Плазменная и микроплазменная сварка - ABCD42.RU

Плазменная и микроплазменная сварка

Реферат: Плазменная и микроплазменная сварка

Плазменная и микроплазменная сварка

Плазменная сварка — это та же сварка плавлением. Здесь действует тоже электрическая дуга. Но это уже сжатая дуга, которую позволяет получить специальная горелка, плазмотрон. Плазмотрон позволяет получить сжатую дугу с температурой до 30000°С.

1 — вольфрамовый электрод — катод; 2 — канал сопла; 3 — столб дуги; 4 — поток плазмы

Подробная иллюстрация плазменной сварки

Сущность способа. Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток.

Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000-30000° С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазматронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Вдуваемый в камеру газ, сжимая столб дуги в канале сопла плазматрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 и более раз приводит к истечению плазмы со сверхзвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум основным схемам. При плазменной струе прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла. Плазмообразующий газ может служить также и защитой расплавленного металла от воздуха. В некоторых случаях для защиты расплавленного металла используют подачу отдельной струи специального, более дешевого защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль стенок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благодаря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство плазменных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение.

Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (плазменная струя косвенного действия). Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т. д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадрат, ной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстий сопла.

Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минуя на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки.. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторый случаях и более высоким; для питания плазматрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях, В качестве плазмообразующего газа используют аргон или гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1-10 А.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

1 — Вольфрамовый электрод; 2 — канал для подачи плазмообразующего газа; 3 — канал для подачи защитного газа; 4 — керамическое сопло; 5 — сопло плазмообразующего канала; 6 — присадочная проволока; 7 — свариваемые детали; П — плазмообразующий газ; З — защитный газ.

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

Микроплазменная сварка

Сварка деталей малых толщин (5 — 0.2 мм) является сложной задачей при использований многих других методов сварки плавлением.

Малоамперная плазменная дуга, сформированная специальным плазмотроном с вольфрамовым электродом, имеет конусообразную форму с вершиной, обращенной к изделию. Такая форма ее обеспечивается конструктивными особенностями плазмотрона, правильным выбором плазмообразующего и защитного газов и их расходом. Наиболее часто в качестве плазмообразующего газа используется аргон. У нижнего среза сопла плазменная дуга существует только в струе аргона. По мере приближения к аноду (изделию) плазмообразующий и защитный газы перемешиваются и плазменная дуга горит уже в смеси этих газов. Чем ближе к аноду, тем больше в смеси содержится защитного газа. Если защитный газ имеет больший коэффициент теплопроводности, чем плазмообразующий, то степень сжатия дуги по мере приближения к аноду увеличивается, и она приобретает конусообразную форму (форму копья).

При правильно выбранном расходе плазмообразующего газа указанная форма малоамперной плазменной дуги образуется при использовании в качестве защитного газа аргоноводородной смеси (90% Аг + + 10% Н2), гелия, азота и углекислого газа. Если защитный газ аргон, то форма дуги цилиндрическая или слегка расширяющаяся в направлении к аноду. Такая же форма дуги сохраняется при ее существовании на токах больших 20 А, так как влияние защитного газа на сжатие дуги заметно ослабляется. Эффект сжатия дуги уменьшается и при увеличении расхода плазмообразующего газа более оптимального.

Особо тонкие металлы свариваются малоамперной дугой в импульсном режиме с формированием однополярных или разнополярных импульсов. Нагрев и плавление свариваемого металла происходит в течение импульса тока определенной длительности дугой прямой полярности. Во время паузы, когда ток в рабочей цепи питания плазменной дуги равен нулю, жидкий металл кристаллизуется и формируется сварная точка. Время импульса и паузы, а также скорость сварки выбираются таким образом, чтобы обеспечивалась определенная величина перекрытия кристаллизующихся точек.

Импульсная микроплазменная сварка значительно облегчает процесс получения качественного сварного соединения, поскольку позволяет таким образом подобрать амплитуду тока, длительности импульсов сварки и паузы, что прожоги свариваемого металла практически исключаются даже в случае остановки процесса или неравномерности его осуществления.

Разновидностью способа микроплазменной сварки в импульсном режиме является сварка разнополярными импульсами. В течение импульса тока прямой полярности свариваемым кромкам передается достаточное количество теплоты, которая обеспечивает их расплавление, образование сварочной ванны и, после ее кристаллизации, формирование сварной точки. В течение импульса тока обратной полярности в свариваемые кромки вводится меньшее количество теплоты, достаточное только для разрушения окисной пленки. За это время сварочная ванна охлаждается до полной или частичной кристаллизации. Следующий импульс тока прямой полярности создает сварную точку на определенном (в зависимости от скорости сварки) расстоянии от предыдущей. Перекрытие точек задается их размером и шагом.

