Что такое плазменная сварка косвенного действия

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.

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).

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.

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.

[Всего : 0    Средний: 0/5]

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/plazmennay-svarka.html

Плазменная сварка — технология, оборудование, принцип действия

С ростом точности деталей, изготавливаемых в промышленности и на частных предприятиях, появляется потребность в новых технологиях сварки и резки металлов.

Одним из таких нововведений является плазменная сварка. Несмотря на то, что метод появился относительно недавно, он уже успел получить и занять свою нишу в промышленности и в руках частных лиц.

Давайте рассмотрим, что такое технология плазменно дуговой сварки?

Принцип работы плазменной сварки

Во многом, плазменные сварочные аппараты напоминают принцип действия аргонно-дуговых и имеют схожую конструкцию горелки, которая в нашем случае называется – плазмотроном. Процесс образования плазмы происходит именно в горелке (об этом далее).

Плазма – это одно из состояний газа, которое образуется, если пропустить его через дугу. В этот момент происходят сложные химические и физические процессы, газ приобретает особые свойства. Нам, в данном случае интересен тот факт, что температура вырывающейся из сопла плазмы может доходить до 30 тысяч градусов, а это в 6 раз больше самой горячей дуги.

Таким образом, сущностью плазменной сварки является ионизация газа, проходящего под давлением.

Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей

Чтобы понять принцип работы плазменной сварки, нужно перейти непосредственно к аппарату.

Сама плазменная сварка представляет собой небольшую, весом 5 – 9 кг установку, внутри которой расположился понижающий трансформатор, выпрямитель и набор схем управления.

К ней подключается воздушный компрессор (если в сопло подается сжатый воздух) или специальные баллоны с плазмообразующим газом и инертным газом. В качестве газа для создания плазмы используют азот, кислород, аргон, воздух.

На выходе устройства имеем горелку с набором газов (для сварки) или один вид газа для резки, а также плюсовую клемму (для прямого вида сварки). Так, как температура работы этого компонента очень высока, внутри горелки имеется жидкостное охлаждение.

Дальнейшее описание технологии приводит нас к двум ее разновидностям:

Рекомендуем!   Возможные причины залипания сварочных электродов

Плазменная сварка прямого действия

Первый и наиболее распространенный метод плазменной сварки имеет прямое действие дуги на деталь. Сваривание происходит прямой дугой, образующейся между деталью и электродом, однако сам процесс розжига плазмы имеет двухступенчатую схему.

Плазменная сварка прямого действия

На первом этапе внутренний стержень плазмотрона (изображение ниже) имеет отрицательную полярность, в то время, как ближняя стенка сопла получает положительный заряд из-за замкнутого переключателя (0). Внутри сопла образуются дуги (отмечено красным), которые ионизируют проходящий газ (2) и превращают его в плазму.

Следующий этап – непосредственно сварка, для этого на деталь цепляют плюсовую клемму и подносят работающий плазмотрон.

В этот момент изделие имеет лучшую проводимость, поэтому дуги концентрируются на конце вольфрамового электрода, переключатель размыкает внутреннюю цепь плазмотрона и под действием давления, а также естественного расширения газа при превращении в плазму, происходит направленный выплеск энергии.

При этом плазменная дуга имеет высокую стабильность, а минимальное разбрызгивание и изоляцию сварного участка обеспечивает инертный газ, проходящий по каналу (1). Газ не только защищает плазменную дугу, но и изолирует сварную ванну.

Плазменная сварка косвенного действия

Механизм плазмообразования в данном случае схож с предыдущим методом.

Главное отличие в том, что направленность плазменного потока контролируется не направленностью электрического потока, а давлением газа, созданным системой и внутренним давлением сопла.

Здесь помогает тот факт, что при переходе в состояние плазмы газ начинает увеличиваться в объеме до 50 раз, поэтому при возросшем давлении естественным образом стремится вырваться из сопла.

Плазма косвенного действия

Оба описанных способа имеют место в современном мире, однако прямой метод имеет больше плюсов. Так он гарантирует более стабильную работу на малых силах тока, позволяет меньше расходовать дорогостоящий газ и имеет заметно меньшую степень разбрызгивания.Аналогичным образом происходит резка металла, только без использования инертного газа (1).

