Permukaan plasma: peralatan dan teknologi proses

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Efisiensi dan masalah permukaan plasma sangat akut bagi insinyur material. Berkat teknologi ini, dimungkinkan tidak hanya untuk secara signifikan meningkatkan masa pakai dan keandalan suku cadang dan rakitan dengan muatan tinggi, tetapi juga untuk memulihkan, tampaknya, produk yang aus dan hancur seratus persen.

Pengenalan permukaan plasma ke dalam proses teknologi secara signifikan meningkatkan daya saing produk rekayasa. Proses ini pada dasarnya tidak baru dan telah digunakan untuk waktu yang lama. Tetapi terus meningkatkan dan memperluas kemampuan teknologinya.

Ketentuan Umum

Plasma adalah gas terionisasi. Telah diketahui dengan pasti bahwa plasma dapat diperoleh dengan berbagai metode sebagai hasil dari efek listrik, termal atau mekanik pada molekul gas. Untuk pembentukannya, perlu untuk merobek elektron bermuatan negatif dari atom positif.

Dalam beberapa sumber Anda dapat menemukaninformasi bahwa plasma adalah keadaan keempat agregasi materi bersama dengan padat, cair dan gas. Gas terionisasi memiliki sejumlah sifat yang berguna dan digunakan di banyak cabang ilmu pengetahuan dan teknologi: permukaan plasma logam dan paduan untuk memulihkan dan mengeraskan produk dengan beban berat yang mengalami beban siklik, nitridasi ion-plasma dalam pelepasan pijar untuk saturasi difusi dan pengerasan permukaan bagian, untuk pelaksanaan proses kimia pengawetan (digunakan dalam teknologi manufaktur elektronik).

Persiapan kerja

Sebelum Anda mulai muncul ke permukaan, Anda perlu menyiapkan peralatan. Sesuai dengan data referensi, perlu untuk memilih dan mengatur sudut kemiringan nozzle burner yang benar ke permukaan produk, menyelaraskan jarak dari ujung burner ke bagian (seharusnya dari 5 hingga 8 milimeter) dan masukkan kawat (jika bahan kawat muncul ke permukaan).

Jika permukaan akan dilakukan oleh fluktuasi nosel dalam arah melintang, maka perlu untuk mengatur kepala sedemikian rupa sehingga lasan tepat di tengah antara titik ekstrim dari amplitudo fluktuasi kepala. Mekanisme yang mengatur frekuensi dan besarnya gerakan osilasi kepala juga perlu disesuaikan.

Teknologi permukaan busur plasma

Proses pelapisan cukup sederhana dan dapat berhasil dilakukan oleh tukang las berpengalaman. Namun, dia membutuhkanpemain dengan konsentrasi dan perhatian maksimum. Jika tidak, Anda dapat dengan mudah merusak benda kerja.

Pelepasan busur yang kuat digunakan untuk mengionisasi gas yang bekerja. Pelepasan elektron negatif dari atom bermuatan positif dilakukan karena efek termal busur listrik pada pancaran campuran gas yang bekerja. Namun, dalam beberapa kondisi, aliran dimungkinkan tidak hanya di bawah pengaruh ionisasi termal, tetapi juga karena pengaruh medan listrik yang kuat.

Gas disuplai di bawah tekanan 20-25 atmosfer. Untuk ionisasinya, diperlukan tegangan 120-160 volt dengan arus sekitar 500 ampere. Ion bermuatan positif ditangkap oleh medan magnet dan bergegas ke katoda. Kecepatan dan energi kinetik partikel elementer begitu besar sehingga ketika mereka bertabrakan dengan logam, mereka mampu memberikan suhu yang sangat besar - dari +10 … +18.000 derajat Celcius. Dalam hal ini, ion bergerak dengan kecepatan hingga 15 kilometer per detik (!). Instalasi permukaan plasma dilengkapi dengan perangkat khusus yang disebut "obor plasma". Node inilah yang bertanggung jawab untuk ionisasi gas dan memperoleh aliran partikel elementer yang terarah.

Kekuatan busur harus sedemikian rupa untuk mencegah melelehnya bahan dasar. Pada saat yang sama, suhu produk harus setinggi mungkin untuk mengaktifkan proses difusi. Dengan demikian, suhu harus mendekati garis likuidus pada diagram besi-semen.

Bubuk halus dari komposisi khusus atau kawat elektroda dimasukkan ke dalam pancaran plasma suhu tinggi, di mana bahanmeleleh. Dalam keadaan cair, permukaan jatuh pada permukaan yang mengeras.

Penyemprotan plasma

Untuk menerapkan penyemprotan plasma, laju aliran plasma perlu ditingkatkan secara signifikan. Hal ini dapat dicapai dengan mengatur tegangan dan arus. Parameter dipilih secara empiris.

Bahan untuk penyemprotan plasma adalah logam tahan api dan senyawa kimia: tungsten, tantalum, titanium, borida, silisida, magnesium oksida dan aluminium oksida.

Keuntungan penyemprotan yang tak terbantahkan dibandingkan dengan pengelasan adalah kemampuan untuk mendapatkan lapisan tertipis, pada urutan beberapa mikrometer.

Teknologi ini digunakan untuk pengerasan pemotongan, pembubutan dan penggilingan, sisipan karbida yang dapat diganti, serta keran, bor, countersink, reamer, dan alat lainnya.

