Là gì

Khái Niệm Máy Hàn Plasma Là Gì ? Máy Cắt Plasma Là Gì

Từ Khóa: Plasma, Hàn Plasma, Khí plasma, hồ quang plasma, plasmatron, chụp tạo plasma.

Đang xem: Máy hàn plasma là gì

1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ PLASMA VÀ HÀN PLASMA:

– Trong quá trình hàn hồ quang, hồ quang hình thành và cháy liên tục. Trong cột hồ quang diễn ra các hiện tượng vật lý mà trong đó cơ bản là các quá trình ion hóa, bức xạ nhiệt mãnh liệt. Quá trình ion hóa, va đập của các chất khí, các nguyên tử (hơi kim loại), các hạt: electron, ion, proton,… chuyển động theo dòng có hướng. Lõi của cột hồ quang điện bao gồm các hạt, các phần tử tích điện và đều dẫn điện. Trạng thái vật chất hình thành trong cột hồ quang chính là plasma. Như vậy chất khí ion hóa dẫn điện và bức xạ nhiệt mãnh liệt trong lõi của cột hồ quang là plasma.

► Hàn plasma:

– Hàn Plasma là biến thể của quá là quá trình hàn hồ quang, trong đókim loại hàn và vật liệu cơ bảnđược nung nóng chảy bằng plasma. Năng lượng này được sinh ra nhờ một dòng khí đi qua hồ quang. Khi đó khí bị ion hóa và dẫn điện và gọi là plasma. Do vậy có thể nói plasma là trạng thái thứ tư của vật chất. Và cũng có thể coi plasma là một dạng hồ quang đặc biệt mà nhiệt độ của nó được tăng lên rất cao. Đồng hồ plasmasẽ đáp ứng được các mục đích kỹ thuật, đặc biệt là trong kỹ thuật hàn, cắt kim loại. Nhiệt độ hồ quang phụ thuộc vào nguồn khí (khí plasma được dẫn qua hồ quang). Các khí này có tính chất vật lý khác nhau, do đó Plasma của chúng có nhiệt độ khác nhau:

1. Khí hêli – Plasma heli, đạt được nhiệt độ20.000 K

2. Khí Argon – Plasma argon, đạt được nhiệt độ15.000 K

3. Khí Nitơ – Plasma nitơ, đạt được nhiệt độ7.500 K

4. Khí Hydro – Plasma hydro, đạt được nhiệt độ8.000 K

– Khi sự ion hóa diễn ra hoàn toàn sẽ đạt được nhiệt độ tới 100.000 K . Mặt khác nếu xảy sự va chạm mạnh của các phần tử (trong trạng thái đó) thì nhiệt độ có thể đạt tới 10.000.000 K , lúc đó là trạng thái phản ứng hạt nhân.

-Trong kỹ nghệ hàn, có 3 cách tạo plasma: Trực tiếp, gián tiếp và hỗn hợp.

♦ Nguyên lý tạo plasma:

– Bộ phận quan trọng của hệ thống trang thiết bị hàn plasma (H.1.) là mỏ hàn. Mỏ hàn plasma đảm bảo các chức năng:

Dẫn điện tốt;Dẫn khí Plasma và khí bảo vệ;Tạo hình thái hồ quang plasma;Hướng hồ quang plsasma vào vùng hàn;Điều chỉnh chính xác vị trí các điện cực.

​-Trong vàinăm gần đây, người ta đã dùng không khí bình thường làm khí plasma thay cho khí Hydro, Ar, Heli, Nitơ…

*

H.1. Súng hàn plasma

Hàn plasma là một phương pháp hàn hồ quang biến thể. Về bản chất khoa học, phương pháp hàn này cũng như hàn hồ quang, lợi dụng nhiệt của hồ quang (phần lõi) để làm nóng chảy kim loại cần hàn. Ta dùng thiết bị để tập trung dòng vào lõi hồ quang (plasma) vào dòng nhỏ có nhiệt độ cao.

-Plasma chiếm khoảng không giữa các điện cực và là cái kênh để dòng điện hồ quang chạy qua. Khoảng không gian này gọi là cột hồ quang.

-Khi hồ quang cháy tự do, vùng plasma trong cột hồ quang rất bé, nhiệt độ trung bình cột hồ quang là 5000-6000°C tùy thuộc thành phần chất khí. Nếu khả năng hoạt động tự do của hồ quang bị hạn chế, nhiệt độ cột hồ quang có thể lên tới 15.000-20.000°C. Sự thắt của cột hồ quang tạo nên plasma cực mạnh và chuyển sự phóng điện hồ quang thành hồ quang plasma.

*

H.2. Sự phân bố nhiệt độ của hồ quang bình thường (I)và hồ quang plasma (II) ở dòng 200A

-Ngoài sự tăng nhiệt độ dọc theo trục khi cột hồ quang bị thắt còn xuất hiện sự chuyển dịch tự do của vết hoạt tính trên mặt chi tiết tạo nên dòng nhiệt tập trung hơn ở trong chi tiết. Không giống hồ quang tự do có dạng hình côn với tiết diện trải rộng phía chi tiết, hồ quang plasma có dạng hình trụ.

-Để tạo hồ quang thắt người ta dùng plasmatron với chụp tạo plasma và các chất khí đặc biệt.

– Có 3 kiểu plasmatron:

a) hồ quang trực tiếp.b) hồ quang gián tiếp.c) hồ quang kết hợp.

-Trong mọi trường hợp, một trong các điện cực được gắn đầu chịu nhiệt (vônfram). Điện cực này thường là catôt.

*

H.3. Các kiểu plasmatron

-Trong plasmatron hồ quang trực tiếp, chi tiết là anôt và chụp – trung tính, làm nhiệm vụ ổn định và thắt cột hồ quang.

-Trong plasmatron hồ quang gián tiếp, chụp tạo plasma là anôt, chi tiết – trung tính.

Xem thêm: âu inox trộn bột

-Trong plasmatron hồ quang kết hợp, có hai anôt riêng và một catôt chung (điện cực). Các anôt đó là chi tiết và chụp tạo plasma.

-Hồ quang có thể bị thắt tới một giới hạn nhất định. Ở giá trị nhất định của cường độ và đường kính chụp tạo plasma, hồ quang kép sẽ xuất hiện. Nó lần lượt cháy giữa điện cực, chụp tạo plasma và chi tiết.

-Sự xuất hiện của hồ quang kép có thể giải thích như sau: khi dòng điện tăng và đường kính chụp tạo plasma giảm thì điện áp trong cột hồ quang tăng, song lớp khí gần thành chụp tạo plasma giảm dần làm tăng tính dẫn điện của khí và tạo điều kiện cho dòng điện chính ngắt. Hồ quang kép là hiện tượng có hại bởi nó phá hoại sự tạo thành mối hàn và làm hỏng chụp tạo plasma. Để ngăn ngừa sự tạo hồ quang kép cần chọn đúng đường kính khe trong chụp tạo plasma và lượng khí tiêu thụ đi qua nó.

*

H.4. Lưu lượng khí argon tiêu thụ phụ thuộc vào cường độdòng điện và đường kính khe chụp, tạo plasma

-Các tính chất của plasma phụ thuộc nhiều vào môi trường khí bao bọc. Môi trường khí trong plasmatron phải thực hiện các chức năng sau:

+ Bảo vệ khỏi tương tác hóa học, làm nguội điện cực và chụp tạo plasma;

+ Biến đổi điện năng thành nhiệt năng;

+ Tạo tia plasma ổn định với tốc độ và nhiệt độ yêu cầu;

+ Đảm bảo các tính chất cần thiết của sản phẩm;

+ Phải đơn giản và kinh tế;

+ Điều kiện thao tác an toàn.

-Argon là khí tốt nhất để bảo vệ catôt và chụp khỏi hỏng và quá nhiệt. Tuy nhiên, argon ít hiệu quả khi chuyển điện năng thành nhiệt năng. Có hai nguyên nhân: 1- Cường độ cột hồ quang trong argon thấp hơn trong khí hydro, nitơ và hêli; 2- Lượng nhiệt trong plasma argon ít hơn trong plasma hydro, nitơ và hêli.

-Nitơ, không khí hoặc khí cacbonic là những khí thích hợp cho sự ổn định hồ quang. Song để sử dụng chúng, các bộ phận chịu tải lớn của plasmatron phải được chế tạo từ vật liệu đặc biệt.

-Hêli và hydro ở nhiệt độ cao có độ dẫn nhiệt chỉ bằng ½ đồng và chuyển tốt năng lượng hồ quang thành nhiệt. Tuy nhiên khi sử dụng chúng ở dạng tinh khiết có thể xảy ra hiện tượng quá nhiệt và làm hỏng chụp bảo vệ plasma.

-Các khí bảo vệ được dùng để bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác dụng của không khí tự do trong quá trình gia công và làm nguội. Hiệu quả của hồ quang khi hàn phụ thuộc vào thành phần môi trường bảo vệ.

-Các khí bảo vệ được chọn tùy thuộc vào loại vật liệu gia công. Argon, hêli, nitơ, cacbonic và các hỗn hợp của chúng được sử dụng làm khí bảo vệ. Các hỗn hợp khí có thể sử dụng: argon và 0,5%-15% hydro; argon và tới 70% hêli, argon và tới 25% cacbonic, nitơ và tới 15% hydro.

-Các hỗn hợp 3 chất khí cũng được sử dụng, chẳng hạn hỗn hợp của Argon, hydro và nitơ với tỉ lệ 40 : 30 : 30 đến 60 : 20 : 20 dùng để phun, hoặc hỗn hợp của Argon, hêli và hydro với tỉ lệ 60 : 35 : 5 tới 50 : 45 : 5 dùng để hàn.

2. ĐẶC TÍNH CỦAPLASMA:

– Chiều dài dòng plasma phụ thuộc vào công suất hồ quang, kích thước mỏ phun và lưu lượng khí plasma. Dòng plasma có tâm điểm phát quang rõ nét nơi vật liệu cơ bản và kích thước của nó nhỏ hơn kíchthước mỏ hàn.

– Nhiệt độcủa hồ quang plasma và của dòng plasma phân bố khác nhau theo đường kính và chiều dài. Tại tâm của dòng plasma có nhiệt độcao nhất,vùng cận catốt nhiệt độ đạttới 24.000 – 32.000 oC.

– Trong thực tế, nhiệt độ trung bình tại tiết diện mỏ phun của dòng plasma được xác định theo entalpi của khí tạo plasma (H):

*

Trongđó:

q – công suất hữu ích của dòng plasma tại tiết diện mỏ phun

G – lưu lượng khí plasma .

– Nhiệtđộ trung bình của dòng plasma Tpl và công suất của dòng plasma q tại mặtcắt của vòi phun được xác định:

*

Trong đó:

I – cường độ dòng điện ;

E – gradient điện thế hồ quang ;

fv – đường kính vòi phun ;

ak – hệ số dẫn nhiệt của khí plasma ;

Cp – nhiệt dung của khí plasma ;

l – chiều dài hồ quang ;

Ct – lượng tiêu hao khí .

– Khi dùng loại điện cực không nóng chảy và dùng khí trơ để bảo vệ quá trình luyện kim mối hàn thì ta gọi l2 Plasma TIG. Ngược lại, dùng điện cực nóng chảy và dùng khí trơ để bảo vệ quá trình luyện kim mối hàn thì ta gọi là Plasma MIG. Các phương pháp này chỉ áp dụng khi hàn các kết cấu có yêu cầu kỹ thuật và chất lượng khắt khe, với đủ các loại chiều dày: mỏng, vừa và dày.

Xem thêm: Pre-Galvanized Là Gì ? So Sánh Ống Thép Mạ Kẽm Nhúng Nóng Và Điện Phân

– Sựổn định plasma là yếu tố rất quan trọng trong quá trình hàn, do đó tốc độ và lưu lượng khí plasma phải luôn được đảm bảo thật ổn định.

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Là gì

Trả lời

Back to top button