Для сварки Al, Mg и их сплавов разработан процесс микроплазменной сварки на обратной полярности. Особенность способа состоит в том, что используются два источника питания. Один (ИП1) для непрерывного поддержания горения дежурной дуги между вольфрамовым электродом и медным соплом плазмотрона. Другой (ИП2) для питания основной дуги, горящей между медным соплом (анодом) и свариваемой деталью (катодом). Использование медного водоохлаждаемого сопла в качестве анода основной дуги позволяет исключать влияние тока обратной полярности основной дуги на вольфрамовый электрод, тем самым обеспечивается его высокая стойкость. Небольшой диаметр электрода обеспечивает устойчивое горение дежурной дуги на токах 2. 5 А. При малых расходах плазмообразующего газа (0,2. 0,8 л/мин) анодное пятно основной дуги размещается внутри канала сопла, а сжатие столба дуги на открытом ее участке и вблизи катода обеспечивается защитным газом, также как и при сварке на прямой полярности. Катодное пятно непрерывно блуждает по поверхности изделия и разрушает тугоплавкую оксидную пленку. Этот способ позволяет соединять AI и его сплавы толщиной в десятые и сотые доли миллиметра. Однако блуждание пятна приводит к получению широкого шва и большой зоны термического влияния.

В настоящее время успешно осуществляется микроплазменная сварка алюминия на переменном токе. При этом способе между соплом и электродом плазмотрона непрерывно горит дежурная дуга постоянного тока. При подаче на вольфрамовый электрод положительного относительно изделия полупериода напряжения, между ними формируется сжатая дуга обратной полярности с нестационарным катодным пятном, разрушающим оксидную пленку. Затем на вольфрамовый электрод плазмотрона поступает отрицательный относительно изделия полупери-

од напряжения. При этом генерируется сжатая дуга с большой плотностью энергии, достаточной для осуществления сварки металлов, имеющих на поверхности тугоплавкие окисные пленки. При этом, так как по вольфрамовому электроду проходит только ток прямой полярности, разрушения его не происходит. Возможность раздельной подачи тока прямой и обратной полярности на вольфрамовый электрод является важным технологическим достоинством данного способа микроплазменной сварки.

Виды и особенности плазменной сварки

Плазменная сварка является достаточно молодым методом соединения деталей. Несмотря на то, что он появился относительно недавно, уже набрал большую популярность за счет своих преимуществ и возможностей. Рассмотрим более подробно, что такое плазменная сварка, в чем она заключается и чем отличается от других видов сварок.

Читайте также  Структурные и коммуникативные свойства языка

Сущность плазменной сварки

Плазмой называется состояние газа, в которое оно переходит под воздействием электрической дуги. Образуется она в специальном наконечнике, который называется плазмотрон (это как горелка в газовой сварке). Плавление плазмой – это такая техника, при которой для образования плазмы применяются горелка, в которой находится вольфрамовый электрод, сопла плазмы и труб подачи газа и водяного охлаждения. Данный вид незаменим для обработки изделий из металла высокой прочности и толщины (до 9 мм). Он немного схож с методикой дуговой сварки, но в отличие от электрода, который обеспечивает нагрев до 5-7 тысяч градусов, воздействует на изделие сверхвысокой температурой – до 30 тысяч градусов. От этого данный способ часто называют «плазменно-дуговая сварка». Выполнять работы таким аппаратом можно в любом пространственном положении изделия.

Плазменная сварка металла, благодаря высокой температуре воздействия на изделие позволяет обрабатывать широкий спектр металлов – бронза, титан, нержавейка, углеродистая сталь, латунь, чугун, алюминий. Такой способ применяется в разных отраслях производств – приборостроение, машиностроение, пищевая промышленность, изготовление медицинского оборудования, ювелирное дело, химическое производство и многие другие. Плазменная сварка и резка металлов необходима и незаменима практически в каждом производстве.

Плазменная сварка и резка металлов бывает двух видов:

  1. Плавление металла дугой, которая возникает между изделием и неплавящимся электродом
  2. Сварка плазменной струей, которая образуется благодаря дуге горит между наконечником плазмотрона и неплавящимся электродом.

В качестве материалов для образования плазмы чаще всего применяется воздух, кислород, аргон и азот. Величина тока в плазме может быть разной, и различают три подвида:

  1. Микроплазменная сварка, которая реализуется на малом токе до 25 А
  2. Работа на средних токах – до 150А
  3. На больших токах, свыше 150А.

Говоря простыми словами, суть данного способа состоит в ионизации рабочего газа, который под давлением переходит в состояние плазмы и обеспечивает высокую температуру, используемую для расплавления металлов для резки или соединения.

Технология плазменной сварки делится на две разновидности:

  • плазменная сварка прямого действия;
  • плазменная сварка косвенного действия.

Плазменная сварка прямого действия

Это самый распространенный вид соединения металлов в данной технике исполнения швов. Он реализуется за счет электрической дуги, которая возбуждается между электродом и рабочим изделием.

Плазменная сварка алюминия должна проводиться крайне осторожно, так как этот плавиться при температуре 660,3 градуса. Важно контролировать весь процесс, чтобы не допустить пропал. В инструкции к аппаратам есть таблица, в которой указана рекомендованная сила тока для каждого вида металла. Например, плазменная сварка нержавейки проводится на среднем токе, а стали – на высоком.

В дуге прямого действия изначально возбуждается дуга на малых токах, между соплом и заготовкой, после касания плазмой свариваемого изделия возбуждается основная дуга прямого действия. Питание дуги может выполняться переменным и постоянным током прямой полярности, а ее возбуждение осуществляется осциллятором.