Рекомендуем!   Чем и как сваривают алюминий

Оборудование для плазменной сварки

Современные сварочные плазменные аппараты — это компактные устройства, сравнимые по размерам с аргонно-дуговыми, инверторными или трансформаторными аппаратами. Простейшие модели имеют компактный размер и минимум настроек для удобства пользования. С их помощью можно производить сварку и резку металла.

Схема сборки оборудования при ручной плазменной резке

С ростом цены увеличивается функциональность аппаратов, так в продаже можно найти оборудование, с функцией пайки. Устройства профессионального уровня позволяют проводить операции воронения, термического оксидирования, порошкового напыления и закалки.

Ценовую политику оборудования можно разделить на несколько категорий. К стартовым, относятся устройства мощностью 8 – 12 А.

Их стоимость находится в пределах 25 – 40 тысяч рублей, это самые дешевые аппараты, которые можно приобрести и они уже в разы дороже инверторов, полуавтоматов.

Некоторые аппараты поддерживают функцию микроплазменной резки, другими словами работы при малых токах от 0.1А.

В средней ценовой категории расположились сварки мощностью 25 – 150А. Они имеют расширенные настройки, позволяют подключать несколько видов газов и нередко имеют расширенный функционал. Стоимость таких аппаратов от 40 до 150 тысяч рублей.

Самые дорогие из неавтоматизированных — сварки мощностью выше 150 А. В их конструкцию заложен практически весь возможный функционал плазменной технологии, но все работы производятся сварщиком. Цена начинается со 100 тысяч и может превышать отметку 1 миллион рублей.

Область применения

Благодаря работе при температурах, доходящих до 30 000 градусов, технология позволяет работать со многими видами металлов: нержавеющая сталь, углеродистая сталь, чугун, медь, латунь, бронза, титан, алюминий и другие. Вместе с высокой точностью работ, это обуславливает такие области использования технологии:

1. пищевая промышленность;
2. энергетическая сферы;
3. химическое производство;
4. ювелирное дело;
5. машиностроение;
6. приборостроение;
7. медицинское оборудование;
8. изготовление деталей высокой точности.

Рекомендуем!   Как научиться варить электросваркой самостоятельно

Преимущества и недостатки метода

Как видно, использование плазмы имеет свои преимущества, но не обошлось и без недостатков. Ниже, мы выделили основные положительные и негативные моменты.

Плюсы

1. Высокое качество и скорость работ.
2. Контроль глубины провара.
3. Доступность технологии частным лицам.
4. Безопасность работ.
5. В процессе работы не остается отходов.
6. Высокая точность резки позволяет дополнительно не обрабатывать кромки.

Основной положительный момент технологии – ее незаменимость. Большая часть работ может быть выполнены и другими методами, но когда речь идет о лучшей скорости, качестве и удобстве сварки, мы неизбежно приходим к плазменному методу.

Недостатки

1. Дорогие аппараты и высокая стоимость работ.
2. Высокие требования к квалификации сварщика.
3. Необходимость качественного охлаждения из-за высоких температурных потерь.

Главный минус технологии – ее сложность. Чтобы обучить хорошего специалиста требуется время и деньги, в противном случае метод не сможет принести должных результатов. Это связанно с тем, что в процессе работ важно не только контролировать процесс сварки, но и внимательно следить за охлаждением, поступлением газов и многими другими параметрами.

Заключение

Теперь вы знаете, как работает плазменная сварка. Если стоимость оборудования вас не пугает, то технологию вполне успешно можно использовать для выполнения высокоточных работ в условиях дома или небольшого предприятия.

Для создания герметичных швов и изготовления соединений высокой точности, подобные аппараты будут незаменимы, тем более, если мы говорим о промышленных масштабах.

Здесь в дело вступают автоматизированные плазменные комплексы, сводящие к минимуму человеческий фактор и погрешность работ.

