Плазменная обработка металлов

Плазменную обработку металлов осуществляют с помощью струи плазмы.

Сжатая электрическая газовая дуга обдувается, формируется плазменный поток. Дуга прогревается и становится ионизированной, то есть возникают частицы, имеющие положительный и отрицательный заряд. Как правило, температура на поверхности потока плазмы составляет 15000 градусов по Цельсию.

Особенности процессов плазменной обработки металлов

Как может производиться плазменная резка? Ответ на этот вопрос можно получить прочитав статью или посетив семинары на нашей выставке «Металлообработка».

Для начала следует отметить, что плазменную резку в зависимости от способа обработки подразделяют на поверхностную и разделительную. Поверхностный способ не получил широкого распространения.

В производстве чаще всего прибегают к разделительной технологии. Для резки поверхностным методом потребуется плазменная дуга и струя. В первом случае металл подсоединяется к электрической цепи. При работе по второму варианту дуга образуется между электродами. При этом сам лист к электрической цепочке не присоединяется.

Производительность резки плазмой значительно превышает производительность кислородной резки. Тем не менее для резки титановых и остальных деталей с большой толщиной рекомендуют остановиться на резке с использованием кислорода.

Для цветных металлов, а в особенности алюминия, обязательна плазменная резка. Плазменная обработка объективно менее опасна для человека (не используется сжатый кислород или горючий газ) и окружающей среды.

Кроме того, только эта технология позволяет выполнять фигурную резку металла. Одну и ту же работу техникой плазменной обработки металла в сравнении с газовой резкой выполняют быстрее.

Плазма образуется из активных (кислород) и неактивных (водород, азот и другие) газов. С помощью активных газов можно вырезать черные металлы (медь, сталь, алюминий). Неактивные газы применяют в случаях, когда требуется произвести нарезку цветных металлов.

В целях облегчения процесса резки металлов были разработаны полуавтоматы, а также мобильные инструменты. Весь ассортимент современного оборудования для плазменной обработки металлов можно увидеть на выставочной экспозиции. Переносные машины нуждаются в сжатом воздухе, а полуавтомату требуется газ.

Ручные автоматы для плазменной нарезки металлов

Ручные автоматы предназначены для плазменной нарезки металлических изделий дома. Домашний комплект состоит из плазмотрона, коллектора и зажигалки. Зажигалка возбуждает режущую дугу. Такой комплект позволяет выполнить определенный объем работ без полной загрузки инструментов. Без сварочных преобразователей, а также выпрямителей в этом случае не обойтись.

Что происходит во время процесса резки?

Резка металлов начинается с возбуждения плазменной дуги. В процессе нарезки многие специалисты рекомендуют поддерживать расстояние от 3 до 15 миллиметров между металлической поверхностью и соплом.

В то время пока ток возрастает и увеличивается расход кислорода, коэффициент полезного действия электрода и сопла уменьшается с большой скоростью.

Самым сложным этапом процесса сварки является просверливание отверстия. Дело в том, что в этот момент существует большая вероятность появления двойной дуги. Плазмотрон в таком случае ломается.

Правила при плазменной обработки металлов

Во время работы с вышеперечисленным оборудованием чрезвычайно важно соблюдать некоторые правила в работе с инструментом. Он должен располагаться на 2-2.5 сантиметра выше поверхности детали. Когда плазмотрон пробил отверстие, он принимает рабочее положение. Излишне толстые листы потребуют защитного экрана с диаметром в 1-2 сантиметра. С этой целью плазмотрон и деталь разделяют защитным экраном.

Резка алюминия смесью, включающей аргон и водород, значительно повышает постоянство горения дуги. При этом процентное содержание водорода не должно превышать 20%. Работы с медными изделиями производят водородосодержащими смесями.

Чтобы порезать латунь, необходима смесь с азотом или азотом и водородом. После завершения всех работ требуется произвести зачистку меди на глубину в 1 миллиметр. Однако это требование абсолютно не актуально при работах с латунью.

Особенности плазменной обработки поверхности

Плазменная обработка поверхности металлов – разделительная и поверхностная резка, нанесение покрытий, наплавка и сварка, для которых применяется ионизированный газ. Получают данное агрегатное состояние вещества изотермическим нагревом аргона, водорода, азота или кислорода.

Температура перехода газа в плазму 5 тыс. К, при этом разрушается внешняя оболочка атомов, и освобождаются электроны, ионизируя среду.

Плазменная обработка поверхности – обязательная составляющая подготовительных процессов перед ультразвуковой сваркой, которая влияет на:

  • прочность шва;

  • соединение с адгезивами и компаундами;

  • качество последующих этапов технологического цикла.

Основной фактор, влияющий на эксплуатационные характеристики выпускаемого продукта, – прочность соединительного шва.

Допустимые значения данного показателя обеспечивают 4-ре компонента:

  • характеристики соединяемых материалов;

  • диаметр проводника;

  • выбранный режим сварки;

  • чистота поверхности.

Обработка загрязненного материала (с неорганическими включениями или органическими следами фоторезиста или жиров) в серийном производстве становится причиной регулярных сбоев в работе оборудования и недостаточной надежности соединения.

Плазменная обработка поверхности или очистка применяется с целью предотвращения:

  1. Отслоения приваренного контактного вывода. Данная проблема особенно актуальна для УЗ-сварки золотых контактов, когда никель мигрирует из нижнего слоя наружу через тонкую оболочку Au и препятствует процессу соединения.

  2. Вырождение контакта. Кроме более активных металлов, снижают стойкость шва газовые включения – пустоты и фтористые соединения.

  3. Образования окислов. Алюминий и медь окисляются в атмосфере и без плазменной обработки не поддаются УЗ-сварке или образуют слабое соединение.

Чистка ионизированным газом модифицирует поверхность, в частности корректирует химический состав, коэффициенты гидрофильности и адгезии, оставляя первичными объемные характеристики. Изменения материала зависят от применяемого газа (Ar, O2, NO, NH3).

Кислород убивает органику, но неприменим для активных металлов, которые разрушаются при контакте с плазмой.

Ионизированный аргон ликвидирует механические загрязнения и укрупняет фактуру, что положительно отражается на надежности интерметаллического соединения.

Чаще всего на производстве применяют смесь из данных газов. На примере изображен контакт после плазменной обработки Ar/O2 (90%/10%), который позволил повысить значение усилия на отрыв с 4-х до 10 гр.

Преимущества применения плазменной обработки поверхности

Рентабельность закупки оборудования плазменной очистки для предприятий, на которых ультразвуковая сварка, – часть технологического процесса (выпуск светодиодных модулей, микросхем) – экономически обоснована:

  • предотвращается неприварка и подъем шва;

  • сокращение количества ослабленных контактов;

  • минимальный и усредненный показатель прочности шва повышается;

  • уменьшение мощности сварочного оборудования от 10%, без влияния на итоговое качество соединения.

Этап создания проволочных выводов – не единственный, требующий предварительной плазменной очистки.

Flip-chip-контакты закрепляются адгезивом, так же, как и стандартные микросхемы покрываются аналогичными составами перед установкой кремниевого кристалла.

Заливочные компаунды используются для герметизации и нанесения люминофора в светодиодах.

Больше о современных методов плазменной обработки поверхности металлов можно узнать на ежегодной выставке «Металлообработка».

Классы чистоты обработки поверхности
Станки и оборудование для обработки поверхностей