napetosti in toka. Parametri so izbrani empirično.

Materiali za plazemsko brizganje so ognjevzdržne kovine in kemične spojine: volfram, tantal, titan, boridi, silicidi, magnezijev oksid in aluminijev oksid.

Nesporna prednost brizganja v primerjavi z varjenjem je zmožnost pridobivanja najtanjših plasti, velikosti nekaj mikrometrov.

Ta tehnologija se uporablja za utrjevanje rezalnih stružnih in rezkanih zamenljivih karbidnih vložkov, kot tudi navojnih sveder, svedrov, grezlov, povrtal in drugih orodij.

Pridobitev odprtega plazemskega curka

V tem primeru obdelovanec sam deluje kot anoda, na katero se material nanese s plazmo. Očitna pomanjkljivost te metode obdelave je segrevanje površine in celotne prostornine dela, kar lahko povzroči strukturne preobrazbe in neželene posledice: mehčanje, povečano krhkost itd.

Zaprt plazemski curek

V tem primeru plinski gorilnik, natančneje njegova šoba, deluje kot anoda. Ta metoda se uporablja za plazemsko prašno površinsko obdelavo, da se obnovi in izboljša zmogljivost delov instrojna vozlišča. Ta tehnologija je pridobila posebno priljubljenost na področju kmetijskega inženiringa.

Prednosti trdega oblaganja s plazmo

Ena od glavnih prednosti je koncentracija toplotne energije na majhnem območju, kar zmanjša vpliv temperature na prvotno strukturo materiala.

Proces je dobro obvladljiv. Po želji in z ustreznimi nastavitvami opreme lahko površinski sloj variira od nekaj desetink milimetra do dveh milimetrov. Možnost pridobitve kontrolirane plasti je trenutno še posebej pomembna, saj omogoča znatno povečanje ekonomske učinkovitosti obdelave in pridobivanje optimalnih lastnosti (trdota, odpornost proti koroziji, odpornost proti obrabi in mnoge druge) površin jeklenih izdelkov.

Druga nič manj pomembna prednost je zmožnost izvajanja plazemskega varjenja in navarjanja najrazličnejših materialov: bakra, medenine, brona, plemenitih kovin, pa tudi nekovin. Tradicionalne metode varjenja tega še zdaleč niso zmožne.

Oprema za trdo obdelavo

Namestitev za plazemsko-prašno navarjanje vključuje dušilko, oscilator, plazemsko gorilko in napajalnike. Prav tako mora biti opremljen z napravo za avtomatsko dovajanje zrnc kovinskega prahu v delovno območje in hladilnim sistemom s konstantnim kroženjem vode.

Viri energije za plazemsko trdo obdelavo morajo izpolnjevati stroge zahtevekonstantnost in zanesljivost. Varilni transformatorji se s to vlogo najbolje opravijo.

Pri nanašanju praškastih materialov na kovinsko površino se uporablja tako imenovani kombinirani lok. Hkrati se uporabljajo tako odprti kot zaprti curki plazme. S prilagajanjem moči teh lokov je mogoče spremeniti globino prodiranja obdelovanca. V optimalnih pogojih se ukrivljenost izdelkov ne bo pojavila. To je pomembno pri izdelavi delov in sklopov preciznega inženiringa.

Dodajalec materiala

Kovinski prah se dozira s posebno napravo in dovaja v talilno cono. Mehanizem oziroma princip delovanja podajalnika je naslednji: lopatice rotorja potisnejo prah v plinski tok, delci se segrejejo in prilepijo na obdelano površino. Prašek se dovaja skozi ločeno šobo. Skupno so v plinski gorilnik nameščene tri šobe: za dovod plazme, za dovajanje delovnega prahu in za zaščitni plin.

Če uporabljate žico, je priporočljivo uporabiti standardni mehanizem podajanja stroja za obločno varjenje.

Priprava površine

Pred plazemskim nanosom in brizganjem materialov je treba površino temeljito očistiti pred maščobnimi madeži in drugimi kontaminanti. Če je med običajnim varjenjem dovoljeno izvajati samo grobo površinsko čiščenje spojev pred rjo in vodnim kamnom, potem mora biti pri delu s plinsko plazmo površina obdelovanca idealno (kolikor je mogoče) čista, brez tujih vključkov. Najtanjši oksidni film je sposobenznatno oslabi adhezivno interakcijo med trdim premazom in osnovno kovino.

Za pripravo površine za navarjanje je priporočljivo odstraniti nepomembno površinsko plast kovine s strojno obdelavo z rezanjem, ki mu sledi razmaščevanje. Če dimenzije dela dovoljujejo, je priporočljivo, da površine operete in očistite v ultrazvočni kopeli.

Pomembne lastnosti kovinskih površin

Obstaja več možnosti in metod za plazemsko površinsko obdelavo. Uporaba žice kot materiala za navarjanje bistveno poveča produktivnost postopka v primerjavi s prahom. To je posledica dejstva, da elektroda (žica) deluje kot anoda, kar prispeva k veliko hitrejšemu segrevanju nanesenega materiala, kar pomeni, da omogoča nastavitev načinov obdelave navzgor.

Vendar sta kakovost prevleke in lastnosti oprijema očitno na strani prašnih dodatkov. Uporaba drobnih kovinskih delcev omogoča, da na površini dobimo enakomerno plast katere koli debeline.

površinski puder

Uporaba prašnih površin je zaželena glede na kakovost nastalih površin in odpornost proti obrabi, zato se v proizvodnji vse pogosteje uporabljajo prašne mešanice. Tradicionalna sestava mešanice prahu so delci kob alta in niklja. Zlitina teh kovin ima dobre mehanske lastnosti. Po obdelavi s takšno sestavo površina dela ostane popolnoma gladka in ni potrebe po njegovi mehanski obdelavi in odpravljanju nepravilnosti. Frakcija delcev prahu je le nekaj mikrometrov.