Плазменная сварка косвенного действия

В данном случае плазма образуется похожим способом, как и в плазменной сварке прямого действия. Отличие состоит в том, источник питания подключен к электроду и соплу, в результате чего образуется дуга между ними, и как следствие, на выходе из горелки — плазменная струя. Скорость выхода потока плазмы контролируется давлением газа. Основной секрет кроется в том, что газ, переходя в состояние плазмы увеличивает свой объем в 50 раз, за счет чего буквально вылетает из аппарата струей. Энергия расширяющегося газа совместно с тепловой энергией, сообщаемой струе газа, делает плазму мощным источником энергии.

Этот метод не так широко применяется, как первый, хотя имеет достаточное количество преимуществ. Во-первых, он обеспечивает бесперебойную работу даже при микроплазменной сварке (на малых токах). Во-вторых, он позволяет экономить газ (который стоит немало). В-третьих, за счет высокого давления практически нет разбрызгивания. Таким способом можно и варить и резать металл, но для резки не потребуется инертный газ, так как его функция – защищать сварочную ванну, а при разрезании металла она не образуется.

В завершение можно отметить, что устройство горелки прямого и косвенного метода сильно не отличаются. На картинке слева указана технология образования плазменной струи. Процесс происходит следующим образом: вольфрамовый электрод 2 подключен к отрицательному заряду, а сопло 4 к положительному. За счет этого дуга образуется между соплом и электродом,что характерно при косвенном методе.

На картинке справа, при прямом методе, дуга образуется между негативно-заряженным электродом и рабочей деталью, с положительным зарядом. Для поджога и возбуждения дуги используется временно подающийся ток на сопло, который после возбуждения дуги отключается.

Аппарат для работы

Аппарат воздушно плазменной сварки представляет собой небольшое техническое оборудование, весом не более 9-10 килограмм. Принцип работы его следующий: внутри находятся схемы управления, выпрямитель тока и трансформатор. Для работы к нему подключается установка с рабочими газами в баллонах – для образования плазмы и инертный газ, необходимый для защиты сварочного шва от окисления. На выходе подключается горелка с газами отдельно для резки. В связи с тем, что данный способ образует слишком высокий температурный режим, в горелке есть специальный отсек для охлаждающей жидкости. Данный аппарат по внешним признаком похож на инвертор. В продаже представлено множество моделей с различными функциями. Если говорить о самом простом, он самый компактный (около 5 кг) с минимальным количеством настроек, в которых разберется не то что новичок, а даже ребенок.

Модели, которые в цене дороже, имеют дополнительные настройки и функции, которые кроме резки и сварки могут выполнять пайку, воронение, оксидирование и закалку металла. Самыми простыми изделия считаются с минимально мощностью до 12А. Их стоимость колеблется в пределах 30 тысяч русских рублей. Оборудование на класс выше и мощнее, до 150А стоят от 40 и до 150 тысяч, зависимо от производителя и дополнительных функций. Самые дорогие модели имеют мощность от 150А, а их стоимость может даже превышать миллион рублей. Для профессионалов, которые постоянно занимаются сплавлением, рекомендуется приобретать качественное и дорогое оборудование. Заплатив один раз можно получить многофункциональное устройство, с помощью которого можно выполнять всевозможные процедуры по металлообработке.

Преимущества и недостатки

Плазменная сварка прямого действия и косвенного имеет свои преимущества и недостатки, как и другие виды сварки. Основными плюсами, что делают этот метод незаменимым для использования во многих промышленных отраслях, являются следующие:

  • высокий коэффициент полезного действия и высокая скорость выполнения работ;
  • высококачественная резка металла оставляет гладкие кромки и не требует дополнительной их обработки;
  • возможность варить и резать изделия, толщиной почти в сантиметр;
  • при работе нет шлаков и отходов;
  • контроль глубины провара металла, что позволяет избежать пропалов и деформации;
  • простота в использовании аппарата.

Кроме положительных моментов, можно отметить несколько недостатков:

  • дороговизна оборудования и высокая стоимость работ;
  • в сфере профессионального использования высокие требования к мастеру;
  • необходимость постоянного контроля над охлаждением, из-за высокой рабочей температуры.

В принципе, все эти минусы, можно превратить в плюсы, если посмотреть на это с другой стороны. Профессиональный мастер, имеющий качественное оборудование может работать в любой сфере и при этом зарабатывать хорошие деньги.

Советы от профессионалов

  • перед началом соединения деталей подготовить рабочее место и форму для мастера;
  • проверить исправность аппарата и давление в баллонах;
  • плазменная сварка алюминия должна производиться на низком токе;
  • плазмотрон для сварки необходимо прочищать (продувать) перед началом процесса;
  • микроплазменная сварка – идеальный вариант для осваивания данной техники начинающим;
  • технология плазменной сварки выбирается самим мастером, так как оба способа имеют свои преимущества.

Что такое плазменная сварка и какое оборудование применяется

Область применения плазменной сварки обширная. Таким оборудованием варят фольгу и толстый металл. На прилавках появляется оборудование для промышленного и бытового назначения. Иногда плазменную сварку путают с аргоновой. Аппараты внешне схожи. У методов много общего, но есть принципиальные различия. О них пойдет речь.

