В чем заключается сущность плазменной сварки - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

В чем заключается сущность плазменной сварки

Сущность процесса плазменной сварки

Плазменная сварка применяется при соединении некоторых марок нержавеющих сталей, тугоплавких и многих цветных металлов, также изделий из разных материалов.

Технология соединения металлов с помощью плазменной дуги открывает большие возможности в области сварки. Она основана на принципе расплавления сплавов узконаправленной струей плазмы, обладающей огромной энергией. Плазменная сварка применяется при соединении некоторых марок нержавеющих сталей, тугоплавких и многих цветных металлов, а также изделий из разных материалов.

Особенности технологии

Плазменная сварка основана на технологии аргонодуговой сварки. Различие этих технологий в особенностях дуги. В отличие от обычной электрической, дуга плазмы представляет собой сжатую плазменную струю, обладающую мощной энергией. Чтобы понять сущность процесса плазменной сварки, нужно знать, что такое плазма и условия ее возникновения.

Что такое плазма и как она возникает

Плазма — это состояние газа при его частичной или полной ионизации. Это значит, что он может состоять не только из нейтральных молекул и атомов, но и из электронов и ионов, обладающих определенным электрическим зарядом или полностью состоять из заряженных частиц. Для перевода газа в состояние плазмы нужно ионизировать большую часть его молекул и атомов. Чтобы добиться этого, необходимо приложить к электрону, входящему в состав атома, усилие, превышающее его энергию связи с ядром и помочь оторваться от него.

Для этого должны быть созданы определенные условия, которые и были разработаны в области получения плазменной дуги.

Первое упоминание о разработке плазменной сварки было в 1950 году. В 1960 году были представлены некоторые принципы получения плазменного потока и внедрена технология и оборудование плазменной сварки. У нас в стране исследованиями в этой области и разработкой технологии занимались в Институте металлов им. А. А. Байкова, руководил проектом Н.Н. Рыкалин. После изучения физических свойств и энергии сжатой электрической дуги в среде аргона, преобразованной в плазменную струю, были определены ее технические возможности в области сварки и разработано специальное оборудование.

Схема получения плазменной струи

Таким образом, для преобразования электрической дуги в наэлектризованную струю плазмы, необходимо выполнить два условия:

  • выполнить ее сжатие;
  • провести прогон через нее специального газа для создания плазмы.

Сжатие обеспечивает специальное устройство плазмотрона. В итоге, толщина струи уменьшается, а напор — возрастает. Одновременно к дуге подается газ, который под ее воздействием нагревается и превращается в плазму. За счет нагрева происходит расширение и увеличение объема газа. В результате из сопла он устремляется с большой скоростью. При этом, если обычный электрический разряд имеет температуру порядка 5000-7000 о С, то плазма может достигать 30 000 о С.

Для образования плазмы используют в основном аргон с добавлением небольшого количества гелия. Электрод должен быть также защищен нейтральным аргоном. В качестве электрода выбирают вольфрамовые изделия с добавлением тория или иттрия.

Технология плазменной сварки характеризуется высокой температурой и небольшим диаметром дуги, что обеспечивает ее значительную мощность.

Основные характеристики и преимущества

  • высокая температура плазмы, достигающая 30000 о С;
  • малое поперечное сечение дуги;
  • коническая форма дуги, характерная для аргоновой сварки, изменена на цилиндрическую форму;
  • малый диаметр струи позволяет значительно увеличивать давление, с которым она воздействует на металл. Оно выше, чем при аргонной сварке почти в 10 раз.
  • процесс сварки может поддерживаться небольшим током в пределах от 0,2 до 3,0 ампер.

Такие свойства плазмы обеспечивают существенные возможности этой сварки перед аргонодуговой сваркой:

  • обеспечивается более глубокий проплав шва;
  • уменьшается зона расплавления без разделки свариваемых кромок;
  • благодаря цилиндрической форме и способности увеличиваться по длине, с помощью плазменной дуги можно проводить сварку труднодоступных мест.

Недостатки технологии

  • во время ее проведения происходит частичное рассеивание энергии в пространство;
  • возникает потребность в плазмообразующем газе и охлаждении плазмотрона водой;
  • стоимость оборудования значительно выше стоимости аргонодуговых аппаратов.

Виды плазменной сварки

Плазменные устройства работают преимущественно с горелками, использующими постоянный ток.

Применяют две схемы работы:

  • С использованием дуги, образованной между неплавким электродом и свариваемой поверхностью металла;
  • С использованием струи плазмы, образованной между неплавким электродом и корпусом плазмотрона.

Соединение металлов с использованием плазмы разделяют также по значению величины используемого тока. Применяется следующие виды сварки:

  • микроплазменный вид, проходящий в интервале тока от 0,1 до 25 ампер;
  • сварка с использованием средних токов, величиной от 50 до 150 ампер;
  • сварка с использованием токов более 150 ампер.

При микроплазменной сварке металл практически не прогорает. В случае использования токов большого значения достигается полное проплавление шва с разделением изделий и последующей их заваркой.

Устройство и принцип работы плазмотрона

Используют два вида конструкций плазмотронов, работающих по схеме косвенного или прямого образования дуги.

Для плазменной сварки используют преимущественно плазмотрон, работающий по прямой схеме, когда катодом служит вольфрамовый электрод, а анодом — свариваемая поверхность. Именно тогда дуга приобретает форму цилиндра.При косвенной схеме работы струя плазмы имеет обычный конический вид.

Основными узлами такого устройства являются:

  • вольфрамовый электрод (катод), который образует одну связку с устройством подачи плазмообразующего газа;
  • корпус устройства;
  • сопло с формообразующим наконечником;
  • термостойкий изолятор;
  • охлаждающая система с использованием водной струи;
  • пусковое устройство.

Для возбуждения основной дуги к поверхности металла от аппарата подключается положительно заряженный кабель.

Для того, чтобы облегчить розжиг основной дуги, в камеру плазмотрона встроен вспомогательный электрод, выполняющий роль анода. При включении плазмотрона в сеть и его запуске этот электрод получает положительный заряд, образуя дугу с вольфрамовым катодом. Возникшая плазменная струя разогревает свариваемый металл и провоцирует розжиг основной мощной плазменной дуги по схеме “вольфрамовый катод-поверхность металла”. Выполнив свою функцию, дежурная плазменная дуга гасится, а аппарат продолжает работать на основной струе плазмы.

Оборудование для сварки плазмой

Для проведения плазменной сварки в нашей стране используют аппараты отечественного производства, наиболее востребованным из которых является мобильный аппарат универсального применения «ПЛАЗАР».

Также распространены в использовании плазмотроны зарубежного изготовления «FoxWeld PLAMA 33 Vulti», «BLUE WELD BEST PLASMA 60 HF» и другие.

Плазменная сварка

Содержание:

Чтобы металлические конструкции изделия были прочными и качественными, для соединения важных частей из стали применяется сварка. Эта технология используется на протяжении многих лет и за период ее существования появилось множество разновидностей, которые позволяют работать с разными материалами.

Плазменная сварка является популярной разновидностью, которую применяют многие опытные сварщики. В ее основе лежит принцип расплавления сплавов узконаправленной струей плазмы, которая обладает огромной энергией. Этот вид технологии используется для соединения некоторых марок нержавеющих сталей, тугоплавких и многих цветных металлов, а также изделий из разных материалов. Но все же перед тем как приступать к сварочным работам стоит предварительно рассмотреть важные особенности.

Сущность плазменной сварки

Плазменная сварка металла основывается на использовании технологии аргонодуговой технологии. Различие между этими двумя технологиями состоит в особенностях дуги. В отличие от электрической дуга плазма имеет вид сжатой плазменной струи, которая обладает мощной энергией.

Чтобы понять, в чем заключается сущность плазменной сварки, требуется для начала рассмотреть, что такое плазма и условия ее возникновения. Плазмой считается состояние газа при его частичной или полной ионизации. Это означает, что в его основу могут входить не только нейтральные молекулы и атомы, но и электроны, ионы, имеющие определенный электрический заряд, состоящие полностью из заряженных частиц.

Для перевода газа в состояние плазмы требуется провести ионизацию большей части его молекул и атомов. Чтобы это получить, необходимо приложить к электрону, входящему в основу атома, усилие, превышающее его энергию связи с ядром и помочь оторваться от него. Именно в этом состоит сущность плазменной сварки.

Особенности и характеристики процесса

Чтобы понять, что такое плазменная сварка, стоит рассмотреть ее важные особенности, а именно как производится процесс. Во время него обычно в области сваривания применяется очень высокая температура, которая образуется при принудительном уменьшении размеров сечения дуги и повышении ее показателей мощности.

В результате получается сварка плазменной струей, при которой показатели температуры могут доходить до 300000С. А вот при аргонодуговой сварке они могут быть всего 5000-70000С. Во время сварочного процесса дуга приобретает цилиндрическую форму, именно это позволяет сохранять одинаковый показатель мощности по всей длине.

Во время проведения плазменного сваривания наблюдается высокое давление дуги на поверхность свариваемых металлических элементов. Именно это позволяет оказывать воздействие практически на все виды металлов и сплавов.

Стоит отметить! Плазменную технологию сваривания можно применять при небольших величинах электрического тока. Процесс может осуществляться при 0,2-30 А.

Все эти особенности делают этот вид сварки практически универсальным. Он может с успехом применяться в труднодоступных зонах, при соединении тонких алюминиевых листов без возможных прожогов. Незначительное изменение расстояния между электродом и деталью не оказывает сильного воздействия на прогревание, а это значит, не влияет на качество шва, как это бывает в других видах сварки.

За счет того, что во время плазменной технологии наблюдается большая глубина прогревания деталей, это позволяет обходиться без предварительной подготовки кромок. Допускается проводить сваривание металлов с неметаллами.

В итоге происходит повышение производительности работ, уменьшение температурной деформации сварного соединения, это значит, что деталь конструкции не ведет. А вот сварка плазморезом позволяет проводить не только сваривание металлических конструкций, но и обеспечивает качественное разрезание металлов и неметаллов в разном положении.

Преимущества и недостатки

Плазменная сварка и резка является востребованной технологией, при помощи которой производят сваривание конструкций разного размера. Этот процесс имеет ряд положительных качеств:

  • повышенный показатель температуры плазмы, который может доходить до 300000С;
  • небольшое поперечное сечение дуги;
  • в отличие от газовой сварки скорость металла с толщиной от 5 до 20 см по плазменной технологии выше три раза;
  • наблюдается высокая точность сварных соединений, которые получаются в процессе плавления;
  • качество проведенных работ не требует проведения дополнительной обработки краев изделий;
  • плазменный сварочный процесс может применяться практически для любых типов металла. К примеру, при помощи него можно варить изделия из запорожской стали, меди, алюминия, чугуна;
  • во время проведения сварочных работ металл не подвергается деформациям, даже при вырезании сложных фигур;
  • плазменная технология предполагает проведение резки металлической поверхности, которая не прошла предварительную подготовку. К примеру, ее можно применять в случаях, когда на изделии присутствует ржавчина, краска;
  • нет необходимости применять аргон, ацетилен, кислород. Это позволяет существенно сэкономить;
  • наблюдается высокая степень безопасности проводимых работ. Это связано с тем, что во время сваривания не применяются баллоны с газом, которые выделяют токсичные пары. Также при неправильном применении и хранении они могут взорваться.
Читайте также:  Сварка труб электросваркой технология

У плазменного сварочного процесса имеются некоторые недостатки:

  • во время его проведения происходит частичное рассеивание энергии в пространство;
  • требуется использование плазмообразующего газа;
  • обязательно должно проводиться охлаждение плазмотрона при помощи воды;
  • высокая стоимость сварочных аппаратов.

Принцип работы

Перед тем как приступать к плазменной сварке стоит рассмотреть ее принцип работы. Во время процесс подается мощный электрический разряд, который превращает рабочую среду в плазменную. Образуется газ, который имеет высокую температуру.

За счет воздействия на металлическую поверхность потока ионизированного газа, проводимого электрическим током, происходит плавление металлической основы. Во время нагревания дуги газ подвергается ионизации, уровень которой увеличивается с повышением температурных показателей газа.

Плазменная струя, которая обычно имеет сверхвысокую температуру, повышенная мощность, это все формируется из обычно дуги после сжатия, вдувания в дугу. Она образуется при помощи плазмообразующего газа, в качестве которого часто применяется аргон, в редких случаях используется водород, гелий.

Плазменная сварка прямого действия

Что такое плазменная сварка прямого действия? Этот метод является распространенным, он осуществляется благодаря электрической дуге, которая образуется между электродом и рабочим изделием.

Технология плазменной сварки имеет некоторые характерные особенности:

  1. Плазменная сварка алюминия должна выполняться с максимальной осторожностью. Это связано с тем, что данный металл плавится при температуре 660,3 градусов.
  2. Обязательно нужно внимательно контролировать процесс, чтобы не допустить пропал.
  3. В инструкции к сварочным аппаратам всегда указывается таблица, в которой обозначается рекомендованная сила тока для каждого вида металла. К примеру, плазменная сварка нержавейки выполняется на среднем токе, а стали – на высоком.

Обратите внимание! В дуге с прямым действием изначально происходит возбуждение дуги на малых токах, между соплом и заготовкой. После того как плазма прикасается к свариваемой детали образуется основная дуга прямого действия.

Питание дуги производится при помощи переменного или постоянного тока с прямой полярностью. Ее возбуждение выполняется осциллятором.

Плазменная сварка косвенного действия

Перед тем как приступать стоит рассмотреть, что такое плазменная сварка косвенного действия. Во время этого метода образование плазмы осуществляется так же, как и при технологии прямого действия. Отличие состоит в том, что источник питания подключается к электроду и соплу, в результате этого между этими элементами образуется дуга, и на выходе из горелки появляется плазменная среда.

Скорость выхода потока плазмы находится под контролем давления газа. Секрет состоит в том, что газовая смесь при переходе в состояние плазмы увеличивает объем в 50 раз и благодаря этому вылетает из аппарата в виде длиной струи. Энергетические показатели расширяющегося газа совместно с тепловой энергией делают плазму мощным источником энергии.

К преимуществам сварки косвенного действия можно отнести:

  • обеспечивает бесперебойный рабочий процесс;
  • позволяет существенно сэкономить затраты на электрический ток;
  • за счет того, что во время сварочного процесса применяется высокое давление, газовые смеси практически не разбрызгиваются;
  • этот вид отлично подходит для сварки и резки металлов.

Важно! Плазменная сварка и резка металлов должна проводиться с использованием правильных режимов. Они должны осуществлять правильную подачу тока, учитывать типы свариваемых материалов, их показатели толщины, диаметр сопла плазмотрона. Для резки разных материалов должны применяться разные виды газов.

Устройство и принцип работы плазмотрона

Во время плазменного сварочного процесса применяется специальный аппарат, который выполняет роль плазменного генератора, он называется плазмотроном. Это устройство применяет энергию электричества для преобразования газа в состояние плазмы для сварки, которая в дальнейшем применяется для создания сварочной дуги.

Применяется два вида устройств, которые работают по схеме косвенного и прямого преобразования дуги. Плазмотрон для сварки плазмой идет прямого действия, когда в качестве катода применяется вольфрамовый электрод, а анода – свариваемая поверхность. Именно это приводит к тому, что дуга приобретает цилиндрическую форму.

К основным узлам плазмотрона относят:

  1. Вольфрамовый электрод (катод). Он образует одну связку с устройством подачи плазмообразующего газа.
  2. Корпусная часть прибора.
  3. Сопло с формообразующим наконечником.
  4. Термостойкий изолятор.
  5. Система охлаждения, для которой применяется водная струя.
  6. Пусковое устройство.

Для возбуждения основной дуги к поверхности металла от устройства подключается кабель с положительным зарядом. Появившаяся дуга ионизирует газ, который поступает из баллона или компрессора в камеру под давлением. При разогревании во время ионизации газ расширяется и выбрасывается из камерного пространства в форме струи с высокой кинетической энергией.

Стоит отметить! Чтобы облегчить розжиг основной дуги, в область камеры плазмотрона встроен вспомогательный электрод, который выполняет функции анода. При включении плазмотрона в сеть и запуске, данный электрод получает положительный заряд и образует дугу с вольфрамовым катодом.

Важные требования

Возможно, для многих плазменно-дуговая сварка покажется простым процессом, который можно с легкостью выполнить с первого раза не имея большого опыта. Однако во время него обязательно требуется соблюдать все важные правила технологии. К основным ошибкам относятся:

  • запоздалая замена сменных компонентов плазмотрона;
  • применение деталей с низким качеством или дефектами;
  • использование некорректных режимов, которые снижают длительность срока службы элементов;
  • отсутствие контроля за параметрами плазмообразующего газа;
  • применение высокой или низкой скорости резки по сравнению с предусмотренным режимом.

Все эти важные требования относятся к плазменному сварочному процессу, а также его подвидам – микроплазменной сварке, воздушно-плазменной сварке и другим методам. Обязательно требуется применять сварочный аппарат, который сможет обеспечить необходимые характеристики сварочного тока. Понадобится горелка, неплавящийся электрод, комплект шлангов для подачи или циркуляции охлаждающей жидкости и другие важные компоненты для работы.

Плазменный сварочный процесс считается востребованной технологией, которую активно применяют в разных областях промышленности – машиностроение, приборостроение, изготовление деталей высокой точности, ювелирная сфера и так далее. Этот метод отличается высокой точностью, он позволяет получить ровный шов отличного качества. Но все же его проведение должно осуществляться с учетом важных правил и требований.

Интересное видео

Плазменная сварка

Плазменная сварка — сварка, источником энергии при которой является плазменный поток.

Используется для сварки нержавеющих сталей, вольфрама, молибдена, сплавов никеля в авиационной промышленности, приборостроении. Плазменная сварка характеризуется глубоким проплавлением металла, что позволяет сваривать металлические листы толщиной до 9 мм. Выполняется в любом положении в пространстве.

Содержание

Сущность

В плазменной сварке для получении плазмы применяются плазменные горелки, состоящие из вольфрамового электрода, труб водяного охлаждения, подачи газа, сопла плазмы.

Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С, в отличие от плазмы электрической дуги, температура которой — 5000–7000°С.

В плазмотроне в зону плазменной дуги подводится газ, образующий плазму. Газ нагревается дугой и ионизируется. Благодаря тепловому расширению газа, увеличивающему объём газа в 50–100 раз, происходит скоростное истекание его из канала сопла плазмотрона. Кинетическая энергия ионизированных частиц газа и тепловая энергия является основными источником энергии для сварки.

В плазмотроне используется в основном горелки постоянного тока.

В плазменной сварке возможны следующие разновидности:

  • сварка плазменной дугой, горящей между не плавящимся электродом и изделием,
  • сварка плазменной струей, горящей между не плавящимся электродом и соплом плазмотрона. Плазма выдувается газовой струей.

В качестве плазмообразующего газа используются: азот, кислород, аргон, воздух.

Разновидности

В зависимости от величины тока в плазме различают следующие виды плазменной сварки: микроплазменная (0,1–25 А); на средних токах (50–150А); на больших токах (ток более 150А).

Микроплазменная сварка позволяет избежать прожогов в металле. Сварка на больших токах происходит с полным проплавлением металла. Возможна сварка толщин до 8 мм за один проход, без разделки кромок, что позволяет экономить производственное время, затрачиваемое на подготовку кромок и время, затрачиваемое на несколько проходов.

Преимущества

Сварка плазменной дугой в отличие от дуговой электрической имеет следующие преимущества:

  • в плазменной сварке процесс сварки менее чувствителен к изменению длины электрической дуги;
  • процесс протекает с большей температурой;
  • имеет меньший диаметр дуги, которая имеет цилиндрическую форму;
  • дуга горит на малых токах — от 0,2 до 30 А.

Оборудование

Подразделяется на профессиональное и непрофессиональное.

К непрофессиональным относятся отечественные аппараты «ПЛАЗАР» (универсальный, мобильный плазменный аппарат), Мультиплаз, Горыныч. Предназначены для сварки небольших объемов металла и толщин, применяются для ручной сварки. Как правило, плазменная струя получается при использовании спиртовых растворов или воды.

К профессиональным – предназначенным для постоянного применения на производстве, работающих в среде защитных газов аргон, для сварки больших объемов металла, для автоматической сварки – Migatronic (Дания), SBI (Австрия), EWM (Германия) и другие.

Такие аппараты как FoxWeld PLASMA 33 Multi, BLUE WELD BEST PLASMA 60 HF, Helvi Combi PC 302 и др. не относятся к аппаратам плазменной сварки, они относятся к аппаратам плазменной резки.

Литература

Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).

Ссылки

1) Отличительные особенности плазменной сварки

2) Плазменная точечная сварка: особенности, преимущества и применение

3) Плазменная шовная сварка: особенности и преимущества при сварке различных металлов

В чем заключается суть плазменной сварки?

Плазменная сварка это относительно новая технология. ее применение постоянно ширится и захватывает все новые области. Этот способ варить и резать металлы позволяет работать быстро, с минимальным расходом ресурсов и получать поверхности, не нуждающиеся в дальнейшей обработке. Сложность и дороговизна оборудования стоят на пути повсеместного распространения метода.

В чем заключается сущность?

Плазма представляет собой ионизированный газ, атомы которого под действием электродуги лишаются одного или нескольких электронов. Такой газ обладает высоким энергетическим потенциалом и способен расплавить даже самые тугоплавкие материалы. Установка создает узко сфокусированный поток пламени с температурой до 30 000оС, это в 5 раз больше, чем может развить аппарат дуговой сварки.

Читайте также:  Сварка разнородных сталей нержавеющей и обычной

Для создания плазменного факела используется специально сконструированная плазменная горелка, которую называют плазмотроном. В центре ее расположен неплавкий вольфрамовый электрод, сопло для формирования потока плазмы и форсунки подачи горючего и защитных газов. В сопло встроена система жидкостного охлаждения, чтобы защитить его от перегрева.

Такое оборудование позволяет разрезать и сваривать заготовки толщиной до 10 мм, поверхность шва или разреза отличается идеальным качеством и не требует дополнительной механической обработки. Сварочному аппарату на плазме доступны все сварочные положения.

Плазменная сварка применяется везде, где требуется создать неразъемное соединение материалов высокой прочности, в том числе и плохо поддающихся обработке. Свариваются цветные и легкие металлы, нержавеющие, жаростойкие, инструментальные и другие высоколегированные сплавы. В процессе работы расходуется малое количество материалов и минимизируются отходы. Это делает его выгодным для работы с драгоценными и редкими металлами при создании высокотехнологичной продукции.

Метод используется в таких областях, как:

  • точное машиностроение,
  • аэрокосмическая промышленность,
  • оборонная техника,
  • ювелирное дело и др.

Дуга при плазменной сварке и резке может быть двух типов:

  • между заготовкой и неплавким электродом,
  • между проводящим соплом плазмотрона и неплавким электродом.

В качестве рабочего газа, из которого возникает плазменный поток, используют:

Исходя из значений рабочего тока различают:

  • микросварку, до 25А
  • средние токи, 25-150А,
  • большие токи, более 150А.

Плазменная технология в резке и сварке реализуется двумя способами: прямого и косвенного действия.

Что такое плазма и как она возникает?

Плазмой называют особое состояние газа, при котором его атомы подверглись ионизации, то есть потеряли со своих орбит электроны. Чтобы выбить электроны с атомарных орбит, требуется приложить значительную энергию. Она затрачивается на инициацию плазменной дуги, в дальнейшем она поддерживает себя сама.

Получившееся газовое облако содержит в себе отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы – атомы, потерявшие свои электроны. В облаке также присутствует некоторой количество обычных атомов, сохранивших свои электроны.

Исследования в области применения плазменного факела для сварки начались во второй половине XX века. Первые образцы оборудования были созданы в 60-х годах. Современные установки далеко ушли вперед. Они более мощные, экономичные, точные, проще в обслуживании и в тысячи раз дешевле первых образцов. Последние факторы сделали возможным применение метода на небольших предприятиях и даже в домашних мастерских.

Схема получения струи

Сущность ионизации газовой струи, выходящей из форсунки, заключается в воздействии на нее электродугой и повышенным давлением.

Форма форсунки спроектирована так, чтобы снизить сечение струи и сжать выходящий газ. Через него пропускается электродуга, и он ионизируется.

Прямого действия

Принцип работы подразумевает создание электродуги между неплавящимся электродом и заготовкой. Вначале разжигается первичная дуга, потребляющая слабый ток и используемая для ионизации факела. После того, как проводящий электричество столб плазмы касается заготовки, замыкается главная цепь и зажигается высокоэнергетическая плазменная дуга.

Оборудование может работать на переменном и постоянном токе прямой полярности, для возбуждения и стабилизация дуги используется осциллятор.

Косвенного

Способ возбуждения дуги косвенного действия похож на предыдущий, с тем различием, что она разжигается между электродом и проводящим наконечником сопла, на который подается положительный потенциал.

Прямое (слева) и косвенное действие (справа).

Поддерживать плазменный разряд можно при минимальных значениях тока и расходе газа. Он используется для сваривания или раскроя малогабаритных заготовок. При этом минимизируется разбрызгивание расплава.

Микроплазменная

Суть процесса заключается в том, что между неплавящимся электродом и соплом разжигается первичная слаботочная дуга. При приближении плазмотрона к заготовке поджигается основная, рабочая дуга, которой и варят.

Способ используется для сваривания заготовок не толще 1,5 мм, благодаря малому диаметру активного пучка плазмы не возникает перегрева малогабаритных деталей, прожогов и других дефектов.

Состав газовой смеси зависит от свариваемых материалов и толщины заготовок. Чтобы работать с легированной сталью, к аргону добавляют до десятой части кислорода, при соединении низкоуглеродистых сплавов – CO2, а для титана- гелий.

Аппараты для резки

Приборы отличаются небольшими габаритами и малым потреблением энергии. Они оснащены многоуровневой системой защиты, отключающей подачу тока и газа при наступлении нештатной ситуации: перегрев, срыв дуги, неисправность подсистем. Устройства снабжены автоматическим розжигом, регулировками рабочих режимов и подачи газа. Микроплазменная горелка снабжена удобной пистолетной рукояткой и кнопкой аварийного отключения.

Предназначены для сборки малогабаритных элементов конструкций в приборостроении, аэрокосмическом и точном машиностроении, медицине, электронике.

Агрегат для работы

Плазменный сварочный аппарат собран в компактном корпусе, внешне напоминает сварочный инвертор и весит до 10 килограммов. Он пригоден для ручной переноски. Внутри размещен источник питания, управляющая электроника, газовое оборудование и жидкостный насос.

Универсальным рукавом к корпусу подключается горелка на пистолетной рукоятке, по рукаву подается напряжение, газ и охлаждающая жидкость.

С помощью дополнительных функций, кроме резки и сварки становятся доступны следующие операции:

  • пайка проводов и конструкций,
  • воронение металла,
  • оксидирование деталей,
  • закалка изделий.

Модели начального уровня стоят до 30 тыс. руб.

Полупрофессиональные аппараты для плазменной сварки с рабочим током до 150А обойдутся до 150 тыс. руб. Они содержат также блок коррекции ошибок и продвинутую систему безопасности.

Как сделать своими руками?

Аппарат можно смастерить на основе сварочного инвертора.

Анод и сопло

Плазмотрон наиболее сложный узел устройства. Ее детали можно выточить на токарном станке из бронзы. Очень важно точно следовать размерам с чертежа, отклонение в десятую миллиметра может сделать устройство неработоспособным.

Две полуцилиндрические заготовки следует припаять друг к другу так, чтобы возникло пространство для охлаждающей жидкости. Диаметр сопла, которое также будет и анодом, от 1,8 до 2 мм.

Охлаждение

Систему можно построить на базе помпы омывателя стекла от машины. Возвратная трубка выводится в бачок омывателя, 12 вольт для питания насоса можно взять с блока питания инвертора.

Катод

Подойдет остаток вольфрамового 4-мм электрода. На нем нужно будет нарезать резьбу для завинчивания в корпус горелки.

Корпус

Изготавливается из диэлектрического термостойкого материала. Он должен удобно лежать в руке. Внутри монтируются патрубки для подачи газа и жидкости системы охлаждения.

Преимущества и недостатки

Технология обладает следующими достоинствами:

  • производительность,
  • энергоэффективность,
  • высокое качество поверхности после сварки или резки,
  • отсутствие шлаков, минимальные отходы,
  • управление глубиной провара,
  • удобство в эксплуатации.

Присущ ей и ряд недостатков:

  • высокая стоимость аппаратуры,
  • сложность настройки и обслуживания,
  • необходимость в постоянном охлаждении.

Несмотря на все еще высокую себестоимость погонного метра сварки, высокая точность и качество поверхности открывают перед методом широкие перспективы. С помощью плазменной сварки осуществляются и высокотехнологичные проекты, и домашняя сварка.

Процесс

Процесс плазменной сварки начинается с двух ключевых моментов:

Возбуждение дуги

Источник питания выдает разряд и поджигает первичную дугу малым током в 5-7 ампер.

При касании заготовки будет разжигаться основная, рабочая дуга.

Нагнетание газа

Для сварки необходим аргон, он создает защитную атмосферу. Однако для резки металла можно применить сжатый воздух, это заметно снижает себестоимость работ. Его можно подавать от компрессора с ресивером. Ресивер необходим для компенсации резких перепадов давления при включении и выключении компрессора. Воздушную магистраль в обязательном порядке необходимо оснастить осушителем.

Советы от профессионалов

Опытные мастера сформулировали ряд рекомендаций:

  • перед сваркой проверить исправность оборудования, целостность изоляции, отсутствие утечек газа,
  • рабочее место должно быть чистым, не захламленным, не содержать легковоспламеняемых материалов,
  • при работе нужно пользоваться средствами индивидуальной защиты: перчатки, плотная несгораемая одежда, маска сварщика с адаптивным светофильтром, респиратор,
  • сварку нужно вести на минимальных значениях тока,
  • по окончании сварки сопло плазмотрона следует продуть сжатым воздухом.

Заключение

Плазменная сварка прогрессивная технология, приобретающая все большую популярность. Она позволяет сваривать любые металлы с высокой точностью и прочностью. Из производственных цехов способ шагнул и в частные мастерские.

§ 46. Сущность процесса и область применения ручной плазменной сварки.

О плазме, как о четвертом состоянии вещества, ученые-физики стали упоминать сравнительно недавно. Впервые термин «плазма» был введен в 1923 г. американскими учеными И. Ленгмюром и Л. Тонксом, кинетика плазмы также рассматривалась в 1936 г. в работах советского ученого Л. Д. Ландау.

В настоящее время выделен особый вид сварки – плазменная сварка, которая наряду с общими признаками имеет существенные отличия от дуговой сварки. В плазменной сварке основным источником энергии для нагрева металла служит – ионизированный и нагретый газ. Газом для образования плазмы служат аргон или гелий, являющиеся также и защитными газами.

При плазменной сварке, как и при плазменно-дуговой резке, имеются две схемы получения дуговой плазмы: прямого и косвенного действия. При плазменной дуге прямого действия (рис. 62, а) свариваемое изделие включено в сварочную цепь дуги. В этом случае активные пятна располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной дуге косвенного действия (рис. 62, б) активные пятна дуги располагаются на вольфрамовом электроде и на сопле плазмотрона.

Рис. 62. Схема получения плазменной дуги прямого (а) и косвенного (б) действия:

1 – источник тока, 2 – вольфрамовый электрод, 3 – газ, 4 – сопло плазмотрона, 5 – плазменная струя

Газ, подаваемый в сопло плазмотрона, проходя столб дуги, нагревается, увеличивается в объеме и ионизируется. Эти процессы зависят от температуры, до которой нагревается газ. Газ, подаваемый в сопло, сжимая столб дуги, повышает его температуру.

Следует также отметить, что в плазменной дуге косвенного действия одно из активных пятен дуги находится на сопле плазмотрона, а плазма выдувается через отверстие сопла, что позволяет использовать такой вид плазмы для сварки и резки неэлектропроводных материалов. Температура плазменной струи косвенного действия достигает 16000°С, а прямого действия – 30000°С. Форма поперечного сечения любой плазменной струи строго определяется формой выходного отверстия сопла. При сварке плазмообразующий газ может быть и защитным, иногда необходима подача автономной – отдельной струи защитного газа. Защитный газ омывает столб плазмы и интенсивно его охлаждает, уменьшая диаметр струи, поэтому возможна высокая концентрация плазменного потока (микроплазма) при малых токах дуги (до 30 А).

Читайте также:  Сварочный автомат для сварки металла

Плазменная струя имеет широкий диапазон технологических свойств. Ее тепловая эффективность определяется обычными и специфическими параметрами дуги. Например, обжатие дуги, которое увеличивается с ростом скорости протекания газа и зависит от диаметра и длины канала плазмотрона и расхода газа, повышает температуру дуги. Тепловое воздействие определяется также расстоянием от торца сопла до поверхности свариваемого изделия, составом плазмообразующего газа и силой тока.

В дуге прямого действия вначале возбуждают маломощную вспомогательную дугу между соплом и изделием, после касания плазмой свариваемого изделия возбуждается дуга прямого действия. Дуга питается постоянным током (минус на электроде), источники питания должны иметь крутопадающую характеристику с напряжением холостого хода до 120 В при сварке и до 300 В и выше при резке. Питание дуги может выполняться переменным и постоянным током прямой полярности, а ее возбуждение осуществляется осциллятором.

Серьезным и весьма существенным недостатком плазменной сварки и резки является малая стойкость сопл плазмотрона, разрушающихся от тепловой нагрузки или от двойной дуги, возникающей в плазмотроне прямого действия (между соплом и изделием). При плазменной сварке шов создается за счет расплавления свариваемых кромок, а иногда и присадочного металла. Без разделки кромок за один проход можно сваривать стыковые соединения металла толщиной до 15 мм. В некоторых случаях сварка выполняется с образованием сквозного отверстия в основном металле.

Плазменная сварка по сравнению с дуговой имеет следующие преимущества:

более высокая производительность и проплавляющая способность;

малая чувствительность к колебаниям длины дуги;

возможность удаления вольфрамовых включений из расплавленного металла сварочной ванны;

возможность сваривать практически все металлы как в нижнем, так и в вертикальном положениях.

В настоящее время в институте электросварки им. Е. О. Патона разработан способ микроплазменной сварки, а также создана аппаратура для этого способа на постоянном токе 0,5-10 А. Этот способ применяют для сварки изделий из нержавеющей стали, меди, титана, никеля, алюминия, ковара, серебра и даже золота толщиной 0,2- 0,6 мм.

Источник питания и горелка обеспечивают образование плазмы в виде «иглы», что позволяет получать узкие сварные швы при малой зоне термического влияния. Малая зона термического влияния значительно снижает образование деформаций свариваемого металла.

Плазмообразующим газом служит аргон, а защитным – аргон, гелий, углекислый газ или разные смеси газов, в том числе и с водородом. При включении источника питания между вольфрамовым электродом и медным соплом вначале зажигается дежурная малоамперная дуга, а затем при подведении горелки к свариваемому изделию возникает микроплазма. Стабильное и устойчивое горение микроплазмы на токах до 10 А позволяет ее растягивать на длину до 8 мм, что дает возможность автоматизировать и механизировать процесс с введением в зону плазмы присадочного металла. При микроплазменной сварке высокое качество сварного шва могут обеспечивать даже сварщики невысокой квалификации.

Плазменная сварка

Плазменная сварка относится к дуговым видам сварки, при этом в качестве источника нагрева свариваемых заготовок деталей используется сжатая дуга.

Первое упоминание о разработке плазменной сварки относится к 1950-м гг. В течение 1960-х гг. были предложены несколько принципов формирования плазменно-газового потока, разработаны и внедрены оборудование и технология этого процесса в производство. Не прекращаются развитие, совершенствование плазменной сварки и поиск новых областей ее применения как у нас в стране, так и за рубежом.

Плазмой принято считать частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул ионов и электронов. Типичное плазменное состояние вещества имеет место в электрическом газовом разряде. Плазма газового разряда в зависимости от состава среды характеризуется температурами от 2000 до 50 000 °С.

Плазменной называют сварку сжатой дугой. Столб дуги помещают в узкий канал, который ограничивает его расширение. Устройства для получения сжатой дуги называют плазмотронами (рис. 1.29). Простейший плазмотрон состоит из изолятора 1, неплавящегося электрода 2 и медного охлаждаемого водой сопла 3. В сопло тангенциально (по касательной к его цилиндрической поверхности) или аксиально (вдоль оси электрода) подают плазмообразующий инертный, нейтральный или содержащий кислород газ, который в столбе дуги нагревается до высокой температуры. Плазмотроны могут работать на постоянном или переменном токе.

Рис. 1.29. Схемы дуговых плазмотронов прямого (а) и косвенного (б) действия: 1 — изолятор; 2 — электрод;

3 — сопло; 4 — обрабатываемая деталь; 5 — сварочная дуга

Различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В плазмотронах косвенного действия дуга горит между электродом и соплом. Их применяют при обработке неэлектропроводных материалов и в качестве нагревателей газа. Для сварки и резки чаще применяют плазмотроны прямого действия. В них дуга горит между электродом и обрабатываемым изделием. Расстояние между ними в плазмотроне больше, чем при сварке горелками для свободной дуги, поэтому сжатую дугу зажигают в две стадии. После подачи в плазмотрон газа зажигают вспомогательную (дежурную) дугу между электродом и соплом плазмотрона искровым разрядом от осциллятора или замыкая промежуток электрод-сопло графитовым стержнем, хотя последнее и повышает износ электрода и сопла. Дежурную дугу питают от отдельного маломощного источника или от основного источника через ограничивающее сопротивление, чтобы ограничить ее ток и уменьшить износ сопла. Под действием газа дежурная дуга образует струю плазмы небольшой мощности. При ее соприкосновении с деталью зажигается рабочая дуга. Если в цепь детали включить контактор, то рабочую дугу можно зажигать в нужный момент времени. После зажигания рабочей дуги дежурная дуга при автоматической сварке может отключаться. Для ручной сварки лучше, если дежурная дуга горит постоянно.

Рис. 1.30. Схема основных участков столба дуги и геометрические характеристики сжатой дуги:

1 — досопловый участок; II — участок сжатия; III — открытый участок; 3 /ч

Коррози- онно-стой- кая сталь

Исследования в области плазменных технологий как в нашей стране, так и за рубежом были направлены на решение проблем авиа- и ракетостроения, электроники, ядерной энергетики, криогенной техники. Основное внимание уделялось улучшению качества сварки изделий из алюминия, коррозионностойких и жаропрочных сплавов и титана в большом диапазоне толщин, различных типов соединений. В конце 1960-х гг. сварка проникающей плазменной дугой переменного тока была использована в СССР в производстве алюминиевых топливных баков ракет. Аналогичная технология спустя 10 лет была внедрена в США взамен аргонодуговой сварки наружных алюминиевых баков на многоразовом космическом корабле «Шаттл». Этой технологии отводят большую роль и при строительстве космических станций. В 1989 г. НАСА (NASA) выбрала технологию плазменной сварки для изготовления твердотопливных двигателей космической ракеты для доставки конструкций международной космической станции Freedom.

Сварка сжатой дугой применяется при изготовлении констукций из высоколегированных сталей, титана, никелевых сплавов, молибдена, вольфрама и многих других металлов и их сплавов.

Преимущества плазменной сварки состоят в следующем:

  • ? по сравнению с аргонодуговой плазменно-дуговая сварка характеризуется более стабильным горением дуги, при этом обеспечивается более равномерное проплавление кромок;
  • ? по проплавляющей способности плазменная дуга занимает промежуточное положение между электронным лучом и дугой, горящей в аргоне;
  • ? столб дуги и струя плазмы имеют цилиндрическую форму, поэтому площадь поверхности металла, через которую осуществляется теплопередача от струи к металлу, зависит от расстояния между электродом горелки и изделием;
  • ? благодаря цилиндрической форме столба дуги плазменно-дуговая сварка менее чувствительна к изменению длины дуги, чем аргонодуговая сварка. Изменение длины дуги конической формы (при аргонодуговой сварке) всегда ведет к изменению диаметра пятна нагрева, а следовательно, и к изменению ширины шва. Плазменная сварка позволяет иметь практически постоянный диаметр пятна и дает возможность стабилизировать проплавление основного металла. Это свойство плазменной дуги с успехом используется при сварке очень тонких листов.

Одним из существенных недостатков плазменной сварки является возможность образования двойной (каскадной) дуги, возникающей при повышенной плотности сварочного тока. Двойная дуга образуется между соплом и изделием, в результате чего оплавляется сопло и уменьшается ток основной дуги.

Сварка сжатой дугой на малых токах (0,1—10 А) получила название микроплазменной сварки. При таких токах сваривают детали с толщиной кромок 0,025—0,8 мм. По сравнению со сваркой открытой дугой изменение длины малоамперной сжатой дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения. Сильно возрастает пространственная устойчивость дуги.

При микроплазменной сварке как плазмообразующий газ используют аргон, а в качестве защитного — аргон, гелий, азот, смеси аргона с водородом или с гелием и другие газы в зависимости от свариваемого металла.

Катодная область малоамперной сжатой дуги постоянного тока находится в атмосфере плазмообразующего газа, а столб дуги и анодная область — в атмосфере защитного газа. Применение в защитной смеси молекулярных газов (азота, водорода) повышает напряжение дуги, увеличивает ее проплавляющую способность, так как в столбе дуги молекулы этих газов диссоциируют, поглощая энергию, что приводит к дополнительному сжатию дуги. Дуга приобретает форму конуса (иглы), сходящегося к изделию. Плотность тока на острие этой «иглы» достигает 5000 А /см 2 .

По сравнению с аргонодуговой сваркой микроплазменная сварка имеет следующие важные преимущества:

  • ? изменение длины микроплазменной дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения деталей малых толщин;
  • ? дежурная плазменная дуга уверенно зажигается при токах менее 1 А;
  • ? облегчается доступ к объекту сварки и улучшается зрительный обзор рабочего пространства (при токе 15 А длина дуги достигает 10 мм).

Микроплазменную сварку применяют для соединения особо тонких материалов, для исправления микродефектов (микротрещин, царапин, раковин) миниатюрных деталей, для резки металлов и неметаллов, для прецизионной наплавки. Малая площадь нагрева и незначительная ширина зоны термического влияния обеспечивают высокое качество соединений миниатюрных и высокоточных деталей: гофрированных трубок (сильфонов) и мембран с арматурой, миниатюрных трубопроводов, полупроводниковых приборов, конденсаторов, термопар и т.п.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector