8.4 Металдардың плазмалық кесу және дәнекерлеу қондарғылары

Плазмалық кесу энерuия есебінен металдың кесу қуысында балқу мен булануы жолымен жүзеге асырылады. Доғалық плазманың кескіштік қасиеті мына қатынаспен (1) анықталады:

(1)

бұл жерде -кесу жылдамдығы; -металл қалыңдығы; I, U-доғаның тогы мен кернеуі; -жылулық ПӘК; -тығыздық; -кесу ені; -балқыған метал энтальпиясы.

Кесудің энергетикалық балансы доға энергиясы, плазманың металлмен химиялық реакциясындағы энергиясы (егер олар мүмкін болса) мен балқытуға, қайта қыздыру кесу қуысында металлдың булануына, қатты металға жылу беру және пайдаланылған плазма ағысын әкетуге кететін энергия шығындары арқылы жинақталады. 

Осыдан плазмалы кесу процесін көмекші операциялар мен ЭЕМ қолданылуымен қамтамасыз етілетін максималды қуат пен жылдамдықта жүргізу керек екендігі шығады. Бұл шарт ток, кернеу, плазмотүрлендіруші газ және кесуші плазмотрон конструкциясын таңдау кезінде орындалады. Процесс үнемділігін анықтайтын кесу ені плазмотрон шүмегінің диаметрі, доға тогы мен плазмотронның орын ауыстыру жылдамдығымен байланысты.  Металл қалыңдығы, доға қуаты, шүмек диаметрі мен кесу жылдамдығының тиімді қатынасы кезінде плазма ағысы металлдың барлық қалыңдығына енеді, ал доғаның анодты облысы кесімнің төменгі жиегіне жақын жерге орналасады. Доға қуатының төмендеуі, ол плазмотрон қозғалысының жылдамдығының артуына сйкес келеді және де бұл кесу қуысының тарылуына алып келеді. 

Шектен тыс қысымның артуы мен плазмотрон жылдамдығының төмендеуі, әсіресе, төменгі жақ бөлігінде кесу енінің артуына, және барлық кесілетін металдың қайта қыздырылуына алып келеді. Плазмалық кесудің пайдалы әсер коэффициенті доға қуатының және плазмотрон қозғалысының жылдамдығының жоғарылауымен 80-90 %-ға жетіп өседі, жылулық ПӘК-ті 40%-ға тең деп қабылдайды. Доға тогының берілген аралығында плазма ағысы қуатының көбеюі үшін жоғары этальпиялық плазма түріндегі газдарды қолданумен доға бағанасы потенциалының сызықтық градиентінің жоғарылауы бойынша және плазмотрон шүмегімен доға бағанасын қарқынды басу амалдары қабылданған.

8.17-сурет. Плазмалық доға (а) және плазмалық ағыспен (б) металды кесу сызбасы: 1- плазма ағысы; 2-доға; 3-катод; 4-кесілетін материал; 5- қорек көзі; 6- кезекші доғаны шектейтін кедергі

Доғаның газдық стабилизациясы бар кесуші плазмотронның шүмек қуысында 2 өстері сәйкес келетіндей етіп орналасқан стерженьді вольфрам (немесе цирконий) электроды 3 бар. Тұрақтандырушы газ олардың арасына беріледі және плазманың металдың түбіне кіруін қамтамасыз етеді. Қондырғы қосылған кезде мынадай операциялар орындалады: шүмек пен электродты суытатын су берілу қосылады, газдың қажетті шығыны орнатылады; тогы кедергімен 6 шектелетін кезекші доға күйдіріледі; сөйтіп плазманың факелі пайда болады. Металл жиегін кезекші факелмен жанастырғанда плазмалық күштік доғаның тізбегі пайда болады және кесудің қарқынды процесі басталады. Кесуші доғаның кездейсоқ өшуі кезінде кезекші доға процесті қайта қалпына келтіреді. Кішкентай қалыңдықтағы металды кескенде ток тізбегіне металл қосылмайтын плазмалық ағыс қолданылады (8.17, б-сурет).

Әр түрлі типтердің өндірістік қондырғылары 1000 А-ге дейінгі токтарда бос жүрістің 350 В-қа дейінгі кернеуінде 3-4-тен 10 м/мин-қа дейінгі кесу жылдамдығын қамтамасыз ете отырып жұмыс жасайды.

Автоматтандырылған машиналық кесуге арналған қуатты плазмотрондармен қатар ауыспалы машиналар мен қолмен кесуге арналған плазмалық кесу аппаратурасы қолданылады. Бұл қондырғылардың плазмотрондарының қорек көзінің бос жүрісінің төмен кернеуі және 400 А-ге дейінгі тогы бар.

8.18-сурет. Плазмалық дәнекерлеуді жүргізу сызбасы: а-электрлік сызба: 1-дәнекерлік қорек көзі, 2-жоғары жиілікті генератор; 3-балқымайтын электрод; 4- плазма түзетін газ; 5-салқындатқыш су; 6-қорғаныс газы; 7-қорғаныс газына арналған шүмек; 8-бұйым; б-плазмалық доғаны қоршап тұратын газ ағындарының сызбасы: 1-сыртқы суық ағын; 2-ішкі ыстық ағын; 3-доға бағанасы; в-плазмалық доға сызбасы: 1-плазма түзуші газ; 2-фокустаушы газ; 3- қорғаныс газы; 4-фокустаушы газ жоқ кездегі факелдың көрінісі

(8.17, а-сурет) сызбасы бойынша орындалатын плазмалық кесуде негізгі болып табылатын плазмотрондар жұмысшы токқа сүйенеді, ал доға кернеуі кесу қуысында қалыптасады. Мұның салдарынан доғаның вольт-амперлік сипаттамалары бұл жерде құламалы, ал қорек көздерінің вертикаль немесе күшті құлайтын сыртқы ВАС-ы болады.

Металдардың плазмалық дәнекерлеуін 8.18-суретте көрсетілген сызба бойынша плазмотрондар көмегімен жүргізеді.

Плазмотронның жоғары қуаты мен плазманың динамикалық әсер етуі дәнекерлеу жапсарына орнықты сымдар бермей-ақ әр түрлі қалыңдықтағы металдарды дәнекерлеуге, жапсарласқан бөлшектердің түрулі жиектерін пісіріп бітеуге, жиектердің бөлуінсіз бөлшектерді дәнекерлеуге, бір айналымда үлкен қалыңдықтағы металды дәнекерлеуді жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

Плазмотрон өсіне бұрышпен бағытталған екінші ретті фокустаушы газ ағынын қолдану дәнекерлеу ваннасының кішкентай ауданында қыздыруды жинақтауға мүмкіндік береді. Қолданылатын газдар дәнекерлеу жапсарын атмосфераның әсер етуінен қорғауды қамтамасыз етеді.

Дәнекерленетін металл тегіне байланысты аргонды, аргонның гелиймен немесе сутекпен қоспасын пайдаланады.

8.18, а-суреттегі сызба бойынша қондырғы құрамына дәнекерлеу тогының реттелетін мәні мен күшті құламалы ВАС-ы бар үшфазалық екі жарты периодты түзеткіш болып табылатын қорек көзі 1, аргон ағынында ішкі шүмек пен электрод 3 арасында кезекші доғаның пайда болуын қамтамасыз ететін осциллятор -жоғары жиілікті генератор 2. Кезекші доғаның тогы R кедергімен шектеледі, ал С сыйымдылық электродаралық арақашықтықтың жоғары жиілігін кернеумен бұзылудың жеңілдеуі үшін жұмыс атқарады. Дәнекерлеу процесінің басталуы үшін дәнекерленетін бұйымды 8 плазма ағысының жанып тұрған бөлігімен жанастыру керек. Сонда тізбек бойынша плазманың әсер ету және дәнекерлеу ваннасын тудыру нүктесінде металды 8 қыздыратын дәнекерлеу тогы өтеді. Егер плазмалық жандырғышқа (горелка) ертерек жасалғандай (8.18, б сурет) тек бір газ берілсе, онда аргонның айтарлықтай үлкен шығыны маңында плазмалық доғаның технологиялық қасиеттері сапалы дәнекерлеу өткізуге жеткіліксіз болатын еді. 2 және 1 суық газ ағындарымен қоршалған доға бағанасының 3 дәнекерлеу ваннасының беті бойынша өздігінен ауысуға мүмкіндігі бар.

Дәнекерлеу нүктесіне және аргон шығынының бірдей уақытта азаюымен дәнекерлеуші жапсардың түбіне доға бағанасының кіруін жақсарту айтарлықтай нақты бағытталу үшін 8.18, в суреттегі сызба бойынша көрсетілген плазмалық жандырғыштар (горелки) қолданылады. Бұл жерде кезекші доғаның жануы мен плазманың пайда болуы үшін берілген аргон маңында сығуды және плазмалық ағысты тудыратын аз дефицитті фокустаушы газ 2 беріледі. Сонымен қатар дәнекерлеу процесіне жақсы әсер ететін плазманың температурасы айтарлықтай жоғарылайды. Қорғаныс газ 3 дәнекерлеу аймағына қоршаған ортадан зиянды компонеттердің түсу мүмкіндігінің алдын алады. Электродтар өлшемдері доға тогына және газдардың шығынына тәуелді, ал жандырғыш пен бөлщек арасындағы қашықтықты 8-15 мм шегінде сапалы дәнекерлеу жапсарларының қалыптасу шарттарынан таңдап алады.

Қорек көзін қосу тізбегінде салқындатқыш су мен газдар берілуінсіз плазмотронды қосуға мүмкіндік бермейтін блоктау бар.

Қорек көздері доғаның кернеуі 60-80 В кездегі 450-600 А болатын дәнекерлеу тогын және дәнекерле жылдамдығын қамтамасыз етеді, мысалы, қалыңдығы 4 мм 250 А ток кездегі және 5 л/мин болатын плазма түзуші газ шығыны кезінде жылдамдық 70 м/сағ болады.

Патон Е.О. атындағы АН УССР электродәнекерлеу институтында қалыңдығы 0,2-0,6 мм тот баспайтын болат, мыс, титан, никель бөлшектерінің 0,5-10 А тұрақты токтағы микроплазмалық дәнекерлеу әдісі ойлап табылған және аппаратурасы жасалған.