сущность сваривания плазмотроном, цветных и черных металлов, отличие от аргоновой

Главная страница » Плазменная сварка » Технология плазменной сварки

В последние годы технология плазменной сварки распространяется на все отрасли промышленности, вплоть до строительства и бытового ремонта, и все больше теснит традиционные виды сварки. Это связано с очень большими преимуществами данной технологии перед уже известными.

В первую очередь, качество шва, затем, минимальное коробление деталей, и наконец, высокая чистота и безотходность технологии. Энергоемкость такой сварки приблизительно одинакова с другими видами, а иногда превышает их.

Технология плазменной сварки и резки металла

Для нагрева деталей используется плазма – ионизированный газ, полученный в результате работы электрической дуги под повышенным давлением. Небольшая плазменная горелка (плазмотрон) показана на рисунке ниже. По нему можно примерно оценить практические параметры плазменного факела:

Источник фото: http://www.hhft.de/index.php?page=invent&subpage=microwave_plasma

Плазмотрон позволяет как резать, так и сваривать любые известные в природе металлы и неметаллы, если только для этого нет серьезных фундаментальных физических или химических препятствий (адгезия, реакционная способность и т.п.).

В чём заключается сущность плазменной сварки

На поверхность металла в области шва направляется струя плазмы из плазмотрона – специальной горелки, в которую подается рабочий газ. Может быть использован еще и защитный газ для создания химически нейтральной среды. Тепловая энергия вся сосредоточена в тонкой струе плазмы и нагрев ванны происходит в только в области сварки.

Температура в этой области очень высокая, может достигать 10000-15000 градусов. Благодаря теплопроводности металла она быстро снижается до температуры плавления в узкой области шва. Если при этом область шва защищена инертной или восстановительной средой, (а часто и тем и другим), то в результате можно получить очень точный и качественный шов. На рисунке ниже показан разрез работающей плазменной горелки:

Диаметр сопла на рисунке показан намного больше в пропорции, чем есть на самом деле, для наглядности.

Фактический диаметр сопла связан с рабочим давлением и оптимальным расходом газа.

Корпус горелки изготавливается из стали, анод – из чистой меди. Анод имеет полость, которая омывается охлаждающей водой. В полость между анодом и катодом подается рабочий газ под давлением 2-5 бар, который питает дуговой разряд.

Поскольку защитный газ (обычно аргон) практически не ионизирован, и не ускоряется электрическим полем дуги, то он довольно быстро “разлетается” и смешивается с воздухом

. Поэтому оптимальное расстояние между сварочной ванной и торцом горелки занимает очень небольшой диапазон, который необходимо выдерживать в работе.

Поскольку при плазменной сварке не происходит лишнего прогрева металла, то и остывание шва происходит быстро, что иногда нежелательно. Поэтому процесс сварки может включать дополнительные операции: например, предварительный подогрев или даже работа несколькими горелками при автоматизированной сварке.

Технологический процесс

Включает несколько необходимых этапов: подготовка деталей, подключение электродов, запуск горелки и ее прогрев, выполнение шва с выдерживанием нужного режима по температуре и перемещение горелки к месту новой операции с проверкой готовности самой горелки.

Технология выполнения плазменной сварки

Подготовка деталей состоит в том, что их предварительно сортируют или подают к рабочему месту уже отсортированными. Если детали получены путем теплового резания или грубого механического, то

кромки обрабатываются до чистоты металла и обезжириваются, чтобы получить качественный шов.

После этого детали приводят в соприкосновение по линии шва. На производстве это делается не “на коленке” как при ремонтах, а при помощи приспособлений.

На рисунке ниже показан вид горячего шва от плазменной сварки:

Если требуется, на линию шва наносят флюсы. Обычно это сильные восстановители для работы в условиях высоких температур (сварочные флюсы), смешанные с легкоплавкими связующими, которые сами по себе являются восстановителями, или дают минимум трудноудалимого нагара (шлака). Расплавленный шлак защищает ванну от действия кислорода, а восстановитель отнимает его у окислов, которые успели образоваться. Флюсы требуются не для всех металлов или их пар.

Горелка запускается импульсом высокого напряжения или контактом между соплом и катодом в течение долей секунды. Загорается дуга, в горелку подают рабочий и защитный газы, а также охлаждающую воду в корпус анода (для мощных горелок длительного действия). Горелка прогревается до стабилизации плазмы и начинается операция сварки.

При сварке плавятся состыкованные края детали, в этот расплав вводится присадочный материал в форме ленты или прутка. При автоматической сварке подача механизированная. Сварка рассматривается как непрерывный процесс плавления и застывания металла в области шва и должна обеспечить монолитность шва, одинаковые механические свойства на всей длине, равную толщину шва, полное отсутствие раковин, посторонних включений и примесей.

Расплавленный шов довольно беззащитен по отношению ко многим факторам, поэтому для получения качества приходится создавать особые условия: до ванны, в ней самой, и после, в области кристаллизации расплава. Данные условия сильно зависят от свариваемых металлов.

После окончания шва проверяется готовность горелки к очередной операции, так, чтобы шов не пришлось прекращать в процессе сварки не доводя до конца. Любое такое прерывание, если оно вынужденное, создает лишние механические напряжения, которые потом будет или трудно, или невозможно снять. По этой причине, сварку ответственных швов: сосуды (баки) для ракетной техники, корпуса морских судов, особенно подводных, сосуды для ядерной техники и т.п. варят при непрерывной подаче катодов на горелках с мощным охлаждением сопел.

Приёмы плазменной сварки

Существует достаточно много сплавов и их пар, которые ведут себя совершенно по-разному в расплаве. У них может быть разная вязкость по температуре, газообразование, смешиваемость в расплаве и скорость застывания. Кроме того, очень

большую роль играют силы тяжести – масса ванны может оказаться достаточно большой, а поверхностное натяжение расплава достаточно малым. При этих условиях ванна просто протечет, если только она как-то не уплотнена, что возможно далеко не во всех случаях.

Техника и особенности процесса во всех пространственных положениях

В технике мы имеем дело с самыми разнообразными расположениями сварных швов. При сварке отдельных деталей работа немного облегчается тем, что расположение можно свести к горизонтальному, с горелкой, расположенной сверху.

Это наиболее выгодное расположение при сварке, но не всегда технологически возможное. Например, при варке шва на корпусе судна приходится располагать горелку как угодно – судно не повернешь в доке как игрушку. Поэтому для защиты ванны от растекания за допустимые пределы приходится подбирать выгодные положения горелки.

Например, при варке вертикального шва горелка находится немного ниже шва и плазменная струя направлена вверх. С помощью подбора угла наклона и расстояния до ванны удается “сдувать” стекающий металл наверх. Это делается динамически, по мере прохождения шва и требует хороших навыков при ручном выполнении.

Варить вертикальные швы следует снизу вверх.

