עיבוד פלזמה של חומרים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

החדרה של עיבוד פלזמה לתעשייה סימנה פריצת דרך טכנולוגית ומעבר לרמת ייצור חדשה מבחינה איכותית. היקף המאפיינים השימושיים של פלזמה הוא נרחב מאוד. קודם כל, מדובר בייצור של מכשירים אלקטרוניים והתקני מוליכים למחצה. ללא תחריט פלזמה כימי, מחשבים אישיים מודרניים עתירי ביצועים בקושי יראו את האור. אבל זה לא הכל.

עיבוד יון-פלזמה משמש גם באופטיקה והנדסת מכונות לליטוש מוצרים, מריחת ציפויי הגנה, רוויה בדיפוזיה של פני השטח של מתכות וסגסוגות, כמו גם לריתוך וחיתוך פלדה. במאמר זה, ההתמקדות היא בטכנולוגיות ריתוך וחיתוך באמצעות פלזמה.

הוראות כלליות

משיעורי הפיזיקה בבית הספר כולם יודעים שחומר יכול להתקיים בארבעה מצבים: מוצק, נוזל, גז ופלזמה. רוב השאלות עולות כאשר מנסים לייצג את המדינה האחרונה. אבל למעשה, הכל לא כל כך קשה. פלזמה היא גם גז, רק המולקולות שלו הן, כמו שאומרים, מיוננות (כלומר, מופרדות מאלקטרונים). ניתן להגיע למצב הזהבמובנים רבים: כתוצאה מחשיפה לטמפרטורות גבוהות, וכן כתוצאה מהפצצת אלקטרונים של אטומי גז בוואקום.

פלזמה כזו נקראת טמפרטורה נמוכה. הפיזיקה הזו של התהליך משמשת ביישום שקיעת פלזמה (תחריט, רוויה) בוואקום. על ידי הצבת חלקיקי פלזמה בשדה מגנטי, ניתן לתת להם תנועה מכוונת. כפי שהראה בפועל, עיבוד כזה יעיל יותר במספר פרמטרים של פעולות קלאסיות בטכנולוגיית הנדסת מכונות (רוויה במדיות אבקה, חיתוך להבה, מזיגה עם משחה המבוססת על תחמוצת כרום וכן הלאה).

סוגי טיפול בפלזמה

כיום, נעשה שימוש פעיל בפלזמה כמעט בכל התעשיות והכלכלה הלאומית: רפואה, הנדסה, מכשור, בנייה, מדע וכן הלאה.

החלוץ ביישום טכנולוגיית הפלזמה היה מכשור. היישום התעשייתי של עיבוד פלזמה החל בשימוש בתכונותיו של גז מיונן לריסוס כל מיני חומרים וליישם על בטנות, כמו גם לחריטת תעלות על מנת להשיג מיקרו-מעגלים. בהתאם למאפיינים מסוימים של ההתקן של מתקנים טכנולוגיים, מבדילים תחריט פלזמה כימי, יונים כימיים ותחריט קרן יונים.

פיתוח הפלזמה הוא תרומה חשובה להפליא לפיתוח הטכנולוגיה ולשיפור, ללא הגזמה, של איכות החיים של האנושות כולה. עם המעברזמן, תחום היישום של יוני גזים התרחב. וכיום נעשה שימוש בעיבוד פלזמה (בצורה כזו או אחרת) ליצירת חומרים בעלי תכונות מיוחדות (עמידות בחום, קשיות פני השטח, עמידות בפני קורוזיה וכדומה), לחיתוך מתכת יעיל, לריתוך, להברקת משטחים וביטול מיקרו חספוס.

רשימה זו אינה מוגבלת לשימוש בטכנולוגיות המבוססות על השפעת הפלזמה על המשטח המטופל. נכון לעכשיו, האמצעים והשיטות של ריסוס פלזמה מפותחים באופן אקטיבי תוך שימוש בחומרים ובאופני עיבוד שונים על מנת להשיג מקסימום תכונות מכניות ופיזיקליות.

מהות ריתוך פלזמה

בניגוד להתקנות של ריוויון יון-פלזמה וקיזור, במקרה זה, הטיפול בפלזמה מתבצע באמצעות פלזמה בטמפרטורה גבוהה. היעילות של שיטה זו גבוהה יותר מאשר בעת שימוש בשיטות ריתוך מסורתיות (להבה, קשת חשמלית, ריתוך קשת שקוע וכו'). כתערובת גז עובדת, ככלל, נעשה שימוש באוויר אטמוספרי רגיל בלחץ. לפיכך, טכניקה זו מאופיינת בהיעדר עלויות עבור גזים מתכלים.

היתרונות של ריתוך פלזמה

בהשוואה לריתוך מסורתי, שימוש במכונת ריתוך פלזמה בטוח יותר. הסיבה די ברורה - השימוש בחמצן אטמוספרי בלחץ כגז עבודה. נכון לעכשיו, בטיחות בייצור ניתנת לתשומת לב רבה על ידי הבעליםעסקים, מנהלים ורגולטורים.

יתרון חשוב נוסף הוא איכות הריתוך הגבוהה (צניחה מינימלית, חוסר חדירה ופגמים נוספים). אמנם, על מנת ללמוד כיצד להשתמש במיומנות במכונת ריתוך פלזמה, נדרשים חודשים רבים של תרגול. רק במקרה זה, הריתוך והחיבורים בכללותם יעמדו בסטנדרטים גבוהים.

לטכנולוגיה הזו יש מספר יתרונות נוספים. ביניהם: מהירות גבוהה של תהליך הריתוך (פרודוקטיביות עולה), צריכה נמוכה של משאבי אנרגיה (חשמל), דיוק חיבור גבוה, ללא עיוות ועיוות.

ציוד לחיתוך פלזמה

התהליך עצמו רגיש מאוד למקורות הנוכחיים שבהם נעשה שימוש. לכן, מותר להשתמש רק בשנאים איכותיים ואמינים המדגימים את הקביעות של מתח המוצא. שנאים מטה משמשים להמרת מתח כניסה גבוה למתח פלט נמוך. העלות של ציוד כזה נמוכה פי כמה מהעלות של ממירים מסורתיים לריתוך קשת חשמלי. הם גם חסכוניים יותר.

ציוד לחיתוך פלזמה קל לשימוש. לכן, אם יש לך לפחות ניסיון וכישורים מינימליים, אתה יכול לעשות את כל עבודת הריתוך בעצמך.

טכנולוגיית ריתוך פלזמה

בהתאם למתח האספקה, ריתוך פלזמה מתחלק לריתוך מיקרו, ריתוך לזרם בינוני וגבוה. התהליך עצמו מבוסס על פעולת זרימה מכוונת של פלזמה בטמפרטורה גבוהה על אלקטרון ועל המשטחים לריתוך. האלקטרודה נמסה, וכתוצאה מכך נוצר מפרק ריתוך קבוע.

חיתוך פלזמה

חיתוך פלזמה הוא תהליך שבו מתכת נחתכת לחלקיה המרכיבים אותה באמצעות זרם מכוון של פלזמה בטמפרטורה גבוהה. טכנולוגיה זו מספקת קו חיתוך אחיד לחלוטין. לאחר חותך פלזמה, מתבטל הצורך בעיבוד נוסף של קו המתאר של המוצרים (בין אם חומר גיליון או מוצרי צינור).

ניתן לבצע את התהליך הן עם חותך ידני והן עם מכונת חיתוך פלזמה לחיתוך פח. פלזמה נוצרת כאשר מפעילים קשת חשמלית על זרימת הגז הפועלת. כתוצאה מחימום מקומי משמעותי, מתרחשת יינון (הפרדה של אלקטרונים בעלי מטען שלילי מאטומים בעלי מטען חיובי).

