Was ist Plasmalichtbogenbearbeitung? - Teile und Funktion

Was ist Plasma?

Plasma ist einer der vier Grundzustände der Materie, der erstmals von Irving Langmuir in den 1920er Jahren systematisch untersucht wurde. Es besteht aus einem Gas von Ionen, Atomen oder Molekülen, die ein oder mehrere Orbitalelektronen abgestreift (oder selten ein zusätzliches Elektron angehängt) und freie Elektronen haben.

Abgesehen von dunkler Materie und der noch schwer fassbaren dunklen Energie ist Plasma die am häufigsten vorkommende Form gewöhnlicher Materie im Universum. Plasma wird hauptsächlich mit Sternen in Verbindung gebracht, einschließlich unserer Sonne, und erstreckt sich auf das verdünnte intrakulturelle Medium und möglicherweise auf die intergalaktischen Regionen.

Plasma kann künstlich erzeugt werden, indem ein neutrales Gas erhitzt oder einem starken elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird. Das Vorhandensein frei geladener Teilchen macht das Plasma elektrisch leitfähig, wobei die Dynamik einzelner Teilchen und die makroskopische Plasmabewegung von kollektiven elektromagnetischen Feldern bestimmt werden und sehr empfindlich gegenüber von außen angelegten Feldern sind.

Die Reaktion des Plasmas auf elektromagnetische Felder wird in vielen modernen technischen Geräten wie Plasmafernsehern oder Plasmaätzen genutzt.

Was ist Plasmalichtbogenbearbeitung?

Die Plasmalichtbogenbearbeitung wird verwendet, um Material vom Werkstück zu entfernen. Bei diesem Verfahren wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl aus Hochtemperaturgas verwendet, um Material vom Werkstück zu schmelzen und zu entfernen. Diese hohe Geschwindigkeit von heißem Gas wird auch als Plasmastrahl bezeichnet.

Wenn ein Gas oder Luft auf eine Temperatur von mehr als 5000 °C erhitzt wird, beginnt es, in positive Ionen, negative Ionen und neutrale Ionen ionisiert zu werden. Wenn das Gas oder die Luft ionisiert wird, erreicht seine Temperatur 11000 °C bis 28000 °C und dieses ionisierte Gas wird Plasma genannt.

Das Gas oder die Luft wird mit einem Lichtbogen erhitzt und das durch das Heizgas erzeugte Plasma wird verwendet, um Material vom Werkstück zu entfernen. Der gesamte Prozess wird also Plasma Arc Machining genannt.

Bei diesem Verfahren wird eine hohe Geschwindigkeit von Hochtemperaturluft verwendet, um Material vom Werkstück durch Schmelzen zu entfernen.

Das bei der Plasmalichtbogenbearbeitung verwendete Gas wird entsprechend dem Metall ausgewählt, das als Werkstück verwendet wird.

Die Plasmalichtbogenbearbeitung wird zum Schneiden von legierten Stählen, Edelstahl, Aluminium, Nickel, Kupfer und Gusseisen verwendet.

Arbeitsweise der Plasmalichtbogenbearbeitung

Das Grundprinzip besteht darin, dass der zwischen Elektrode und Werkstück entstehende Lichtbogen durch eine fein gebohrte Kupferdüse eingeschnürt wird. Dies erhöht die Temperatur und Geschwindigkeit des aus der Düse austretenden Plasmas.

Die Temperatur des Plasmas liegt bei über 20 000 °C und die Geschwindigkeit kann sich der Schallgeschwindigkeit annähern. Beim Schneiden wird der Plasmagasstrom erhöht, so dass der tief eindringende Plasmastrahl durch das Material schneidet und geschmolzenes Material im ausströmenden Plasma abgetragen wird.

Die Plasmalichtbogenbearbeitung besteht aus einer Plasmakanone. Die Plasmapistole hat eine Elektrode aus Wolfram, die sich in der Kammer befindet. Hier ist diese Wolframelektrode mit dem Minuspol der Gleichstromversorgung verbunden. Somit wirkt das Wolfram als Kathode.

Während der positive Anschluss der Gleichstromversorgung mit der Düse verbunden ist. Somit wirkt die Düse der Plasmakanone als Anode.

Wenn wir das System mit Strom versorgen, entwickelt sich zwischen der kathodischen Wolframelektrode und einer anodischen Düse ein Lichtbogen. Wenn das Gas mit dem Plasma in Kontakt kommt, kommt es zu einer Kollision zwischen den Gasatomen und den Elektronen eines Lichtbogens und als Ergebnis erhalten wir ein ionisiertes Gas.

Das bedeutet, dass wir den Plasmazustand erhalten, den wir für die Plasmalichtbogenbearbeitung wollten. Dieses Plasma wird nun mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück gerichtet und der Bearbeitungsprozess beginnt. Zu beachten ist, dass eine hohe Potentialdifferenz angelegt wird, um den Plasmazustand zu erreichen.

Im gesamten Prozess sind Hochtemperaturbedingungen erforderlich. Da heiße Gase aus der Düse austreten, besteht Überhitzungsgefahr. Um diese Überhitzung zu verhindern, wird ein Wassermantel verwendet.

Komponenten der Plasmalichtbogenbearbeitung

1. Plasmakanone

Zur Plasmaerzeugung werden verschiedene Gase wie Stickstoff, Wasserstoff, Argon oder eine Mischung dieser Gase verwendet. Diese Plasmakanone hat eine Kammer mit einer Wolframelektrode. Diese Wolframelektrode ist mit dem Minuspol verbunden und die Düse der Plasmakanone ist mit dem Pluspol der Gleichstromversorgung verbunden. Das erforderliche Gasgemisch wird der Pistole zugeführt. Zwischen Anode und Kathode entsteht ein starker Lichtbogen.

Danach kommt es zu einer Kollision zwischen dem Elektron des Lichtbogens und den Molekülen des Gases und aufgrund dieser Kollision werden die Gasmoleküle ionisiert und es wird Wärme erzeugt.

2. Netzteil

Die Gleichstromversorgung wird verwendet, um zwei Anschlüsse in der Plasmakanone zu entwickeln. Zwischen Kathode und Anode wird eine starke Potentialdifferenz angelegt, so dass der erzeugte Lichtbogen stark ist und das Gasgemisch ionisieren und in Plasma umwandeln kann.

3. Kühlmechanismus

Der Plasmakanone wird ein Kühlmechanismus hinzugefügt, da in ihr Wärme erzeugt wird, wenn heiße Gase kontinuierlich aus der Düse austreten.

Zur Kühlung der Düse wird ein Wassermantel verwendet. Die Düse ist von einem Wasserstrahl umgeben.

4. Werkstück

Mit dieser Plasmalichtbogenbearbeitung können unterschiedliche Materialien bearbeitet werden. Mit diesem Verfahren können verschiedene Metalle wie Aluminium, Magnesium, Kohlenstoff, Edelstahl und legierte Stähle bearbeitet werden.

Anwendungen der Plasmalichtbogenbearbeitung

• Es wird zum Schneiden von legierten Stählen, Edelstahl, Gusseisen, Kupfer, Nickel, Titan, Aluminium und Legierungen aus Kupfer und Nickel usw. verwendet.
• Es wird zum Profilschneiden verwendet.
• Es wird erfolgreich zum Drehen und Fräsen von schwer zerspanbaren Materialien eingesetzt.
• Es kann zum Stapelschneiden, Formenschneiden, Lochen und Unterwasserschneiden verwendet werden.
• Gleichmäßiges Dünnschichtspritzen von feuerfesten Materialien auf verschiedenen Metallen, Kunststoffen, Keramiken wird auch durch Plasmabögen durchgeführt.

Vorteile der Plasmalichtbogenbearbeitung

• Es kann verwendet werden, um jedes Metall zu schneiden.
• Die Schnittgeschwindigkeit ist hoch.
• Im Vergleich zum normalen Brennschneidverfahren kann unlegierter Kohlenstoffstahl viermal schneller geschnitten werden.
• Es wird zum Schruppen von sehr schwierigen Materialien verwendet.
• Durch die hohe Schnittgeschwindigkeit wird die Blechverformung bei minimaler Schnittbreite und hoher Oberflächenqualität reduziert.

Nachteile der Plasmalichtbogenbearbeitung

• Erzeugt eine sich verjüngende Oberfläche.
• Der Lärmschutz ist notwendig.
• Die Ausrüstungskosten sind hoch.
• Augenschutz ist für den Bediener und Personen, die in der Nähe arbeiten, erforderlich.
• Oxidation und Kesselsteinbildung findet statt. Daher ist eine Abschirmung erforderlich.
• Die Arbeitsfläche kann metallurgischen Veränderungen unterliegen.