Plasma-boogmachineren uitgelegd: componenten, werking en toepassingen

Wat is plasma?

Plasma is een van de vier fundamentele toestanden van materie, eerst systematisch bestudeerd door Irving Langmuir in de jaren 1920. Het bestaat uit een gas van ionen atomen of moleculen die een of meer orbitale elektronen hebben verloren (of zelden, een extra elektronen hebben gekregen), en vrije elektronen.

Uitgesloten donkere materie en de nog meer ontluisterende donkere energie, is plasma de meest voorkomende vorm van gewone materie in het universum. Plasma wordt meestal geassocieerd met sterren, inclusief onze Zon, en strekt zich uit tot het verdunte intraculturele medium en mogelijk tot intergalactische regio's.

Plasma kan kunstmatig gegenereerd worden door een neutraal gas te verwarmen of het aan een sterk elektromagnetisch veld te blootstellen. De aanwezigheid van vrije geladen deeltjes maakt plasma elektrisch geleidend, met de dynamica van individuele deeltjes en macroscopische plasmabeweging beheerst door collectieve elektromagnetische velden en erg gevoelig voor extern toegepaste velden.

De reactie van plasma op elektromagnetische velden wordt gebruikt in veel moderne technologische apparaten, zoals plasmatelevisies of plasma-etching.

Wat is plasma-boogmachineren?

Plasma-boogmachineren wordt gebruikt om materiaal van het werkstuk te verwijderen. In dit proces wordt een hoge-snelheidsstraal van hoog-temperatuurgas gebruikt om materiaal van het werkstuk te smelten en te verwijderen. Deze hoge snelheid van heet gas staat ook bekend als een plasmastraal.

Wanneer een gas of lucht op een temperatuur van meer dan 5000 °C wordt verwarmd, begint het geïoniseerd te raken in positieve ionen, negatieve ionen en neutrale ionen. Wanneer het gas of de lucht geïoniseerd is, bereikt de temperatuur 11.000 °C tot 28.000 °C en heet deze geïoniseerde gas plasma.

Het gas of de lucht wordt met boog verwarmd en de plasma geproduceerd door het verwarmen van gas wordt gebruikt om materiaal van het werkstuk te verwijderen. Dus het hele proces heet Plasma-boogmachineren.

In dit proces wordt een hoge snelheid van hoog-temperatuurlucht gebruikt om materiaal van het werkstuk te verwijderen door het te smelten.

Het gas dat in plasma-boogmachineren gebruikt wordt, wordt gekozen volgens het metaal dat als werkstuk gebruikt wordt.

Plasma-boogmachineren wordt gebruikt voor het snijden van legeringstalen, roestvrij staal, aluminium, nikkel, koper en gietijzer.

Werking van plasma-boogmachineren

Het basisprincipe is dat de boog gevormd tussen de elektrode en het werkstuk wordt beperkt door een fijn geboord, koperen zuigmond. Dit verhoogt de temperatuur en snelheid van de plasma die uit de zuigmond komt.

De temperatuur van de plasma is meer dan 20.000°C en de snelheid kan de geluidssnelheid benaderen. Wanneer gebruikt voor snijden, wordt de plasmagasstroom verhoogd zodat de diep penetrerende plasmastraal door het materiaal snijt en gesmolten materiaal in de efflux plasma wordt verwijderd.

Plasma-boogmachineren bestaat uit een plasmabranders. De plasmabranders heeft een elektrode van wolfram in de kamer. Hier is deze wolfram elektrode verbonden met de negatieve pool van de DC voeding. Dus de wolfram fungeert als kathode.

Terwijl de positieve pool van de DC voeding verbonden is met de zuigmond. Dus de zuigmond van de plasmabranders fungeert als anode.