Mendapatkan jet plasma terbuka

Dalam hal ini, benda kerja itu sendiri bertindak sebagai anoda, di mana material disimpan oleh plasma. Kelemahan yang jelas dari metode pemrosesan ini adalah pemanasan permukaan dan seluruh volume bagian, yang dapat menyebabkan transformasi struktural dan konsekuensi yang tidak diinginkan: pelunakan, peningkatan kerapuhan, dan sebagainya.

Jet plasma tertutup

Dalam hal ini, kompor gas, lebih tepatnya, noselnya, bertindak sebagai anoda. Metode ini digunakan untuk permukaan bubuk plasma untuk memulihkan dan meningkatkan kinerja suku cadang dannode mesin. Teknologi ini telah mendapatkan popularitas tertentu di bidang teknik pertanian.

Kelebihan Plasma Hardfacing

Salah satu keuntungan utama adalah konsentrasi energi panas di area kecil, yang mengurangi efek suhu pada struktur asli material.

Prosesnya dapat dikelola dengan baik. Jika diinginkan, dan dengan pengaturan peralatan yang sesuai, lapisan permukaan dapat bervariasi dari beberapa persepuluh milimeter hingga dua milimeter. Kemungkinan mendapatkan lapisan terkontrol sangat relevan saat ini, karena memungkinkan untuk secara signifikan meningkatkan efisiensi ekonomi pemrosesan dan mendapatkan sifat optimal (kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, dan banyak lainnya) dari permukaan produk baja.

Keuntungan lain yang tidak kalah pentingnya adalah kemampuan untuk melakukan pengelasan plasma dan pelapisan berbagai bahan: tembaga, kuningan, perunggu, logam mulia, serta non-logam. Metode pengelasan tradisional jauh dari selalu mampu melakukan ini.

Peralatan hardfacing

Instalasi untuk permukaan bubuk plasma termasuk choke, osilator, obor plasma, dan catu daya. Juga, itu harus dilengkapi dengan perangkat untuk memasukkan butiran bubuk logam secara otomatis ke area kerja dan sistem pendingin dengan sirkulasi air yang konstan.

Sumber daya untuk hardfacing plasma harus memenuhi persyaratan yang ketatketeguhan dan keandalan. Transformator las melakukan pekerjaan terbaik dengan peran ini.

Saat melapisi bahan bubuk pada permukaan logam, yang disebut busur gabungan digunakan. Baik jet plasma terbuka dan tertutup digunakan secara bersamaan. Dengan menyesuaikan kekuatan busur ini, dimungkinkan untuk mengubah kedalaman penetrasi benda kerja. Dalam kondisi optimal, lengkungan produk tidak akan muncul. Ini penting dalam pembuatan suku cadang dan rakitan teknik presisi.

Pengumpan bahan

Bubuk logam diberi dosis oleh perangkat khusus dan dimasukkan ke dalam zona leleh. Mekanisme atau prinsip pengoperasian pengumpan adalah sebagai berikut: bilah rotor mendorong bubuk ke dalam aliran gas, partikel dipanaskan dan menempel pada permukaan yang dirawat. Bubuk diumpankan melalui nosel terpisah. Secara total, tiga nozel dipasang di kompor gas: untuk memasok plasma, untuk memasok bubuk kerja dan untuk gas pelindung.

Jika Anda menggunakan kawat, disarankan untuk menggunakan mekanisme umpan standar dari mesin las busur terendam.

Persiapan permukaan

Permukaan plasma dan penyemprotan bahan harus didahului dengan pembersihan permukaan secara menyeluruh dari noda minyak dan kontaminan lainnya. Jika selama pengelasan konvensional hanya diperbolehkan melakukan pembersihan permukaan sambungan yang kasar dari karat dan kerak, maka ketika bekerja dengan plasma gas, permukaan benda kerja harus idealnya (sejauh mungkin) bersih, tanpa inklusi asing. Film oksida tertipis mampu:secara signifikan melemahkan interaksi perekat antara hardfacing dan logam dasar.

Untuk mempersiapkan permukaan untuk pelapisan, direkomendasikan untuk menghilangkan lapisan permukaan logam yang tidak signifikan dengan pemesinan dengan pemotongan, diikuti dengan degreasing. Jika dimensi bagian memungkinkan, disarankan untuk mencuci dan membersihkan permukaan dalam rendaman ultrasonik.

Fitur penting dari permukaan logam

Ada beberapa opsi dan metode untuk pelapisan plasma. Penggunaan kawat sebagai bahan untuk permukaan secara signifikan meningkatkan produktivitas proses dibandingkan dengan bubuk. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elektroda (kawat) bertindak sebagai anoda, yang berkontribusi pada pemanasan lebih cepat dari bahan yang disimpan, yang berarti memungkinkan Anda untuk menyesuaikan mode pemrosesan ke atas.

Namun, kualitas lapisan dan sifat adhesi jelas berada di sisi aditif bubuk. Penggunaan partikel logam halus memungkinkan untuk mendapatkan lapisan seragam dengan ketebalan berapa pun di permukaan.

Bedak tabur

Penggunaan pelapisan bubuk lebih disukai dalam hal kualitas permukaan yang dihasilkan dan ketahanan aus, sehingga campuran bubuk semakin banyak digunakan dalam produksi. Komposisi tradisional dari campuran bubuk adalah partikel kob alt dan nikel. Paduan logam ini memiliki sifat mekanik yang baik. Setelah diproses dengan komposisi seperti itu, permukaan bagian tetap halus sempurna dan tidak perlu penyelesaian mekanis dan penghapusan penyimpangan. Fraksi partikel serbuk hanya beberapa mikrometer.