Особенности плазменной сварки

Теплогенерирующие параметры плазмы гораздо выше, чем у других сварочных методов. Чтобы контролировать режим разогрева, нужен охлаждающий контур – циркулирующая по нему вода отводит избыточное тепло, из-за этого большие энергопотери. Основные расходные материалы – сопло (горелка выходит из строя при перегреве), тугоплавкие вольфрамовые электроды. Для производства плазменного оборудования нужны огнеупорные материалы, поэтому стоимость сварочных аппаратов в разы выше, чем для электродуговой или аргоновой сварки.

Технологические сложности не пугают, плазменная сварка нередко применяется в промышленности, особенно, если нужны качественные соединения. Ровные швы не нужно зашлифовывать. Метод применим для алюминия и других сложных сплавов.

Устройство и принцип работы

Принципиальное отличие плазменного метода – высокая температура плазмы (до 8000°С), подаваемой в рабочую зону. Ванна расплава защищается атмосферой аргона, постоянный температурный режим стабилизирует система охлаждения. Без нее плазмотрон расплавится, плазма разогревается до 30 тысяч градусов.

В сущности, плазменная сварка заключается в способности аргона переходить в плазму под действием дуги. Ток работает как плазмогенератор, пронизывает электропроводный аргон.

Плазмообразование под действием прямого или переменного тока происходит в плазмотроне. Это открытый с двух сторон конус, сужающийся к низу, в котором по центру расположен тугоплавкий электрод (для этого применяют вольфрамовые с добавками лантана, тория, циркония, иттрия), а внизу – сопло. Из него под большим давлением вырывается плазма.

В качестве плазмообразующего газа применим аргон с добавлением водорода. Он принудительно нагнетается в конус сверху. Поле создается путем подведения тока к двум полюсам: электроду и наружной части горелки. При ионизации и нагреве газ моментально расширяется, он вытесняется за счет внутренних сил мощной струей. Регулятором подачи плазмы выступает сопло. От его диаметра зависит толщина плазменного потока. Размер плазмотрона зависит от режима работы. Чем выше токи, чем больше верхний и выходной диаметры. Одновременно со струей плазмы к рабочей зоне в непрерывном режиме подводится аргон для создания защитного облака, предохраняющего расплав от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе. Благодаря аргону, швы получаются чистые, без включений окалины.

Виды плазменной сварки

Используют два метода подключения тока: деталь-электрод; электрод-корпус горелки. Проводится условное деление на виды по мощности генератора, рабочим параметрам оборудования:

  • микроплазменная проводится на низких токах, проварка неглубокая, металл не повреждается (ей посвящен отдельный раздел);
  • сварка на средних токах, до 25А, соединяют детали от 3 мм и выше;
  • работа с большим амперажем, до 150 А, способ подходит для варки толстостенных деталей или прошивного сваривания металла.

По механизму воздействия на рабочую зону, выделяют:

  • контактную с линейными и прерывистыми швами (всеми разновидностями швов), бывает косвенного и прямого действия;
  • импульсную, характеризующуюся большой глубиной прогрева деталей, бывает прямо и обратно полярная;
  • точечную – одностороннюю, применяемую для изготовления листовых сэндвичей, правки швов, прихватки деталей.
Читайте также  Психологический тренинг общения

Способы различаются по технологии, но качество шва стабильное. Плазменными аппаратами разрешается резать металлоконструкции. Они удобны в труднодоступных местах, куда сложно пробраться с болгаркой.

Плазменная сварка прямого действия

Принцип подключения тока для создания дуги такой же, как в электродуговой сварке: один полюс подается на электрод (минус при прямой полярности), другой присоединяется к обрабатываемому металлу. Создается прямая дуга, направленная на деталь. Принцип создания плазмы двухэтапный:

  • сначала клемму присоединяют к соплу, чтобы ионизировать проходящий по плазмотрону газ;
  • после плазмообразования клемму перебрасывают на свариваемую деталь, происходит пробой дуги на деталь, плазма вырывается из сопла.

Вот что такое плазменная сварка прямого действия. Струя плазмы регулируется силой тока, газ, вырывающийся из сопла, не только поддерживает дугу, но и защищает рабочую зону.

Плазменная сварка косвенного действия

Дуга возникает за счет подвода одного из полюсов к тугоплавкому электроду (при прямой полярности это минус), другого – к оболочке плазмотрона (плюс). Плазменная дуга зависит от давления плазмообразующего газа. Он при ионизации и разогреве увеличивается в объеме до 50 раз. Плазменная сварка косвенного действия более экономичная по газу. При малом расходе образуется стабильная дуга, она с большой силой вырывается из сопла. Температура плазмы косвенного метода ниже, чем у прямого. Такие установки больше подходят для напыления порошков, создания термоэффектов. Дуга за счет давления газа с силой устремляется к металлу, косвенный метод позволяет варить металлы с низкой электропроводностью (нихром; стали, легированные висмутом и другие справы). Подача защитного газа автономная.

