Как работает плазменная сварка
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Как работает плазменная сварка

Как устроен и работает плазменный сварочный аппарат

Плазмой в физике называют четвертое состояние вещества после твердой, жидкой и газообразной форм, когда происходит частичная или полная ионизация среды из нейтральных до этого молекул и атомов с соблюдением условия квазинейтральности: равенства объемной плотности всех заряженных частиц.

В сварочной технике используются следующие свойства низкотемпературной (менее миллиона градусов по шкале Кельвина) плазмы:

очень высокая электрическая проводимость;

сильное влияние внешних магнитных полей на протекание в ней токов, способствующих образованию струй и слоев;

проявление коллективных эффектов, выражающихся преобладанием магнитных и электрических сил над гравитационными.

Принципы создания и работы плазменных горелок

У этого способа сварки источником разогрева металлов до температуры плавления является плазменная дуга из ионизированного газа, которая направляется в нужную сторону. Ее вырабатывает специальное устройство, называемое плазмотроном или плазменной горелкой.

Классификация по типу создания дуги

По принципу работы плазмотрон бывает прямого или косвенного действия.

В первом случае разность потенциалов внешнего поля генератора, создающего условия для образования дуги, прикладывается прямо к обрабатываемой детали и электроду газовой горелки. За счет этого повышается эффективность охлаждения конструкции.

При втором методе электрическое напряжение прикладывается только между частями горелки для создания струи плазмы. За счет этого требуется усложнять систему охлаждения соплового узла.

У плазматронов прямого действия вырабатывается дуга, приблизительно напоминающая цилиндрическую форму, немного расширяющуюся у поверхности обрабатываемого металла.

Внутри нейтрального электрического сопла происходит сжатие и стабилизация дуги. При этом сочетание тепловой и кинетической энергии плазмы формирует для нее повышенную мощность, позволяющую глубже проплавлять металл.

Горелки косвенного действия создают плазму в форме конической струи, окруженной факелом, направленным к изделию. Струю выдувает поток плазмы, исходящий из горелки.

Классификация по способам охлаждения горелок

Из-за высокой температуры плазмы применяют различные способы охлаждения деталей плазмотрона:

теплосъем за счет принудительной циркуляции воды.

Воздушное охлаждение менее затратное, а жидкостное — наиболее эффективное, но сложное.

Классификация по способам стабилизации дуги

Газовая горелка должна обеспечивать ровный, стабилизированный по величине и направлению температурный столб со строгой фиксацией его по оси сопла и электрода.

С этой целью разработано три вида конструкций сопла, использующих энергию:

3. магнитного поля.

При первом способе холодная струя газа, обдувая столб плазмы, охлаждает и одновременно сжимает его. В зависимости от направления струи газового потока создается стабилизация:

1. аксиальная — при параллельном обдуве столба;

2. вихревая, когда поток газа создается в перпендикулярном направлении.

Второй способ более эффективно обжимает дугу и применяется в плазмотронах, используемых для напыления металлов или резки.

Аксиальная стабилизация лучше подходит для сварки и наплавки металлов.

Схема двойной стабилизации сочетает в себе черты аксиальной и вихревой. При ее использовании существует возможность пропускать газ тремя способами:

только через основной центральный канал;

исключительно через внешний.

При каждом методе создаются разные схемы обжатия столба плазмы.

Водяная стабилизация использует встречные завихренные потоки жидкости. Образуемый при этом пар помогает создавать плазму с разогревом столба до 50 тысяч градусов по шкале Кельвина.

Существенным недостатком этого метода является интенсивное сгорание катода. Для таких устройств электрод делают из графита, разрабатывая механизмы его автоматического приближения к обрабатываемой детали по мере постоянного расхода длины.

Устройства плазмотронов с водяной стабилизацией отмечаются:

низкой надежностью системы подачи электрода;

трудоемкостью методов возбуждения дуги.

Магнитная стабилизация работает за счет направленного магнитного поля, расположенного поперек перемещения столба дуги. Ее эффективность самая низкая, а соленоид, встроенный в сопло, значительно усложняет схему плазмотрона.

Однако, магнитную стабилизацию применяют для придания вращательного движения анодному пятну внутри стенок сопла. Это позволяет уменьшать эрозию материала сопла, которая влияет на чистоту струи плазмы.

Все рассмотренные выше конструкции плазматронов относятся к дуговым. Но существует еще один вид подобных устройств создания плазмы за счет энергии высокочастотного тока, проходящего по катушке индуктора. Такие плазматроны называются индукционными (ВЧ) и они не требуют наличия электродов для создания разряда дуги.

Они не обладают особыми преимуществами в воздействии на обрабатываемые металлы по сравнению с дуговыми устройствами и используются для решения отдельных технологических процессов, например, выработки чистых порошковых металлов.

Конструктивные особенности горелок

Работу одного из видов плазменной горелки позволяет объяснить приведенный ниже рисунок.

Плазменная дуга при сварке создается внутри защитной атмосферной оболочки, образованной подачей в рабочую зону вдуваемого газа. Им чаще всего выбирают аргон.

Плазмообразующим газом (источником ионизации) может работать:

смеси перечисленных газов.

Следует учитывать, особенности их эксплуатации:

из воздуха выделяются нитриды и озон;

азот при больших температурах вредно влияет на экологию.

В качестве материала для электродов чаще всего выбирают вольфрам из-за наиболее подходящих механических свойств и стойкости к высоким температурам.

Газовое сопло закрепляется в горелке и обдувается защитным потоком. По гидравлическим магистралям нагнетается холодная жидкость и отводится нагретая.

Токоведущие провода подводят к электродам электрическую энергию постоянного либо переменного тока.

Чтобы питать плазмообразующую дугу подключают источник тока с напряжением порядка 120 вольт для сварки и около 300 на холостом ходу — для резки.

Устройство плазменного генератора

Для запуска плазматрона может использоваться переменный или постоянный ток. В качестве примера рассмотрим работу генератора от обычной сети электроснабжения 220 вольт.

Балластный резистор ограничивает ток питания. Дроссель регулирует нагрузку. Диодный мост преобразует переменное напряжение для поддержания дежурной дуги.

Воздушный компрессор подает защитный газ в горелку, а гидравлическая система охлаждения обеспечивает циркуляцию жидкости в магистралях плазматрона для поддержания эффективного теплосъема.

Техника выполнения плазменной сварки и резки

Для зажигания и поддержания сварочной дуги используют энергию электрического тока, а для ее бесконтактного возбуждения — осциллятор (источник колебаний).

Применение дежурной дуги между электродом и соплом позволяет значительно облегчать процесс запуска плазмы.

Подобная сварка позволят соединять практически все металлы и сплавы, расположенные в нижней или вертикальной плоскости.

Без предварительной обработки кромок на скос можно сваривать заготовки с толщиной до 15 мм. При этом образуется характерный провар со специфическими формами благодаря выходу плазменной струи за пределы обратной стороны свариваемой детали через сквозные прорези.

Фактически сварка плазмой в большинстве случаев представляет собой двойной непрерывный процесс:

прорезания материала заготовок;

заварки места разреза.

Технология резки основана на:

расплаве слоя металла в месте обработки;

выдувания жидкой фракции потоком плазмы.

Толщина металла влияет на технологию резки. Для тонких изделий применяют дугу косвенного метода, а при более толстых лучше работают плазмотроны прямого подключения.

Плазменная резка наиболее экономична для всех металлов, включая углеродистые стали.

Для выполнения плазменной сварки и резки разработаны автоматизированные линии и ручные установки.

Виды плазменной сварки

На мощность создаваемой дуги влияет сила применяемого тока. По ее величине определяют три вида сварки:

3. на больших токах.

Микроплазменная сварка

Она работает на токах, ограниченных величинами 0,1÷25 ампер. Эта технология используется в радиоэлектронике, приборостроении, ювелирном деле, изготовлении сильфонов, мембран, термопар, фольги, тонкостенных труб и емкостей, позволяя прочно соединять детали толщиной 0,2÷5 мм.

Для обработки разных материалов подбираются сочетания плазмообразующих и защитных газов, степень сжатия дуги, приближение к аноду. При обработке особенно тонких материалов используется режим импульсной работы при малоамперном питании дуги с подачей разнополярных импульсов тока.

Во время прохождения импульса одной полярности происходит наплавка или сварка металла, а при паузе за счет смены направления идет остывание и кристаллизация металла, создается сварная точка. Для ее хорошего образования оптимизируется процесс подачи тока и паузы. В сочетании с регулировкой амплитуды и удалением электрода это позволяет достичь высокого качества соединения различных металлов и сплавов.

Для выполнения микроплазменной сварки разработано много технологий, учитывающих разные углы наклона плазмотронов, создания поперечных колебаний для разрушения оксидных слоев, перемещение сопла относительно обрабатываемого шва и другие способы.

Сварка плазмой при средних токах 50÷150 ампер используется в промышленном производстве, машиностроении и ремонтных целях.

Высокие токи от 150 ампер используются для плазменных сварок, осуществляющих в промышленных условиях обработку легированных и низкоуглеродистых сталей, сплавов меди, титана, алюминия. Она позволяет снизить затраты на разделку кромок, повысить производительность процесса, оптимизировать качество швов по сравнению с электродуговыми способами соединений.

Плазменная наплавка металлов и напыление поверхностей

Отдельные детали машин требуют обеспечения высокопрочных или стойких к высоким температурам либо агрессивным средам поверхностей. С этой целью их покрывают защитным слоем дорогостоящего металла способами плазменной обработки. Для этого подготовленная проволока или порошок в мелких гранулах вводится в поток плазмы и распыляется в расплавленном состоянии на обрабатываемую поверхность.

Достоинства этого метода:

способность плазмы расплавлять любые металлы;

возможность получать сплавы разных составов и создавать многослойные покрытия;

доступность обработки форм любых габаритов;

удобство регулировок энергетических характеристик процессов.

Преимущества плазменной сварки

Очаг дуги, создаваемый при плазменной сварке, отличается от обычной электрической:

1. меньшей контактной площадкой на обрабатываемом металле;

2. бо́льшим тепловым воздействием благодаря приближению к цилиндрической форме;

3. повышенным механическим давлением струи на металл (примерно в 6÷10 раз);

4. способностью поддержания горения дуги на низких токах, вплоть до 0,2 ампера.

По этим четырем причинам плазменная сварка считается более перспективной и многоцелевой при обработке металлов. Она обеспечивает лучшее расплавление внутри уменьшенного объема.

Дуга плазмы обладает наиболее высокой концентрацией температуры и позволяет резать и сваривать металлы повышенной толщины даже при определенных увеличениях расстояния от сопла горелки до обрабатываемого изделия.

Кроме того, устройства плазменной сварки отличаются:

относительно небольшими габаритами;

надежностью в работе;

простотой регулирования мощности;

быстрым прекращением рабочего режима.

Недостатки

Высокая стоимость оборудования ограничивает широкое внедрение плазменной сварки во все отрасли производства и среди маленьких предприятий.

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Искусственный интеллект нашего сайта решил, что эти статьи вам будут особенно полезны:

Читать еще:  Как согнуть трубу под 45 градусов

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

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.

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.

Читать еще:  Как почистить серебро с помощью перекиси водорода

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.

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.

Нюансы плазменной сварки и область ее применения

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

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

Современное оборудование обеспечивает высокую продуктивность в сравнении с другими технологиями.

Достоинства и недостатки плазменной сварки

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

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

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

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

К основным достоинствам данных аппаратов можно отнести:

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

Разновидности

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

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

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

Схема микроплазменной сварки представлена ниже.

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

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

Приборы для микроплазменной сварки позволяют работать в нескольких режимах:

  • непрерывный;
  • импульсный;
  • непрерывный обратной полярности.

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

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

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

Характеристики

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

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

К основным характеристикам дуги микроплазменной сварки относятся:

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

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

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

Устройство и принцип работы

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

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

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

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

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

Технология сварки

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

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

Читать еще:  Как самому сделать станок для заточки коньков

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

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

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

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

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

Используемое оборудование

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

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

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

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

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

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

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

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

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). 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector