Plasmaverarbeitung von Materialien

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Die Einführung der Plasmaverarbeitung in die Industrie markierte einen technologischen Durchbruch und den Übergang zu einem qualitativ neuen Produktionsniveau. Der Umfang der nützlichen Eigenschaften von Plasma ist sehr umfangreich. Dies ist vor allem die Herstellung von elektronischen Geräten und Halbleitergeräten. Ohne plasmachemisches Ätzen würden moderne Hochleistungs-PCs kaum das Licht der Welt erblicken. Aber das ist noch nicht alles.

Die Ionen-Plasma-Bearbeitung wird auch in der Optik und im Maschinenbau zum Polieren von Produkten, zum Aufbringen von Schutzschichten, zum Diffusionssättigen der Oberfläche von Metallen und Legierungen sowie zum Schweißen und Schneiden von Stahlblechen eingesetzt. In diesem Beitrag liegt der Fokus auf Schweiß- und Schneidtechnologien mit Plasma.

Allgemeine Bestimmungen

Aus dem Physikunterricht in der Schule weiß jeder, dass Materie in vier Zuständen existieren kann: fest, flüssig, gasförmig und Plasma. Die meisten Fragen stellen sich beim Versuch, den letzten Zustand darzustellen. Aber in Wirklichkeit ist alles nicht so schwierig. Plasma ist auch ein Gas, nur seine Moleküle sind, wie man so sagt, ionisiert (also von Elektronen getrennt). Dieser Zustand kann erreicht werdenin vielerlei Hinsicht: als Folge der Einwirkung hoher Temperaturen sowie als Folge des Elektronenbeschusses von Gasatomen im Vakuum.

Ein solches Plasma nennt man Niedertemperatur. Diese Verfahrensphysik wird bei der Durchführung der Plasmaabscheidung (Ätzen, Sättigen) im Vakuum genutzt. Indem Plasmapartikel in ein Magnetfeld gebracht werden, können sie in eine gerichtete Bewegung versetzt werden. Wie die Praxis gezeigt hat, ist eine solche Bearbeitung in einer Reihe von Parametern der klassischen Operationen in der Maschinenbautechnik (Sättigen in Pulvermedien, Brennschneiden, Gießen mit einer Paste auf Chromoxidbasis usw.) effektiver.

Arten der Plasmabehandlung

Derzeit wird Plasma in fast allen Branchen und der Volkswirtschaft aktiv eingesetzt: Medizin, Maschinenbau, Instrumentierung, Bauwesen, Wissenschaft usw.

Pionier in der Anwendung der Plasmatechnologie war die Instrumentierung. Die industrielle Anwendung der Plasmabearbeitung begann mit der Nutzung der Eigenschaften von ionisiertem Gas, um alle Arten von Materialien zu sprühen und auf Auskleidungen aufzubringen sowie Kanäle zu ätzen, um Mikrosch altkreise zu erh alten. Abhängig von einigen Merkmalen des Geräts von technologischen Anlagen werden plasmachemisches Ätzen, ionenchemisches Ätzen und Ionenstrahlätzen unterschieden.

Die Entwicklung von Plasma ist ein unglaublich wertvoller Beitrag zur Entwicklung der Technologie und zur Verbesserung der Lebensqualität der gesamten Menschheit, ohne Übertreibung. Mit dem DurchgangIm Laufe der Zeit hat sich das Anwendungsgebiet von Gasionen erweitert. Und heute wird die Plasmaverarbeitung (in der einen oder anderen Form) verwendet, um Materialien mit besonderen Eigenschaften (Hitzebeständigkeit, Oberflächenhärte, Korrosionsbeständigkeit usw.) zum effektiven Metallschneiden, zum Schweißen, zum Polieren von Oberflächen und zum Beseitigen von Mikrorauigkeiten herzustellen.

Diese Liste ist nicht auf den Einsatz von Technologien beschränkt, die auf der Wirkung von Plasma auf der behandelten Oberfläche basieren. Derzeit werden die Mittel und Verfahren des Plasmaspritzens unter Verwendung verschiedener Materialien und Verarbeitungsmodi aktiv entwickelt, um maximale mechanische und physikalische Eigenschaften zu erreichen.