Zodra we de stroomvoorziening aan het systeem geven, ontstaat een elektrische boog tussen de kathode wolfram elektrode en een anode zuigmond. Als het gas in contact komt met de plasma, is er een botsing tussen de atomen van het gas en elektronen van een elektrische boog en als resultaat krijgen we een geïoniseerd gas.

Dat betekent dat we de plasma toestand krijgen die we wilden voor Plasma-boogmachineren. Nu wordt deze plasma met een hoge snelheid gericht naar het werkstuk en het machinerenproces begint. Een ding om te onthouden is dat een hoog potentiaalverschil wordt toegepast om de plasma toestand te krijgen.

In het hele proces zijn hoge temperatuursomstandigheden vereist. Als hete gassen uit de zuigmond komen, is er kans op oververhitting. Om deze oververhitting te voorkomen, wordt een waterjas gebruikt.

Componenten van plasma-boogmachineren

1. Plasmabranders

Verschillende gassen zoals stikstof, waterstof, argon of een mengsel van deze gassen worden gebruikt om plasma te creëren. Deze plasmabranders heeft een kamer met een wolfram elektrode. Deze wolfram elektrode is verbonden met de negatieve pool en de zuigmond van de plasmabranders is verbonden met de positieve pool van de DC voeding. De vereiste mengsel van gas wordt aan de branders toegevoerd. Een sterke boog wordt geproduceerd tussen de anode en de kathode.

Daarna is er een botsing tussen de elektronen van de boog en de moleculen van het gas en door deze botsing worden de gasmoleculen geïoniseerd en warmte gegenereerd.

2. Stroomvoorziening

DC Stroomvoorziening wordt gebruikt om twee polen in de plasmabranders te ontwikkelen. Zwaar potentiaalverschil wordt toegepast over kathode en anode zodat de geproduceerde boog sterk is en in staat is om het gasmengsel te ioniseren en om te zetten in plasma.

3. Koelmechanisme

Een koelmechanisme wordt aan de plasmabranders toegevoegd omdat warmte geproduceerd wordt in het doorlopende hete gassen uit de zuigmond.

Een waterjas wordt gebruikt om de zuigmond te koelen. De zuigmond wordt omringd door een waterstraal.

4. Werkstuk

Verschillende materialen kunnen bewerkt worden met deze plasma-boogmachineren. Verschillende metalen zoals aluminium, magnesium, koolstof, roestvrij staal en legeringstalen kunnen bewerkt worden met dit proces.

Toepassingen van plasma-boogmachineren

• Het wordt gebruikt voor het snijden van legeringstalen, roestvrij staal, gietijzer, koper, nikkel, titanium, aluminium, en legering van koper en nikkel, etc.
• Het wordt gebruikt voor profielsnedden.
• Het wordt met succes gebruikt voor draaien en frezen van moeilijk te bewerken materialen.
• Het kan gebruikt worden voor stapelsnijden, vormsnijden, piercen en onderwatersnijden.
• Uniforme dunne film bespuiting van refractaire materialen op verschillende metalen, kunststoffen, keramiek worden ook gedaan door plasma-bogen.

Voordelen van plasma-boogmachineren

• Het kan gebruikt worden om elk metaal te snijden.
• De snij snelheid is hoog.
• In vergelijking met het gewone vlammen snijproces, kan het gewoon koolstofstaal vier keer sneller snijden.
• Het wordt gebruikt voor ruw draaien van heel moeilijke materialen.
• Vanwege de hoge snijsnelheid is de vervorming van bladmetaal verminderd terwijl de breedte van de snede minimaal is en de oppervlakkwaliteit hoog is.

Nadelen van plasma-boogmachineren

• Het produceert een getaperd oppervlak.
• Bescherming tegen geluid is nodig.
• De apparatuurkosten zijn hoog.
• Bescherming van de ogen is nodig voor de operator en personen in de buurt.
• Oxidatie en schilvorming vindt plaats. Dus het vereist afscherming.
• Het werkoppervlak kan metallurgische veranderingen ondergaan.