цветных и черных металлов, сварка плазморезом

На чтение 11 мин Просмотров 652 Опубликовано 03.12.2013

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.

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:

Плазменная горелка (плазмотрон)

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.

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.

Горячий шов 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.

Процесс сварки плазморезом

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.

Сварка отдельных деталей

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 ролик — 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:

Рабочее место лазерного сварщика для ручной работы

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.

Аппарат для плазменной сварки

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

2

0

0

0

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.

Информация о методе плазменная сварка

Плазменная сварка представляет собой способ сваривания металлов с использованием плазменного потока. Главной особенностью плазменной сваркой является возможность достижения более высоких температур, чем при стандартной дуговой сварке. Это обеспечивает лучшие условия проплавления металла во время работы.

Плазменная сварка является одним из самых современных и инновационных методов сваривания материалов. Широкие возможности применения обеспечиваются благодаря ряду преимуществ:

• возможность ведения процесса с использованием высоких температур,
• снижение чувствительности процесса к длине дуги,
• горение дуги даже на малых токах,
• повышенная скорость ведения процесса,
• увеличенный коэффициент полезного действия,
• возможность работы с материалами толщиной до 1см,
• точный контроль глубины провара,
• практические полное отсутствие шлаков и отходов в ходе работы,
• простота в установке и использовании оборудования.

Главным недостатком плазменной сварки является высокая стоимость оборудования и работы. Несмотря на простоту установки и использования плазмотрона оборудование требует тщательного ухода, регулярной чистки. Горелка и электрод плазмотрона должны меняться своевременно, чтобы избежать проблем в работе оборудования. Также необходимо тщательно следить за температурой процесса и оборудования, чтобы избежать перегрева. Специалисты, работающие с плазмотроном, должны пройти специальное обучение. Оператор плазмотрона должен иметь определенные знания и навыки.

Все недостатки легко нивелируются достоинствами плазменной сварки. Высокая эффективность и повышенная производительность перевешивают понесенные затраты на оборудование и обучение персонала. В результате же компания получает первоклассных специалистов, обученных работать на самом современном оборудовании для ведения плазменной сварки.

Область применения плазменной сварки

Плазменная сварка подходит для работы практически с любыми видами металлов и сплавов, в том числе для:

• титана и его сплавов,
• алюминия и его сплавов,
• магния и его сплавов,
• меди и ее сплавов,
• вольфрама,
• высоколегированных, низколегированных или нелегированных сталей,
• чугуна,
• сплавов никеля,
• различных неэлектропроводных металлов,
• других разнородных металлов.

В первую очередь плазменная сварка применяться на промышленных предприятиях. Это объясняется высокой стоимостью плазмотрона и необходимостью специального обучения персонала. Для индивидуального или бытового применения плазменная сварка может оказаться слишком затратным методом работы.

В промышленности плазменная сварка может применяться практически во всех отраслях. Особое применение плазменная сварка находит в отраслях, предъявляющих высокие требования к качеству сварного соединения и точности работы, например, в приборостроении, авиакосмической отрасли, медицинской отрасли и многих других.

Техника проведения и оборудование для плазменной сварки

Стандартно оборудование для плазменной сварки состоит из плазменной горелки, вольфрамового электрода, системы охлаждения, системы подачи газа и сопла плазмы. Для образования плазмы используется специальный газ – аргон, смесь аргона с водородом, кислород или азот. Сама плазма способна разогреваться до 30 000^oC. Система охлаждения нужна для контроля этой температуры и удержания ее не выше 8 000^oC.

При подаче тока на конце электрода образуется электрическая дуга. Аргон, попадая в зону дуги, образует плазму, нагревается и ионизируется. Тепловое расширение увеличивает объем газа в 50-100 раз. Аргон начинает истекать из сопла плазмотрона. Основным источником энергии для сварки является тепловая энергия газа и энергия ионизированных частиц газа.

Сварка может проводиться плазменной дугой при сварке прямого действия или плазменной струей при сварке косвенного действия. При прямой сварке плазменная дуга горит между электродом и свариваемым изделием. При косвенной сварке плазменная струя горит между соплом плазмотрона и электродом.

По величине тока различают микроплазменную сварку (при токах 0,1-0,25А), сварку на средних токах (до 150А) или сварку на больших токах (свыше 150А). Сварка на больших токах обеспечивает полных прожог металла. Микроплазменная сварка используется для работы без прожогов.

ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА [видео, состав оборудования, технология]

Сегодня все большую актуальность приобретает [плазменная сварка], которая позволяет производить работу со многими современными сплавами, в том числе и с цветными металлами, а также с нержавейкой.

Сварка плазмой обеспечивает максимально прочное сцепление обрабатываемых поверхностей, притом, что качество и плотность шва получаются на высоком уровне.

Сварка плазменной дугой и резка выполняются на специальном оборудовании, эксплуатация которого возможна и в домашних условиях, правда его цена достаточно высокая.

За счет прямого действия на обрабатываемые сварочные поверхности воздушно-газовой смесью, которая используется при плазменной сварке, удается избежать разбрызгивания расплавленного металла.

В настоящее время плазменная сварка и резка используются на многих промышленных объектах и позволяет выполнять качественное соединение металлических поверхностей практически любой сложности.

Сварочные аппараты для данного вида сварки представляют собой достаточно компактные устройства, которые дополнительно оснащаются системой для подачи воздушно-газовой смеси.

Плазменная сварка и резка имеет достаточно простой принцип работы, который заключается в том, что расплавление металла в заданном месте происходит от прямого действия потока плазмы в воздушно-газовой защитной смеси.

Принцип работы, который производит аппарат сварки плазмой можно увидеть на видео, которое размещено ниже в статье.

Особенности работы

Плазменная сварка и резка в чем-то схожа с аргоновой, при этом при помощи нее посредством прямого действия осуществляется расплавление металлических поверхностей в заданном месте.

В процессе работы используется воздушно-газовая смесь, которая исполняет роль своеобразной защиты сварочной ванны от агрессивного атмосферного действия.

Вообще, непосредственно под плазмой принято понимать ионизированный газ, структуру которого составляют сильно заряженные ионы и электроны, кроме этого, в процессе участвуют и нейтральные молекулы атомов.

В некотором смысле к плазме можно отнести и стандартную дугу, однако она не может сравниться с тем потенциалом, которым обладает сама плазма.

Для того чтобы увеличить, как мощность, так и температуру обыкновенной дуги, необходимо произвести в принудительном порядке вдувание в нее специального плазмообразующего газа, либо выполнить ее сжатие, что сделать не так просто.

Все эти процессы происходят в плазмотроне, который исполняет роль резака.

Главной отличительной особенностью плазменной сварки является достаточно высокая температура плазменной дуги, которая может достигать показателей в тридцать тысяч градусов по Цельсию.

В момент прямого действия плазменной дуги особым образом осуществляется подача воздушно-газовой смеси, что дает оптимальную возможность добиться высокоскоростного течения дуги непосредственно из самого плазмотрона.

Здесь следует отметить, что при выполнении данной сварки происходит соединение тепловой и кинетической энергии, вследствие чего образуется дуга с более мощным потоком.

Плазменная дуга, в отличие от обычной, имеет и значительно более высокое давление на обрабатываемые поверхности, а ее рабочий диаметр получается, наоборот, значительно меньшим.

Кроме этого, форма плазменной дуги является полностью цилиндрической. Следует отметить и то, что данный вид сварки является более универсальным, что позволяет производить работу на более сложных поверхностях.

За счет прямого действия плазменной сварки удается добиться более глубокого проплавления металла. При соблюдении определенных условий может выполняться плазменная сварка своими руками.

В этом случае необходимо отметить то, что цена на такой аппарат достаточно высокая, а для многих домашних мастеров именно цена является определяющим фактором при выборе оборудования.

На видео ниже можно увидеть, как выполняется сварка и резка плазмой в домашних условиях.

Видео:

Основные разновидности

Условно данную сварку прямого действия можно поделить на различные типы в зависимости от силы тока и способа подачи воздушно-газовой смеси.

Так, сегодня доступны аппараты с большими и средними токами, а также микроплазменные аппараты. Сварка и резка, выполняемые на средних токах, по некоторым своим характеристикам схожи с аргоновой, однако более безопасная и мощная.

По своим возможностям такое сваривание плазмой может только превзойти лазерная или сварка электронным лучом.

В момент выполнения работы плазменная дуга оказывает более высокое давление на сварочную ванну, чем обыкновенная.

Это дает возможность в несколько раз увеличить передачу тепла непосредственно в самую глубь обрабатываемой металлической поверхности.

Следует отметить, что при работе на средних токах нет необходимости дополнительно использовать присадочную проволоку, что несколько снижает затраты на выполнение соответствующих работ.

При выполнении работ на больших токах, металлические поверхности подвергаются еще более мощному воздействию плазмы. В этом случае для начала происходит своеобразная разрезка металла, после чего она заваривается с еще большей прочностью.

Данный тип сварки особенно актуален для изделий из меди, титана, либо легированных сталей.

При выполнении данного типа сварки микротоками, используются токи с относительно малой величиной, при этом обязательно наличие воздушно-газовой смеси с достаточным уровнем ионизации.

Данный тип сварки используется преимущественно тогда, когда необходимо произвести соединение тонких металлов, а также при необходимости закрепить на металлической поверхности некоторых элементов.

Суть данного процесса заключается в том, что для начала образуется дежурная дуга, которая зажигает основную в тот момент, когда к рабочей поверхности подводится непосредственно сам плазмотрон.

Плазмотрон имеет два независимых сопла. Одно из них предназначено для подачи газа, образующего само пламя, а другое подает воздушно-газовую защитную смесь.

При этом в процессе работы происходит непрерывное охлаждение горелки за счет подачи воды.

Состав используемых газовых смесей при данном типе сварке зависит, главным образом, от типа металла, который нужно соединить между собой.

Оборудование, предназначенное для сварки плазмой, может функционировать по своему прямому назначению в нескольких различных режимах.

Сварка алюминия сопряжена с некоторыми трудностями. Сплавы алюминия обладают неудовлетворительной свариваемостью.

Решить многие проблемы свариваемости сплавов из алюминия поможет сварка и резка плазмой. Действие плазмы постоянного тока обратной полярности повышает качество сварных швов сплавов из алюминия.

Выбор технологии плазменной сварки и резки алюминия и режима определяется составом сплава из алюминия.

Наиболее часто применяется автоматическая сварка алюминия плазмой с подачей присадочной проволоки.

На видео, которое размещено ниже, показано, как выполняется сварка алюминия плазмой.

Видео:

Состав оборудования

Любое современное оборудование данного типа можно отнести к двум различным типам. Основное различие здесь заключается в характеристиках вырабатываемой дуги.

В любом случае, дуга должна обязательно обеспечивать не только высокий КПД самого процесса, но и относительно малый участок температурного действия на рабочие поверхности обрабатываемых материалов.

Используемое оборудование должно полностью соответствовать нормам безопасности и обеспечивать сравнительно небольшой расход используемых в процессе работы защитных газов.

Также сварка данного типа должна иметь возможность осуществлять соединение тонколистовых стальных поверхностей с различными неметаллами.

Кроме этого, на обрабатываемых поверхностях могут оставаться только несущественные деформации.

Во многом характеристики таких установок определяет цена, и чем она выше, тем больше функциональных возможностей имеет такой аппарат.

На видео, которое размещено ниже, подробно показан процесс выполнения плазменной сварки.

Когда вы выбираете аппарат данного типа, в первую очередь необходимо руководствоваться тем, какие именно поверхности планируется обрабатывать с его помощью.

Следует отметить и то, что данное оборудование выпускается как в ручном варианте, так и в автоматическом.

В устройствах данного типа основным питающим элементом является специальный инвертор, который обеспечивает подачу тока с определенными параметрами.

При использовании устройств данного типа, можно не только повысить общую скорость выполнения соответствующей работы, но и значительно снизить количество отходов.

Видео:

Для работы самого обыкновенного плазменного аппарата необходимо только лишь электричество, а также струя воздуха определенного давления.

Также, качество шва во многом зависит и от используемого в процессе работы плазмотрона, который является, по сути, основным рабочим инструментом.

Более подробно о том, как работает плазменный аппарат, рассказано на видео в нашей статье.

Плазменная сварка — Плазма и газ-резка, сварка, напыление

Требования предъявляемые к плазматронам

При конструировании плазмотронов, предназначенных для различных видов обработки материалов следует учитывать ряд общих требований, предъявляемых к ним:

• Плазмотрон должен обеспечивать многократное надежное зажигание и стабильное горение плазменной дуги в заданном диапазоне рабочих токов и напряжений. Это требование удовлетворяется при определенных соотношениях между диаметром электрода, сопла, длиной последнего, и зазором между ними, а также при правильном конструктивном решении узла формирования и стабилизации дуги.
• Элементы, наиболее подверженные действию тепла (электрод, сопло), должны выдерживать длительную тепловую нагрузку при максимальной мощности плазмотрона. Это требование выполняется при правильном выборе материала теплонапряженных элементов и си-стемы их охлаждения.
• Электрическая изоляция между электродами и соплом должна быть рассчитана на максимальное напряжение, возникающее на дуговом промежутке при возбуждении дуги и ее обрыве. При возбуждении дуги с помощью осциллятора это напряжение составляет 2-5 кв в диапазоне частот 0,3-1 Мгц.
• Элементы водяных и газовых коммуникаций плазмотрона (шланги, уплотнения, прокладки и пр.) должны выдерживать давление не ниже 10 атм.
• Для обеспечения маневренности плазмотрона подсоединяемые к нему шланги и электрические провода должны быть гибкими и прочными.
• Плазмотрон должен быть технологичным в изготовлении, в ремонте и удобным в эксплуатации. Особо важно обеспечить легкость его разборки и сборки и возможность быстрой замены наиболее часто изнашиваемых деталей (катода и сопла).
• Конструкция плазмотрона должна быть экономичной, т. е. должна предусматривать возможность применения недифицитных материалов для его изготовления и обеспечивать минимальное потребление охлаждающей воды, рабочего газа и минимальные потери тепла.
• К плазмотронам предъявляется и ряд специальных требований, обусловленных особенностями технологического процесса.
• Плазмотроны для сварки и наплавки должны обеспечивать надежную защиту шва от вредного воздействия окружающей среды, плазмотроны для напыления — высокие скорость течения и теплосодержание плазменной струи при минимальной ее загрязненности продуктами эрозии электродов, плазмотроны для резки — высокую концентрацию теплового потока плазменной струи. Ручной плазменный резак должен быть легким и удобным в обращении.

Конструкция плавильных плазмотронов, предназначенных для работы в печи с высокой температурой атмосферы, должна обеспечивать выполнение следующих специальных требований:

• отсутствие любых водо-, электро- или газоподводящих шлангов в рабочем пространстве печи;
• водоохлаждение всех металлических частей;
• защита от излучения всех уплотнений и неметаллических деталей водоохлаждаемыми или термоизоляционными экранами;
• возможность ввода плазмотрона в печную камеру через уплотнение.

При этом желательно обеспечить возможность его поступательного перемещения в камере в процессе работы.

В ряде случаев выдвигаются особые требования к системе управления плазмотроном, к способу его охлаждения, к защите от воздействия окружающей среды, к повышенной надежности его в условиях работы на поточной линии и др.

Плазматроны: схемы, классификация

При создании плазмотрона первым шагом является составление схемы его устройства. Исходя из особенностей технологического процесса и условий работы плазмотрона выбираем систему его охлаждения, род тока, плазмообразующую среду, вид и материал электрода, способ стабилизации дуги, перемещения ее электродных пятен и т. д. Различные варианты схем плазмотронов удобнее всего представить в виде классификации (рис.). Данная классификация составлена таким образом, что один из вариантов каждого подраздела является необходимым составным элементом общей схемы плазмотрона любого типа.

В первую очередь все плазмотроны разделяются на две группы по виду дуги (см. рис.): плазмотроны с дугой прямого и косвенного действия (схемы 1 и 2). Различие тепловых свойств обоих типов плазмотронов и области их применения уже рассматривались выше.

рис. 1 Классификация плазмотронов по критериям

По системе охлаждения электрода и сопла плазмотроны также делятся на два основных типа: с воздушным и с водяным охлаждением (схемы 3, 4). Теплоемкость воды намного выше теплоемкости воздуха и других газов. Поэтому наиболее эффективной и распространенной является водяная система охлаждения, при которой допускаются высокие тепловые нагрузки на электрод и сопло, т. е. обеспечивается нормальная работа плазмотрона при больших токах и высокой степени обжатия плазменной дуги. Однако водяное охлаждение несколько усложняет конструкцию плазмотрона, утяжеляет его из-за наличия водоподводящих шлангов и удорожает эксплуатацию плазменной установки. Чистота воды существенно влияет на эффективность теплоотвода. При больших расходах воды плазменную установку целесообразно оснащать циркуляционной системой охлаждения с использованием дистиллированной воды во избежание образования накипи. Система воздушного охлаждения ввиду низкой эффективности применяется реже, главным образом для охлаждения малоамперных плазменных горелок и ручных плазменных резаков, предназначенных для монтажных работ в зимних условиях. В таких резаках рабочий ток обычно не превышает 300-400 а. В обеих системах охлаждающая среда чаще всего проходит последовательно электродный и сопловой узел через изолирующий корпус плазмотрона. При этом существенную роль с точки зрения эффективности охлаждения играет профиль полостей охлаждения, температура и давление поступающей в плазмотрон охлаждающей среды. Основная задача при выборе системы охлаждения состоит в том, чтобы обеспечить максимальную интенсивность отвода тепла стенками сопла, так как чем выше величина теплового потока, отводимого соплом, тем круче температурный градиент газовой прослойки между столбом дуги и стенками канала сопла и, следовательно, тем выше плотность тока и мощность столба дуги.

рис. 2 Классификация плазмотронов по методам стабилизации дуги

Плазмотроны можно классифицировать и по способу стабилизации дуги. Система стабилизации дуги, обеспечивающая сжатие столба и строгую фиксацию его по оси электрода и сопла плазмотрона, является наиболее важным элементом плазмотрона. Существуют три вида стабилизации дуги: газовая, водяная и магнитная. Наиболее простой и распространенной является газовая стабилизация, при которой наружный холодный слой рабочего плазмообразующего газа, омывая стенки столба дуги, охлаждает и сжимает его. При этом в зависимости от способа подачи газа (вдоль или перпендикулярно оси столба) газовая стабилизация может быть аксиальной или вихревой (схемы 5, 6). Наибольшее обжатие дуги достигается при вихревой ее стабилизации, поэтому этот способ используется главным образом в плазмотронах для резки и напыления. При аксиальной стабилизации поток газа, обдувающего столб дуги, имеет более спокойный, ламинарный характер, что обеспечивает лучшие условия защиты нагреваемого изделия от воздействия окружающей среды. Поэтому аксиальная стабилизация применяется в плазмотронах для сварки и наплавки. Иногда применяют двойную стабилизацию дуги (схема 7), при которой сочетается аксиальная подача газа через первичное и вихревая подача через вторичное сопло или наоборот. Столб дуги можно стабилизировать, омывая его водяной струей (схема 8). Образуемый из струи водяной пар служит плазмообразующей средой. При водяной стабилизации можно достигнуть наиболее высокой степени сжатия и температуры столба дуги до 50 000 °К. Однако присутствие паров воды вблизи катодной области приводит к интенсивному сгоранию электродов из любых материалов. В плазмотронах с водяной стабилизацией, предназначенных для резки, используется графитовый электрод, автоматически перемещаемый по мере его сгорания. Плазмотроны с водяной стабилизацией отличаются сложностью конструкции, малой надежностью системы автоматического регулирования подачи электрода и сложностью способов возбуждения дуги. Магнитная стабилизация (схема 9), при которой создается продольное магнитное поле, сжимающее столб дуги, менее эффективно, чем газовая и водяная. Кроме того, надетый на сопло соленоид усложняет конструкцию плазмотрона. Преимущество способа магнитной стабилизации состоит в возможности регулирования степени сжатия столба дуги независимо от расхода рабочего газа, в то время как при газовой и водяной стабилизации рабочий газ является одновременно плазмообразующим и стабилизирующим. На практике наложение продольного магнитного поля применяется не столько для стабилизации дуги, сколько для вращения ее анодного пятна по внутренним стенкам сопла с целью повышения стойкости последнего. Например, в плазмотронах, применяемых для напыления, магнитное вращение анодного пятна газовихревым способом позволяет значительно снизить эрозию сопла и, следовательно, загрязненность плазменной струи.

Классификация плазмотронов по виду электрода

По виду электрода-катода плазмотроны постоянного тока можно разделить на две группы: плазмотроны со стержневым и плазмотроны с распределенным катодом.В плазмотронах со стержневым катодом, катодное пятно фиксируется на торце электрода, а в плазмотронах с распределенным катодом — интенсивно перемещается с помощью газовихревого или магнитного вращения по развитой поверхности электрода.

В плазмотронах для обработки металлов применяются в основном стержневые катоды, подразделяемые на три основных вида: расходуемый, газозащищенный и пленкозащитный (схемы 1, 2, 3).

Расходуемый, чаще всего графитовый, электрод был показан в схеме плазмотрона с водяной стабилизацией. Несмотря на то, что графит обладает высокой температурой плавления, при нагревании до этой температуры он не плавится, а возгоняется, чем и обусловлен его повышенный расход.

Газозащищенный вольфрамовый электрод — самый распространенный из всех видов электродов. При работе в инертной (аргон, гелий) и восстановительной (азот, водород) средах катод из тугоплавкого вольфрамового стержня при нагрузке 15-20 а/мм2 практически не расходуется. Вольфрамовый катод по сравнению с графитовым значительно прочнее и обладает во много раз большей электропроводностью.

Для улучшения условий работы катоды дуговых плазмотронов изготовляют из вольфрама с небольшой добавкой окиси тория или лантана (1,5-2%). Существует мнение, что торированные вольфрамовые электроды обладают некоторой радиационной способностью, поэтому в последнее время чаще используются лантанированные вольфрамовые электроды. Примеси окиси тория или лантана повышают эмиссионные свойства вольфрамового катода (работа выхода электронов понижается с 4,5 до 2,63 эв), что обеспечивает лучшие условия зажигания, более высокую допустимую плотность тока и устойчивость горения дуги. Кроме того, вольфрам с указанными добавками имеет температуру рекристаллизации на 600° К выше, чем чистый вольфрам и, следовательно, сохраняет волокнистое строение и пластичность до более высокой температуры. Однако стойкость вольфрамового электрода при добавлении кислорода к газовой среде в связи с образованием летучих соединений резко снижается. Например, в плазмотронах, применяемых для резки, при использовании технического азота, содержащего 3-5% О2, на вольфрамовом катоде через 2-3 ч работы при токе 300-400 а образуется кратер, смещение центра которого относительно оси сопла вызывает соответствующее смещение столба дуги и приводит к явлению двойного дугообразования. Поэтому при работе с кислородосодержащей плазмообразующей средой в первичное сопло подается аргон, защищающий вольфрамовый электрод от воздействия рабочего кислородосодержащего газа, подаваемого во вторичное сопло. Система с двойным газовым потоком имеет существенные недостатки. При использовании дешевого рабочего газа, например воздуха, все же остается необходимость в использовании дефицитного аргона. При этом усложняется конструкция плазмотрона и ухудшается нагрев рабочего газа, так как наиболее эффективно газ нагревается вблизи катодной области. Сравнительно недавно появился новый вид катода — пленкозащитный стержневой катод, обладающий высокой стойкостью в газах, содержащих кислород (в воздухе, углекислом газе, техническом азоте). Он представляет собой стержень из циркония или его сплавов, запрессованный в медной обойме. Механизм работы такого электрода должен быть еще детально изучен, но можно уже считать установленным, что достаточно высокая термостойкость циркония, имеющего относительно низкую температуру плавления (2125° К), в значительной мере обусловлена образованием стойкой тугоплавкой пленки из его окислов и нитридов, защищающей чистый цирконий от испарения. Тугоплавкие соединения, образующие пленку, при обычных температурах являются диэлектриками, а при температурах, близких к температуре плавления (3200° К), теряют свои диэлектрические свойства и становятся проводниками с ионной проводимостью (σ >= 1 ом-1*см-1). Таким образом, стойкость циркониевого катода определяется его термохимическим взаимодействием с плазмообразующей средой. Не-обходимыми условиями, обеспечивающими высокую стойкость катода, является наличие в составе газовой среды кислорода и азота, а также такая интенсивность его охлаждения, при которой температура катодного пятна не превышала бы температуру разложения туго-плавких соединений. Эрозия циркониевого катода резко повышается при большем процентном содержании кислорода, чем в воздухе (более 20%) и особенно при наличии в газовой среде водорода. Особо важное значение с точки зрения повышения стойкости циркониевого катода имеет его конструкция и система охлаждения. В настоящее время в плазмотронах для воздушно-плазменной резки достигнута вполне удовлетворительная стойкость циркониевого катода при работе на токах до 400 а. Применение пленкозащитного электрода в плазмотронах переменного тока исключается ввиду его активного разрушения в полупериоды обратной полярности. Особенностью работы циркониевой вставки является постепенное углубление ее нижнего основания в медную обойму по мере эрозии. Циркониевая вставка расходуется главным образом при включении дуги, очевидно, вследствие разрушения пленки от термоудара. При определенном углублении нижней поверхности вставки последующее зажигание дуги осуществляется с медной обоймы, поэтому для перемещения катодного пятна на циркониевую вставку и для жесткой фиксации его необходимо применять газовихревую или магнитную стабилизацию дуги, обеспечивающую строгую соосность столба дуги с электродом и соплом плазмотрона. При использовании циркониевого электрода допускается большая плотность тока, достигающая 80-100 а/мм2, чем при использовании вольфрамового электрода. При работе плазмотрона с окислительной плазмообразующей средой на больших токах (1000 а и выше) используются разнообразные виды распределенных катодов, наиболее распространенными из которых являются полый, дисковый и кольцевой (схемы 4, 5 и 6). Недостатками распределенных катодов являются сложность их конструкции, трудность равномерного перемещения катодного пятна по всей поверхности электрода, низкая стабильность горения дуги, возрастание напряжения прикатодной области дуги и связанное с этим увеличение потерь мощности в электроде. Поэтому в плазмотронах для обработки металлов распределенные катоды не нашли практического применения. Существует классификация плазмотронов и по плазмообразующей среде. Состав плазмообразующей среды диктуется технологическим процессом и в свою очередь является определяющим фактором при выборе схемы плазмотрона.

По химическому воздействию на обрабатываемое изделие и электроды плазмотрона все плазмообразующие среды можно разделить на три большие группы: инертная, восстановительная и окислительная. Физические свойства и оценка роли каждого из плазмообразующих газов уже рассматривались выше.

Классификация плазмотронов по роду тока

По роду тока плазмотроны отличаются наибольшим разнообразием вариантов. Поэтому рассмотрим лишь основные из них. Подавляющее большинство плазмотронов для обработки металлов выполняется на постоянном токе прямой полярности (схема 1). Это объясняется, прежде всего, физической особенностью дуги, заключающейся в том, что на аноде дуги выделяется большее количество тепла, чем на катоде. Тепловая мощность, выделяемая в электроде плазмотрона, в отличие от плавящегося электрода сварочной дуги является не только бесполезной, но и вредной. Наименьшую тепловую нагрузку несет электрод, являющийся катодом. Достаточно отметить, что предельно допустимая токовая нагрузка на лантанированный вольфрамовый электрод на переменном токе примерно в два раза, а на обратной полярности при использовании постоянного тока в десять раз ниже, чем на прямой полярности. Поэтому плазмотроны постоянного тока имеют наиболее высокий коэффициент полезного использования мощности. Столб интенсивно сжатой дуги должен быть жестко стабилизирован по оси электрода и сопла плазмотрона. При смене полярности электрода эта стабилизация нарушается, поэтому дугу переменного тока сжать труднее, чем дугу постоянного тока.

Важным преимуществом плазмотронов постоянного тока по сравнению с плазмотронами переменного тока является большая стабильность горения дуги. Прохождение тока через нуль может вызвать погасание дуги, поэтому обычно напряжение холостого хода источника питания переменным током не менее чем вдвое превышает рабочее напряжение дуги. При питании плазмотронов постоянным током можно достичь отношения uд/uxx равного 0,8-0,9. Следовательно, при одинаковой мощности дуги установленная мощность и габариты источника постоянного тока меньше, чем мощность и габариты источника переменного тока. Кроме того, источник постоянного тока обеспечивает равномерную загрузку трехфазной сети. Существовавшая раньше проблема выпрямления постоянного тока в настоящее время практически решена благодаря созданию и широкому выпуску электропромышленностью мощных малогабаритных полупроводниковых вентилей. Первоначальные затраты и расходы на эксплуатацию плазменных установок переменного и постоянного тока приблизительно равны. Поэтому с учетом перечисленных выше преимуществ для большинства процессов обработки материалов целесообразно применять плазмотроны постоянного тока. Плазмотроны переменного тока применяются в ряде случаев в силу технологических требований процесса. Например, плазменную сварку алюминиевых сплавов необходимо вести на переменном токе, так как в периоды обратной полярности за счет действия эффекта катодного распыления разрушается тугоплавкая пленка окиси алюминия, препятствующая нормальному процессу сплавления металла.

При плазменной плавке в случае параллельной работы нескольких мощных плазмотронов постоянного тока на общую ванну-анод возникает трудноустранимое магнитное взаимодействие между дугами. Поэтому в этих условиях могут быть использованы плазмотроны переменного тока. В этом случае целесообразно использовать плазмотроны в количестве, кратном трем, что обеспечивает равномерную загрузку трехфазной сети. Рассмотрим три основные схемы плазмотронов переменного тока. На схемах 2 и 3 плазмотроны питаются от однофазного трансформатора. В схеме 3 осуществлена вентильная коммутация тока таким образом, что электрод функционирует только как катод (в полупериод прямой полярности), а сопло — как анод (в полупериод обратной полярности). При такой схеме обеспечивается большая стойкость вольфрамового электрода. Однако с увеличением тока ухудшаются условия работы сопла, а при работе на токах ниже определенного предела (~150 а) нарушается стабильность горения дуги. На схеме 4 плазмотрон питается от трехфазного трансформатора. В этом случае обеспечивается высокая стабильность горения дуги, однако электроды и сопло находятся в сравнительно тяжелых условиях работы. Кроме того, значительно усложняется конструкция плазмотрона. В целях повышения стабильности горения дуги переменного тока некоторые плазмотроны выполняют комбинированными. В этом случае основную дугу переменного тока прямого действия стабилизируют вспомогательной маломощной дугой постоянного тока, горящей либо между электродом и соплом (схема 5), либо между двумя соплами (схема 6), одно из которых (катод) является формирующим. Второе сопло (анод) выполняется с большим внутренним диаметром. Благодаря этому оно подвержено меньшему тепловому воздействию столба основной дуги.

Наряду с дуговыми плазмотронами, работающими на переменном токе промышленной частоты, за последнее время были разработаны высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) плазмотроны [7, 8]. Принцип работы высокочастотного индуктивного или безэлектродного плазмотрона (схема 7) заключается в нагреве газа до состояния плазмы в электромагнитном поле индуктора. Для этого в полость индуктора, питаемого от высокочастотного генератора (частотой 1-40 Мгц, напряжением до 10 кв и мощностью до 50 кВт), помещается трубка из термостойкого изолирующего материала, например, кварца. В трубку подается плазмообразующий газ и кратковременно вводится металлический или графитовый пруток. Последний раскаляется под действием поля индуктора и вызывает нагрев и первоначальную ио-низацию окружающего газа. Когда электропроводность газа возрастает до определенной величины, начинается интенсивный его нагрев и ионизация вихревыми токами, создаваемыми полем индуктора. После развития самостоятельного кольцевого разряда пруток удаляется из полости трубки. Продуваемый через трубку газ, проходя через кольцевой разряд, нагревается и истекает в виде плазменной струи, температура которой достигает 15 000-20 000° К, а скорость истечения в десятки раз меньше, чем скорость истечения плазменной струи дуговых плазмотронов. Высокочастотная энергия сравнительно дорога, высокочастотные генераторы сложны и имеют ограниченную мощность. Поэтому очень чистый (ввиду отсутствия электродов) и мягкий факел индукционного плазмотрона нашел применение для обработки особо чистых тугоплавких порошковых материалов, выращивания монокристаллов и других специальных процессов, не требующих высокой производительности.

В сверхвысокочастотных (СВЧ), или электронных плазмотронах, газ также нагревается электромагнитным полем, создаваемым электродом-излучателем (схема 8). Плазменный высокочастотный факел возникает у электрода при остроконечной форме электрода и высокой напряженности поля вблизи него. В высоковольтном и сверхвысокочастотном электрическом поле свободные электроны ускоряются и приобретают такую кинетическую энергию, что при столкновении с частицами газа вызывают их диссоциацию и ионизацию. Электрод плазмотрона подключен к магнетронному генератору частотой 2000-3000 Мгц и мощностью 2-5 кет. Плазменный факел электронного плазмотрона интересен тем, что в нем нет термического равновесия: температура электронов на порядок выше температуры ионов и свободных атомов. Например, при температуре факела 3500° К электронная температура достигает 35 000° К. Такая высокая температура электронов позволяет проводить в плазменной струе химические реакции синтеза некоторых специальных материалов.

Принцип работы и оборудование для плазменной сварки

Плазменной сваркой называют процесс плавления, в котором используется сжатая дуга для нагрева. Дуга считается сжатой, когда ее столб сжимается потоком газов для сварки (азота, аргона) либо соплом горелки, используемой в плазменно-дуговой сварке. Под плазмой подразумевается газ, наполненный разнородно заряженными атомами с нулевым суммарным зарядом.

Плазма образуется внутри сопла, обжимаясь в нем образующим плазму газом и охлаждаемыми водой стенками и стабилизируясь. Это способствует образованию концентрированного столба дуги со значительным увеличением числа ударений друг с другом частиц плазмы. Одновременно сильно повышаются температура столба дуги со степенью ионизации, а также плазменная кинетическая энергия, используемая в аппаратах плазменной резки и сварки. Горелка, называемая еще плазмотроном, представляет собой приспособление, предназначенное для образования направленного потока плазмы. Он, обладая значительным запасом энергии, способен перемещаться со значительной скоростью.

 

 

Дуги со струями в плазменной сварке металла получают с помощью устройств с различными схемами. Дуга плазмы получается от совмещения канала с соплом, причем обрабатываемый материал служит одним из электродов, а столб дуги совмещен со струей плазмы. Разряд дуги, получаемый между электродами, создает струю плазмы. В качестве одного из электродов могут выступать как само изделие, так и стены канала с раздельным соплом.

 

Сущность технологии плазменной сварки

 

В основе принципа работы плазменной сварки лежит образование посредством осциллятора плазменной дуги. Чтобы облегчить эту операцию пользуются обычной дугой, имеющейся между электродом и горелкой. Питает дугу, образующую плазму, источник сварочного тока. Аппараты плазменной сварки работают на токах с прямой полярностью.

 

 

С использованием плазменной, то есть сжатой, дуги проводят сварку почти любых металлов в соединениях всех пространственных положений. В виде газа, образующего плазму, в установках плазменной сварки служат аргон с гелием, они же применяются и в качестве защиты. К достоинствам этой сварки относят большую эффективность с незначительной чувствительностью к изменениям длины дуги, а также способность к удалению вольфрамовых частиц из металла шва. При этом возможно без скоса кромок сваривание металлов толще 15 мм с особым грибовидным проваром. Эта особенность объяснима получением в основном материале отверстия, проходящего насквозь. В него возможен выход плазменной струи с переходом на обратную часть детали. В сущности, вся процедура является прорезанием детали с последующей заваркой разреза.

 

 

Плазменной сварке и резке доступны многие соединения. Например, стыковые – с металлом толщиной около 2 мм варят с проведением отбортовки кромок, а при работе с заготовками большей толщины (около 10 мм) рекомендован скос кромок. Когда это необходимо, применяют добавочный металл. Сварка металлических деталей с толще 25 мм требует разделки кромок с ее углом и глубиной намного меньшими, чем в случае использования аргонодуговой сваркие. Благодаря этому технология плазменной сварки позволяет снизить в несколько раз количество используемого присадочного материала. Он вводится в плазменную струю по краю сварочной ванны. Самым большим числом достоинств обладает сварка сжатой дугой для работы с листовым металлом без разделывания кромок и пользования присадочным материалом.

Характеристики плазменной сварки должны позволять соединение толстолистных материалов в несколько проходов без сквозного проплавления. С этой целью при укладке второго и последующих слоев металла требуется регулировка силового воздействия плазменной струи, чтобы не был вытеснен расплавляемый металл из сварочной ванны. Делается это путем изменения уровня потребления плазмообразующих газов.

 

Характеристики оборудования для плазменной сварки

 

Основная часть сварочных работ с металлами и сплавами малой толщины (около миллиметра) также ведется плазменной сваркой. Применение прочих видов сварки для этих случаев не всегда доступно из-за ряда причин, кроющихся в эксплуатации, технологии либо конструкции изделия. А оборудование для плазменной сварки, использующее большие токи, формирует посредством плазмотрона дугу, обладающую намного устойчивостью в пространстве большей, чем просто горящая дуга. Причем разделение в подаче газов (защитного и плазмообразующего) способствует применению для сварки разнообразных газовых смесей.

 

 

Такое устройство плазменной сварки благодаря наличию сжатой дуги идеально в соединении тонколистных материалов. Этим обусловлено возникновение по сути отдельного метода соединения деталей – микроплазменной сварки для особенно тонких металлических материалов, осуществляемой посредством малоамперной сжатой дуги. Используемая для этого в виде концентрированного источника тепла сжатая дуга называется микроплазмой. Она возбуждается особыми горелками – плазмотронами. Применение такой дуги способствует надежности операции сварки даже на самом небольшом токе, это позволяет варить достаточно тонкий металл, что невозможно сделать посредством аргонодуговой сварки.

 

 

 

Для работ с тугоплавкими либо химически активными металлами сварочные аппараты плазменной сварки позволяют вести сварочные работы в вакууме. Они обеспечивают высокое качество сварки материала толще 1 мм. Такая возможность существует из-за сжатия дуги с низким давлением на токе больше 80 А. Ее импульсное питание способствует уменьшению обычных сварочных токов с сохранением значительной частоты импульсов. Возможности импульсного режима позволяют вести регулировку в большом диапазоне не только тока, но и мощности плазменной дуги с низким давлением. Все это позволят варить очень тонкий металл.

 

 

Аппараты плазменной сварки, ценой ненамного отличающиеся от прочего оборудования, широко используются при сварке и резке тонколистного металла: сталей (нержавеющей и углеродистой), химически активных либо цветных металлов с их сплавами. Микроплазма также активно применяется в сварке и пайке тонких сеток, неметаллических изделий и фольги.

Что такое плазменная сварка? — TWI

Плазменно-дуговая сварка (PAW) — это процесс дуговой сварки, очень похожий на сварку TIG, поскольку дуга образуется между заостренным вольфрамовым электродом и заготовкой. Однако, располагая электрод внутри корпуса горелки, плазменную дугу можно отделить от оболочки защитного газа. Затем плазма пропускается через медное сопло с мелким отверстием, которое сужает дугу.

Возможны три режима работы, варьируя диаметр ствола и расход плазмообразующего газа —

Микроплазменная сварка (0.1 — 15А)

Microplasma используется для сварки тонких листов (толщиной до 0,1 мм), а также секций из проволоки и сетки. Жесткая игольчатая дуга сводит к минимуму блуждание дуги и ее искажение.

Среднетоковая сварка (15 — 200 А)

При использовании в режиме плавления это альтернатива обычному TIG. Преимуществами являются более глубокое проникновение (из-за более высокого потока плазменного газа), большая устойчивость к поверхностному загрязнению, включая покрытия (электрод находится внутри корпуса горелки) и лучшая устойчивость к изменениям расстояния между электродом и заготовкой без значительного изменения подводимого тепла.

Сварка в замочную скважину (более 100 А)

За счет увеличения сварочного тока и потока плазменного газа создается очень мощный плазменный луч, который может обеспечить полное проникновение в материал, как при лазерной или электронно-лучевой сварке. Во время сварки образуется замочная скважина, которая постепенно прорезает металл с течением расплавленной сварочной ванны, образуя сварной шов под действием сил поверхностного натяжения. Этот процесс можно использовать для сварки более толстых материалов (до 10 мм нержавеющей стали) за один проход.

Плазменная дуга обычно работает от источника постоянного тока с постоянной (падающей) характеристикой тока. Поскольку его уникальные рабочие характеристики обусловлены специальной компоновкой горелки и разделением потоков плазмы и защитного газа, пульт управления плазмой может быть добавлен к обычному источнику питания TIG. Также доступны специализированные плазменные системы.

Хотя дуга инициируется с помощью ВЧ, сначала она образуется между электродом и плазменным соплом. Эта «пилотная» дуга удерживается внутри корпуса горелки до тех пор, пока она не понадобится для сварки, а затем переносится на заготовку.Система вспомогательной дуги обеспечивает надежное зажигание дуги, а поскольку вспомогательная дуга поддерживается между сварными швами, она устраняет необходимость повторного зажигания высокочастотной дуги, которое может вызвать электрические помехи.

В плазменном процессе используется электрод из вольфрама с 2% тория, плазменное сопло — из меди. Диаметр отверстия плазменного сопла имеет решающее значение, и слишком маленький диаметр отверстия для текущего уровня и расхода плазменного газа приведет к чрезмерной эрозии сопла или даже к плавлению.

Обычные комбинации газов: аргон для плазменного газа, аргон или аргон плюс от 2 до 5% водорода в качестве защитного газа.Гелий можно использовать в качестве плазменного газа, но из-за того, что он более горячий, снижается номинальный ток сопла. Меньшая масса гелия также может затруднить режим замочной скважины. Смеси гелия и аргона используются в качестве защитного газа для таких материалов, как медь.

Дополнительная информация

Знание сварщика 18: Оборудование для плазменной сварки.

BINZEL BASICS: Что такое плазменная сварка?

Что такое плазменная сварка?

« Плазма, » — четвертое состояние Материи.

Плазма — это горячий ионизированный газ, состоящий примерно из равного количества положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. Характеристики плазмы значительно отличаются от характеристик обычных нейтральных газов, поэтому плазма считается отдельным «четвертым состоянием вещества».

Проще говоря, плазма — это газ, перегретый до точки, в которой он становится очень проводящим. В процессах сварки и резки это позволяет передавать электрический ток.

Температура плазменной дуги может достигать 30 000 градусов по Фаренгейту. (16000 градусов Цельсия).

Плазменная сварка была впервые представлена ​​как процесс примерно в начале 1960-х годов и использовалась в специальных приложениях с низким током (микроплазма) от 0,5 А, как правило, или даже ниже, до 500 А для более тяжелой промышленности.

На сегодняшнем рынке, хотя и считается экзотическим процессом сварки, плазма используется в широком спектре отраслей, где ключевыми факторами являются объем производства, стабильность и минимальное время простоя.

Изображение вверху: функциональное изображение того, как работает плазменная сварочная горелка.

Каковы преимущества процесса плазменной сварки?

Сфокусированная дуга

Одним из основных преимуществ процесса PAW является сфокусированная дуга, которая создается через отверстие наконечника. Размер отверстия может быть увеличен или уменьшен в соответствии с требованиями к силе тока, а также в соответствии с конкретными приложениями.

К преимуществам сфокусированной дуги можно отнести:

• Более глубокое проникновение
• Зона пониженного термического влияния (ЗТВ)
• Повышенная скорость движения
• Меньше влияния магнитных полей (блуждание дуги)
• Точность в автоматизированных / роботизированных приложениях

Некоторые приложения, в которых используется сфокусированная плазменная дуга:

• Термопары
• Катетеры (медицинская промышленность)
• Хирургические инструменты
• Сильфон с приварной кромкой
• Датчики расхода
• Ремонт инструмента и штампов
• Батареи
• Аэрокосмические компоненты
• Криогеника
• Трубные мельницы
• Сосуды под давлением

Защищенный электрод

В отличие от процесса TIG, в котором вольфрамовый электрод открыт в атмосферу после цикла сварки, электрод в плазменном процессе изолирован внутри камеры горелки и защищен газовой защитой.Это позволяет электроду оставаться в одном и том же состоянии в течение более длительных периодов времени и, таким образом, в приложениях автоматизации значительно снижает необходимость останавливать процесс сварки для повторной заточки электрода …

= Повышение производительности

Перенос дуги

Чтобы предотвратить загрязнение при использовании процесса Tig, необходимо использовать высокую частоту для передачи дуги от электрода к заготовке. В приложениях автоматизации это может в некоторых случаях создавать проблемы, когда высокая частота может создавать помехи и прерывать работу управляющего оборудования.Этот метод переноса также может привести к преждевременному износу электрода, особенно при сварке большого объема и короткой продолжительности, что увеличивает потребность в повторной заточке электродов.

В плазменном процессе используется постоянная пилотная дуга, которая позволяет переносить дугу без использования высокой частоты. Это устраняет помехи в системе управления, а также обеспечивает надежный и точный переход на более длительные производственные циклы …

= Повышение производительности.

Контроль дуги

В дополнение к функциям, доступным на источнике питания плазмы, таким как контроль тока, цифровое регулирование газа (поддержание потока газа в соответствии с настройкой силы тока), синхронизация импульсов и точек, плазменная сварочная горелка может предложить другие варианты, чтобы помочь точно настроить характеристики дуги.К ним относятся следующие:

• Размер отверстия наконечника
• Набор электродов
• Расход газа.
• Возможность работы с несколькими газами

Эти варианты обеспечивают большую гибкость для дальнейшего улучшения процесса плазменной сварки для решения многих задач.

Выбор газа

Для улучшения сварочного процесса можно использовать различные газы.
Например, смесь аргона с водородом с содержанием 2% или 5% может использоваться как плазменный газ ИЛИ как защитный газ в сочетании с чистым аргоном.

• Защитный экран из плазмы аргона / аргона / водорода — Повышенное тепловложение от экрана Газ снижает поверхностное натяжение материала и обеспечивает более высокие скорости движения.
• Argon Hydrogen Plasma / Argon Shield — Концентрирует тепло в потоке плазмы для увеличения проникновения. (Режим замочной скважины)

Изображение вверху: пример плазменной сварки нержавеющей стали.

Отрасли и области применения, в которых используется процесс плазменной сварки .

• Аэрокосмическая промышленность
• Медицинский
• Автомобильная промышленность
• Производство аккумуляторов
• Производство сосудов под давлением
• Производство
• Производство нержавеющей стали
• Емкости для хранения
• Криогеника
• Промышленность термопар
• Товары для дома и бытовой техники
• Компрессоры
• Промышленное и бытовое кухонное оборудование
• Электроинструменты — ламинация
• Сварка труб
• Трубные мельницы
• Ремонт инструмента и штампов
• Электростанции

И многое другое……

Плазменная сварка — Weld Guru

PAW или плазменно-дуговая сварка (PAW) — это когда соединение металлов или коалесценция происходит путем нагрева суженной дугой между заготовкой (дугой переноса) и электродом или сужающимся соплом и электродом (дуга без переноса).

С помощью этого процесса можно выполнять узкие и глубокие сварные швы при высоких скоростях сварки.

Способ экранирования связан с выходом горячего ионизированного газа из отверстия.Он также может быть дополнен другим источником защитного газа. Защитный газ может быть смесью газов или инертным газом. Давление можно использовать (или не использовать). Вы также можете поставлять или не поставлять присадочный металл.

Целью процесса плазменно-дуговой сварки является контролируемое повышение уровня энергии дуговой плазмы.

Это достигается за счет использования специального газового сопла вокруг вольфрамового электрода, работающего от источника питания DCEN.

Образовавшаяся сжатая плазма концентрирована и сильно ионизирована.

Процесс подробно описан на схеме ниже:

Схема процесса плазменно-дуговой сварки в режиме «замочная скважина» — Рис. 10-35 Демонстрационное видео

PAW

Оборудование для плазменной сварки

Источник питания

Рекомендуется использовать источник питания с постоянной падающей характеристикой, который подает сварочный ток постоянного тока; что указанная мощность переменного / постоянного тока также может быть использована.

Напряжение холостого хода должно составлять 80 вольт с рабочим циклом 60%.Предпочтительно, чтобы источник питания имел встроенный контактор и средства дистанционного регулирования тока.

При сварке очень тонких металлов минимальная расчетная сила тока должна составлять 2 ампера. Макс. 300 подходит для большинства проектов плазменной сварки.

Горелка для сварки PAW

Сварочная горелка для плазменной сварки внешне похожа на газовую вольфрамовую дуговую горелку, но более сложна.

Все плазмотроны имеют водяное охлаждение, даже горелки с минимальным током.Это связано с тем, что дуга находится внутри камеры горелки, где выделяется значительное количество тепла. Если на короткое время прервать подачу воды, форсунка может расплавиться.

Поперечное сечение головки плазмотрона — рисунок 10-36).

Поперечное сечение головки горелки для плазменной сварки показано на рисунке 10-36. В период отсутствия переноса дуга будет зажжена между соплом или наконечником с отверстием и вольфрамовым электродом. Ручные плазменные дуговые горелки производятся различных размеров от 100 до 300 ампер.Также доступны автоматические горелки для работы станка.

В горелке используется 2-процентный торированный вольфрамовый электрод, аналогичный тому, который используется для газовой сварки вольфрамом. Поскольку вольфрамовый электрод расположен внутри горелки, загрязнение его основным металлом практически невозможно.

Консоль управления

Для плазменной сварки требуется пульт управления. Плазменно-дуговые горелки предназначены для подключения к консоли управления, а не к источнику питания. Консоль включает:

• Источник питания вспомогательной дуги
• Система отсчета времени задержки для перехода от вспомогательной дуги к переданной дуге
• Клапаны водогазовые
• Отдельные расходомеры для плазменного газа и защитного газа.

Консоль обычно подключается к источнику питания и может управлять контактором. Он также будет содержать блок зажигания высокочастотной дуги, источник питания вспомогательной дуги без передачи, схему защиты горелки и амперметр.

Генератор высокой частоты используется для зажигания вспомогательной дуги. Устройства защиты горелки включают реле давления воды и плазменного газа, которые блокируются с контактором.

Устройство подачи проволоки

Механизм подачи проволоки может использоваться для машинной или автоматической сварки и должен быть с постоянной скоростью.Механизм подачи проволоки должен иметь регулировку скорости в диапазоне от 10 дюймов в минуту (254 мм в минуту) до 125 дюймов в минуту (3,18 м в минуту) скорости подачи.

Плазменная сварка или плазменная сварка с использованием автоматизированного процесса. Электрическая дуга образуется между заготовкой и электродом.

Преимущества

Преимущества плазменно-дуговой сварки по сравнению с дуговой сваркой вольфрамовым электродом в газе обусловлены тем, что PAW имеет более высокую концентрацию энергии. Его более высокая температура, суженная площадь поперечного сечения и скорость плазменной струи создают более высокое теплосодержание.Другое преимущество основано на жестком столбчатом типе дуги или форме плазмы, которая не вспыхивает, как газовая вольфрамовая дуга.

Эти два фактора обеспечивают следующие преимущества:

• Больше свободы при ручной сварке: Расстояние между горелкой и изделием от плазменной дуги менее критично, чем при сварке газовой вольфрамовой дугой. Это важно для ручного управления, поскольку дает сварщику больше свободы для наблюдения и контроля сварного шва.
• Эффект «замочной скважины» (полное проплавление за один проход): Высокая температура и высокая концентрация тепла в плазме допускают эффект «замочной скважины», который обеспечивает сварку многих стыков за один проход с полным проплавлением.В этой операции более желательны зона термического влияния и форма сварного шва. Зона термического влияния меньше, чем у газовой вольфрамовой дуги, и сварной шов имеет тенденцию иметь больше параллельных сторон, что снижает угловую деформацию.

  В режиме «замочная скважина» сквозное отверстие формируется на передней кромке сварочной ванны. Расплавленный металл сварного шва обтекает отверстие и затвердевает за замочной скважиной, образуя валик сварного шва. Таким образом, швы со шпонкой представляют собой швы со сплошным проплавлением с большим отношением глубины к ширине.Это приводит к низкой деформации сварного шва. При рабочих токах до 300 ампер этот режим можно использовать для сварки материалов толщиной до 3/4 дюйма, а также для сварки титановых и алюминиевых сплавов.

• Более высокие скорости движения: Более высокая концентрация тепла и плазменная струя позволяют увеличить скорость движения.

Плазменная дуга более стабильна и не так легко отклоняется до ближайшей точки основного металла. При плазменно-дуговой сварке возможны большие вариации совмещения стыков.Это важно при выполнении корневых швов на трубах и других односторонних сварных соединениях. Плазменная сварка обеспечивает более глубокое проплавление и дает более узкий сварной шов. Это означает, что соотношение глубины и ширины более выгодно.

Недостатки

• Требуется замена диафрагмы
• Дорогое оборудование
• Требуется больше навыков, чем для процесса GTAW

Основное применение

Одним из основных применений плазменной дуги является ее применение для изготовления труб (нержавеющая сталь, титановый сплав).Более высокая производительность, основанная на более высоких скоростях перемещения, является результатом плазменной сварки вольфрамовым электродом над газом. Трубки из нержавеющей стали, титана и других металлов производятся плазменным способом с более высокой производительностью, чем раньше при газовой вольфрамовой дуговой сварке.

Большинство применений плазменной сварки находятся в диапазоне слабых токов, от 100 ампер или меньше. Плазма может работать при чрезвычайно низких токах, что позволяет сваривать фольгу толщиной.

Плазменная сварка также используется для выполнения небольших сварных швов сварных деталей в приборостроении и других мелких деталей из тонкого металла.Применяется для стыковых соединений стеновых труб.

Этот процесс также используется для выполнения работ, аналогичных электронно-лучевой сварке, но с гораздо более низкой стоимостью оборудования.

Сравнение сварки TIG и PAW: TIG (слева) PAW (справа)

Сварочный процесс

Плазменно-дуговая сварка обычно применяется как процесс ручной сварки, но также применяется в автоматических и машинных установках. Ручное приложение является самым популярным. Полуавтоматические способы нанесения бесполезны.

Стандартными методами плазменной сварки являются ручной (MA), машинный (ME) и автоматический (AU).

позиций

Процесс плазменной сварки — это процесс сварки во всех положениях. В Таблице 10-2 ниже показаны возможности сварочного положения.

Возможности сварочных позиций

Положение при сварке	Рейтинг
1. Плоское горизонтальное сопряжение	А
2. Горизонтально	А
3. Вертикальный	А
4.Накладные расходы	А
5. Фиксированный на трубе	А

Металлы

Виды свариваемых металлов

Процесс плазменной сварки позволяет соединять практически все коммерчески доступные металлы. Возможно, это не лучший выбор или не самый экономичный способ сварки некоторых металлов. Процесс плазменно-дуговой сварки соединит все металлы, которые будут свариваться газо-вольфрамовой дугой.

Это показано в таблице 10-3 ниже.

Основные металлы, свариваемые плазменно-дуговой сваркой

Основной металл	Свариваемость
Алюминий	Сварной
Бронзы	Возможно, не популярно
Медь	Сварной
Медный никель	Сварной
Литой, ковкий, с шаровидным графитом	Возможно, не популярно
Кованое железо	Возможно, не популярно
Свинец	Возможно, не популярно
Магний	Возможно, не популярно
Инконель	Сварной
Никель	Сварной
Монель	Сварной
Драгоценные металлы	Сварной
Низкоуглеродистая сталь	Сварной
Сталь с низким допуском	Сварной
Высокий и средний углерод	Сварной
Сплавы Сталь	Сварной
Нержавеющая сталь	Сварной
Инструментальная сталь	Сварной
Титан	Сварной
Вольфрам	Сварной

Толщина металла

Что касается диапазонов толщин, свариваемых плазменным процессом, режим работы «замочная скважина» может использоваться только в том случае, если плазменная струя может проникать через соединение.В этом режиме его можно использовать для сварки материалов от 1/16 дюйма (1,6 мм) до 1/4 дюйма (12,0 мм). Диапазон толщины зависит от металла. Режим плавления используется для сварки материала толщиной от 0,002 дюйма (0,050 мм) до 1/8 дюйма (3,2 мм).

Используя многопроходную технику, можно сваривать металл неограниченной толщины. Обратите внимание, что присадочный пруток используется для сварки более толстых материалов. В таблице 10-4 ниже указаны диапазоны толщины основного металла.

Диапазон толщины основного металла — Таблица 10-4

Ограничения процесса

Основные ограничения процесса плазменной сварки связаны, в большей степени, с оборудованием и аппаратурой.

• Горелка более хрупкая и сложная, чем газовая вольфрамовая дуговая горелка. Даже горелки с самым низким номиналом должны иметь водяное охлаждение.
• Наконечник вольфрама и совмещение отверстия в сопле чрезвычайно важны и должны поддерживаться в очень узких пределах. Текущий уровень резака не может быть превышен без повреждения наконечника.
• Каналы водяного охлаждения в горелке относительно малы, по этой причине для горелок с малым током или меньшей мощности рекомендуются фильтры для воды и деионизированная вода.Консоль управления добавляет в систему еще одно оборудование. Это дополнительное оборудование делает систему более дорогой и может потребовать более высокого уровня обслуживания.

Часто упускаемый из виду PAW предлагает скорость и доступность

Объект

Плазменно-дуговая сварка (PAW) часто упускается из виду, когда процесс сварки плавлением должен быть выбран для приложений с высокой степенью целостности, например, в медицине, электронике, аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Этому процессу не уделяли должного внимания, поскольку он более сложен и требует более дорогостоящего оборудования, чем другие дуговые процессы, а также потому, что сварщики хотят увеличивать скорость сварки, например, при лазерной сварке (LBW). Однако производители автомобилей обратились к PAW для ряда приложений, включая панели кузова и компоненты выхлопной системы.

Дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW), также известная как сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), обычно используется для высококачественной сварки на малых скоростях, тогда как LBW часто выбирают для высокоскоростной сварки.

PAW иногда обеспечивает более высокую скорость сварки, чем GTAW, при меньших затратах, чем LBW, и может быть наиболее эффективным процессом для многих применений. К ним относятся сварка расширяемых сильфонов из нержавеющей стали, где PAW более терпима к перекосу стыков, чем LBW, и дает лучшее проплавление, чем GTAW; сварка сталей с покрытием, подобных тем, которые используются в автомобильных выхлопных системах; и сварка в режиме «замочная скважина» для выполнения сварных швов с полным проплавлением относительно толстого материала за один проход.

Основы PAW

PAW — это процесс дуговой сварки с использованием неплавящегося электрода из вольфрама или вольфрамового сплава, как и GTAW.

Основное различие между этими двумя сварочными процессами заключается в том, что при плазменной сварке электрод утоплен в сопле, которое служит для сжатия дуги. Плазменный газ ионизируется в сужающем сопле и выходит из сопла с высокой скоростью.

Одного плазменного газа недостаточно для защиты расплавленной сварочной ванны от атмосферы, поэтому защитный газ подается вокруг плазменного столба, как при GTAW. Скорость потока плазменного газа намного ниже, чем у защитного газа, чтобы минимизировать турбулентность.

Коническая форма газовой вольфрамовой дуги требует использования оборудования для контроля длины дуги (ALC) или напряжения дуги (AVC) для автоматической сварки. для обеспечения постоянного размера пятна и плотности энергии.

Суженная дуга в PAW приводит к гораздо более столбчатой ​​дуге. Это сводит к минимуму влияние изменения длины дуги на плотность энергии и сводит к минимуму потребность в ALC или AVC.

Еще одно преимущество врезания электрода в сопло состоит в том, что загрязнение электрода сводится к минимуму. Электрод обычно может служить всю производственную смену без необходимости переточки.

Еще одна уникальная особенность PAW — это способ зажигания дуги. Ток высокой частоты (ВЧ) обычно используется для создания вспомогательной дуги между электродом и медным соплом.ВЧ отключается после зажигания вспомогательной дуги. Ток вспомогательной дуги обычно фиксируется на одном уровне или может быть установлен на одном из двух уровней, обычно где-то между 2 и 15 ампер.

При сварке дуга передается на работу, которая становится частью электрической цепи. Поскольку дуга возникает до начала сварки, зажигание сварочной дуги обычно бывает очень надежным.

Вспомогательная дуга остается включенной после завершения сварки, и горелка готова к выполнению следующего шва без дополнительной высокочастотной сварки.Это может быть полезно при сварке в автоматизированных системах, в которых электромагнитный шум от ВЧ может мешать работе компьютеризированных контроллеров процесса. Одним из побочных эффектов вспомогательной дуги является то, что плазмотроны должны иметь водяное охлаждение даже для слаботочных устройств.

Режимы работы

Существует три различных режима работы PAW, которые определяются уровнем сварочного тока. Ток микроплазменной сварки колеблется от менее 0,1 А до примерно 20 А.

Среднетоковая плазменная сварка или ток в режиме плавления обычно составляет от 20 до 100 ампер.Высокий ток плазменной сварки превышает 100 ампер и обычно выполняется в режиме «замочной скважины», аналогично LBW или электронно-лучевой сварке (EBW).

Комбинация сильноточного потока и потока плазменного газа создает отверстие в материале, а расплавленный металл течет за движущимся отверстием, создавая сварной шов. При сварке в режиме «замочная скважина» необходимо тщательно контролировать расход плазменного газа, чтобы сделать сварной шов. Немного более высокая скорость потока приведет к сдуванию расплавленного металла и порезанию.

Преимущества и недостатки

Хотя PAW не так быстр, как LBW (в зависимости от приложения и источника лазера, LBW может быть в пять раз быстрее, чем PAW) или EBW, капитальные затраты на оборудование для PAW обычно составляют небольшую часть стоимости оборудования с высокой удельной энергией.

Одним из недостатков плазменно-дуговой сварки является более высокая погонная энергия, в результате чего образуются более широкие сварные швы и зоны термического влияния, чем при низко-низовой сварке и электронно-лучевой сварке. Это может привести к большему искажению и потере механических свойств.

Однако PAW предлагает преимущество перед этими процессами в отношении устойчивости к зазорам в стыках и перекосу. Хотя дуга сужена, плазменный столб имеет значительно больший диаметр, чем пучки. Добавлять присадочный металл также легче с помощью PAW, чем с LBW или EBW.

Основные недостатки PAW по сравнению с GTAW состоят в том, что оборудование более сложное и дорогое, а необходимость водяного охлаждения резака ограничивает размер резака (резаки GTAW могут иметь газовое охлаждение и вписываются в меньшие площади). Кроме того, узкая дуга PAW менее устойчива к перекосу стыков, чем коническая газовая вольфрамовая дуга.

Microplasma имеет преимущество перед GTAW, потому что стабильная дуга может поддерживаться при более низких уровнях тока. Это было движущей силой в развитии этого процесса.

В начале 1960-х годов было трудно получить стабильную газо-вольфрамовую дугу с силой тока намного меньше 15 ампер. Микроплазма оказалась способной преодолеть это ограничение. С тех пор GTAW претерпела значительные изменения, заявив о стабильной дуге менее 1 ампер.

Но нижний предел тока PAW составляет примерно одну десятую от значения GTAW. Способность к низкому току наряду с надежным зажиганием дуги делает PAW подходящим для многих небольших прецизионных сварочных работ, особенно в медицинской и электронной промышленности.

GTAW и LBW также используются в медицинской и электронной промышленности. GTAW используется для небольших объемов работ из-за низкой стоимости оборудования и относительной простоты. LBW используется, когда производство в больших объемах может оправдать затраты, когда необходимо минимизировать подвод тепла и когда подгонку стыков можно строго контролировать.

Использование PAW в диапазоне средних токов в режиме плавки аналогично использованию GTAW, но дуга имеет тенденцию быть более жесткой и меньше подвержена влиянию изменений длины дуги с PAW.

Это позволяет использовать дугу большей длины, а это в сочетании с утопленным электродом может облегчить добавление присадочного металла при ручной сварке. Загрязнение электродов присадочным металлом при плазменно-дуговой сварке случается редко.

Режим плавления PAW может быть выгодным по сравнению с GTAW в автоматизированных приложениях из-за более надежного зажигания дуги, более длительного срока службы электродов, отсутствия необходимости в AVC или ALC, а также отсутствия электромагнитных шумов от HF в начале каждой сварки.

PAW дает значительное преимущество перед GTAW во многих приложениях, где требуется большой ток.Выполнение сварных швов с плазменной сваркой в ​​режиме «замочная скважина» может привести к сварке с полным проплавлением относительно толстых материалов за один проход.

По сравнению со сваркой более толстых секций с помощью GTAW, PAW с замочной скважиной сводит к минимуму необходимость в дорогостоящей подготовке стыка и снижает или устраняет необходимость в присадочном металле.

Высокое отношение глубины к ширине при плазменной сварке в замочную скважину по сравнению со сваркой GTA также может значительно снизить угловую деформацию. Этот метод лучше всего применять на автоматизированном оборудовании. Уход за замочной скважиной может быть затруднен во время ручной сварки.

Большинство материалов можно сваривать PAW с использованием отрицательного электрода постоянного тока (DCEN). Сварочный ток постоянного тока также может быть импульсным для контроля проплавления как в режиме плавки, так и в режиме замочной скважины.

Источники сварочного тока с плазменной дугой переменной полярности (VPPA) улучшают соединение таких материалов, как алюминий и магний. Прямоугольную форму волны VPPA можно настроить так, чтобы положительный электрод в каждом цикле, очищающий вязкие поверхностные оксиды, можно было уравновесить с отрицательным электродом, который обеспечивает большее проникновение.

Совместное использование PAW и GTAW

PAW также можно комбинировать с GTAW различными способами для автоматической сварки для оптимизации скорости и качества сварки.

Одним из примеров этого является исследовательский проект по сварке труб, который был выполнен в Институте сварки Эдисона (EWI) с использованием трех горелок для выполнения однопроходного шва.

Свинцовый резак для GTAW использовался для предварительного нагрева и подготовки кромок. Второй резак PAW работал в режиме замочной скважины для обеспечения полного проплавления.Горелка GTAW использовалась в качестве ведомой горелки для сглаживания и придания формы сварному шву.

Сваренный материал представлял собой пластину из нержавеющей стали 304 толщиной 0,315 дюйма (8 мм) со срезанными краями. Материал такой толщины нельзя было сваривать обычной GTAW за один проход без подготовки кромок, независимо от того, сколько горелок использовалось.

Приемлемые результаты были получены при использовании GTAW / PAW / GTAW без добавления присадочного металла, но более стабильные результаты были получены при добавлении присадочного металла в сварочную ванну ведомой горелки.Скорость подачи проволоки была отрегулирована для контроля заполнения, чтобы получить ровные или слегка выпуклые профили сварного шва.

Чтобы получить все преимущества плазменно-дуговой сварки, необходимо установить надежные процедуры сварки, такие как определение рабочих окон для параметров сварки.

Что такое плазменная сварка? — Сварочный штаб

Процесс дуговой сварки, плазменная сварка (PAW) в чем-то похож на сварку TIG, поскольку дуга создается между сфокусированным вольфрамовым электродом и объектом. Однако плазменную дугу можно изолировать от оболочки защитного газа, поместив электрод внутрь корпуса горелки.

Вместо этого плазма проталкивается через тонкостенное медное сопло, ограничивающее дугу.

Что такое плазменная сварка?

Сварка или центральная дуга горит между деталью и вольфрамовым электродом при плазменной сварке. В качестве альтернативы, между вольфрамовым электродом и соплом с сильным влажным охлаждением горит нечто, называемое «пилотной дугой», с максимальной силой тока 3-30 А.

Кроме того, между соплом и электродом проходит плазменный газ (обычно аргон).Это немного вытесняет пилотную дугу из сопла, поэтому ее можно использовать в качестве электромагнитной «вспышки».

Вспомогательная дуга полимеризует контур контура, и с чрезвычайно высокой надежностью основная дуга теперь может быть активирована без высокочастотного контакта.

Различные физические эффекты (охлаждающий эффект сопла, электромагнитные эффекты) приводят к сужению дуги, типичному для плазменной сварки. Ванна расплава защищена безопасным газом, который подается между внешним соплом защитного газа и плазменными соплами.

Смеси чистого аргона или метана с водородом или гелием могут использоваться в качестве безопасного метана.

Подобно другим традиционным методам дуговой сварки, плазменная дуга имеет немного более высокую плотность энергии и меньшее расстояние между лучами.

Хотя диаметр дуги TIG расширяется от кончика электрода до детали под углом 45 °, диаметр плазменной дуги увеличивается лишь незначительно и имеет форму столба.

Принцип работы плазменной сварки

В атмосфере нейтрального газа, генерирующего плазму, подвод энергии, необходимой для сварки, поддерживается за счет электрической дуги.Эта дуга, образованная между плавким электродом и изготовленными деталями, нагнетается соплом, которое пневматически и механически сжимает ее.

• Превосходный внешний вид
• Сокращение времени подготовки к сборке за счет исключения снятия фаски со слоев до 10 мм
• Правдивая манипуляция
• Качество стыков: 100-процентная точность рентгеновских лучей благодаря максимальному и частому проникновению
• Соблюдение химической структуры вяжущего
• Уменьшение зоны теплового воздействия из-за сжатия дуги

Основы плазменно-дуговой сварки (PAW)

В процессе дуговой сварки PAW используется электрод из неплавящегося вольфрама или вольфрамового сплава, что-то вроде GTAW.Основное различие между этими двумя сварочными процессами заключается в том, что электрод в PAW консольно закреплен в сопле, которое служит для подавления дуги.

Через ограничивающее сопло плазменный газ ионизируется и выходит из сопла с высокой скоростью.

Плазменный газ сам по себе недостаточен для защиты атмосферы от расплавленного сварочного потока. Следовательно, защитный газ подается вокруг плазменной базы, как и при GTAW.

Выходная мощность плазменного газа немного ниже, чем у защитного газа, чтобы уменьшить турбулентность

Для поддержания равномерного размера пятна и плотности энергии конусообразная форма газовой вольфрамовой дуги требует использования устройства контроля напряжения дуги (AVC) или длины дуги (ALC) для автоматической сварки.В PAW ограниченная дуга приводит к более высокой столбчатой ​​дуге.

Это снижает влияние вариации длины дуги на плотность энергии и снижает потребность в AVC или ALC. Преимущество отрезания электрода в сопле заключается в уменьшении контакта с электродом.

Обычно электрода хватает на всю смену производства без пескоструйной обработки.

Еще одна особенность PAW — это способ зажигания дуги. Обычно ток высокой частоты (ВЧ) используется для создания вспомогательной дуги между медным соплом и электродом.

HF отключается после начала вспомогательной дуги. Ток вспомогательной дуги обычно фиксируется на одном уровне или может быть установлен на одном из двух этапов, обычно от 2 до 15 ампер.

Дуга передается на сварку и является составной частью электрической цепи. Поскольку дуга образуется до того, как будет сделан сварной шов, начало дуговой сварки обычно бывает довольно точным.

Во время сварки пилотная дуга остается включенной, и горелка может выполнить следующий шов, не требуя дополнительной высокочастотной сварки.

Может быть полезен для сварки в роботизированных приложениях, где ВЧ электромагнитные помехи могут взаимодействовать с автоматизированными системами управления. Следствием пилотной дуги является то, что для нее требуются плазменные горелки с водяным охлаждением, особенно для приложений с минимальным током.

Различные режимы работы PAW

Изменяя расход плазменного газа и диаметр ствола, можно выполнять следующие три режима работы.

Микроплазменная сварка

Микроплазма применяется для сварки тонких листов (до 0.Толщиной 1 мм), а также для деталей из сетки и проволоки. Прямая дуга, похожая на шприц, сводит к минимуму блуждающие дуги и смещение.

Среднетоковая сварка

Это альтернатива традиционному TIG при использовании в режиме плавления. Преимущества заключаются в большей инфильтрации (из-за более высокого потока плазменного газа), лучшей устойчивости к загрязнениям подложки, таким как покрытия (электрод находится внутри горелки), и улучшенной устойчивости к различиям в зазоре между заготовкой и электродом без значительных изменений в энергозатратах. .

Сварка в замочную скважину

За счет увеличения сварочного тока и потока плазменного газа создается действительно сильный плазменный луч, который может обеспечить полное погружение в материал, например, при лучевой или лазерной сварке. Во время сварки создается замочная скважина, которая медленно проходит через металл, а расплавленная сварочная ванна движется позади, создавая сварной шов под факторами поверхностного натяжения.

Этот метод можно использовать для сварки более толстых материалов за один процесс (до 10 мм нержавеющей стали).

Плазменная дуга обычно обрабатывается с помощью фирменного источника питания постоянного постоянного тока (провисания). Поскольку специальная система горелки и независимые потоки плазмы и защитного газа являются источником ее специфических функциональных характеристик, пульт управления плазмой может быть подключен к традиционному источнику питания TIG.

Он также предоставляет плазменные системы собственного производства.

Хотя для активации дуги используется HF, она сначала возникает между плазменным соплом и электродом.Эта «вспомогательная» дуга сохраняется внутри корпуса горелки до тех пор, пока не переместится к заготовке, необходимой для сварки.

Устройство вспомогательной дуги гарантирует стабильное начало дуги, а поскольку вспомогательная дуга сохраняется между сварными швами, оно устраняет необходимость в повторном зажигании высокочастотной дуги, которое может вызвать электрические помехи.

Электродом, используемым во время плазменной фазы, является вольфрам с 2% тория, а медь является плазменным соплом. Диаметр отверстия плазменного сопла имеет жизненно важное значение, а диаметр отверстия слишком мал для текущей стадии, а скорость потока плазменного газа может вызвать значительное окисление сопла или даже возгорание.

Для плазменного газа обычное соотношение газов — аргон с аргоном или аргоном плюс от двух до пяти процентов водорода в качестве защитного материала. В качестве плазменного газа можно использовать гелий.

Однако из-за его высокой температуры это снижает текущий рейтинг сопла. Меньшая масса гелия также может затруднить режим замочной скважины.

Комбинации гелия и аргона используются в таких материалах, как медь, в качестве защитного газа.

Общие сведения о различных типах плазменной сварки (PAW)

Теперь, когда мы знаем основы плазменной сварки, мы можем перейти к различным типам плазменно-дуговой сварки, используемым сегодня.Ниже приведены две категории плазменной сварки:

Переданная PAW

Эта система PAW использует постоянный ток с постоянным напряжением. Кроме того, в этой форме металл может быть связан с выводом + ve , а вольфрамовый электрод может быть связан с выводом — ve .

Дуга образует вольфрамовый электрод, а также участок работы. Для этого вида процесса и дуга, и плазма движутся к секции работы, что увеличивает мощность нагрева техники.

Этот вид PAW можно использовать для соединения прочных листов.

Неперенесенная PAW

В этом процессе PAW используется постоянный ток прямой полярности. Кроме того, в этом процессе можно соединить сопло с наконечником + ve и соединить вольфрамовый электрод с — ve .

Дуга возникает внутри горелки между вольфрамовым электродом и соплом, что способствует ионизации газа внутри горелки. Кроме того, резак должен пропускать ионизированный газ, чтобы идти дальше.

Этот стиль PAW можно использовать для соединения тонких листов.

Это два разных типа дуговой сварки лапой, которые можно использовать для сварки. Вы можете выбрать правильный метод плазменно-дуговой сварки для своих приложений, учитывая процесс / этап, связанный с каждым типом плазменно-дуговой сварки.

Обсудив типы плазменной сварки, мы можем перейти к преимуществам и недостаткам плазменной сварки.

Преимущества и недостатки плазменной сварки

Несмотря на то, что плазменная дуговая сварка (или PAW) часто игнорируется в производстве стали, алюминия или нержавеющей стали, несмотря на то, что она используется в приложениях с высокой точностью, таких как аэрокосмическая, электронная, автомобильная и медицинская промышленность, это гораздо больше. сложный и требует более дорогостоящего набора инструментов по сравнению с другими процессами дуги.

Объяснение игнорируемого затруднительного положения заключается в том, что лапа работает немного медленнее по сравнению с другими методами сварки, такими как сварка лазерным лучом (LBW).

Однако

PAW не самый медленный из всех. Это быстрее, чем GTAW (газовая дуговая сварка вольфрамом), которую также называют TIG или инертным газом. Кроме того, PAW обеспечивает сварку с минимальными затратами, тогда как LBW была первым вариантом.

У

PAW также есть свои плюсы и минусы, включая металлопрокат, гибку металла, лазерную резку и т. Д.По правде говоря, PAW намного медленнее, чем LBW.

Интенсивность может быть в пять раз больше, чем достигается PAW, в зависимости от лазера, используемого в LBW. Однако, когда вы обнаружите затраты на сварку, PAW намного более экономичен, чем LBW и некоторые другие методы сварки.

Вот почему PAW все еще используется в обработке металлов как экономичная альтернатива дорогостоящей LBW, где высокое качество и высокая скорость не являются обязательными. Однако у PAW есть обратная сторона, заключающаяся в большем тепловложении.

Позволяет образовывать более широкие сварные швы и некоторые термически затронутые области, а также LBW и EBW. Это создает большую нестабильность, а также приводит к повреждению механических свойств.

Тем не менее, PAW имеет преимущество перед ними помимо экономической эффективности. Именно стойкость стыковочных зазоров, а также неровностей обеспечивает использование PAW в производстве металла.

Хотя дуга ограничена, столб плазмы имеет значительно больший диаметр, чем пучок. Следовательно, легче создавать наполнители с PAW, чем с LBW или EBW.

Что касается контраста между PAW и GTAW, PAW имеет серьезный недостаток — сложность. Фактически, как вы узнаете, эффективность GTAW выше.

По сравнению с конической газовой вольфрамовой дугой, тонкая дуга для плазменно-дуговой сварки менее устойчива к неровностям стыка. Тем не менее, тонкая дуга микроплазмы легко сохраняется при более низком уровне тока, что дает ей небольшое преимущество перед GTAW.

PAW имеет немного более низкий предел тока, который составляет почти одну десятую GTAW.Это наряду с эффективным зажиганием дуги делает плазменно-дуговую сварку идеальным вариантом для многих приложений с меньшей чувствительностью, таких как медицина и электроника.

PAW также имеет более высокие преимущества по сравнению с GTAW. По этой причине активация сварных швов в режиме «замочная скважина» при плазменной дуговой сварке может привести к полному проплавлению всего за один проход более мелкого материала.

PAW устраняет необходимость в дорогостоящих совместных подготовительных работах и ​​устраняет необходимость в наполнителе.Кроме того, большую часть материала можно сваривать с помощью DCEN (отрицательный электрод постоянного тока) с помощью плазменно-дуговой сварки.

Несмотря на свою сложность и медлительность, PAW все еще используется, и легко понять, почему.

Выше мы обсудили некоторые причины использования плазменной сварки, а также некоторые причины, по которым ее следует избегать. Вы можете решить, использовать ли плазменную сварку или нет, в зависимости от того, что вы хотите получить от процесса сварки.

Чтобы облегчить вам выбор, мы быстро перечислим основные преимущества и недостатки не только плазменной сварки (PAW), но и плазменной резки.

Преимущества плазменной резки

Ниже приводится список основных преимуществ использования плазменной резки:

• Быстрая автоматизация
• Остается крошечный пропил
• Можно резать любые металлы
• Плавная толщина 150 мм
• Резка быстрее (примерно в 5-10 раз), чем газокислородная

Недостатки плазменной резки

Ниже приводится список основных недостатков плазменной резки:

• Большие первоначальные инвестиционные затраты
• Большая область, подверженная воздействию тепла
• Система также вызывает заусенцы
• Поверхность шероховатая
• Создает дым и шум
• Сложно построить острые углы

Преимущества PAW

Ниже приводится список основных преимуществ использования PAW:

• Зона воздействия тепла меньше по сравнению с GTAW
• Архитектура резака обеспечивает большую мощность дуги
• Высокая температура плазмы и повышенная теплоемкость допускают удар в замочную скважину и обеспечивают полную инфильтрацию нескольких стыков при однопроходной сварке.
• Увеличенная тепловая и плазменная струя позволяет увеличить скорость переноса
• Такой подход обеспечивает более свободное наблюдение и контроль сварного шва.

Недостатки PAW

Ниже приводится список основных недостатков PAW:

• Горелка тяжелая, поэтому ручная сварка очень сложна и требует обучения
• По сравнению с EBW и LBW, он обеспечивает более широкие сварные швы и зоны термического влияния
• Система генерирует более высокий уровень шума в диапазоне около 100 дБ
• Системы плазменной сварки очень дороги; следовательно, он будет иметь более высокие стартовые затраты
• Генерирует ультрафиолетовое и инфракрасное излучение
• Для проведения плазменной сварки требуется обучение и специализация

Вот и все — преимущества и недостатки плазменной резки и плазменной сварки (PAW).Основываясь на этой информации, вы можете решить, является ли использование плазменной сварки для вашего конкретного случая хорошей идеей.

Применение плазменной сварки

Один из наиболее распространенных вопросов о плазменной сварке после «что такое плазменная сварка» — это «где можно использовать плазменную сварку?» Ниже перечислены основные области применения плазменной сварки:

• Используется для особого покрытия лопатки турбины
• Может использоваться в таких секторах, как морская и авиакосмическая промышленность.
• PAW используется в основном для ремонта инструментов, придания формы и окраски
• Этот вид сварки применяется в основном в электронной промышленности
• Используется для соединения нержавеющих труб и трубок вместе

Этот список не является исчерпывающим, и существуют другие области применения плазменной сварки.

Сводка

Что такое плазменная сварка? Приведенная выше информация — это все, что нужно знать о плазменной сварке.

Из приведенных выше деталей мы можем сделать вывод, что метод плазменно-дуговой сварки в равной степени подходит для ручных, автоматизированных приложений, в дополнение к различным операциям, охватывающим сварку листового металла в больших объемах и сварку кухонного оборудования, автоматический ремонт лопастей реактивного двигателя до прецизионная сварка медицинского оборудования.

Подобные сообщения:

Plasma Welding — обзор

16.3.1.11 J Плазменная сварка и резка

Плазменно-дуговая сварка была разработана на основе сварки TIG путем помещения узкого отверстия вокруг дуги и подачи небольшого потока аргона через отверстие (рисунок 16.80). Суженная дуга диссоциирует газообразный аргон на положительно и отрицательно заряженные электроны, образуя плазму. Когда плазменный газ уходит от столба дуги, он снова образует нейтральные атомы и отдает свою энергию в виде тепла.

Рисунок 16.80. Плазменная сварка

Между вольфрамовым электродом и медным отверстием с водяным охлаждением возникает слаботочная вспомогательная дуга.Газ аргон, протекающий через отверстие, ионизируется и инициирует первичную дугу между вольфрамовым электродом и основным металлом при увеличении тока. Дуга и зона сварки защищены газом, протекающим через внешнее сопло. Защитный газ состоит из аргона, гелия или газовых смесей аргона с водородом или гелием.

Обычная вольфрамовая дуга имеет температуру приблизительно 11 000 ° C, но сжатая дуга плазменной горелки может достигать 20 000 ° C. Струя высокотемпературного ионизированного газа отдает свою энергию при контакте с основным металлом и, таким образом, увеличивает энергию вольфрамовой дуги.Таким образом получается сварной шов с глубоким проплавлением и большим отношением глубины к ширине с минимальной деформацией основного металла. Термин «замочная скважина» используется для описания формы отверстия, образованного в основном металле при сварке стыкового соединения с близким квадратным краем. Когда горелка перемещается по стыку, расплавленный металл течет по краям отверстия и затвердевает в задней части отверстия. Расплавленный металл по бокам отверстия удерживается на месте за счет поверхностного натяжения и давления паров металла в отверстии.

Сварку со шпонкой можно использовать для обработки углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей толщиной 2,5-10 мм и алюминиевых сплавов до 20 мм. Скорость сварки обычно на 50–150% выше, чем скорость сварки TIG.

Слаботочным вариантом процесса является микроплазменная дуговая сварка, которая используется для прецизионной сварки тонких листов толщиной от 0,025 до 1,5 мм при токе 0,1-10 А. Плазменная дуга намного стабильнее, чем сварка TIG. дуга, которая имеет тенденцию отклоняться от соединительной линии при малых токах.

Плазменная резка Если ток и потоки газа значительно увеличиваются, расплавленный металл, образующийся вокруг замочной скважины, выбрасывается на дно отверстия, и когда плазменный резак перемещается вдоль заготовки, образуется рез. Плазменная резка особенно подходит для резки цветных металлов, таких как алюминий, медь и никель, а также их сплавов, которые трудно разрезать пламенем кислородного газа. Для резки большинства цветных металлов используются азот, азотно-водородные смеси или аргон-водородные смеси в качестве плазменного газа.Вторичный защитный газ, подаваемый через сопло, окружающее сопло плазменного газа, выбирается в соответствии с разрезаемым материалом. Для низкоуглеродистой и нержавеющей стали это может быть CO ₂ , а для алюминия — смесь аргона с водородом. Иногда вода используется вместо вспомогательного защитного газа, а в другом варианте технологического процесса вода впрыскивается вокруг конца сопла плазменного газа, что позволяет концентрировать плазменное пламя и обеспечивать более высокие скорости резки.

Плазменная резка может использоваться для подготовки кромок листов (например, снятия фаски) и для фигурной резки. Процесс можно использовать вручную, или горелку можно установить на механизированном режущем оборудовании, идентичном тому, которое используется для газовой резки. Углеродистые стали толщиной до 75 мм можно резать плазменной резкой быстрее, чем кислородно-топливным газом, а при толщине металла до 25 мм скорость резки может быть в пять раз выше.

Важным изменением процесса является использование сжатого воздуха для плазменного газа без подачи какого-либо дополнительного защитного газа.Использование сжатого воздуха вместо воды для охлаждения позволяет сделать горелку более простой.

Имеются небольшие ручные плазменные горелки, которые находят все более широкое применение при резке листового металла (например, в мастерских по ремонту двигателей). Для получения дополнительной информации обратитесь к ссылке 40.

Плазменная сварка — все, что вам нужно знать

Что такое плазменная сварка?

При плазменной сварке дуга образуется между заостренным вольфрамовым электродом и заготовкой.Электрод помещен в корпус горелки, поэтому плазменная дуга может быть отделена от оболочки защитного газа. Затем плазма пропускается через медное сопло с мелким отверстием, которое сужает дугу. В результате дуговая плазма выходит с очень высокой скоростью и достигает температуры до 28 000 градусов Цельсия.

Плазменная сварка и сварка TIG; Различия и сходства

При плазменно-дуговой сварке (PAW) столб дуги TIG сжимается вместе с помощью медного сопла с водяным охлаждением.Это значительно увеличивает плотность энергии дуги по сравнению с исходной аркой TIG.

Для плазменной сварки мы также используем вольфрамовый электрод, и дуга зажигается с помощью высокочастотного напряжения. Это пилотная дуга, которая горит между вольфрамовым электродом (мин.) И плазменным соплом (плюс) с относительно низким ток (от 1 до 15 ампер в зависимости от размера плазмотрона). Пилотная дуга является проводником сварочного тока. Плазменная дуга зажигается, когда плазменное сопло приближается к месту сварки на несколько миллиметров.

О температурах

Температура вокруг вольфрамового электрода при сварке TIG составляет около 18 000 градусов Цельсия. Температура в плазменной камере составляет 28 000 градусов Цельсия, а инертный плазменный газ очень сильно ионизирован. Сердцевина плазменной дуги, которая касается заготовки, примерно на 4000 градусов Цельсия теплее, чем 11000 градусов Цельсия дуги TIG. В плазменном сопле имеется отверстие, образующее плазменную камеру. Размер этого отверстия зависит от силы тока, используемого для сварки.В наших Решениях для реальной жизни вы найдете более подробную статью о температурах TIG.

Три основных типа плазменной сварки

В плазменной сварке мы различаем три основных типа. Основное различие между тремя типами — это используемая сила тока.

1. Микроплазменная сварка , где ток составляет от 0,02 до 15 ампер.
2. Плазменная сварка методом плавления , при котором сварка выполняется так же, как и в процессе TIG.Сила тока составляет от 15 до 100 ампер.
3. Плазменная сварка методом «замочной скважины». Уровни тока могут варьироваться от 15 до 350 ампер, в зависимости от толщины материала.

Плазменная сварка в скважину

При плазменной сварке в скважину плазменная дуга просверливает отверстие в очень плотно закрытом шве. Если переместить плазменную горелку очень аккуратным движением, шов сразу же снова закроется. Плазменная сварка «замочная скважина» может применяться почти исключительно автоматически, с токами до 350 ампер и выше.Плазменная сварка «замочная скважина» обычно выполняется без добавок. Однако есть также применения с присадочными материалами, такие как сварка опор, которые можно увидеть в этом видео.

Преимущества

Если сравнить это со сваркой TIG, плазменная сварка имеет ряд преимуществ:

• Тонкие материалы легче сваривать. Дуга TIG менее стабильна при тех же уровнях тока, а тепловложение больше из-за большей сварочной ванны.
• Проникновение больше.Это позволяет сваривать закрытые Т-образные швы толщиной примерно до 10 мм. Для TIG это максимум 3 мм.
• Дуга гораздо менее чувствительна к изменению длины, поскольку размер плазменного столба практически не изменяется.
• Поскольку вольфрамовый электрод полностью встроен в горелку, вероятность включения вольфрама в ванну расплава практически отсутствует. Кроме того, срок службы электрода больше.
• Из-за того, что уровень тока при плазменной сварке намного ниже при одинаковой толщине материала, зона термического влияния (HAZ) уже и деформация меньше.
• Плазменную сварку очень легко автоматизировать и роботизировать.