Die Essenz des Plasmaschweißens

Im Gegensatz zu Installationen der Ionen-Plasma-Sättigung und des Sputterns wird hier die Plasmabehandlung mit Hochtemperaturplasma durchgeführt. Die Effizienz dieser Methode ist höher als bei der Verwendung herkömmlicher Schweißverfahren (Flammen-, Lichtbogen-, Unterpulverschweißen usw.). Als Arbeitsgasgemisch wird in der Regel gewöhnliche atmosphärische Luft unter Druck verwendet. Somit zeichnet sich diese Technik durch den Wegfall von Kosten für Verbrauchsgase aus.

Vorteile des Plasmaschweißens

Im Vergleich zum herkömmlichen Schweißen ist die Verwendung eines Plasmaschweißgeräts sicherer. Der Grund ist ganz klar - die Verwendung von Luftsauerstoff unter Druck als Arbeitsgas. Derzeit wird der Sicherheit in der Produktion von den Eigentümern sehr viel Aufmerksamkeit geschenktUnternehmen, Führungskräfte und Aufsichtsbehörden.

Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil ist die hohe Qualität der Schweißnaht (minimale Durchbiegung, kein Einbrand und andere Defekte). Doch um den gekonnten Umgang mit einem Plasmaschweißgerät zu erlernen, bedarf es vieler Monate Übung. Nur in diesem Fall werden die Schweißnaht und die Verbindungen als Ganzes hohen Anforderungen gerecht.

Diese Technologie hat eine Reihe weiterer Vorteile. Darunter: hohe Geschwindigkeit des Schweißprozesses (Produktivitätssteigerungen), geringer Verbrauch von Energieressourcen (Strom), hohe Verbindungsgenauigkeit, keine Verformung und kein Verzug.

Plasmaschneidanlage

Der Prozess selbst ist sehr empfindlich gegenüber den verwendeten Stromquellen. Daher dürfen nur sehr hochwertige und zuverlässige Transformatoren verwendet werden, die die Konstanz der Ausgangsspannung aufweisen. Abwärtstransformatoren werden verwendet, um eine hohe Eingangsspannung in eine niedrige Ausgangsspannung umzuwandeln. Die Kosten für solche Geräte sind um ein Vielfaches geringer als die Kosten für herkömmliche Konverter zum Lichtbogenschweißen. Sie sind auch sparsamer.

Plasmaschneidegeräte sind einfach zu bedienen. Wenn Sie also zumindest über minimale Erfahrung und Fähigkeiten verfügen, können Sie alle Schweißarbeiten selbst durchführen.

Plasmaschweißtechnik

Plasmaschweißen wird je nach Versorgungsspannung in Mikroschweißen, Schweißen in unterteiltmittlerer und hoher Strom. Das Verfahren selbst basiert auf der Einwirkung eines gerichteten Hochtemperaturplasmastroms auf ein Elektron und auf die zu schweißenden Oberflächen. Die Elektrode schmilzt, wodurch eine dauerhafte Schweißverbindung entsteht.

Plasmaschneiden

Plasmaschneiden ist ein Prozess, bei dem ein Metall durch einen gerichteten Hochtemperatur-Plasmastrahl in seine Bestandteile zerschnitten wird. Diese Technologie sorgt für eine perfekt gleichmäßige Schnittlinie. Nach einem Plasmaschneider entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Bearbeitung der Kontur von Produkten (ob Plattenmaterial oder Rohrprodukte).

Das Verfahren kann sowohl mit einem manuellen Schneidegerät als auch mit einer Plasmaschneidmaschine zum Schneiden von Stahlblechen durchgeführt werden. Plasma entsteht, wenn ein Lichtbogen auf den Arbeitsgasstrom aufgebracht wird. Infolge starker lokaler Erwärmung kommt es zur Ionisierung (Trennung negativ geladener Elektronen von positiv geladenen Atomen).

Plasmaschneidanwendungen

Der Hochtemperatur-Plasmastrahl hat eine sehr hohe Energie. Seine Temperatur ist so hoch, dass es viele Metalle und Legierungen buchstäblich mühelos verdampft. Diese Technologie wird hauptsächlich zum Schneiden von Stahlblechen, Aluminiumblechen, Bronze, Messing und sogar Titan verwendet. Außerdem kann die Dicke des Blechs sehr unterschiedlich sein. Dies hat keinen Einfluss auf die Qualität der Schnittlinie – sie wird vollkommen glatt und gleichmäßig ohne Streifen sein.

Allerdings sollte beachtet werden, dass um qualitativ hochwertige und gleichmäßige zu erh altenschneiden Wenn Sie mit dickwandigem Material arbeiten, müssen Sie eine Plasmaschneidmaschine verwenden. Die Leistung einer Handlampe reicht nicht aus, um Metall mit einer Dicke von 5 bis 30 Millimetern zu schneiden.

Brennschneiden oder Plasmaschneiden?

Welche Art des Schneidens und Trennens von Metall sollte bevorzugt werden? Was ist besser: Autogen- oder Plasmaschneidtechnik? Die zweite Option ist vielleicht vielseitiger, da sie für fast alle Materialien geeignet ist (auch für solche, die bei erhöhten Temperaturen zu Oxidation neigen). Darüber hinaus wird das Plasmaschneiden mit normaler atmosphärischer Luft durchgeführt, was bedeutet, dass keine teuren Verbrauchsmaterialien gekauft werden müssen. Und die Schnittlinie ist vollkommen gleichmäßig und muss nicht nachgearbeitet werden. All dies in Kombination senkt die Produktkosten erheblich und macht Produkte wettbewerbsfähiger.

Plasmaschneidstoffe

Es sollte berücksichtigt werden, dass die maximal zulässige Dicke des verarbeiteten Metalls oder der Legierung vom Material selbst oder seiner Güte abhängt. Basierend auf langjähriger Produktionserfahrung und Laborforschungserfahrung geben Experten die folgenden Empfehlungen zur Dicke der verarbeiteten Materialien: Gusseisen - nicht mehr als neun Zentimeter, Stahl (unabhängig von der chemischen Zusammensetzung und dem Vorhandensein von Legierungselementen) - nein mehr als fünf Zentimeter, Kupfer und darauf basierende Legierungen - nicht mehr als acht Zentimeter, Aluminium und seine Legierungen - nicht mehr als 12 Zentimeter.

Alle aufgeführten Werte sind typisch für Manuellwird bearbeitet. Ein Beispiel für eine solche im Inland hergestellte Einheit ist das Gorynych-Plasmagerät. Es ist viel billiger als ausländische Analoga, während es ihnen in der Qualität in nichts nachsteht und ihnen vielleicht sogar überlegen ist. Auf dem Markt wird eine breite Palette von Geräten dieses Herstellers präsentiert, die für verschiedene Aufgaben ausgelegt sind (Hausschweißen, Schneiden und Schweißen von Metallen unterschiedlicher Dicke, einschließlich). Dickere Bleche können nur auf Hochleistungsmaschinen bearbeitet werden.

Bestehende Plasmaschneidverfahren

Alle existierenden Verfahren des Plasmaschneidens lassen sich in Jet und Arc unterteilen. Dabei spielt es überhaupt keine Rolle, ob ein Handcutter oder eine CNC-Plasma-Schneide- und Schneidemaschine zum Einsatz kommt. Im ersten Fall sind alle notwendigen Bedingungen für die Gasionisierung im Schneidwerk selbst implementiert. Ein solches Gerät kann nahezu alle Materialien (Metalle und Nichtmetalle) bearbeiten. Im zweiten Fall muss das zu bearbeitende Material elektrisch leitfähig sein (andernfalls entsteht kein Lichtbogen und es kommt zu einer Gasionisation).

Neben Unterschieden in der Plasmabildung lässt sich die Plasmabearbeitung auch nach den technologischen Merkmalen des Schneidens in einfache (ohne Verwendung von Hilfsstoffen), Bearbeitung mit Wasser und Bearbeitung in Schutzgasumgebung einteilen. Mit den letzten beiden Methoden können Sie die Schnittgeschwindigkeit deutlich erhöhen und gleichzeitig keine Angst vor Metalloxidation haben.