1
VISOKA TEHNIČKA MAŠINSKA ŠKOLA
STRUKOVNIH STUDIJA
TRSTENIK
SAVREMENI POSTUPCI OBRADE
PLAZMOM
Profesor
Student
Aleksandar Marić
Mirko Gordić
223/2017
Trestenik, 2019.
2
1.
UVOD
Nakon drugog svetskog rata počeo je nagli razvoj novih tehnologija koje su omogućile obradu novih
materijala specifičnih osobina. Ovakvi materijali koji se odlikuju velikom zateznom čvrstoćom,
termootpornošću i tvrdoćom najpre su namenjena za izradu raznih vrsta alata.Novi postupci
obradevećpomenutihmaterijalanazvanisuNekonvencionalni postupci obrade (NPO) jer se znatno razlikuje
princip skidanja materijala u odnosu na Konvencionalne postupke obrade rezanjem(KPOR).
Do sada je razvijen veliki broj nekonvencionalnih postupaka koji se razlikuju po vrsti energije koja se koristi, te
po načinu skidanja materijala sa obratka. Najpoznatiji nekonvencionalni postupci obrade su:
-Obrada abrazivnim mlazom (AJM)
-Obrada vodenim mlazom (WJM)
-Obrada ultrazvukom (USM)
-Elektroerozivna obrada (EDM)
-Obrada elektronskim snopom (EBM)
-Obrada laserom (LBM)
-Obrada plazmom (PAM)
-Elektrohemijska obrada (ECM)
-Abrazivnaelektrohemijskaobrada(AEM)
-Hemijska obrada (CHM)
Slika 1. Plazma [7]
Kroz ovaj seminarski rad biće predstavljene osnove procesa plazma obrade i to sa naglaskom na tehnološke
karakteristike samog procesa. Obrada plazmom prvi put se pojavila 1956. godine i u početku se uglavnom
koristila za sečenje teškoobradljivih metalnih i nemetalnih materijala. Pod plazmom
(slika 1)
se podrazumeva
svaka materija zagrejana na vrlo visoku temperaturu, a pri tome se nalazi u jonizovanom gasnomstanju.
4
Plazma se sastoji od pozitivno i negativno naelektrisanih čestica (jona), i ona u ovom stanju, koje se često
naziva i četvrtim agregatnim stanjem, ne ponaša se po zakonima normalnih gasova, pa o tome treba voditi
računa kod primene ove vrste obrade. Mehanizam nastajanja plazme je vrlo jednostavan. Preko jakog
električnog luka koji se stvara izmedu anode i katode propušta se neki od neutralnih gasova (npr. argon) koji
sadrži i primese nekog stabilizirajućeg gasa (npr.vodonika).Pod dejstvom vrlo visokih temperatura nastaje
jonizovana gasna struja koja izlazi iz električnog luka u vidu buktinje plazme. Luk može da bude izveden
izmedu dve elektrode od teško topljivih materijala (npr. volfram, grafit i dr.), slika 3/a, ili pak izmedu katode i
obratka, koji igra ulogu anode, slika 3/b. Da bi se elektrode poštedele od pregrevanja, a time produžio vek
njihovog trajanja, obavezno se primenjuje hlađenje vodom koja stalnocirkuliše.Proces obrade materijala bazira
na visokoj toplotnoj i kinetićkoj energiji luka plazme. Delovanjem ove dve energije pri udaru mlaza plazme
o površinu obratka dolazi do razvoja vrlo visokih temperatura koje izazivaju intenzivno rastapanje, a delimično
i isparavanje materijala obratka. Rastopljeni materijal se uklanja eksplozivnim delovanjem unutrašnjih
hidrodinamickih sila, kao i jakom strujom gasa plazme. Temperature na mestu obrade dostižu vrednosti 4000 do
16000 °C, pa i znatno više, što je sasvim dovoljno za trenutno rastapanje i metalnih i nemetalnihmaterijala.
Slika 3. Šematski prikaz nastajanja plazme a) pomoću dve elektrode b) pomoću elektrode i obratka[3]
5
Plazmu karakterišu veoma visoke temperature, brzina kretanja jonizovanih čestica, energetska nestabilnost
pri odsustvu stabilizirajućih faktora i elektroprovodljivost. Temperatura luka plazme je njegova najvažnija
karakteristika. Ona je veoma neujednačena, tako da se može uočiti više temperaturskih zona. Neujednačenost
temperatura u luku plazme je nepovoljno, s obzirom da bitno utiče na tačnost i kvalitet obrade. Zbog toga
se u sadašnjem trenutku, obrada plazmom i ne koristi u proizvodnim operacijama u kojima se zahteva visoka
tačnost mera i kvalitet obrađene površine. Brzina isticanja, odnosno kretanja joniziranih cestica, je druga važna
osobina plazme. Elektroprovodljivost plazme je takode njena važna karakteristika, jer omogućuje upravljanje
tokomšlazmepomocumagnetnihilielektromagnetnihpolja,štojeveomabitnokododreĐenihprimenaplazme.
2.1. INSTALACIJA ZA OBRADU PLAZMOM
U cilju postizanja najpovoljnijih tehnoekonomskih efekata obrade, postrojenje za obradu plazmom mora da
sadrži sledece najvažnije elemente: generator jednosmerne struje za napajanje, sisteme za dovodenje plazma
gasova i vode za hlađenje, odgovarajući tip plazmatrona, kao i sistem za kontrolu procesa obrade i upravljanje,
(slika4).
Od svih elemenata koji čine postroje (slika 3)
najinteresantniji su plazmatroni, u kojima se dobija
luk plazme, kao i plazma- gasovi, dok se ostali
elementi mogu smatrati standardnim uređajima čija
se primena sreće i u drugimpostrojenjima.
Slika4.; Struktrurna šema postrojenja za obradu plazmom
[1]
Plazmatroni su uređaji u kojim se stvara plazma, pored pomenutog naziva u literaturu se može još sresti i
nazivi kao što su: plazmagorac, plazmatron, mlaznik, gorionik, itd. U cilju realizacije različitih proizvodnih
operacija obrade plazmom, razvijen je čitav niz razlicitih konstruktivnih rešenja plazmatrona. Postoje tri
osnovna tipa plazmatrona: otvoreni, zatvoreni i kombinovani. (slika 5).
7
3. PRIMENA PROCESA PLAZMAOBRADE
Kao što je na početku istaknuto, plazma se veoma uspešno koristi za izvođenje čitavog niza proizvodnih
operacija od kojih su najvažnije: sečenje metalnih i nemetalnih materijala, zavarivanje, topljenje metala,
nanošenje tvrdih prevlaka na elemente mašina i alate, predgrevanje materijala pri obradi rezanjem, pri izradi
delova od teškoobradljivih materijala i dr.
Sečenje metalnih i nemetalnih materijala, koji se drugim postupcima obrade teško mogu obrađivati, jedna
je od najčešćihih proizvodnih operacija. Ovim postupkom mogu se seći čelici cija debljina može da ide i do
150mm. Najčešće se koristi u brodogradnji, industriji sudova pod visokim pritiskom (cisterne, rezervoari
isl.)mostogradnji, teškoj mašingradnji, jednom rečju svuda gde se koriste metalni limovi velikih debljina.
Na slici 6 dat je šematski prikaz instalacijeza
sečenje materijala plazmom sa osnovnim
elementima. Rezovi mogu biti bilo koje
konfiguracije, znači i vrlo složene, što se
kod savremenih instalacija
ostvarujesistemimasa
numeričkim
upravljanjem.[1]
Zavarivanje plazmom (slika 7) se sve više koristi u praksi, jer u poređenju sa drugima postupcima
zavarivanja omogućuje: veću dubinu uvarivanja, manju širinu zavara, užu zonu termičkog uticaja, veću brzinu
rada i bolji kvalitet zavara. Zavarivanjem plazmom mogu se, u jednom prolazu, zavariti elementi debljine i do
20 mm, cime se, u poređenju sa klasičnim postupcima zavarivanja, obezbeđuje veća produktivnost obrade,