Сварка плазморезом цветных металлов

Сразу нужно сказать, что плазма является лишь мощным источником местного нагрева. Если так можно выразиться, она лучше “сфокусирована”, по аналогии с фотографией. И в этом отношении, по “резкости” она уступает только лазерной сварке. Плазменная струя дает хорошее проплавление шва в узкой области. Все остальное поведение металлов зависит только от их химической природы.

Если по какой-то причине сплавы не переносят “легирования” вольфрамом, гафнием, или другими добавками в структуру шва, то в плазмотроне просто используют угольный катод. Иногда наоборот, приходится вводить в расплав промежуточный металл, чтобы шов не трескался в горячем или холодном состоянии.

Цветные металлы имеют меньшую, по сравнению с черными металлами, температуру плавления и довольно легко свариваются. Тем не менее, за счет большой теплопроводности этих металлов (напр. Cu Al Mn) требуется такой же, или даже больший по мощности источник нагрева.

Главная помеха сварке – образование оксидов. Пленки окислов не дают металлам сплавляться. У большинства цветных сплавов, а это сплавы на основе меди, окислы довольно легко восстанавливаются, поэтому варить их удается и при слабых восстановителях. Достаточно даже присутствия органических радикалов в плазме (сварка водно-спиртовыми и водно-ацетоновыми смесями).

Исключением является алюминий, чрезвычайно легко окисляющийся и образующий прочную связь с атомами кислорода. К тому же, окись алюминия очень тугоплавкое вещество. Здесь необходимо применение специальных флюсов и их постоянное присутствие в ванне.

Видео

Посмотрите ролик, где наглядно и подробно показана сварка алюминия:

Для защиты от кислорода также применяют аргон, как наиболее распространенный и дешевый из инертных газов. Но он вполне эффективен только тогда, когда ванна обдувается со всех сторон. По этой причине очень сложно варить алюминий в присутствии ветра вне помещений. Сварка титановых сплавов также требует использования аргона. Причем аргон должен быть высшего качества.

Сварка тонколистового металла плазмотроном

При сварке тонких листов плазменную горелку не следует располагать слишком близко к металлу, так как при этом можно слишком легко выдуть его. Давление плазменной дуги на металл значительно (в 5-7 раз) выше, чем обычной. Сварочный ток необходимо ограничить величиной 12-14 и менее ампер. Иногда хватает и 1-2 А.

СОВЕТ: Тонкие листы металла обычно удобнее всего сваривать газовой сваркой. Сварка плазмой требует меньше оборудования (баллонов с газом, редукторов, шлангов), но зато требует больше специальных навыков от сварщика. Некоторые мастера, в основном, ювелиры и специалисты по лабораторному и научному оборудованию, могут сваривать микроплазмой на маленьком токе даже фольгу.

Сравнение технологии лазерной сварки с плазменной сваркой

Лазерная сварка производится мощными лазерами непрерывного или импульсного действия. Благодаря фокусировке пятна на очень малой площади удается получать очень высокие температуры. На луч света не действует магнитное поле или движение газа, лазер легко можно “подать” в труднодоступные места. Изменяя апертуру луча, можно очень плавно регулировать ширину зоны нагрева. Производительность лазерной сварки примерно в 50 раз выше дуговой. Например, лист стали 20 мм сваривается со скоростью 100 метров в час за один проход.

Однако, лазерной сварке присущи и недостатки: невысокий к.п.д. из-за значительного коэффициента отражения(0.1-2%) и очень высокая цена на оборудование. Несмотря на это, есть области, где лазерная сварка оказывается незаменимой, например, в электронной промышленности при изготовлении очень многих приборов, особенно миниатюрных. Поэтому обычно рабочее место лазерного сварщика для ручной работы выглядит не совсем подходящим для стройки или гаража:

Источник фото: http://www.newlaser.ru/tech/welding/blacklight.php

Сравнение: сварка аргоном или плазмой

Сварка аргоном – Gas Tungsten Arc Welding (на русский переводится немного длиннее: дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа) и плазменная сварка часто путаются между собой неспециалистами из-за внешней схожести оборудования и даже части расходных материалов. Между тем, это совсем разные процессы.

Отличие аргонной сварки от плазменной сварки

Аргонная сварка производится в атмосфере аргона при обычном давлении, плотность энергии в дуге не превышает таковую для простой сварки. Просто сварочная ванна защищается от действия кислорода, а вольфрамовый электрод практически не расходуется.

Плазменная сварка выполняется плазмотроном – генератором плазменной дуги в атмосфере повышенного давления. При этом достигается очень высокая температура в узком столбе плазмы. В отличие от дуги атмосферного давления, факел у плазменной дуги почти цилиндрической формы, давление на металл в 5-8 раз больше.

Аргон или плазма: что лучше

Каждый вид процесса хорош для своих целей. Аргоновая сварка имеет очень широкую область применения: можно варить практически все, что вообще способно образовывать сплавы с приемлемыми механическими свойствами. Очень широко используется аргоновая сварка в аэрокосмической промышленности, особенно в ракетной технике, где к тонким металлическим деталям и швам предъявлены очень высокие прочностные требования.

Плазменная сварка также имеет свои преимущества. Хотя наиболее широко плазмотроны используются для резки металла (т.к. очень быстро и ровно режут), для сварочных работ они тоже применяются. Например, там, где требуется минимальное коробление металла, выгодно уменьшать зону термического воздействия. Для этого как раз и хороша плазменная сварка.

Скорость выполнения плазменной сварки гораздо выше. Плазменная дуга горит значительно стабильнее обычной. К тому же, использование защитного газа “поверх” рабочего прибавляет плазменной сварке большую часть преимуществ аргонной сварки.

***

Плазменная сварка, без всяких сомнений, представляет большой интерес как мощный источник нагрева с малой областью воздействия. Тот факт, что запатентована она была еще в начале 60-х прошлого века, а в открытых источниках о ней до сих пор можно найти не так уж много информации, говорит о том, что эта технология попала в гражданскую промышленность от военных, которые тщательно скрывают все и всегда, просто по природе своего ведомства. А действительно ценные вещи они берегут пуще глаз до последнего. Таким образом, и для гражданских инженеров в промышленности, и для домашних умельцев тут открывается большое поле для самостоятельных исследований.

  

Технология плазменной сварки

Что такое плазма? Это ионизированный газ (полностью или частично), в котором присутствуют как нейтральные атомы, так и заряженные электричеством. Если говорить именно о таком состоянии плазмы, то и электрическую сварочную дугу можно считать таковой. Но на практике дугу плазмой не называют, потому что ее температурный предел – это 5000-7000С, у плазмы для сварки металлов он доходит до 30000С. Поэтому плазменная резка – это высокая температура с большим запасом энергии.

