《等离子体加工》PPT课件.ppt

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1、5.等离子体加工(Plasma Arc Machining,PAM),5.1 等离子体物质的第四状态,等离子体的组成,原子的激发与电离,等离子体的产生方法,利用电场作用获得等离子体气体种类,等离子弧形成过程,激活开路电压、气体流向割炬 气流稳定后，激活高频电路,利用等离子弧进行加工 关闭高频电路，同时打开主电源,常用等离子弧,等离子弧形成中的三效应机械压缩效应，热收缩效应，磁收缩效应,等离子弧温度分布,能量密度：106 W/cm2温度：500028000速度：104107m/s,等离子弧的分类,等离子喷嘴,孔径D决定对等离子弧的压缩能力，但过小时易导致等离子弧不稳定孔径与工作电流大小有关，14

2、00A时，孔径为0.55mm喷嘴的长度L越长，压缩能力越强，但过长时损耗大，切割时L/L=1.52.5；喷涂时L/D=56,电极,电极材料：钍钨、铈钨、锆钨直径：工作电流为1400A时，0.254mm电极端部：3060度锥角（电弧稳定性）,等离子弧的特点,能量密度大(106W/cm2)、温度高(500028000)电弧的方向性好（刚性）较好的稳定性和可控性（电流可小于0.1A）有双弧现象，影响加工精度设备投资大,5.2 等离子切割(PlasmaCutting),等离子弧切割,等离子弧切割系统的组成,等离子体切割工艺指标,厚度为25mm铝板：切割速度为760mm/min厚度为6.4mm钢板：切割

3、速度为4060mm/min切边的斜度：一般为27度；最好12度切缝宽度：厚度小于25mm 的金属：切缝宽度为2.55mm厚度150mm的金属，切缝宽度为1020mm加工精度：孔径10mm以内，钢板厚度4mm时，0.25mm钢板厚度35mm，精度为0.8mm表面粗糙度Ra1.63.2m，热影响层分布的深度为15mm,三种切割方法对比,等离子切割 火焰切割 激光切割,气割与等离子弧切割对比,气割原理,气割 等离子切割,改进的等离子切割,传统的切割方法 气体保护切割（防止切割时氧化切割表面）,水保护切割（防氧化、冷却工件和喷嘴）水射流保护切割（水压缩）,额定电流小于100A,额定电流达到750A,等

4、离子切割工艺方法,手动切割 机动切割 机器人切割,刨削 破口 打标,等离子切割工艺应用,造船行业切割钢板,各种金属结构加工,等离子切割工艺应用,各种钢材原材料切割,建筑行业各种金属结构加工,等离子切割工艺应用,装饰品的切割 艺术品的制作,切割清除 拆毁,等离子弧切割质量,改善切口质量的方法：回旋气流切割法,存在问题,回旋气流法割法,回旋气流喷枪及加工机床,回旋气流切割效果,等离子回旋气流切割法,等离子精细切割,5.3 等离子焊接(Plasma Welding),等离子焊接,TIG 焊接,焊缝的形成,等离子焊接系统的组成,等离子焊接机器人,等离子焊接机器人,等离子焊接的特点,能量密度大，焊接速度

5、快电弧方向性强，无电极损耗，焊接过程稳定，易于自动化熔池内温度高，电弧搅动性好，以排除熔池内气泡熔透能力强，焊缝深宽比较大，热影响区小,单位：mm,等离子焊接样件,等离子焊接样件,SUS430 t=0.3 1365H270,等离子焊接样件,焊接前 焊接后,5.4 等离子喷涂(Plasma Spraying),传统的热喷涂原理,等离子喷涂,等离子喷涂,等离子喷涂结合,涂层剖面 涂层表面,等离子喷涂设备组成,等离子喷涂的特点,热源温度高，适用于难熔材料的喷涂、难熔材料的复合涂层射流速度大（几十至几百米秒），涂层结合强度高、气孔率低（体积百分比：15%左右）喷涂过程对基体的热影响较小（30180），

6、可对已成型工件进行表面喷涂采用惰性气体保护和加氢气体还原等方法，降低喷涂颗粒氧化喷涂工艺规程稳定，操作比较简便，喷涂效率较高,等离子喷涂,等离子喷涂工艺,根据对涂层的性能要求，确定涂层的材料和厚度确定工艺参数：压力、粒度、喷枪与工件的相对运动速度表面预处理：表面清理（酸浸、机械打磨、喷砂）：清除油污，铁锈，漆层等表面粗化（喷砂、开槽车螺纹、拉毛）：增强结合力，消除应力非喷涂部位的保护 喷涂前预热工件（100200）喷结合层打底（厚度100200m，距离在般控制在180200mm）除去灰粉和氧化膜喷涂工作层：距离控制在180200mm，相对移动速度70150mm/s，温度250 喷后工件冷却：自

7、然冷却封孔机械加工,等离子喷涂的应用零件修复,等离子喷涂修复过程-1,已磨损件,车削磨损表面,等离子喷涂修复过程-2,等离子喷涂,表面处理,等离子喷涂修复过程-3,磨削喷涂表面,已磨损件,等离子喷涂的应用改善表面性能,等离子喷涂的应用改善表面性能,热交换器(提高热传导)加热管（提高高温耐蚀性）,真空等离子喷涂（Vacuum Plasma Spraying）,低真空（413kPa）,喷气机引擎叶片(镍合金)汽轮机叶片 医疗,真空等离子喷涂,低真空（413kPa）,喷气机引擎叶片(镍合金)汽轮机叶片,真空等离子喷涂的特点,涂层结合强度高热能利用率高，粉末沉积效率高涂层残余应力小，可以制备厚涂层涂层

8、过程中喷涂粒子无氧化或被污染设备复杂，运行成本高,超音速等离子喷涂,金属及其合金涂层喷涂粒子速度为350-450m/s粉末沉积效率70-80%孔隙率2%金属陶瓷涂层粒子速度为400-500 m/s粉末沉积效率50-65%孔隙率1-2%氧化物陶瓷涂层粒子速度为550-750 m/s粉末沉积效率40-60%孔隙率1-5%,5.5 等离子堆焊(PlasmaTransferred Arc),等离子堆焊,等离子堆焊修复,5.6 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering）,在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结,放电等离子烧结,脉冲电压,加压,加压,放电等离子烧结原理,传统的热压烧结

9、：焦耳加热+加压塑性变形促进烧结放电等离子烧结：焦耳加热+加压+粉末颗粒放电脉冲放电粉体间产生火花放电（瞬间产生高温等离子体）瞬时高温场实现致密化的快速烧结,+,焦耳加热+加压 粉末颗粒放电,放电等离子烧结,放电等离子烧结设备组成,放电等离子烧结设备,放电等离子烧结的优势-1,脉冲放电冲击波、电子和离子的高速流动去除粉末表面吸附的气体及氧化膜净化和活化粉末,放电等离子烧结的优势-2,高频脉冲（颗粒未接触部位产生放电热+颗粒接触部位产生焦耳热）促进颗粒表面原子的扩散烧结速度,放电等离子烧结的优势-3,ON-OFF快速脉冲使颗粒内的放电部位及焦耳发热部位都会快速移动烧结均匀性,放电等离子烧结的应用,放电等离子烧结的应用,放电等离子烧结法快速制造模具,放电等离子烧结法连接技术,不锈钢+铜 铝+钢 铝+黄铜+紫铜,细管 内接钢球 异形件,等离子体冶炼,用于普通方法难于冶炼的材料高熔点的锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属用于简化工艺过程直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 获得Zr、Mo、Ta和Ti等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等,