4.8. Плазменная размерная обработка и сварка материалов
Плазменная струя, применяемая для технологических целей, представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10 ООО...20ООО "С.
Плазменная струя выделяется из токоведущего столба дуги в дуговых плазменных головках (рис. 4.17). Дуговой разряд возбуждается в канале 2 между электродом / из вольфрама и соплом 5. Канал 2 электрически изолирован от сопла и электрода. Вдоль дуги по каналу пропускают газ (аргон, гелий, азот, водород, метан
Рис. 4.17. Схемы дуговых плазменных головок:
а — с раздельным соплом и каналом со струей, выделенной из столба дуги; б — с совмещенным соплом и каналом со струей, выделенной из столба дуги; в — с совмещенными соплом и каналом со струей, совпадающей со столбом дуги; / — электрод; 2 — канал; 3 — охлаждающая вода; 4 — столб дуги; 5— сопло; б — плазменная струя; Е — источник тока
и др.). Этот газ обжимает столб дуги 4, что повышает плотность его энергии и температуру. Мощность столба повышается, газ при соударении с электронами ионизируется и выходит из сопла в виде ярко светящейся плазменной струи 6.
Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги, и плазменную дугу, в которой дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.
Различают дуговые плазменные головки с раздельными (рис. 4.17, а) и совмещенными (рис. 4.17, б) соплом и каналом. Плазменная струя может быть выделена из столба или совпадать с ним (рис. 4.17, в). Струя, совпадающая с токоведущим столбом, используется для обработки электропроводных материалов. Плазменная струя, выделенная из токоведущего столба дуги, используется как независимый источник теплоты. Основная характеристика плазменной струи в качестве источника теплоты — это эффективная тепловая мощность, Дж/с,
q = ηиUI,
где ηи — эффективный КПД плазменного нагрева заготовки; U — напряжение дуги, В; / — ток дуги, А.
Эффективная тепловая мощность плазменной струи может регулироваться изменением тока и напряжения дуги, расхода и состава газа, диаметра канала и сопла, расстоянием между соплом и нагреваемым изделием. При среднем расходе газа для плазменной струи, выделенной из столба дуги, ηи = 30...50%.
Плазменной струей можно проводить размерную обработку различных материалов: металлов, полупроводников и диэлектриков. Плазменной струей проводят также резку материалов, особенно тех, резка которых другими способами затруднена, например меди, алюминия и др.
Процесс резки осуществляют путем расплавления и выдувания расплавленного материала потоком газа, имеющего скорость 300... 1000 м/с, и частичного испарения. Плазменной струей можно разрезать цветные металлы и сплавы, высоколегированные стали, тугоплавкие металлы, керамику и прочее (практически все материалы).
Плазменным методом обрабатывают заготовки из любых материалов, выполняя прошивание отверстий, вырезку заготовок из листового материала, строгание, точение. При прошивании отверстий, разрезке и вырезке заготовок головку устанавливают перпендикулярно к поверхности заготовки, при строгании и точении — под углом 40...60°.
Принципиально новый метод изготовления деталей — это плазменное напыление с целью получения заданных размеров.
Плазменное напыление применяют и для получения деталей из напыляемого материала.
4.9 Ионная обработка оптических материалов
Ионная обработка – это управляемый процесс формирования оптических поверхностей с заданными характеристиками и топографией, в основе которого лежит физическое явление атомной эмисси (распыление) с поверхности мишени под действием бомбардировки энергетическими частицами (ионами).