Оборудование для плазменной сварки

Внешне устройства мало чем отличаются от других аппаратов. Они по весу и габаритам сопоставимы с инверторами, аргонно-дуговыми сварочниками, электродуговыми полуавтоматами. Функциональность профессионального оборудования для плазменной сварки поражает — помимо сварки и резки предусмотрены операции:

  • воронения – химико-термическая обработка для получения нужного оттенка металла;
  • термического оксидирования черных сплавов – образования тугоплавкого диоксида кремния;
  • порошкового напыления красителей и защитных составов – создается ровная пленка на поверхности детали;
  • закалки – термического упрочнения внутренней структуры сплавов за счет снятия внутренних напряжений.

Установки для плазменной сварки различаются по мощности: от 20 А до 250-ти. Для работы с деталями свыше 2 мм агрегат стоит в пределах от 20 до 49 тысяч. На базе электродуговой сварки плазменное оборудование можно сделать самим, соорудив горелку с плавящимся электродом. Потребуется сварочный аппарат, комплект газовых рукавов для создания защитной атмосферы и шланги для подвода воды к горелке.

Преимущества и недостатки

Основные позитивные моменты плазменного метода:

  • доступность – плазмотроном дополняют имеющееся базовое сварочное оборудование;
  • из-за высокой температуры в рабочей зоне, под защитной атмосферой образуются однородные по структуре соединения;
  • глубина провара контролируется;
  • скорость образования швов высокая, снижается объем трудозатрат;
  • универсальность – метод применим для любых сплавов, можно варить и резать металл, проводить наплавку порошков.
  • стоимость оборудования и работ высокая;
  • сложность технологического процесса, необходимы определенные знания и навыки, спецподготовка;
  • плазмотрон требует дополнительного ухода, чистки, замены горелки и электрода;
  • необходим подвод плазмообразующего газа в плазмотрон;
  • нужно охлаждение плазмотрона, чтобы он не выходил из строя;
  • большие энергопотери.

Плазменная сварка чаще применяется в промышленных объемах, для индивидуальных работ этот метод слишком затратен.

Микроплазменная сварка

Для соединения тонких деталей от 0,3 до 2 мм толщиной, ремонта медицинских инструментов, подходит микроплазменная сварка. Она проводится на малом токе с 0,1 до 2 А, толщина вольфрамового электрода не превышает 2 мм, диаметр сопла горелки – от 0,5 до 1,5 мм.

Нахлесточные и тавровые соединения таким методом делать не стоит, а торцовые выполняются в любом положении, для них не нужна присадочная проволока. Под стыковые швы делают подкладку. Для работы нужны малоамперные инверторы, выпрямители, генерирующие стабильный ток для поддержки дежурной дуги. Среди промышленного оборудования ручной, автоматической микроплазменной сварки есть модели, имеющие разные режимы работы:

  • импульсный прямой или обратной полярности;
  • разно-полярно импульсный;
  • прямой и обратной непрерывной полярности.

При соединении тонких деталей этим методом снижается риск прожога и тепловой деформации детали за счет узкой зоны разогрева. Фольгу варят только плазмой, другие методы не применяются.

Отличительные особенности микроплазменного шва:

  • устойчивость к вибрациям и ударам из-за однородности молекулярного строения;
  • гладкая поверхность, не требующая дополнительной обработки;
  • высокая точность, благодаря сфокусированной дуге, удается минимизировать отклонения, так как сварочную ванну в процессе образования шва легко регулировать;
  • хорошее сцепление кромок при неглубоком проваре.

Оборудование для микроплазмы мобильное, с вмонтированной емкостью для газа, автоматическая подача присадки повышает комфортность проведения работ.

Плазменная сварка – одно из перспективных направлений работ. Она применима для цветных сплавов, алюминия. Удобна во время монтажа тепловых систем в частных домах и для работы с электроникой. Самым удобным считается микроплазменное оборудование. Для соединения больших деталей плазмотрон реально изготовить своими руками.

Принцип работы плазменной сварки, доступные способы

Развитие современной промышленности неразрывно связано с возникновением новых способов обработки и соединения различных материалов. Сварочное дело в этих случаях — одно из наиболее надежных. Технология сварки также развивается и совершенствуется. Одним из молодых и перспективных направлений является плазменная сварка. Этот метод значительно упрощает и облегчает работу, что заслуживает более подробного рассмотрения.

Особенности процесса

Данный способ соединения деталей напоминает аргонодуговую сварку по причине работ с инертными газами. Однако, отличия все же имеются. Например, сварочные работы осуществляются специальным аппаратом — плазмотроном.

Плазмой называют состояние, в которое переходит газ при воздействии электрической дуги. Происходит это все при многотысячных температурах, поэтому главной особенностью сварки плазмой является высокая рабочая температура — от 5 до 30 тысяч градусов. Это позволяет работать с элементами любого состава и габаритов.

Еще одной особенностью плазменной технологии является высокое давление на место соединения. Это происходит за счет цилиндрической формы сварной дуги, которая обеспечивает прогрев и одинаковое распределение мощности по всей поверхности рабочей струи. В обычной сварке это сделать сложнее, так как дуга конической формы и равномерно распределить силу давления и прогрев весьма сложно.

И третья важная особенность работы плазмой — это работа на малых токах. Да, именно плазменная технология позволяет производить сварку, как тонких листов материала, так и в труднодоступных местах.