יישומי חיתוך פלזמה

לסילון הפלזמה בטמפרטורה גבוהה יש אנרגיה גבוהה מאוד. הטמפרטורה שלו כל כך גבוהה שהוא ממש מאדה מתכות וסגסוגות רבות בקלות. טכנולוגיה זו משמשת בעיקר לחיתוך יריעות פלדה, יריעות אלומיניום, ברונזה, פליז ואפילו טיטניום. יתר על כן, עובי הסדין יכול להיות שונה מאוד. זה לא ישפיע על איכות קו החיתוך - הוא יהיה חלק ואחיד לחלוטין, ללא פסים.

עם זאת, יש לציין שכדי להשיג איכותי ואחידלחתוך כאשר עובדים עם חומר בעל דופן עבה, עליך להשתמש במכונת חיתוך פלזמה. כוחו של לפיד כף יד לא יספיק כדי לחתוך מתכת בעובי של 5 עד 30 מילימטרים.

חיתוך גז או חיתוך פלזמה?

איזה סוג חיתוך וחיתוך של מתכת יש להעדיף? מה עדיף: חיתוך דלק חמצן או טכנולוגיית חיתוך פלזמה? האפשרות השנייה היא אולי תכליתית יותר, מכיוון שהיא מתאימה כמעט לכל חומר (אפילו לאלה הנוטים להתחמצן בטמפרטורות גבוהות). בנוסף, חיתוך פלזמה מתבצע באמצעות אוויר אטמוספרי רגיל, מה שאומר שהוא אינו מצריך רכישת חומרים מתכלים יקרים. וקו החיתוך אחיד לחלוטין ואינו דורש עידון. כל זה בשילוב מוזיל משמעותית את עלות המוצר והופך את המוצרים לתחרותיים יותר.

חומרי חיתוך פלזמה

יש לקחת בחשבון את העובדה שהעובי המרבי המותר של המתכת או הסגסוגת המעובדים תלוי בחומר עצמו או בדרגתו. בהתבסס על שנים רבות של ניסיון בייצור וניסיון מחקרי מעבדה, מומחים נותנים את ההמלצות הבאות לגבי עובי החומרים המעובדים: ברזל יצוק - לא יותר מתשעה סנטימטר, פלדה (ללא קשר להרכב הכימי ולנוכחות של יסודות סגסוגת) - לא יותר מחמישה ס"מ, נחושת וסגסוגות המבוססות עליה - לא יותר משמונה ס"מ, אלומיניום וסגסוגותיו - לא יותר מ-12 ס"מ.

כל הערכים הרשומים אופייניים עבור ידנימעבד. דוגמה ליחידה כזו מיוצרת מקומית היא מכשיר הפלזמה Gorynych. זה הרבה יותר זול מאשר אנלוגים זרים, בעוד זה בשום אופן לא נחות, ואולי אפילו עדיף עליהם באיכות. מגוון רחב של מכשירים מיצרן זה מוצג בשוק, אשר מיועדים לבצע עבודות שונות (ריתוך ביתי, חיתוך וריתוך מתכות בעוביים שונים, כולל). ניתן לעבד גיליונות עבים יותר רק במכונות גבוהות.

שיטות חיתוך פלזמה קיימות

ניתן לחלק את כל השיטות הקיימות לחיתוך פלזמה לסילון וקשת. יתרה מכך, אין זה משנה כלל אם נעשה שימוש בחותך ידני או במכונת חיתוך וחיתוך פלזמה CNC. במקרה הראשון, כל התנאים הדרושים ליינון גז מיושמים בחותך עצמו. מכשיר כזה יכול לעבד כמעט כל חומר (מתכות ולא מתכות). במקרה השני, החומר המעובד חייב להיות בעל מוליכות חשמלית (אחרת, לא תתרחש קשת חשמלית ויתרחש יינון גז).

בנוסף להבדלים באופן יצירת הפלזמה, ניתן לסווג את עיבוד הפלזמה גם לפי המאפיינים הטכנולוגיים של חיתוך לפשוט (ללא שימוש בחומרי עזר), עיבוד עם מים ועיבוד בסביבת גז מגן. שתי השיטות האחרונות מאפשרות לך להגביר משמעותית את מהירות החיתוך ובו זמנית לא לפחד מחמצון מתכות.