Источник: https://svarkagid.ru/tehnologii/plazmennaya-pryamogo-i-kosvennogo-dejstviya.html

Сварка плазменной струей

Одним из сравнительно новых видов соединений металлов и сплавов является плазменная сварка.

Этот вид, схожий с вариантом аргонодуговой сварки неплавящимся электродом, позволяет получать более качественный результат гораздо быстрее.

Технология плазменной сварки заключается в использовании электрической дуги, горящей в среде полностью или частично ионизированного газа. Газ называется плазмообразующим.

Особенности и характеристики процесса

Главной особенностью плазменного метода является очень высокая температура в зоне сваривания вследствие принудительного уменьшения размеров сечения дуги и увеличения ее мощности.

В результате происходит сварка, так называемой, плазменной струей, температура которой может доходить до 30000 °C, в отличие от 5000-7000 °C при обычной аргонодуговой сварке.

Кроме этого, дуга приобретает цилиндрическую форму, в отличие от обычной конической, что позволяет сохранять одинаковую мощность по всей ее длине. На практике это успешно используется для более глубокого и точного прогрева металла.

Технологический процесс плазменной сварки позволяет использовать ее при малых токах величиной всего 0,2 — 30,0 А.

Все эти особенности делают плазменную сварку практически универсальной. Она может с успехом использоваться в труднодоступных местах, при соединении тонких алюминиевых листовых заготовок без опасения их прожига.

Незначительное изменение расстояния между электродом и деталью не оказывает сильного влияния на прогрев, а значит и на качество шва, как при других видах сварки.

Большая глубина прогрева деталей позволяет обходиться без предварительной подготовки их кромок. Допускается сваривание металлов с неметаллами.

В результате повышается производительность работ, уменьшается температурная деформация шва, то есть деталь не «ведет». Используя технологию плазменной сварки, плазменной струей можно быстро и качественно резать металлы и неметаллы практически в любом положении.

Как это работает

Для реализации идеи плазменной сварки, в конструкции горелки используется устройство (горелка), именуемое плазмотроном. Он представляет собой коническое сопло, внутри которого находятся охлаждающая жидкость.

Электрическая дуга в плазменной сварке возбуждается при помощи сварочного аппарата со встроенным осциллятором. Она горит внутри плазмотрона, и во время горения к ней подается плазмообразующий газ.

Как правило, это аргон с малыми примесями водорода или гелия. Газ подается под небольшим давлением, но внутри горелки он нагревается и, увеличиваясь в объеме до 30 раз, создает на выходе из сопла мощную струю.

Так как возбуждать дугу между электродом и свариваемой деталью затруднительно, конструкция горелки предусматривает постоянное поддержание «дежурной» дуги между электродом и соплом. Она преобразуется в рабочую при касании горелкой соединяемых изделий.

Защитный газ, а это, как правило, тоже аргон, подается в зону сварки по отдельному каналу и, как бы обволакивает струю и разогреваемую ею область металла. При этом защитный газ, вытесняя воздух из будущего шва, не допускает окисления материала соединяемых деталей и присадочного материала вплоть до образования прочного однородного шва.

Способы подключения

В зависимости от конструкции горелки и схемы подключения к источнику тока, различают два способа плазменной сварки:

• дугой прямого действия;
• дугой косвенного действия.

Первый способ подключения заключается в подаче тока от источника питания на электрод из вольфрама и свариваемую деталь.

В этом случае дуга устойчиво горит между электродом и металлом, а ее характеристики усиливаются и доводятся до нужных значений струей плазмообразующего газа внутри сопла, которое является электрически нейтральным относительно всей системы. Способ прямого действия применяют для резки металлов, наплавки и непосредственно сварки. Его часто применяют в быту.

При втором способе ток подается на электрод и сопло. В этом случае дуга образуется между электродом и корпусом сопла, а плазмообразующий газ выдувает ее, превращая в мощную струю плазмы.

Температура дуги в косвенном методе сварки меньше, чем в прямом. Косвенный способ применяют для напыления металла, нагрева деталей. Им можно варить и резать материалы, не проводящие электричества.

При плазменной сварке и резке необходимо учитывать правильность выбора режима. Режимы должны учитывать правильную подачу тока, типы свариваемых материалов, их толщину, диаметр сопла плазмотрона. При резке разных материалов используются и разные газы.

Требования к соблюдению технологии

При кажущейся простоте процесса плазменной сварки, он очень требователен к точному соблюдению технологии и оборудования. Основными ошибками являются:

• запоздалая замена сменных элементов плазмотрона;
• использование некачественных или дефектных деталей;
• использование некорректных режимов, которые сокращают срок службы элементов;
• отсутствие контроля за параметрами плазмообразующего материала;
• высокая или низкая скорость резки в сравнении с предусмотренной режимом;

Для успешного осуществления работ при помощи плазменной сварки необходим сварочный аппарат, обеспечивающий необходимые характеристики сварочного тока.

Понадобиться также специальная горелка с неплавящимся электродом, комплект шлангов для подачи или циркуляции охлаждающей жидкости, баллоны с аргоном и комплект газопроводных шлангов.

Как сделать плазмотрон своими руками

Ручной аппарат для плазменной сварки можно изготовить из обычного сварочного аппарата инверторного типа. Основной задачей является изготовление непосредственно самого плазмотрона, так как в остальном весь процесс схож с обычной аргонодуговой сваркой.

Анод и сопло

Для плазмотрона понадобится бронзовая заготовка, которую предстоит обрабатывать на токарном станке. Из этой заготовки необходимо выточить две детали околоцилиндрической формы, которые, вставив одна в другую, необходимо спаять вместе, чтобы внутри образовалась полость по принципу термоса.

Эта полость будет использоваться для прокачки охлаждающей жидкости. Это будет анод горелки. Он может быть и соплом в плазменной сварке. Диаметр сопла должен быть 1,8-2,0 миллиметра. Можно сделать сопло из более тугоплавкого материала и вкрутить его в анод, предварительно предусмотрев устройство резьбы на обеих деталях.

Охлаждение

Циркуляцию охлаждающей жидкости можно осуществить путем подключения через систему шлангов обычного автомобильного омывателя ветрового стекла. То есть не самого омывателя, а только бачка с перекачивающим насосом. Питание насоса напряжением постоянного тока 12 В организуется от аккумулятора или через подходящий блок питания.

Катод

Для катода можно использовать заточенный под конус стержень, изготовленный из вольфрамового электрода. Диаметр стержня должен быть 4,0 миллиметра. На тыльной стороне стержня необходимо предусмотреть резьбовое устройство, позволяющее осуществлять контролируемый ввод стержня в корпус плазмотрона.

Корпус

Сам корпус можно выполнить из неметаллического твердого тугоплавкого материала. Внутри необходимо предусмотреть возможность подачи плазмообразующего и защитного газа, для чего необходимо впаять патрубки подходящих размеров.

Возбуждение дуги

От основного источника питания, который теперь можно называть плазменным инвертором, подводится положительный заряд. Минимальная величина тока в 5-7 А должна будет поддерживать горение дежурной дуги.

Если аппарат имеет встроенный осциллятор, то возбуждение дуги не должно вызвать проблем. Если осциллятора нет, придется усложнить конструкцию плазмотрона, подпружинив катод таким образом, чтобы можно было осуществить кратковременное касание анода.

Именно в момент касания и будет зажигаться дежурная дуга. Пружину необходимо предусмотреть достаточно жесткую, чтобы контакт был как можно короче по времени, иначе катод может пригореть к аноду.

Нагнетание газа

При работе необходимо учесть существенный недостаток – в самодельном устройстве для плазменной сварки, расход аргона будет неоправданно высок. Поэтому при резке металлов или других материалов целесообразно использовать сжатый воздух или водяной пар. Но ими можно только резать, так как и воздух и пар не являются химически нейтральными к металлу и могут вызвать окисление шва.

Для нагнетания сжатого воздуха используются компрессоры. Подключать компрессор к плазмотрону лучше не напрямую, а через ресивер – баллон, в котором воздух аккумулируется под некоторым давлением.

Если ресивер не использовать, то подача воздуха будет неровной и качество плазменной дуги будет низкое. Для подачи водяного пара используют различные парогенераторы.

Микроплазменные аппараты

Очень часто домашние умельцы делают аппараты для плазменной резки и пайки, в которых температура плазмы не превышает всего 8000-9000 °C. Отличительной особенностью такого микроплазменного аппарата, является то, что он использует для образования плазмы спиртоводную жидкость, которая испаряется прямо в плазмотроне.

Для этого в конструкции предусмотрен специальный резервуар. Подобные аппараты очень удобны для мелких работ ввиду своей мобильности, ведь нет необходимости транспортировать громоздкие баллоны с газом или газогенераторы.

При правильной эксплуатации сварочного оборудования и соблюдении режимов сварки, при использовании качественных расходных материалов, плазменная сварка является наиболее эффективным способом резки или соединения материалов.

Источник: https://svaring.com/welding/vidy/plazmennaja-svarka

Ювелирная точность плазменной сварки

Технические словари определяют плазменную сварку как сварку, для которой источником энергии является плазменный поток. Возможности этой технологии для создания неразъемных соединений разнородных металлов просто фантастические.

Глубокое проплавление металлов позволяет в любом пространственном положении сваривать вольфрам, молибден, никель, нержавеющую сталь и другие металлы из категории трудносвариваемых.

Сущность плазменной сварки

Практически данная сварочная технология реализуется потоком высокотемпературного ионизированного газа, который производит локальное расплавление металла. Плазма является ионизированным газом, образованным потоками электронов и ядер, не связанными кулоновскими силами между собой.

Чтобы разорвать силы притяжения отрицательно заряженных электронов к положительно заряженным ядрам, веществу сообщают дополнительную энергию путем нагрева до значительной температуры либо разгоном вещества до высоких скоростей и последующего своеобразного аналога «удара» обо что-нибудь. Принцип работы плазменной сварки основан на разогреве и последующей ионизации рабочего газа с последующим выпуском его тонкой струйкой через наконечник плазмотрона в рабочую зону.

Сварочные работы

Чтобы обычная дуга превратилась в плазменную, то есть возросли ее мощность и температура, используют одновременно два процесса:

• Сжатие дуги;
• Принудительную подачу (вдувание) в дугу рабочего плазмообразующего газа.

Рабочим газом является аргон. Электроды изготавливаются из вольфрама, активированного иттрием и торием. Для создания условий протекания плазменной сварки разработаны специальные плазмотроны (см. рисунок), являющиеся генераторами плазмы.

При интенсивном охлаждении водой стенок прибора область разрядной зоны сжимается. От сжатия ее поперечных размеров резко возрастает мощность дуги, характеризующаяся энергией, приходящейся на единицу площади. При подаче в область разрядной зоны защитного газа он нагревается и ионизируется.

При этом происходит процесс теплового расширения, которое увеличивает объем газа в 50-100 раз.

Это расширение за счет скоростного истекания из сопла придает кинетическую энергию ионизированных частиц в дополнение к тепловой энергии самой дуги, которая нагрета благодаря воздействию происходящих электропроцессов.

Основными факторами плазменной дуги, отличающими ее от обычной сварочной, являются:

• Чрезвычайно высокая температура;
• Малый диаметр;
• Плазменная дуга давит на металл в несколько раз больше, чем обычная;
• Возможность поддержания сварочного разряда на малых токах в пределах 0,2-30 А.

Что такое «плазмотрон»?

Основным инструментом в устройстве плазменной сварки является плазменный генератор или плазмотрон (см. чертеж). На чертеже изображены принципиальные схемы плазмотрона прямого действия (а) и косвенного (б), работающие на постоянном токе.

• Поз. 1 – вольфрамовый электрод;
• Поз. 2 — втулка электроизоляционная;
• Поз. 3 – керамическое сопло;
• Поз. 4 – плазменная струя;
• Поз. 5 – свариваемые изделия.

В изображенном устройстве имеется своеобразная разрядная камера, в которой горит мощная электродуга, зажженная вольфрамовым электродом (поз.1).

Газ подается через патрубок подачи газа в камеру, нагревается в результате теплообмена с дугой, ионизируется и с высокой скоростью истекает из выходного отверстия камеры, являющимся соплом (поз.3). Образовавшаяся струя (поз.

Оборудование для плазменной сварки, использующее дуговые плазмотроны постоянного тока, подразделяется на два вида:

• Для формирования плазменной дуги (плазмодуговые генераторы или плазмотроны прямого действия);
• Для создания плазменной струи (плазмоструйные генераторы или плазмотроны косвенного действия).

На рисунках показаны условные схемы этих устройств.

Рис. 1 – плазмотрон прямого действия

Рис. 2 – плазмотрон косвенного действия

• Поз. 1 – электрод;
• Поз. 2 – обрабатываемая деталь;
• Поз. 3 – водоохлаждаемый корпус;
• Поз. 4 – источник постоянного напряжения;
• Поз. 5 – дуговой разряд;
• Поз. 6 – плазменная струя.

В плазмотронах прямого действия дуговой разряд (поз. 5) зажжен между неплавящимся электродом (поз. 1) и деталью (поз. 2), которая является анодом. Плазмодуговые устройства применяются для работ с электропроводными материалами.Температура струи на конце сопла от 3000 до 12000 градусов Ц.

В плазмотронах косвенного действия дуга (поз. 5), созданная электродом (поз. 1), истекает из сопла камеры в виде плазменной струи (поз. 6). Стабилизацию разряда поддерживают при помощи магнитного поля. Плазмоструйные устройства применяются при термообработке металлов и диэлектриков.

Основным недостатком плазменной сварки является зависимость работоспособности плазмотрона от правильности соблюдения номинального режима. При любом отступлении от условий эксплуатации плазмотрон мгновенно перегревается и выходит из строя.

Преимущества плазмосварочной технологии

• Возможность перехода от работ с одними материалами к сварке других групп материалов без подготовительных мероприятий, что особенно важно для плазменной сварки своими руками;
• Легкость и компактность сварочного оборудования, не имеющего массивных газовых баллонов;
• Бесшумность работы;
• Экологическая чистота работ;
• Производственная безопасность, обеспеченная малыми токами;
• Аккуратность работы и высокая культура производства.

Разновидности плазменной сварки

Различают три вида данной технологии :

• Микроплазменную со сварочным током от 0,1 до 25 А;
• На средних сварочных токах (в диапазоне от 50 до 150 А);
• На больших сварочных токах, превышающих 150 А.

Микроплазменную методику применяют для соединений тонкостенных труб, соединения фольги и мембран, сборки термопар, при изготовлении ажурных ювелирных изделий. Сварку на средних и больших токах применяют для соединений легированных сталей, титана, меди, алюминиевых сплавов. Большое удобство представляет отсутствие необходимости разделки кромок.

Резку плазменной сваркой можно проводить даже для окрашенных или ржавых деталей, в рабочей зоне краска не возгорается.

Источник: http://stroitel5.ru/yuvelirnaya-tochnost-plazmennojj-svarki.html

Плазменная сварка

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Сущность плазменной сварки, схема плазмотрона

При плазменной сварке источником нагрева служит высокотемпературная дуговая плазма, которую получают с использованием дуговых плазмотронов. Плазмотроны могут быть косвенного и прямого действия (рис. 6.4).

Если используется только источник питания дугового разряда, подключенный к токоподводящему мундштуку (катод) и корпусу плазмотрона (анод), то это будет плазмотрон косвенного действия. В полость плазмотрона подается плазмообразующий газ (аргон, гелий, азот, пары воды).

Между вольфрамовым электродом и корпусом плазмотрона 3 в выходном канале плазмотрона с помощью искрового разряда (от осциллятора) зажигается дуга.

Образуется дуговая плазма плазмообразующего газа, которая выдувается через выходное отверстие плазмотрона и используется для нагрева материала.

Рис. 6.4. Схема плазмотрона:

1 — токоподводящий мундштук; 2 — изоляционная втулка; 3 — медный корпус; 4 — защитное сопло; 5- подача плазмообразующего газа; 6 — подача защитного газа; 7 — охлаждающая вода; W — вольфрамовый электрод

Плазмотрон косвенного действия может быть использован для пайки, сварки термической резки, напыления как металлов, так и неметаллов (пластмассы, стекла, керамики, гранита, бетона). Плазмотрон прямого действия наряду с плазмообразующим источником питания небольшой мощности подключается к источнику питания большей мощности.

Напряжение этого источника подключается к токоподводящему мундштуку и изделию из электропроводного материала для получения основного дугового разряда прямой или обратной полярности, или дуги переменного тока частотой 50 Гц, или импульсной дуги.

В этом случае плазмообразующая дуга небольшой мощности (дежурная дуга) используется для стабилизации и поддержания основного дугового разряда.

Если источник плазмообразующей дуги (дежурной дуги) отсутствует и используется только основной источник питания дугового разряда, то такие устройства называются дуготронами.

Дуговая плазма плазмотронов и дуготронов имеет существенные отличия от дуговой плазмы свободно горящей дуги. Если температура свободно горящей дуги Т»6000°С, то температура дуговой плазмы на выходе плазмотрона может достигать 50000°С.

Температура дуговой плазмы зависит от состава плазмообразующего газа, давления плазмообразующего газа, условий дугового разряда в выходном канале плазмотрона.

Стенки этого канала, охлаждаемые проточной водой, понижают температуру периферийных слоев потока плазмы, повышая их электрическое сопротивление.

Зависимость максимальной температуры плазмы от состава плазмообразующего газа показана в таблице.

Газ	Азот	Аргон	Гелий	Пары воды
Тплазмы, °С	80000	15000	2000	50000

Таким образом, дуговая плазма плазмотронов является высокотемпературным источником нагрева, позволяющим не только расплавить, но испарить самые тугоплавкие металлы и материалы.

Коэффициент полезного действия h зависит от типа плазмотрона. Для плазмотронов косвенного действия h=30…50%, для плазмотронов прямого действия h=70…90%.

Плотность теплового потока плазмы qFпл существенно выше плотности теплового потока свободно горящей дуги qFд, (qFпл=3…10 qFд), qFпл зависит от типа плазмотрона, мощности дугового разряда, устройства плазмотрона и от других факторов.

Диапазон мощности оборудования для плазменной сварки, термической резки, напыления очень широк: от плазмотронов для микроплазменной сварки деталей толщиной 0.1…2 мм до мощных плазмотронов, позволяющих плавить или резать материалы толщиной до 500 мм.

В мощных плазмотронах вместо вольфрамового стержня используется медный водоохлаждаемый катод с металлокерамической вставкой, состоящей из материалов с большой термоэлектронной эмиссией (гексоборид лантана, гафний+лантан).

Область применения плазмотронов, достоинства и недостатки плазменной сварки

Дуговые плазмотроны применяются для сварки, пайки, термической резки, напыления жаропрочных, теплостойких сплавов, тугоплавких металлов (титана, ТПЛ=1660°С; циркония, ТПЛ=1855°С; хрома, ТПЛ=1930°С; молибдена, ТПЛ=2622°С; тантала, ТПЛ=2996°С; вольфрама, ТПЛ=3410°С), для сварки и пайки неэлектропроводных материалов (пластмассы, стекла, керамики, металлокерамики, композитных материалов), термической резки неметаллов (пластмассы, стекла, керамики, бетона), для термической резки металлов и сплавов, для которых малопригодна термическая газовая резка (нержавеющие стали, высоколегированные стали, алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, медные сплавы).

По сравнению с дуговой сваркой плазменная сварка обеспечивает более глубокое проплавление, более узкий шов, возможность сварки более толстых деталей без разделки кромок стыка, и как следствие – уменьшение сварочных напряжений и деформаций, уменьшение зоны термического влияния, более высокую производительность, малую чувствительность к колебаниям длины дуги.

По сравнению с дуговой сваркой плазменная сварка имеет более низкий КПД, более сложное и дорогое оборудование.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Источник: http://zinref.ru/000_uchebniki/03400metalurg/002_00_Lektsii_po_svarke_Varukha_2009/008.htm