Технологія обробки плазменним струмом

У плазменних пальниках гази можуть розігріватися до 50000 К. При цих температурах атоми газу втрачають електрони і виникає іонізований електропровідний газ — плазма.

В плазменних пальниках електрична дуга виникає або між катодом і сопловим анодом, що охолоджуються водою (непрямий спосіб), або між катодом і заготовкою анодом. Після запалювання допоміжної електродуги, що іонізує струмінь газу (аргон, водень, азот, їхні суміші, повітря), виникає основна електродуга, де газ розігрівається за рахунок зростаючих сили струму і напруги. Внаслідок термічного розширення на початку сопла газ випливає з нього зі швидкістю звуку.

Потужність застосованих у промисловості пальників зараз досягає 120 кВт, а в майбутньому передбачаються установки потужністю до 10 000 кВт.

Понад двадцять років тому в промисловості були використані для різання перші плазменні пальники. Сьогодні їх застосовують дуже широко. Висока щільність енергії, величина струму та гарні теплофізичні характеристики плазми роблять цей засіб особливо ефективним під час різання високолегованих сталей і сплавів міді з алюмінієм, тобто матеріалів, які майже не піддаються автогенному різанню.

Техніка напилення відкрила нові перспективи для плазменних пальників. її застосовують як для матеріалів, що легко плавляться, так і для тугоплавких — вольфраму і молібдену, а також для твердих і крихких речовин (карбідів, окисидів, нітридів, боридів і силіцидів), які раніше вдавалося обробляти тільки за технологією металургії. За допомогою цього способу їх можна розпорошувати і наносити на фасонні заготовки. Нанесені в плазмі покриття служать в основному для захисту від корозії, підвищення зносо- та ерозостій-кості.

Плазменні пальники можна застосовувати при зварюванні особливо тонких деталей і при наплавленні корозійно-, жаро- та зносостійких матеріалів. Оточуюча потік плазми захисна газова оболонка ускладнює доступ повітря, блокує окислення і забезпечує високу якість з'єднання матеріалів.

Зняття стружки, при якому прямий плазменний пальник замінює токарний верстат, ще тільки починає розвиватися. Висока температура плазми розплавляє заготовки на певну глибину, а рідкий матеріал видаляється обертанням заготовки та кінетичною енергією потоку плазми.

Перед плазменними пальниками, як джерелом теплової енергії, відкриті ще ширші перспективи. Плазменні плавильні печі для сталі вже застосовуються на виробництві. Високі температури і короткий термін плазменної плавки дають змогу підвищити якість виробів порівняно з вакуумною плавкою.

Електронно-променева технологія

Хоча про можливість використання електронних променів як джерела тепла дізналися ще на початку минулого сторіччя, передумови для їхнього застосування в техніці були створені лише в останні два десятиріччя.

Електрони, що випромінюються жареним катодом у вакуумі порядку 10—4 мм рт. ст., розганяються високими потенціалами (біля 120 кВ) і збираються в пучки, з високою щільністю енергії до (109Вт/мм²). При дії такими електронними променями на матеріал електрони проникають в нього на глибину до 10 мкм, перетворючи свою кінетичну енергію в теплоту і викликаючи миттєве плавлення і випаровування матеріалу. Таким чином, за допомогою електронних променів можна обробляти всі металеві і кристалічні матеріали, знімати поверхневі шари (стружку), різати, переплавляти, зварювати, досягаючи продуктивності, швидкості зварювання до 50 м/хв. Легке фокусування електронних променів до діаметра в кілька мікрометрів зумовлює переваги їх застосування при суперточ-ній обробці, як того вимагають мікроелектроніка та техніка напівпровідників.

Електронно-променеві плавильні печі вже багато років застосовуються в промисловості для плавлення тугоплавких металів високоякісних сталей. В них легкоплавкі метали, подібні до алюмінію, легко випарюються і можуть використовуватись як матеріали, що напилюються, зокрема алюміній для антикорозійного захисту напилюється на сталь.

Лазерна технологія

У 1960 р. успішно випробувано перший лазер, а вже через десять років його застосовували при точному вимірюванні довжини в будівництві, управлінні роботою верстатів, термальній обробці металів, орієнтації і пеленгації в космічному просторі, дослідженні морів і атмосфери, спектроскопії і медицині. Паралельно, з вивченням самого фізичного ефекту досліджують його можливості в техніці.

Лазер — це світлопідсилювач зі зворотним зв'язком (рис. 2).

Збудження у лазера з твердою активною речовиною (рубіновий, на неодимовому склі) або газом (аргоновий) здійснюється шляхом опромінення світлом імпульсної лампи. Енергія збудження активних атомів, іонів або молекул перетворюється на світлову енергію. Світло, що поширюється вздовж осі, за допомогою дзеркала постійно обертається, що призводить до його підсилення. Пучок світла покидає лазер через напівпрозоре дзеркало.

Рис. 2. Схема влаштування лазера

В технології лазерні промені використовують як джерело енергії при термообробці матеріалів. Вони можуть бути дуже щільно сфокусовані (до 1 мкм), причому дають можливість досягти таких високих температур, які дозволяють випаровувати будь-які відомі матеріали. Лазери застосовують при свердлінні, різанні і фрезеруванні тугоплавких металів і матеріалів, які важко піддаються обробці, кераміки, кварцу, скла, алмазу, слюди та ін. Лазером можна свердлити отвори діаметром від 1 мкм до 2 мм і глибиною до 3 мм, причому глибина може в десять разів перевищувати діаметр. Такі отвори необхідні в годинникових механізмах. Лазер дозволяє здійснювати зварювання та пайки. При цьому лазер успішно виконує в принципі ті самі завдання, що й електронні промені, не вимагаючи створення високого вакууму. Можливості лазера в технологічних процесах розширюються, його використовують при зварюванні і різанні пластмаси, плавленні різноманітних речовин і локальному гартуванні мікрозон поверхонь.