Указанные особенности делают плазменный метод сварки практически универсальным. Со временем появились виды и разновидности, так как помимо сварочных работ при помощи плазмы легко выполнить и резку металлов.

Плазменная сварка различается по типу обработки, величине тока и способу подключения.

По типу обработки выделяют сварку:

  1. Дугой, образованной между соединяемыми поверхностями и неплавким электродом.
  2. Струей, образовавшейся между неплавящимся электродом и наконечником плазмотрона.

Так как работа плазмой возможна при различных токовых величинах, то выделяют:

  • микроплазменную обработку — осуществляется при напряжении до 25 ампер;
  • работу со средними токами — производится при токе до 150 А;
  • взаимодействие с токами свыше 150 ампер.

Плазмотрон и схема горелки определяют тип подключения к источнику тока:

  • прямого действия;
  • косвенного действия.

Каждый метод уникален и востребован в определенной сфере. Рассмотрим популярные из них.

Микроплазменный способ

Соединение деталей посредством микроплазменной технологии один из самых востребованных методов. Микроплазменная сварка позволяет скреплять тонкостенные детали и трубы, листы металла толщиной до 1,5 мм, и даже используется при производстве ювелирных украшений.

В случае использования этого метода диаметр рабочей струи плазмы не превышает обычно 2 миллиметров. Дуга мощная с высоким тепловым излучением. Газ, используемый при работе, обычно аргон, реже аргон с примесью гелия.

Подключение прямого действия

Помимо тонких работ при помощи микроплазмы схема подключения к источнику тока имеет не меньшее значение.

Этот метод считается основным в сварочных работах. Он осуществляется при помощи плазмы, образовавшейся между электродом и рабочей заготовкой. Дуга возбуждается постепенно, сначала на малом токе образуется дежурная струя, которая после контакта с рабочей поверхностью переходит в дугу прямого действия. Работа может проходить как при переменном, так и при постоянном токе.

Данный способ эффективен при резке металлов и неметаллов, сварки и наплавления. В бытовых условиях прямое действие также востребовано.

В связи с тем, что при прямом воздействии температура рабочей струи очень высока, обязательным условием является контроль нагрева сопла плазмотрона. При перегреве (что почти невозможно) желательно прекратить работу на некоторое время. Впоследствии же стоит проверить исправность оборудования, а при необходимости, устранить неисправность или приобрести новый аппарат.

Сварка косвенного действия

В этом случае дуга образуется между наконечником плазмотрона и электродом, газ выдавливает ее из сопла, в результате чего на выходе получается мощная струя плазмы.

Температура струи в данном случае намного ниже, чем при прямом воздействии. По этой причине косвенное воздействие часто применяют для соединения и резки деталей из материалов с низкой электропроводностью.

Давление газа контролирует силу выхода струи плазмы. Благодаря этому метод косвенного воздействия используется для напыления металла, прогрева заготовок.

От выбора режима работы зависит качество места соединения. При подборе режима необходимо учитывать тип подачи тока, какой материал подлежит сваривать, а главное — диаметр рабочей струи.

Плюсы и минусы

Как и любая технология, плазменная сварка имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам можно определить:

  • высокая скорость плавления заготовок;
  • точные и качественные швы;
  • отсутствие шлака;
  • ровные края деталей при резке;
  • экологичность;
  • безопасность;
  • простота в использовании;
  • контроль глубины провара.

К отрицательным же моментам относятся:

  • высокая стоимость оборудования;
  • контроль охлаждения плазмотрона.

Несмотря на то, что минусы у плазменной технологии существуют, они незначительны. Да и стоимость оборудования окупается довольно быстро, особенно квалифицированным мастером.

Про оборудование

Работа с плазмой невозможна без соответствующего оборудования. Сварочный аппарат для плазменной сварки довольно компактный, обычно его вес не превышает 10 килограммов (самый компактный около 5 кг). Для образования плазмы требуется подключить к аппарату установку с газом для работы. Защитить сварное соединение от окислов поможет инертный газ, также подключаемый к аппарату. Ну и конечно горелка, она подключается на выходе аппарата.

Вспомним о том, что плазменная сварка производится при очень высоких температурах, а это требует охлаждения сопла плазмотрона. В любом аппарате для плазменной сварки имеется отсек с охлаждающей жидкостью.

Оборудование для плазменной сварки действительно дорогое — аппарат малой мощности с минимальным набором функций стоит около 30 тысяч рублей. Соответственно, чем больше настроек (пайка, закалка), тем дороже агрегат.

Читайте также  Радиоактивные и радиационные методы неразрушающего контроля

Рекомендации

Не всегда со сварочным аппаратом работает профессионал, часто встречается и самоучка. Для подобной категории людей квалифицированные специалисты дают несколько рекомендаций:

  • перед работой проверить исправность оборудования, давление газа в установке;
  • прочистить плазмотрон до начала сварки;
  • подготовить и очистить от посторонних предметов рабочую зону;
  • алюминиевые детали сваривать (или резать) на низких токах.