Чтобы из обычной сварочной дуги сделать плазму, необходимо ее сжать и подавать на дугу газ, который под действием температуры и станет ионизироваться. Сжатие производится за счет того, что дугу загоняют в специальный прибор с узким проходом, стенки прибора при этом охлаждаются. Кстати, такой прибор называется плазмотроном. При сжатии дуги происходит ее сужение, за счет чего повышается плотность и мощность, то есть, увеличивается количество энергии на единицу свариваемой площади.

В процессе сжатия дуги в плазмотрон подается газ, из которого затем и образуется сама плазма. При нагреве газ увеличивается почти в 100 раз. Узкое сопло плазмотрона и большой объем газа создают условия, при которых ионизированный газ вылетает наружу с огромной скоростью. То есть, получается, что к тепловой энергии электрической дуги прибавляется и кинетическая энергия движущегося ионизированного газа. Отсюда и высокая мощность плазменной энергии.

Итак, сущность плазменной энергии теперь понятна. Она отличается от дуговой:

• значительной температурой;
• уменьшенным в несколько раз диаметром сварочной дуги;
• форма плазменной дуги цилиндрическая, у электрической дуги она коническая;
• давление при сварке на металл в 8-10 раз выше;
• при этом можно такую дугу поддерживать на не очень больших значениях тока – 0,2-30 ампер.

Учитывая это, можно сказать, что плазменная дуга более универсальное средство для нагрева металлических заготовок. С ее помощью производится более глубокий прогрев металла, но при этом область нагрева сильно уменьшается. Все дело в цилиндрической форме дуги, которая имеет одинаковые размеры и мощность на протяжении всей ее длины, что позволяет варить заготовки без учета длины самой дуги. А это очень важно, когда производится плазменная сварка в труднодоступных местах.

Технология плазменной сварки

Плазменную сварку металла можно проводить двумя технологическими схемами.

1. Дуга располагается между заготовкой и неплавящимся электродом.
2. Дуга находится внутри плазмотрона в сопле и выдувается оттуда струей плазмы.

Чаще всего для сварки металлов используется схема под номером один. Что касается газа, то обычно для этого используется аргон. В качестве электрода – стержень из вольфрама, реже меди.

Существует несколько параметров, которые делят плазменную сварку на группы. К примеру, по мощности.

• Низкая – 0,2-25 ампер.
• Средняя – 50-150 ампер.
• Высокая – больше 150 ампер.

Первая группа – самая распространенная. Это энергоемкая технология, в которой можно использовать электроды диаметром 1-2 мм. При этом сварочная дуга будет гореть даже при очень незначительных показателях силы тока – 0,2 ампера.

Как работает аппарат плазменной сварки при таких режимах?

• С помощью источника питания (малоамперного) зажигается дежурная дуга, которая горит между неплавящимся электродом и соплом плазмотрона, сопло изготавливается из меди. При этом данная деталь охлаждается водой, чтобы не расплавиться.
• Как только плазмотрон подносится к металлической заготовке, зажигается основная сварочная дуга.
• В сопло плазмотрона подается газ, из которого будет образована плазма.
• Внутри плазмотрона есть два сопла: медный – он же внутренний, керамический – он же внешний. Между ними есть пространство, по которому движется защитный газ. С его помощью закрывается зона сварки от негативного воздействия кислорода и влажности.

Необходимо отметить, что напрямую электрод от источника электрической энергии не зажигается. Между ними устанавливается специальный прибор, который называется осциллятором. Он стабилизирует сварочную дугу и при этом дает возможность зажечь ее без соприкосновения электрода с металлом.

Плазменная сварка металлических заготовок со средней величиной тока очень похожа на процесс соединения по технологии аргонодуговой. Но высокая мощность, плюс небольшая площадь нагрева делает ее более эффективной. Если говорить о том, в каком диапазоне находится этот вид плазменной сварки, то можно поставить ее между обычной электродуговой и лазерной.

Что касается эффективности, то необходимо отметить:

• глубокий провар при небольшой ширине сварочного шва;
• большое давление на сварочную ванну, что обеспечивает уменьшение слоя расплавленного металла под дугой, а это увеличивает теплоотдачу вглубь заготовки;
• процесс сваривания может проводиться без присадочной проволоки или с таковой.

Плазменная сварка при больших значениях тока – это огромное воздействие на сам металл. К примеру, данный режим сварки при плазме производится с использованием тока величиною 150 А, точно такие же показатели даст обычная электродуговая сварка при потреблении тока не меньше 300 А. При этом плазма насквозь прожигает соединяемые металлические заготовки, после чего производится проплавление и сваривание на всю глубину. То есть, сначала происходит разрезание, далее заварка.

При таком прожоге нижний слой металла не выпадает из шва. Он удерживается в зоне силами поверхностного натяжения. Вот почему очень важно правильно соблюдать режим сваривания. Потому что, увеличивая ток, можно прожечь заготовки, не удержав нижний расплавленный слой металла.

Обычно высокими токами варят низкоуглеродистые или легированные стальные сплавы, титан, алюминий и медь. Важно правильно выставить режим сварки, и, конечно, обеспечить режим охлаждения сопла. Небольшое нарушение может привести к значительному снижению качества конечного результата.

Особенности сварочных аппаратов

Плазменный сварочный аппарат, в независимости от его стоимости, будет работать долго и эффективно, если позаботиться об охлаждении сопла. Самыми распространенными сегодня являются аппараты, охлаждение в которых производится водой. Есть агрегаты и со спиртовым охлаждением.

Здесь необходимо правильно настроить подачу воды в сопло, потому что чрезмерное ее поступление создаст большое количество пара, а это причина увеличения разбрызгивания металла. Новичкам рекомендуется для этого выбирать сварочный аппарат, у которых отверстие сопла больше, чем обычно. Это снизит выделение пара, плюс увеличит захват плазменной дугой участков двух заготовок.

Что касается используемых материалов в процессе плазменной сварки, то сегодня аргон часто заменяется техническими газами: водородом, кислородом, азотом и даже сжатым воздухом, что снижает финансовые затраты. Вместо вольфрама для электродов используют стержни из циркония или гафния, что позволяет сегодня вести сварку в окислительных средах.

Чтобы обеспечить качество сварочного шва, необходимо сохранить мощность свариваемой дуги и уменьшить при этом ее давление на расплавленный металл, чтобы последний не выдувался из зоны сварки. Это напрямую влияет на формирование шва. Поэтому очень важно найти рациональное соотношение многих параметров сварочного режима: расход плазмы, силы тока, длина электрической дуги. К примеру, чтобы сварить две заготовки из алюминия или нержавейки толщиною 10 мм, необходимо увеличить диаметр канала, по которому движется плазма наружу, что приводит к снижению обжатия дуги.

Но самое большое достижение – это разработка микроплазменной сварки, которую впервые провели инженеры компании «Сешерон» из Швейцарии. Плазменная сварка этого типа дает возможность соединять между собой очень тонкие листы: 0,025-0,8 мм, изготовленные из различных металлов. Этот способ сваривания сегодня активно применяется в самолетостроении, электронной, медицинской, атомной и других областях промышленности.

Наверное, надо будет сказать, что процесс плазменной сварки (видео расположено ниже) в ближайшие несколько десятков лет будет активно применяться для соединения тонких металлических заготовок. А в некоторых случаях это будет единственный вариант. Так что есть смысл к нему присмотреться более внимательно.

Поделись с друзьями

0

0

0

0

принцип работы установки и в чем заключается сущность работы плазмотрона

Из большого многообразия методов обработки   – плазменная сварка является наиболее распространенной.

В первую очередь это обусловлено тем, что в современной промышленности довольно часто используется нержавеющая сталь, цветные металлы и их сплавы, для которых применение других видов обработки малоэффективно.

Современное оборудование обеспечивает высокую продуктивность в сравнении с другими технологиями.

Достоинства и недостатки плазменной сварки

Итак, что такое плазменная ? Это процесс локального расплавления металлического изделия плазменным потоком. Он формируется высокоскоростной дугой, температурой 5000-30000°С.

Газовый поток, проходящий через дугу, нагревается и ионизируется, за счет чего он превращается в плазменный поток и выдувается соплом плазматрона для сварки. В этом и заключается сущность ее работы.

Для того, чтобы данный аппарат функционировал, необходимо лишь электричество и поток сжатого газа. Если используется компрессор, тогда достаточно только электричества.

Для работы необходимо менять лишь плазмотрон и электроды. На этом обслуживание оборудования такого типа и заканчивается. В то время как для других типов сварок необходимо выполнять большее количество работ по уходу. Кроме того они являются более взрывоопасными.

Особенности сварки плазмой.

К основным достоинствам данных аппаратов можно отнести:

• высокую скорость резки металлов;
• возможность использования аппарата практически со всеми металлами и сплавами;
• высокая точность и качество шва;
• более низкая стоимость работ по сравнению с другими методами;
• отсутствие деформаций металла при обработке плазмой;
• высокий уровень безопасности выполнения работ.

Разновидности

Сварка плазмой разделяется на несколько видов, в зависимости от силы тока:

• микроплазменная;
• на средних токах;
• на больших токах.

Чаще всего используется именно первый тип. Дело в том, что дуга может гореть при достаточно низких токах, если используются диаметром до двух миллиметров. Это возможно за счет высокой степени электродуговой ионизации газа.

Схема микроплазменной сварки представлена ниже.

Чертеж плазменной сварки.

Данный вариант технологии наиболее эффективен для соединения тонких деталей толщиной до полутора миллиметров. При этом диаметр дуги не превышает 2 мм. Это позволяет сфокусировать тепло в достаточно маленькой области и не нагревать соседние участки.

Основным газом в данном методе является аргон. Тем не менее в зависимости от типа изделия, в него могут добавляться различные примеси, которые способствуют увеличению эффективности процесса.

Приборы для микроплазменной сварки позволяют работать в нескольких режимах:

• непрерывный;
• импульсный;
• непрерывный обратной полярности.

Плазменная сварка на средних токах во многом схожа с аргонодуговой. Однако первая обладает более высокими температурами, в то же время область нагрева существенно меньше. Это обуславливает ее высокую продуктивность.

Плазменная сварка позволяет проплавлять материал более глубоко, при этом ширина шва получается меньшей, чем в аргонодуговой.

Выполнять сварочные работы можно как с присадочным материалом, так и без него.

Плазменная сварка на больших токах оказывает сильное силовое действие на материал. Она полностью проплавляет металл. В результате в ванне формируется отверстие, то есть детали сначала как бы разрезаются, а затем сплавляются заново.

Характеристики

Принцип работы плазменной сварки дает понять, что ее лучше всего использовать для тонких материалов, нержавеющей стали, цветных металлов и сплавов на их основе. Стоит сразу отметить, что во многих случаях использование других технологий, не представляется возможным.

В то же время в металлургии и других областях промышленности необходимо выполнять работы именно с такими изделиями.

Схема технологии сварки плазмой.

К основным характеристикам дуги микроплазменной сварки относятся:

• цилиндрическая форма;
• концентрация энергии в небольшой области;
• маленький угол расхождения потока;
• невосприимчивость к изменению расстояния между плазмотроном и изделием;
• высокая безопасность зажигания.

Все перечисленные выше характеристики являются одновременно и достоинствами метода. Например, цилиндрическая форма и возможность увеличения длины позволяет осуществлять сварочные работы даже в самых труднодоступных местах.

Также особенности технологии упрощают проведение сварки при наличии колебаний изделий, за счет нечувствительности к изменению расстояния.

Устройство и принцип работы

Особенности аппарата для сварки плазмой.

Плазменная сварка характеризуется следующим принципом работы: она основана на формировании дуги посредством осциллятора. Приборы функционируют на токах прямой полярности, которые и питают дугу. Она, в свою очередь, образует плазму.

С использованием данной можно осуществлять резку или соединение любых типов металлов и сплавов во всех пространственных положениях.

Плазма формируется из газов, в качестве которых используют аргон или гелий. Они же выполняют и защитные функции. Это исключает косвенное влияние оксида на изделие при плазменной сварке.

Метод характеризуется незначительной чувствительностью к изменению длины дуги. При этом возможно соединение деталей толщиной более пятнадцати миллиметров без скоса кромок.

Это становится возможным благодаря сквозному прорезанию детали. В результате поток может выходить и на обратную сторону изделия. Само же соединение состоит из двух процессов: разрезание и последующая заварка.

Данная технология позволяет осуществлять различные типы соединений. Наибольшее преимущество заключается в возможности сваривания листового металла без разделывания кромок и использования припоя.

Технология сварки

Специфика метода плазменно-дуговой технологии сварки состоит в том, что в область соединения подается плазма из специальной горелки – плазмотрона. В некоторых случаях, если необходимо, может быть использован аргон или гелий для создания инертной среды в области стыка деталей.

Чертеж сварочного аппарата.

Вся энергия концентрируется в плазменной струе. За счет этого нагрев не распространяется по всей области изделия, а фокусируется только возле соединения. При этом температура на таком участке может составлять 10000-15000°С. Однако за счет быстрого отвода тепла металлом, она снижается до температуры плавления в зоне стыка.

Если во время данной процедуры соединение защитить инертным газом, то можно получить высококачественный шов, который не потребует дополнительной ручной обработки.

Корпус выполняется из стали, анод – из меди. Последний охлаждается водой. Дуга питается газом, подающимся под большим давлением в полость между анодом и катодом.

В то же время важно иметь в виду, что аргон не ионизируется. Он быстро улетучивается, смешиваясь с воздухом. Чтобы он надежно выполнял свои защитные функции, необходимо придерживаться определенного расстояния между горелкой и деталью.

Поскольку метод обеспечивает высокий нагрев только в области стыка, это может привести и к нежелательным последствиям. Иногда приходится изделие предварительно прогревать или использовать несколько горелок, чтобы избежать резкого перепада температур по поверхности материала.

При использовании микроплазменной сварки удается получать качественные швы на тонких материалах. Реализация данной технологии возможна даже без использования присадочной проволоки.

Используемое оборудование

Установки для плазменной сварки широко применяются не только на крупном производстве, но и в бытовых условиях. При этом стоит отметить, что спрос на данном оборудовании постоянно растет, что лишний раз подтверждает его востребованность.

Устройство оборудования для сварки.

Все оборудование, предназначенное для выполнения данной работы, можно разделить по следующим особенностям:

• тип воздействия;
• способ стабилизации дуги;
• сила тока.

По своим возможностям плазменная дуга уступает пальму первенства только лишь нескольким технологиям, основанным на лазерном и электронном лучах. В сравнении с другими методами, плазменный отличается более высокой эффективностью и производительностью.

При этом стоит отметить, что не стоит забывать и о других технологиях. Так, для сваривания деталей в серьезных отраслях, например, в авиастроении и аэрокосмической сферах, широко используется аргонодуговая сварка.

Плазменная, в свою очередь, чаще всего применяется для , так как она позволяет осуществлять данный процесс с высокой скоростью.

Особенно она становится незаменимой при обработке сплавов с минимальным последующим короблением и развитием напряжений, а также деформаций.

Итог

Плазменная технология сварки является единственно возможным и доступным методом обработки некоторых металлов и сплавов. Особенно это относится к нержавеющим сталям, меди, латуни и т.д. Данный метод позволяет получать качественные, надежные и тонкие швы, а также осуществлять резку с высокой эффективностью.

Отдельное применение она нашла в соединении тонколистового металла без использования присадочной проволоки. Кроме того, такой тип сварки обеспечивает локальный нагрев лишь в области стыка, что может быть очень удобным при решении многих задач.

Плазменная сварка — сущность и принцип работы

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

Плазменное преобразование достигается за счет воздействия сильного электрического поля, созданного дугой при прохождении через газ, на принудительно вдуваемый газ, поступающий через сопло горелки.

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^оС, то плазма может достигать 30 000^оС.

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

Получив плазменную дугу, вы можете значительно расширить возможности сварки. Основными отличиями ее от обычной аргоновой сварки являются:

• высокая температура плазмы, достигающая 30000^оС;
• 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

Сварка не лишена недостатков:

• 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

Аппарат, выполняющий роль плазменного генератора, называют плазмотроном. Он представляет собой устройство, использующее энергию электричества для создания плазменного состояния газа и дальнейшего использования плазмы в образовании сварочной дуги.

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.

Возникшая дуга ионизирует газ, поступающий из баллона или компрессора в камеру под давлением. При разогреве во время ионизации газ расширяется и выбрасывается в виде струи плазмы из камерного пространства с большой кинетической энергией.

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.

Плазменно дуговая сварка —

Главная страница » Плазменная сварка » Плазменно дуговая сварка

В настоящее время существует несколько разновидностей сварки металлов и стали. В последние годы все возрастающей популярностью пользуется дуговая плазменная сварка, позволяющая сваривать практически любые металлы.

Плазменная дуговая сварка что это такое?

Плазменной сваркой называют специализированный технологической процесс, во время которого металл или сталь локально расплавляются узко направленным плазменным потоком. Поток раскаленной плазмы создается специальным устройством (плазменным аппаратом), а температура потока может колебаться от 5 000 и до 30 000 градусов Цельсия.
Именно благодаря высокой температуре данному виду сварки удается справляться практически с любыми материалами вне зависимости от их тугоплавкости и плотности.

Технология плазменно-дуговой сварки

Для того, чтобы разобраться в этой технологии необходимо четко понимать, что такое плазма.

Плазма – это особое агрегатное состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ, который состоит из положительно заряженных электронов.

В технологическом плане сварка с помощью плазмы выглядит следующим образом. Для того, чтобы узко направить данное вещество на металл и параллельно максимально разогреть его используется два процесса: чрезвычайный разогрев дуги и принудительное вдувание газа.

Дуга разогревается до предельной температуры, что в свою очередь нагревает поток плазмы. Одновременно с этим, на дугу подается газ под высоким давлением, увеличивающийся в 50-70 раз. Энергия расширяющегося газа дополняется тепловой энергией, что усиливает плазму, делая ее крайне мощным источником энергии.

Для образования устойчивого плазменного потока используют либо чистый аргон, либо аргон с небольшими добавками гелия. В качестве защитного газа, отделяющего зону сварки от атмосферы, используют все тот-же аргон. Материалом для электрода служит вольфрам с торием или медью.

В зависимости от силы электрического тока подаваемого на дугу плазмотрона, сварка подразделяется на следующие виды:

• Небольшие токи (до 25 Ампер).
  Наиболее распространенный вид плазменной сварки. Столь высокое распространение сварка на малом токе получила за счет того, что она позволяет нагревать лишь локальные участки металла и не повреждать все изделие целиком.
  Как правило, дуга на небольшом токе имеет форму цилиндра, и это дает возможность полностью избежать сквозных прожогов стали или металла. Кроме того, с помощью небольших токов можно варить металлы в разных режимах, включая непрерывный и прямой режим с разными видами полярности. К примеру, алюминий можно варить только на малом токе, так как это позволяет разрушать оксидную пленку этого металла.
• Средние токи (до 150 Ампер).
  Подобный вид сварочных работ очень похож на сварку аргоном, но в отличии от нее характеризуется повышенной мощностью и точечной направленностью. Фактически, именно средние токи используют все преимущества, которые предоставляет раскаленная плазма.
  Ток средней мощности гарантирует достаточно глубокое и узкое расплавление металла, без повреждения незапланированных участков детали. В случае необходимости, ток средней мощности позволяет не только сваривать металлы и стали, но и резать их, а также прорезать необходимые отверстия.
• Высокие токи (свыше 150 Ампер).
  Ток такой силы образует очень широкую дугу, с помощью которой происходит сквозное проплавление заготовки. Подобный вид сварки весьма специфичен, ведь в процессе деталь или заготовку фактически разрезают, а потом сваривают вновь.
  С помощью высоких токов принято сваривать особо прочные стали, такие как титан, легированные стали и сплавы с большим содержанием алюминия. В большинстве случае, такая сварка используется в промышленности, когда необходима высокая производительность труда.

Сварка плазменной дугой прямого действия

Технологически сварка с помощью раскаленной плазмы может быть осуществлена двумя способами.

Первый способ – это прямое воздействие дуги на деталь, так называемый метод прямого действия. В этом случае, высокотемпературная дуга возникает непосредственно между электродом и материалом из которого изготовлена деталь.

Второй способ – косвенное воздействие дуги на деталь (метод непрямого воздействия). В этом случае, дуга находится между электродом и соплом сварочного аппарата.
Первый вариант получил более широкое распространение, так как с его помощью можно и сваривать твердые материалы, и резать их.

Основные преимущества плазменной сварки

Имеется несколько основных преимуществ, которые и сделали данную процедуру очень популярной и распространенной по всему миру. Причем преимущества настолько значительные, то сварка при помощи плазмы практически полностью вытеснили некоторые другие виды сварочных работ.

1. Высокая скорость резки металлов и сплавов.
   Достаточно сказать, что металл толщиной в 200 миллиметров узконаправленный поток плазмы разрежет в 3-4 раза быстрее, чем устаревшая газовая сварка.
2. Универсальность.
   С помощью качественного сварочного оборудования можно варить абсолютно все виды металлов, включая алюминиевые и медные сплавы, а также чугун и титан.
3. Высокая точность резки и сварки.
   Шов получается настолько точным и аккуратным, что практически не требует дополнительной обработки. Если речь идет о массовом производстве деталей, то дальнейшей обработки не происходит вовсе.
4. Нет необходимости в дополнительных материалах.
   Используя данный вид сварки нет необходимости в применении аргона, кислорода или ацетилена. Более того, не нужно даже подготавливать металл перед операцией. Резать или сваривать можно даже грязную поверхность или изделие, покрытое ржавчиной.
5. Абсолютная сохранность деталей.
   Поскольку плазменная дуга узко направлена не происходит нагрева всей детали, то она не деформируется и не меняет своих форм. Не придется даже перекрашивать изделие целиком, так как краска останется неповрежденной.
6. Полная безопасность работ.
   Во время сварочных работ не используются баллоны с газом или другие взрывчатые вещества. Все это делает процедуру не только безопасной, но и экологически чистой.

Видео

Предлагаем посмотреть небольшой ролик, который демонстрирует автоматическую плазменную сварку, обратите внимание на качество сварного шва:

Ручная дуговая плазменная сварка

Ручная плазменная сварка – наиболее простая разновидность сварочного процесса. Вся работа проводится вручную, без применения автоматизированных средств. Сварщик самостоятельно выбирает и силу тока, и температурный режим, и электрод. Естественно, что качество работы зависит от опыта сварщика и от качества плазменного генератора.

Конечно-же, данный вид работы имеет свои достоинства и недостатки. К преимуществам ручного вида работы можно отнести:

• Возможность работы в любом положении (вертикальном или горизонтальном).
• Возможность работы на ограниченном пространстве, куда невозможно поместить автоматический аппарат.
• Легкий переход от одного свариваемого материала к другому. Достаточно сменить режим работы и электрод.
• Простота и доступность используемого оборудования.

Однако, имеются и недостатки:

• Низкая скорость работы (особенно по сравнению с автоматическими линиями).
• Уровень сварки целиком и полностью зависит от опыта и умений сварщика.
• Достаточно вредные условия работы.

Видео

В следующем ролике демонстрируется ручная сварка плазмой, точечная и шовная:

Плазменно-дуговая наплавка

Данный процесс представляет собой нанесения покрытия на изделие с отличной плотностью и в несколько слоев. При этом, толщина покрытия составит всего лишь несколько миллиметров. Таким образом, удается получать детали с отличными защитными характеристиками и отменной коррозийной стойкостью. Кроме того, с помощью дуговой наплавки можно восстанавливать износ изделий и придавать им новые свойства.

Можно ли своими руками?

Конечно можно! Несмотря на то, что самодельный сварочный аппарат будет не столь качественным и универсальным, как заводской, создать его самостоятельно все-же можно.
Простейший плазменный генератор состоит из следующих деталей:

• Источник тока.
• Плазмотрон.
• Баллон (или компрессор) необходимый для подачи газа.

Имея три эти устройства и правильно рассчитанную электрическую схему можно собрать свой собственный сварочный аппарат. Эта работа не такая простая, как может показаться на первый взгляд, но справится с ней самостоятельно можно.

Это же относится к сварочным работам своими руками. Варить самостоятельно не сложно, главное регулярно практиковаться и не боятся браться за работу, какой бы сложной она не казалась.

  

Плазменная сварка

Главная страница » Плазменная сварка

Работа со сварочным плазменным аппаратом подразумевает резку и сварку любых металлов — сталь, алюминий и их сплавы. Технология плазменной сварки безопасна и надёжна.

Что это

Плазменная сварка и резка металла – это процесс, при котором происходит локальное расплавление металла плазменным потоком. Этот поток плазмы генерируется высокоскоростной сжатой дугой, вытекающей из плазмотрона, температура дуги составляет 5000-30000. Газ, обдувающий дугу, нагревается, и происходит его ионизация. Дальше заряженные частицы газа преобразуются в плазменный поток и выдуваются соплом плазмотрона.

Разработанная технология плазменной сварки очень похожа на аргонную сварку. Обозначается сварка плазменной дугой, как PAW – Plasma Arc Welding. Плазма – это нейтральный газ, ионизированный полностью или частично, и состоящий из заряженных электронов и ионов, а также нейтральных молекул и атомов. Обычная сварочная дуга (при аргонной сварке) не может быть отнесена к плазменной, так как рабочая температура такой дуги намного ниже – 5000-70000.

Почему так популярна

Из всех видов обработки металлов плазменно-дуговая сварка наиболее распространена из-за того, что в современной тяжёлой промышленности стали широко применяться нержавеющие стали, специальные сплавы, цветные металлы и сплавы цветных металлов, а для таких материалов газовая и другие виды обработки малоэффективны.

Современный аппарат плазменной резки и сварки может обеспечить более эффективную работу по сравнению с обычными сварочными аппаратами при обработке цветных и чёрных металлов.

Как работает плазменный сварочный аппарат?

Для работы такого оборудования необходимы только электричество и струя сжатого воздуха, а при использовании компрессора — только электричество. Это оборудование требует при работе только замены электродов и сопла плазмотрона, тогда как аппараты для газокислородной обработки металла должны периодически перезаправляться, использовать присадки и переаттестованные газовые баллоны. Все эти работы связаны и с повышенной взрывопожароопасностью.

Плазменная дуга помещается в специальное устройство – плазмотрон. Рабочая поверхность плазмотрона постоянно и интенсивно охлаждается потоком воды. После сжатия уменьшается сечение дуги и увеличивается количество энергии, расходуемое на единицу площади, то есть – мощность плазменного потока.

Плазменные сварочные аппараты

Качественные приборы плазменной сварки достаточно универсальные устройства, которые способны не только сваривать металл, но и резать, нагревать и закаливать его. Современный аппарат прост в освоении и не требует длительного обучения.

В настоящее время, российскими и зарубежными компаниями производится около десятка различных генераторов плазмы, которые отличаются друг от друга и по стоимости, и по функциональности, и по мощности.

Области применения

Не следует думать, что такие устройства нужны лишь на производстве или могут использоваться только профессиональными сварщиками, которые работают с частными заказами. Сферы применения генераторов плазмы очень широки. В частности, они могут применяться в сфере ЖКХ, при резке и пайки драгоценных и редкоземельных сплавов. Кроме того, аппараты сварки не будут лишними и пригодятся архитекторам для работы с гранитом, мрамором или базальтом.

В последние годы компактные плазменные резаки используются даже ювелирами для того, чтобы быстро разогревать тигли с драгоценными металлами и поддерживать температуру небольшого горна.

Информация по аппаратам содержится на странице, им посвященной.

Здесь лишь скажем вкратце, что популярными считаются следующие бренды и модели (по ссылкам можно перейти в соответствующие обзоры):

• 1. Скорость резки металла при толщине от 50 до 200 мм в 2-3 раза выше, чем при газовой резке.
• 2. Плазменный сварочный аппарат можно использовать в работе практически со всеми металлами – сталь, чугун, плазменная сварка алюминия и сплавов алюминия, медь и медные сплавы.
• 3. Точность шва при резке и его качество практически исключают дальнейшую обработку кромок.
• 4. Нет надобности в применении ацетилена, кислорода, аргона или пропан-бутана, что значительно уменьшает стоимость работ плазменным аппаратом.
• 5. При резке металл не деформируется, даже при вырезании сложных конфигураций и форм. Возможна резка по неподготовленной поверхности (окрашенная, ржавая поверхность). При резке крашеных конструкций краска в зоне работы дуги не возгорается.
• 6. Безопасное проведение работ, так как при работе плазменным резаком не используются баллоны с газом. Этот же фактор обеспечивает экологичность таких работ.

При работе с плазменными сварочными аппаратами также могут применяться и сварочные трансформаторы, сделанные своими руками. Такое несколько необычное сочетание оправдано тем, что при работе с плазменной сваркой используется низкое напряжение, которое можно получить с помощью того же сварочного трансформатора, цена которого на вторичном рынке значительно меньше, чем в специализированных магазинах. Этот метод немного удешевляет работы и является более безопасным.

Плазменная сварка нержавейки и прочих сталей

Плазменная сварка нержавеющей и других видов высокопрочных сталей имеет массу нюансов, учитывая которые можно провести работы качественно и получить устойчивое, монолитное соединение.

Нюансы и особенности работы с нержавеющей сталью

Безусловно, хороший аппарат способен справится с металлом любой толщины, но чтобы операция получилась по-настоящему качественной нужно учесть следующее:

• Наличие хрома

Если в составе сплава имеется хром, то сварное соединение необходимо остудить сразу после сварки. Дело в том, что образующийся карбид пагубно влияет на прочность шва, и чтобы предотвратить его образование необходим резкий перепад температур.

• Высокий коэффициент расширения металла.

Если достаточно долго разогревать металл, то величина свариваемого зазора может быть чересчур большой. Поэтому, полагается контролировать размер получаемого шва.

Подобный вид работ является одним из самых прогрессивных методов, позволяющих получить монолитную сварку высокого качества и с минимальным процентом брака.

Про данную тему смотрите материал на этой странице.

Плазменная сварка алюминия и сплавов: режимы, технология, аппараты

Главная страница » Плазменная сварка » Алюминия

В данном материале рассматриваются особенности плазменной сварки алюминия и его сплавов, трудности, возникающие в ходе работ.

Перечислены тонкости разных режимов при выполнении сварочных работ, технология сварки алюминия на обратной полярности, технология микроплазменной сварки.

Рассмотрены основные компоненты оборудования для проведения плазмосварочных работ и его марки.

Технология плазменной сварки алюминия

Плазменная сварка алюминия и его сплавов по технологии очень напоминает аргоновую сварку. Ее суть заключается в расплавлении металла в нужном месте под воздействием потока плазмы – ионизированных атомов и молекул. Весь процесс осуществляется в защитном газовом облаке, которое предотвращает проникновение в сварочную ванну смеси газов, содержащихся в атмосфере. При этом плазменная сварка алюминия имеет свои специфические особенности:

• В процессе работы образуется тугоплавкий оксид алюминия, имеющий температуру плавления 2050 С. Он имеет плотность, большую чем у алюминия, в связи с чем затрудняется оплавление кромок материала, а шов загрязняется частичками окиси.
• Большая текучесть расплавленного алюминия препятствует равномерному распределению металла внутри сварочной ванны. Он просачивается через корень шва и разрушает твердый металл вокруг ванны. С помощью керамических, графитовых или стальных подкладок эта проблема частично решается.
• В процессе сварки алюминия используется водород. Его применение обуславливает возникновение в сварном шве пористости, которая уменьшает пластичность и прочность заготовки. Для предотвращения этого необходимо тщательно обезжиривать свариваемые детали. Снижения пористости также можно достичь, предварительно разогревая материал до 150-240 градусов.
• Алюминий обладает высоким коэффициентом температурного расширения и пониженной упругостью, что приводит к деформациям во время сварки. Данный недостаток минимизируется с помощью применения различных режимов сварки.
• Применение дополнительных источников тепла и предварительный разогрев алюминия позволяют уменьшить коэффициент теплопотерь, который изначально высок у данного металла.

Видео

Рекомендуем посмотреть небольшой ролик, где наглядно демонстрируется сварка потолочного шва аппаратом SBI:

Плазменная сварка алюминия на обратной полярности

Данный вид сварки алюминиевых деталей применяют для борьбы с оксидной пленкой. Сжатая дуга переменного и постоянного тока обратной полярности разрушает оксид и следом происходит его удаление. С применением данного метода появляется целый ряд технологических преимуществ:

1. Производительность работ повышается на 50-60%.
2. Расход аргона снижается в 4 – 6 раз.
3. Качество сварных соединений гораздо выше, нежели при использовании обычной дуговой сварки.
4. КПД нагрева повышается до 60-70 процентов. При обычной аргонодуговой сварке КПД равен 40-45%.
5. Снижается расход присадочной проволоки до 50%.
6. Швы заметно уже, чем при классической сварке.
7. Возможна сварка деталей без предварительного травления.

К сведению! Сварка на токе обратной полярности особенно широко применяется при работе с нагартованными поверхностями, и уплотненными термическим способом сплавами. Благодаря уменьшению общей подаваемой энергии, уменьшается процент некачественных участков шва и более глубокое проникновение струи плазмы в материал. Это позволяет сваривать толстые детали алюминия.

Особенности и премущества

• Выбор технологии сваривания и параметров режима определяется маркой сплава, габаритами и формой изделия, типом швов, толщиной соединяемых элементов, пространственным положением и конфигурацией швов, их длиной, производственными условиями и некоторыми другими факторами.
• Максимальной эффективности плазменного сваривания алюминиевых сплавов можно достигнуть при автоматическом сваривании стыковых швов и использовании форсированных технологий. Также высока эффективность применения ручной плазменной сварки алюминия при производстве и ремонтах габаритных конструкций в условиях цеха и монтажных ситуациях.
• Плазменный сварочный процесс благодаря сжатой дуге позволяет сконцентрировать в пятне нагрева высокую энергию, благодаря чему этот вид сварки стал перспективным для соединения из алюминия и его сплавов.
• Преимущественное достоинство плазменной сварки в высокой скорости, значительном уменьшении зоны термического воздействия и стабильности процесса, благодаря чему не обязательно четко контролировать и поддерживать постоянство длины дуги, чем облегчается выполнение ручной сварки.
• Плазменная сварка алюминия обеспечивает глубокое проплавление, что резко увеличивает количество основного металла при формировании шва. При этом, однако, необходимо соблюдать качество сборки деталей для сварки и точность проводки горелки по стыку.
• При помощи микроплазмы (слаботочной сжатой дуги) можно сваривать сплавы алюминия толщиной 0,2-1,5мм силой тока10-100А. При микроплазменном сваривании применяется чистый аргон (99,98%), в роли защитного газа применяется чистый гелий (99,95%). Гелий защищает сварочную ванну от атмосферных газов, затрудняет развитие ионизационного фронта в радиальном направлении и, сжимая дополнительно дугу, делает ее устойчивой в пространстве.

Режимы плазменной сварки алюминия

Сварка алюминиевых изделий имеет свои особенности. Решить многие проблемные моменты сварки алюминиевых сплавов и повысить производительность при сохранении высокого качества сварных соединений изделий позволяет плазменная сварка алюминия постоянным напряжением с обратной полярностью.

Сварка с помощью плавящегося электрода

Процесс происходит в оболочке, состоящей из защитного газа, которым обычно является аргон, гелий или их смесь. Детали свариваются с помощью специальных плавящихся вольфрамовых электродов с применением присадочной проволоки диаметром до 2,5 мм током обратной полярности.

Скорость работ при таком режиме может достигать 40 м/час. Если защитное облако состоит из смеси аргона и гелия, толщина свариваемых деталей и ширина шва увеличивается, что рационально при работе с толстыми изделиями.

Автоматическая дуговая сварка

Процесс выполняется с помощью полуоткрытой плазменной дуги по флюсу, или же с закрытой дугой, тогда под флюсом. Здесь также применяется плавящийся расщепленный электрод и флюс АН-А1 для сварочных работ по техническому алюминию, и АН-А4 для соединения алюминиево-магниевых сплавов.

Работа производится по слою флюса во избежание возникновения шунтирования и нарушения технологического процесса. Размеры слоя флюса зависят от толщины свариваемых изделий и составляют 20-45 мм по ширине и 7-15 мм в толщину.

Ручная дуговая

Используется для соединения деталей из чистого алюминия, алюминиево-кремниевых сплавов, сплавов с магнием и цинком. При этом толщина изделий должна быть не менее 4 мм. Сварочные работы осуществляются с помощью постоянного тока с обратной полярностью с высокой скоростью. Боковое смещение отсутствует. Если толщина кромок более 1 см, необходимо произвести разделку кромок. В таком режиме применяется только стыковый метод, поскольку при нахлестном типе соединения много шлаков может попасть в шов и привести к коррозии. Работы при таком типе производятся только после прогрева деталей до 400 С.

Видео

Пример ручной сварки аппаратом Мультиплаз 3500:

Электронно – лучевая

Производится в вакуумной среде. При таком типе происходит разрушение оксидов алюминия действием на них парами металлов, в результате чего окись разлагается в вакууме. Вакуум также ускоряет вывод водорода из сварочного шва. В результате работы получаются ровные, качественные швы, металл практически не теряет своей структуры в месте стыка, деформация заготовки сводится к минимуму.

Оборудование для плазменной сварки алюминия

Аппарат для плазменной сварки алюминия состоит из источника переменного или постоянного тока обратной величины и плазмотрона – специальной горелки для генерации плазменного разряда.

Плазмотрон для сварки алюминия Горыныч. Фото с сайта производителя as-pp.ru/gorynych

Источники питания могут иметь разную продолжительность нагрузки, величину силы тока, напряжение холостого хода и, соответственно, разную потребляемую мощность.

Плазмотрон имеет специальные подводы для плазмообразующего и защитного газов, а также для жидкостного или воздушного охлаждения стенок сопла. Электрод для горелки изготавливается из тугоплавкого вольфрама, гафния или меди.

На рынке присутствуют аппараты для плазменной сварки алюминия различных производителей:

• Отечественные аппараты отличаются доступностью и простотой. Среди самых распространенных можно назвать: «Плазар» и «Горыныч». Это оборудование имеет достаточно долгую историю эксплуатации. С успехом применяется для сварки алюминия в условиях небольших мастерских.
• Оборудование зарубежного производства, в основном Германии, Италии и Китая имеет более высокую цену, но вместе с тем больший функционал и эргономичность. Среди широко известных марок можно выделить: «Merkle» с моделями P421 и P621. Это оборудование используется для работы мировых автогигантов. С недавнего времени появилась возможность приобрести его и в нашей стране.

Плазменная сварка алюминия и его сплавов

Кроме чистого алюминия плазменная сварка используется для его сплавов. Основные их виды:

1. Термоупрочняемые. Такие сплавы являются трудносвариваемыми, поэтому изготовление из них сварных изделий возможно только при термической обработке изделия. К ним относятся:
   • Алюминиево-медно магниевые (Д1, Д16, Д18 и др.).
   • Алюминиево-магниево-цинковые (В92, В92Ц и др.).
   • Алюминиево-магниево-кремниевые и алюминиево-магниево-кремниево-медные сплавы (АК6 и АК6-1).
   • Алюминиево-медно-марганцевые сплавы.
   • И другие 5-ти и более компонентные сплавы.
2. Нетермоупрочняемые сплавы. Наиболее распространены и отлично подходят для сварочных работ. Это технический алюминий, алюминиево-марганцевые и алюминиево-магниевые сплавы.

Микроплазменная сварка алюминия

Данный тип применяется для сварочных работ по алюминию, толщиной 0,2 – 1,5 мм. В качестве источника питания используется переменный источник напряжения с силой тока 10-100 А. Дежурная дуга получает ток от отдельного источника постоянного тока. В качестве источника плазмы выступает аргон, а защитные газы – гелий и аргон.

Данный вид сварочных работ отличается высокой скоростью, доходящей до 60 м/ч при механизированном способе и 15 м/ч при ручном. Качество работ также высокое. Прочность получаемых швов — 0,9.
Основное преимущество микроплазменной сварки от аргонодуговой – снижение деформаций материала на 25-30%.