Плазменная сварка — современная технология соединения и резки не только металлов, но и других материалов. Сварка плазмой востребована и у профессионалов, и у любителей — проста в работе и приносит хороший заработок независимо от сезона. Несмотря на высокую стоимость, необходимое для работы оборудование пользуется спросом, ведь потратив деньги однажды, можно стать обладателем замечательного агрегата с множеством дополнительных функций.

Все о плазменной сварке

Плазменную сварку называют относительно молодым способом соединения деталей. Но условная новизна не мешает быстрому набору востребованности: плюсы и возможности, которые даёт этот метод, объясняют его высокие конкурентные качества.

Что это такое?

Плазменной сваркой зовётся метод, при котором аргон переходит в плазму под влиянием дуги. Плазмогенератором выступает ток, пронизывающий электропроводный аргон. Но прежде чем перейти к нюансам метода, нелишним будет напомнить отдельные моменты из курса физики.

Плазмой называют такое состояние газа, в которое тот трансформируется под влиянием электродуги. Она формируется в особом наконечнике, называемом плазмотроном. Его легко сравнить с горелкой в обычной газовой сварке. Плазмотроном именуют двухсторонне открытый конус, который становится узким внизу, в центре этого конуса размещается тугоплавкий электрод, а внизу – сопло. Из этого сопла под серьёзным давлением выходит плазма.

Плазмообразующим газом выступает аргон (с включением водорода, конечно). Он нагнетаем в вышеописанный конус сверху. Поле же образует подвод электротока к двум полюсам: наружной зоне горелки и электроду. В ходе нагрева и ионизации газ предсказуемо расширяется, внутренние силы его мощно вытесняют. Сопло же регулирует подачу плазмы. В рабочем месте параллельно с плазменной струёй подводится аргон, что создаёт защитное облако. Его ценность заключается в предохранении сплава от кислородного контакта, который содержится в воздухе.

Именно аргон отвечает за чистые швы. Плазменно-дуговая сварка может называться экономичной, в этом её особенность. Чтобы аппарат работал, менять нужно только электроды и тот самый плазмотрон. В сравнении с иными видами сварки уходовых работ (и ручных тоже) немного. Да и иные сварочные разновидности можно считать более взрывоопасными, с плазмой работать не так рискованно.

Плюсы и минусы

Основное преимущество плазменной сварки – высокоскоростная резка металлов. Не менее привлекательна в ней и опция применения оборудования практически со всеми металлами и сплавами. Доскональность шва высока. Цена работ относительно прочих видов сварок более низкая. Радует и то, что деформация металла при плазменном способе не то что низка, а фактически отсутствует.

Но минусы также стоит отметить:

  • высокочастотный шум + ультразвук – не самая приятная комбинация;
  • ионизация воздуха;
  • электромагнитное излучение в оптическом диапазоне;
  • сопло плазменной горелки недолговечно, так как нагрузка высокотемпературная.

Правда, недостатки есть в каждой технологии сварки, поэтому выбирать приходится всегда. Иногда в выборе вида помогает простой анализ принципа работы аппарата.

Принцип работы

Дежурную дугу после зажигания ожидает сжатие в плазмотроне. Потом туда вдувается под давлением аргон в качестве плазмообразующего газа. Так зона нагревается до 50 000 градусов, газ предсказуемо растёт в объёме и из сопла выходит очень быстро.

Мощный источник – это соединение тепловой и кинетической энергии. Раскалённая струя вытекает и образует шов. Защитный и плазмообразующий газы не контактируют, так как проходят по разным каналам.

Надо отметить, что сварка может быть ручной и автоматической. Ручная сварка подойдёт для небольших объёмов работы. Сварка может проходить с присадками и без них. Автоматической технологией пользуются в промышленных масштабах. Оператор руководит процессом с помощью пульта.

И ещё кое-что из проясняющей информации о плазменной дуге:

  • обычная дуга становится плазменной путём сжатия и принудительного вдувания аргона в дугу;
  • сжатие дуги получается путём активного охлаждения водой плазмотроновых стенок;
  • когда поперечное сжатие дуги снижается, растёт мощность;
  • газ нагреваем дугой, он ионизируется и в 100 раз растёт в объёме;
  • плазменная дуга от другой отличается высокими термопоказателями, меньшим диаметром, цилиндрической формой, большим давлением на металл и опцией поддержания дуги на малом токе.

Разновидности плазменной сварки тоже следует учесть перед выбором того или иного способа.

Виды плазменной сварки определяет сила тока. Сварка бывает микроплазменной, на средних и на больших токах.

Микроплазменная

Данный вариант используется, если нужно соединить тонкие детали, толщина которых до 1,5 мм. Диаметр дуги в таком случае не превысит 2 мм, что даёт возможность фокусировать тепло в маленькой области без ненужного нагрева соседних зон.

Прибор микроплазменной сварки может работать в следующих режимах: импульсный, непрерывный, непрерывный обратной полярности. Основной газ технологии – аргон, но это обстоятельство не исключает добавление разных примесей, которые делают процесс более эффективным.

На средних токах

Она имеет множество сходств с аргонодуговой сваркой. Но всё же температурные данные сварки на средних токах более высоки, а вот область нагрева намного меньше. Поэтому данная технология справедливо считается более продуктивной.

Такая сварка проплавляет материал более глубоко, чем аргоновая, но ширина шва при этом будет меньшей. Сварочные работы проводятся и с присадочным материалом, и без него.

С большим амперажем

Работы с большим амперажем – это подходящий вариант для варки элементов с толстыми стенками. Или же такая технология подходит прошивному свариванию металла. Под таким амперажем подразумевается показатель до 150 А. Этот способ связан с силовым действием на металл, то есть полным его проплавлением. Если говорить образно: детали обрабатываемого изделия сначала словно разрезаются, а потом сплавляются вновь.

Классификация по типу действия

Тип действия бывает либо прямым, либо косвенным.

Косвенного

Дуга образуется путём подведения одного из полюсов к тугоплавкому электроду, второго – к оболочке плазмотрона (то есть «минус» к «плюсу»). Данный вид сварки можно считать экономичным относительно газа: его надо меньше для образования стабильной дуги, которая с силой выходит из сопла.

При косвенном сварочном процессе температура плазмы ниже (если сравнивать с прямым методом). Дуга под воздействием газа идёт к металлу с большой силой – этот метод даёт возможность работать с металлами, отличающимися низкой теплопроводностью.

Прямого

Работает это так: один полюс подключается на электрод (при прямой полярности минус), второй – к металлу, что в данный момент обрабатывается. Так получается прямая дуга, направляемая на обрабатываемую деталь.

Клемму изначально фиксируют к соплу для ионизации газа, идущего по плазмотрону. После образования плазмы клемму переводят на деталь, осуществляется пробой дуги на деталь, и из сопла исходит плазма. Плазменную струю корректирует сила тока. А газ не просто вырвется из сопла, но и станет защитой рабочей зоны.

И один, и другой метод применяется как для сварочных работ, так и для резки металлов.

Оборудование и материалы

Внешняя конструкция плазменной сварки не имеет радикальных отличий от прочего оборудования, используемого в тех же целях. И по габаритам, и по весу такое оборудование можно сравнить и с инверторами, и с электродуговыми полуавтоматами, и, конечно, с аргоно-дуговыми сварочниками.

Какие ещё операции может выполнять плазменная сварка:

  • воронение – т. е. химико-теоретическую обработку, чтобы получить нужный оттенок металла;
  • порошковое напыление различных красителей и продуктов защиты – на самой детали он создаёт ровную плёнку;
  • температурное оксидирование чёрных сплавов – получается диоксид кремния с тугоплавкими характеристиками;
  • закалка – внутренняя структура сплавов становится термически более прочной, так как снимаются внутренние напряжения.

В структуру плазменного оборудования входят сам аппарат, плазмотрон, компрессор, шлангопакет, режим заземления.

Плазменная дуга, если перейти к её возможностям, уступает разве что тем технологиям, что опираются на лазерные и электронные лучи. В основном задача использования этой сварки – резка металлов. Особую эффективность она проявляет в отношении меди, нержавеющей стали, латуни. Тонколистовой металл с этой сваркой соединяется без присадочной проволоки. Швы получаются оптимальные.

Описание технологии

В место соединения из плазмотрона подходит плазма. В плазменной струе собрана вся энергия. Поэтому нагрев не расходится по всему изделию, а концентрируется именно в месте соединения. И хоть температура будет очень высокой, вследствие скорого отвода тепла металлом она скоро же падает в области стыка до температуры плавления.

Корпус горелки стальной, анод медный, он охлаждается водой. Дугу питает газ, который под большим давлением подается в полость между анодом и катодом. Аргон же быстро улетучивается, смешивается с воздухом. Для того чтобы он действительно был защитным, нужного расстояния между деталью и горелкой следует придерживаться всегда.

Полную схему сварки можно увидеть на чертеже.

Техника безопасности

Если машина для сварки с дефектом (недостаточной изоляции), электроток может пройти по телу человека – и это очень опасно, чревато судорогами, остановкой сердца. Поэтому работать нужно в защитных перчатках на обеих руках. Сами перчатки должны быть без повреждений, в хорошем состоянии. Чтобы защитить себя от брызг расплавленного металла, также не обойтись без средств индивидуальной защиты. Нужна защитная обувь, кожаный фартук и, конечно, гамаши.

В помещении, где осуществляется сварка, должны быть хорошие вытяжки и вентиляционные системы, так как в процессе выделяются загрязняющие вещества и газы. Если вытяжной системы нет, операторы должны пользоваться респираторной маской или шлемом с фильтром, который отделяет опасные частицы. Защита органов слуха в процессе работы также обязательна, ведь уровень шума при плазменной сварке от 90 до 115 дБ.

По той причине, что процесс плазменной резки сопровождается также сильным видимым и ультрафиолетовым светом, оператор должен защищать глаза и кожу. Это защитная одежда (закрывающая всё тело), защитный щиток и защитные же очки – всё в соответствии с официальными предписаниями и рекомендациями.

Плазменная сварка не случайно считается перспективной: она очень удобна, например, при монтаже теплосистем в загородных домах. Для действий с электроникой она тоже подходит. Область её применения всё больше расширяется, поэтому интерес к плазменной технологии вполне закономерен.

В следующем видео представлена демонстрация плазменного комплекса.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: