Особенности сварки на основе плазмы

Плазменная сварка: назначение и описание, преимущества и разновидности, рекомендации

Особенности сварки на основе плазмы

Современная промышленность предлагает своим потребителям множество методик сварки. Плазменная технология считается одним из наиболее продвинутых вариантов.

Удобная резка, расплавление и скрепление разных конструкций и деталей из металлических сплавов с применением специализированного оборудования на базе использования плазмы существенно упрощают монтажные мероприятия. Кроме того, плазменная методика является крайне безопасной. Конечно, это возможно лишь при том условии, если исполнитель будет придерживаться требований безопасности и основных правил работы.

Интенсивное внедрение в производство большого количества «продвинутых» сплавов и металлов таких как, к примеру, нержавейка, комбинации цветных металлов и другие вариации буквально вынудило специалистов отыскать новые сварочные технологии. Потому что зачастую указанные материалы и их комбинации плохо поддаются обработке классической газовой и иными разновидностями сварки.

Так была разработана на применении определенных технологических характеристик плазмы сварка, ставшая очень распространенной среди ремонтников и строителей.

При том что она обладает массой сходств со сваркой аргонного типа, плазменная технология характеризуется гораздо большими температурными показателями. В частности, сварочная дуга нередко нагревается до двадцати тысяч градусов по шкале Цельсия.

Именно этот параметр при плазменной сварке позволяет скрепить друг с другом детали, неподвластные обыкновенной сварочной дуге, температура которой не превышает пяти тысяч градусов.

Принцип работы основывается на расплавлении части металлического элемента в итоге воздействия на поверхность ионизированного газа, проводящего ток. Газовый поток ионизируется при нагревании дуги, которая выпускается плазмотроном. Степень ионизации увеличивается по мере увеличения температурных показателей газа.

Дуга плазмы, обладающая очень высокой мощностью и температурой, получается посредством сжатия обыкновенной дуги с помощью плазмообразующего газа. Как правило, для этого применяется аргон. В некоторых ситуациях к нему могут добавлять водород и гелий.

При ионизации заряженные частицы, присутствующие в газе, усиливают тепло, выделяемое дугой. Помимо этого, плазменная дуга может в разы увеличить давление на металлические поверхности благодаря уменьшению собственного диаметра.

Главные преимущества

Сравнивая с традиционными видами сварки, можно обозначить несколько основных достоинств плазменной технологии:

  1. Возможность работать с любым металлическим сплавом;
  2. Возможность быстро обрабатывать металлические изделия толщиной в 50−200 миллиметров;
  3. Несущественные затраты благодаря отсутствию необходимости в применении пропан-бутана и ацетилена;
  4. Швы при плазменной сварке делаются более аккуратными и ровными;
  5. Свариваемый материал не подвергается деформации;
  6. Использование сварки плазменного типа является очень безопасным, потому что при такой работе не используются баллоны с газом.

Разновидности сваривания

Существует три разновидности плазменной сварки, которые определяются силой используемого электротока:

  1. Микроплазменная (при токе от 0,1 до 25 А);
  2. На средних электротоках (от 50 до 150 А);
  3. На больших электротоках (более 150 А).

Микроплазменная сварка.

Микроплазменный тип является самым распространенным. При такой обработке формируется специальная «дежурная» дуга, загорающаяся между электродом и водоохладительным соплом.

Главная дуга возникает после подведения плазмотрона к металлическому изделию, которое нужно обработать. Газ, из которого формируется плазма, подается посредством плазмотронного сопла.

Эта разновидность сварки очень эффективна при обработке тонких металлических изделий. Такое сварочное оборудование характеризуется очень широкой сферой применения: производство тонкостенных труб и сосудов, изготовление предметов ювелирного дела, сварка листов фольги, крепление мембран к различного рода конструкциям и т. д.

Сварка на средних электротоках.

Эта технология базируется на использовании свойств раскаленных газов, подвергаемых ионизации. Данная методика похожа параметрами на аргоновую сварку с применением электрода из вольфрама.

Но этот способ имеет дугу большей мощности, нежели аргоновой. Кроме того, он может оказывать воздействие на ограниченную плоскость, то есть является более продуктивным.

Это обусловлено не только высокой мощностью, но и высоким давлением плазменной дуги.

Технология на больших элеткротоках.

Отличается еще большими показателями мощности. Заготовка при этом полностью проплавливается. На нее оказывается настолько существенное воздействие, что даже в сварочной ванночке появляется сквозная дыра. По сути, вся работа состоит из разрезания конструкции и ее заваривания.

Эта разновидность сварки используется для обработки изделий из медных деталей, титана, низкоуглеродистых и легированных стальных сплавов и иных материалов. Применение этой современной технологии позволяет более эффективно, качественно и экономно сваривать металлоконструкции.

Рекомендации для работы

Технология сварки на основе плазмы имеет массу отличий от иных вариантов. Руководствуясь данными особенностями, производится подготовка материала и оборудования для работы.

Чтобы избежать проблем, электрод нужно затачивать под углом от 25 до 30 градусов. Конус, который при этом образуется, должен по длине составлять примерно пяти-шести размерам диаметра. Острие желательно немного притупить.

В процессе обработки листового металла нужно внимательно контролировать появление зазоров. Их размер не должен превышать полутора миллиметров. Заготовки рекомендуется крепить так, чтобы сварные стыки полностью друг с другом совпадали.

При работе следует пользоваться постоянным током. Защитный газ нужно отправлять к области сварки примерно за десять-двадцать секунд до возбуждения дуги. В течение всей процедуры необходимо следить за тем, чтобы у дуги не было никаких обрывов. При наличии обрыва нужно отыскать точку, в которой это случилось, и надежно ее защитить.

Соблюдение названных выше рекомендаций помогут сделать работу безопасной и эффективной.

Источник: https://tokar.guru/svarka/osobennosti-svarki-na-osnove-plazmy.html

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.

Читайте также:  Как правильно паять пластиковые трубы для водопровода

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.

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

Технология плазменной сварки: сущность сваривания плазмотроном, цветных и черных металлов, отличие от аргоновой

Главная страница » Плазменная сварка » Технология плазменной сварки

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

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

Технология плазменной сварки и резки металла

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

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

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

В чём заключается сущность плазменной сварки

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

Температура в этой области очень высокая, может достигать 10000-15000 градусов. Благодаря теплопроводности металла она быстро снижается до температуры плавления в узкой области шва.

Если при этом область шва защищена инертной или восстановительной средой, (а часто и тем и другим), то в результате можно получить очень точный и качественный шов.

На рисунке ниже показан разрез работающей плазменной горелки:

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

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

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

Поскольку защитный газ (обычно аргон) практически не ионизирован, и не ускоряется электрическим полем дуги, то он довольно быстро “разлетается” и смешивается с воздухом. Поэтому оптимальное расстояние между сварочной ванной и торцом горелки занимает очень небольшой диапазон, который необходимо выдерживать в работе.

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

Технологический процесс

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

Технология выполнения плазменной сварки

Подготовка деталей состоит в том, что их предварительно сортируют или подают к рабочему месту уже отсортированными. Если детали получены путем теплового резания или грубого механического, то кромки обрабатываются до чистоты металла и обезжириваются, чтобы получить качественный шов.

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

На рисунке ниже показан вид горячего шва от плазменной сварки:

Если требуется, на линию шва наносят флюсы.

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

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

При сварке плавятся состыкованные края детали, в этот расплав вводится присадочный материал в форме ленты или прутка. При автоматической сварке подача механизированная.

Сварка рассматривается как непрерывный процесс плавления и застывания металла в области шва и должна обеспечить монолитность шва, одинаковые механические свойства на всей длине, равную толщину шва, полное отсутствие раковин, посторонних включений и примесей.

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

После окончания шва проверяется готовность горелки к очередной операции, так, чтобы шов не пришлось прекращать в процессе сварки не доводя до конца.

Любое такое прерывание, если оно вынужденное, создает лишние механические напряжения, которые потом будет или трудно, или невозможно снять.

По этой причине, сварку ответственных швов: сосуды (баки) для ракетной техники, корпуса морских судов, особенно подводных, сосуды для ядерной техники и т.п. варят при непрерывной подаче катодов на горелках с мощным охлаждением сопел.

Приёмы плазменной сварки

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

Кроме того, очень большую роль играют силы тяжести – масса ванны может оказаться достаточно большой, а поверхностное натяжение расплава достаточно малым.

При этих условиях ванна просто протечет, если только она как-то не уплотнена, что возможно далеко не во всех случаях.

Техника и особенности процесса во всех пространственных положениях

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

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

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

Варить вертикальные швы следует снизу вверх.

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

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

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

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

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

Видео

Посмотрите ролик, где наглядно и подробно показана сварка алюминия:

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

Сварка тонколистового металла плазмотроном

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

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

Лазерная сварка производится мощными лазерами непрерывного или импульсного действия. Благодаря фокусировке пятна на очень малой площади удается получать очень высокие температуры.

На луч света не действует магнитное поле или движение газа, лазер легко можно “подать” в труднодоступные места. Изменяя апертуру луча, можно очень плавно регулировать ширину зоны нагрева. Производительность лазерной сварки примерно в 50 раз выше дуговой.

Например, лист стали 20 мм сваривается со скоростью 100 метров в час за один проход.

Однако, лазерной сварке присущи и недостатки: невысокий к.п.д. из-за значительного коэффициента отражения(0.1-2%) и очень высокая цена на оборудование.

Несмотря на это, есть области, где лазерная сварка оказывается незаменимой, например, в электронной промышленности при изготовлении очень многих приборов, особенно миниатюрных.

Поэтому обычно рабочее место лазерного сварщика для ручной работы выглядит не совсем подходящим для стройки или гаража:

Читайте также:  Электроды по нержавейке: маркировка элементов для сварки

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

Сравнение: сварка аргоном или плазмой

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

Отличие аргонной сварки от плазменной сварки

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

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

Аргон или плазма: что лучше

Каждый вид процесса хорош для своих целей.

Аргоновая сварка имеет очень широкую область применения: можно варить практически все, что вообще способно образовывать сплавы с приемлемыми механическими свойствами.

Очень широко используется аргоновая сварка в аэрокосмической промышленности, особенно в ракетной технике, где к тонким металлическим деталям и швам предъявлены очень высокие прочностные требования.

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

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

***

Плазменная сварка, без всяких сомнений, представляет большой интерес как мощный источник нагрева с малой областью воздействия.

Тот факт, что запатентована она была еще в начале 60-х прошлого века, а в открытых источниках о ней до сих пор можно найти не так уж много информации, говорит о том, что эта технология попала в гражданскую промышленность от военных, которые тщательно скрывают все и всегда, просто по природе своего ведомства.

А действительно ценные вещи они берегут пуще глаз до последнего. Таким образом, и для гражданских инженеров в промышленности, и для домашних умельцев тут открывается большое поле для самостоятельных исследований.

Источник: https://plazmen.ru/texnologiya-plazmennoj-svarki/

Статьи

  • Все больше заводов и предприятий сталкиваются с тем, что им необходимо сварить различные емкости, баки, баллоны, вентиляционные короба и т.п., и при этом получить качественный и красивый сварочный шов.
  • Отличительные особенности плазменной сваркиПлазменная сварка – это сварка плавлением металла, нагрев которого проводится направленным потоком сжатого ионизированного газа (плазмы).
  • Вопрос сокращения текущих расходов на предприятиях всегда актуален для решения вопроса повышения рентабельности любого производства, особенно в кризисной ситуации, когда снижение текущих затрат является одним из основных направлений для выживания как отдельных предприятий, так и целых отраслей промышленности.
  • Опыт разработки и изготовления сварочно-наплавочных установокРассмотрен опыт работы малого предприятия по конструированию и изготовлению с использованием блочного принципа и широкой кооперации специализированных сварочно-наплавочных установок. Описаны системные работы ряда установок и области их применения.
  • ЗАО «Элмид-Техно» предлагало на выставке средства для разметки всех видов материалов и покрытий. По этому направлению компания тесно сотрудничает с такими известными фирмами, как La-Co (США), Intrama (Франция) и Sakura (Япония).
  • ЗАО «Элмид-Техно» (г. Москва) было образовано в 1997 г, и является в настоящее время на рынке России одним из лидеров поставок полного комплекса технологического оборудования и материалов для сварки.
  • Технология сварки модифицированной короткой дугойРазвитие цифровых технологий в области источников сварочного тока открывает новые пути развития технологии сварки. В настоящее время управление сварочным аппаратом все более и более основываются на электронных компонентах.
  • Меры безопасности при хранении баллонов для газовой сваркиХранить баллоны для газовой сварки следует в вертикальном положении, вентилями вверх, при этом должны быть плотно навинчены предохранительные колпаки. Для хранения баллонов для газовой сварки нужно оборудовать специальные гнезда либо клетки с барьерами, которые предохранят баллоны от падения.
  • Техника безопасности при газовой сваркеГазосварочные работы, как и все работы с применением открытого огня, являются работами повышенной степени опасности. Еще одним фактором опасности при проведении таких работ является применение ацетилена, взрывоопасного горючего газа, и кислорода, который в чистом виде может привести к возгоранию и взрыву.
  • Автоматизация сварочных работ и процессов на производствеАвтоматизация сварки является достаточно ответственным технологическим процессом. Фундаментальная прикладная наука постоянно создаёт и внедряет новые сварочные технологии, благодаря этим достижениям происходит усовершенствование технологий сварочных работ, впоследствии чего список материалов для сварки пополняется многократно.

Источник: http://www.elmid.ru/articles/plazmennaya-svarka/

Плазменная резка и сварка металла

Для сварки конструкций, изготовленных из нержавеющих сталей, цветных сплавов и разнородных металлов, а также при сварке металлов с неметаллами, толщиной до 15 мм используют особый вид сварки – плазменную.

Содержание

Этот вид сварки осуществляется с помощью высокотемпературной плазменной дуги (до 50000 0С), которая получается с помощью специального оборудования, позволяющего получать плазменную струю или дугу.

Кроме того, плазменную струю используют для резки, пайки, напыления и наплавки многих цветных и тугоплавких металлов.

Известно, что плазма это газ, который нагрет до состояния ионизации и проводимости электрического тока.

Плазменная сварка используется в авиационной, космической, машиностроительной, автомобилестроительной, электротехнической, пищевой промышленности и других отраслях народного хозяйства, где к конструкциям предъявляются высокие требования к качеству их изготовления.

Сущность сварки – тепло принудительно сжатой электрической дуги расплавляет кромки деталей и формирует сварочный шов. Сварка может осуществляться в ручном или автоматическом режимах. Вне зависимости от режима выполнения, швы получаются высокого качества и с заданными геометрическими размерами, при этом конструкции не претерпевают деформаций.

Преимущества и недостатки плазменной сварки

К преимуществам сварки относят:

  • высокую концентрацию тепла при минимальной зоне теплового воздействия, что исключает в процессе сварки коробление деталей, а значит и отпадает необходимость в их правке;
  • стабильность горения дуги;
  • высокую скорость сварки (до 50 м/час), что позволяет повысить производительность труда;
  • проплавление металла на всю глубину, что позволяет перед сваркой не осуществлять разделку кромок;
  • широкие пределы регулирования сварочной дуги;
  • отсутствие разбрызгивания металла в процессе проведения работ;
  • экономичность;
  • высокое качество полученного сварного соединения;
  • возможность полной автоматизации сварочного процесса.

К недостаткам относят:

  • сложность обслуживания некоторых видов оборудования;
  • необходимость соблюдать технику безопасности.

Устройство аппарата плазменной сварки

Плазменный сварочный аппарат состоит из специальной горелки (плазмотрона) и источника питания.

Плазмотрон состоит из следующих основных частей:

  • кожуха наружного;
  • корпуса фторопластового;
  • узла электродного;
  • механизма регулирования воздушного потока;
  • втулки изоляционной;
  • электрода;
  • втулки изоляционной;
  • сопла;
  • гайки сопла.

В конструкции предусмотрены подводы для газов (плазмообразующего и защитного) и подвод водяного или воздушного охлаждения.

Плазмообразующим газом служит чистый аргон или аргон с добавками водорода или гелия, а также может использоваться воздух, азот, водород или смеси газов. Защитным газом служит чаще всего аргон.

Электроды изготавливаются из вольфрама, активированного торием, лантаном или иттрием, а также изготовленные из гафния и меди. Подача воды или воздуха необходима для охлаждения стенок сопла.

Газовый поток, проходя сквозь сопло, ограничивает размеры дуги и оттесняет дугу от стенок сопла. Таким образом, изолируется слой газа от сопла. Дуговой разряд, который может возникать между электродом и свариваемым изделием (сварка дугой прямого действия) или между электродом и соплом (сварка дугой косвенного действия) проходит в центральную часть отверстия, находящегося в сопле.

Принцип работы аппарата плазменной сварки заключается в следующем -осциллятор (генератор высокого напряжения) создает электрический потенциал, который необходим для возникновения искрового разряда и поджигания электрической дуги.

Возникает дежурная дуга, которая при соприкосновении со свариваемым изделием замыкается на нем и, таким образом, переходит в рабочий режим. Поток закрученного по спирали плазмообразующего газа стабилизируется и сжимает столб рабочей дуги.

Это позволяет не касаться стенок сопла плазмотрона.

Виды сварки

Плазменная сварка, в зависимости от применяемого оборудования, может осуществляться:

  • проникающей и непроникающей дугой;
  • на токе любой полярности;
  • быть точечной и импульсной;
  • без присадочной проволоки и с присадочной проволокой;
  • вручную, с помощью полуавтоматов и автоматов.

Сварку можно вести на следующих токах:
В зависимости от силы сварочного тока различают 3 вида плазменной сварки:

  • малых (от 0, 1 до 25 А);
  • средних (от 25 до 150 А);
  • больших (свыше 150 А).

Сварку на малых токах называют микроплазменной и она используется чаще всего. Ее применяют для изготовления конструкций имеющих толщину не более 1,5 мм. Обычно эти видом сварки изготавливают тонкостенные емкости и трубы, приваривают тонкие детали к массивным, в ювелирной промышленности изготавливают украшения, соединяют детали, изготовленные из фольги, при производстве термопар.

Если сварка производится с применением присадочной проволоки, то обычно применяют цельнотянутую проволоку или специальный вид проволоки — порошковую.

Основные параметры плазменной сварки:

  • сила тока, измеряемая в амперах (А);
  • напряжение, измеряемое в вольтах ( В);
  • Ø канала сопла (указывается в мм);
  • Ø электрода (указывается в мм);
  • расход плазмообразующего газа (указывается в м/ч);
  • расход защитного газа (указывается в м/ч).

Технология плазменной сварки

Аппараты для плазменной сварки, выпускаемые различными производителями, изготавливаются, как правило, универсальными.

С их помощью можно выполнять различные работы во всех пространственных положениях: нижнем, потолочном, вертикальном, горизонтально, наклонном.

Технологический процесс изготовления конструкций состоит из подготовки изделия к сварке, выбора присадочного материала, если сварка производится с ним, и подготовки оборудования.

Деталь перед сваркой должна быть обезжирена, зачищена и тщательно закреплена. Сварщик в процессе сварки должен защищать органы зрения от излучения, использовать все способы и средства защиты для предупреждения термических ожогов, а также использовать вытяжную вентиляционную систему при сварке в помещении.

Сегодня в торговой сети можно приобрести различные модели аппаратов для осуществления плазменной сварки, как отечественного, так и зарубежного производства. Среди отечественных аппаратов большой популярностью пользуется мобильные плазменные аппарат «ПЛАЗАР», «ГОРЫНЫЧ», «МУЛЬТИПЛАЗ».и другие.

Например, «ГОРЫНЫЧ» представляет многофункциональный портативный аппарат, состоящий из генератора плазмы и блока питания и управления. Применяется для осуществления большого спектра работ по сварке, резке и пайке металлов. Питается от сети 220 В.

Компактный, удобный в работе он пользуется у сварщиков особой популярностью. В качестве рабочей жидкости, в зависимости от вида осуществляемой работы, у него используется или дистиллированная вода или раствор этилового спирта в этой же воде.

Такой аппарат с успехом применяют не только на производстве, строительстве, но и в быту.

Среди зарубежных производителей особое внимание привлекают аппараты производства Германии и Италии. Модели аппаратов для плазменной сварки и резки компании MERKLE Schweißanlagen-Тесhnik GmbН хорошо известны в разных уголках мира.

Компания более 50 лет специализируется на выпуске оборудования и комплектующих для производства сварочных работ.

Профессиональные модели плазменных аппаратов P 421 DC-PT11, P 601 DC-PT11 и P 601 AC/DC-PT11 используются на известных фирмах VOLKSWAGEN,MERCEDES-BENZ и других при производстве их продукции, известной во многих странах.

Производитель из Италии компания Telwin специализируется на производстве современных аппаратов для проведения плазменной сварки тоже более 50 лет.

Модели Technica Plasma, Technology Plasma, Superplasma и другие оснащены защитой от перенапряжения, низкого и сильного тока, термической защитой, осуществляют автоматическое охлаждение плазматрона и имеют систему сигнализации о напряжении в горелке. Их отличают небольшие габариты, вес и они очень удобны в пользовании.

Читайте также:  Что нужно знать о надувном домкрате на основе воздушной подушки

Источник: http://gredx.ru/articles/plazmennaya-svarka

Плазменная сварка – эффективная и мощная

Такой вид сварки похож по ряду показателей на аргонную сварку. Выполняется она с использованием потока (направленного) плазменной дуги.

Под плазмой понимают полностью либо частично ионизированный газ, который состоит из заряженных электронов и ионов, а также нейтральных с электрической точки зрения молекул и атомов.

В принципе, плазмой можно назвать и стандартную дугу, но всегда нужно помнить, что она не имеет того потенциала энергии и повышенной температуры, которым обладает плазменная дуга.

Увеличения мощности и температуры обычной дуги можно добиться двумя способами: вдуванием в нее в принудительном порядке плазмообразующего газа либо ее сжатием.

Сжатие производится в плазмотроне – устройстве, стенки которого постоянно и весьма активно остужают водой. Результатом такого процесса становится достижение температуры до 30 тысяч градусов Цельсия.

Для сравнения – данный показатель для обычной дуги не превышает 7 тысяч градусов (да и то, если она горит в атмосфере паров железа и аргона).

При вдувании плазмообразующего газа в зону плазменной дуги (параллельно со сжатием) отмечается его увеличение в 50–100 раз (за счет явления теплового расширения), что приводит к высокоскоростному истечению газа из плазмотрона. В результате тепловая энергия дополняется кинетической, вызванной ионизированными движущимися частицами, и мы получаем более мощную дугу.

Кроме повышенной мощности и температуры плазменная дуга имеет несколько других важных отличий от обычной:

  • ее давление на обрабатываемый металл выше в 6–8, а иногда и в 10 раз;
  • диаметр дуги по своим размерам получается меньшим;
  • плазменную дугу можно без проблем держать на объективно небольших токах (от 0,2 Ампер до 30);
  • форма плазменной дуги является не конической, а цилиндрической.

Все указанные отличия обеспечивают плазменной дуге большую универсальность. Благодаря этому сварка плазмой гарантирует проплавление металла на большую глубину и при этом снижает объем расплавления свариваемого материала.

Процесс сварки может идти по двум схемам:

  • плазменной струей (дуга, выдуваемая газовым потоком, горит между соплом плазмотрона и неплавящимся электродом);
  • дугой, горящей между изделием и электродом.

Более популярной является второй вариант. Для него используются электроды из активированного лантана, иттрия, тория, вольфрама, меди и гафния. Защитным газом выступает аргон, а плазмообразующим – все тот же аргон, в который зачастую добавляют водород либо гелий.

Такая сварка подразделяется на три вида, главное отличие которых друг от друга обусловлено разной силой тока:

  • от 0,1 до 25 А – микроплазменная;
  • более 150 А – большие токи;
  • от 50 до 150 А – средние токи.

Сварка на средних токах – мощная и безопасная. Она очень похожа на аргоновую сварку с электродом из вольфрама, которая менее эффективна, нежели плазменная, из-за «размытой» площади нагрева и малой мощности дуги. По сути, плазменная дуга по своим возможностям уступает только лазерному либо электронному лучу, но значительно превосходит характеристики обычной дуги.

Кроме того, она давит на сварочную ванну намного сильнее обычной дуги, что позволяет улучшить передачу тепла вглубь металла, жидкая прослойка которого при обработке становится очень тонкой. Добавим, что процесс сварки на средних токах допускается выполнять без присадочной проволоки или с таковой.

Сварка на больших токах для некоторых видов поверхностей. В этом случае металл подвергается еще более мощному воздействию. При такой сварке детали как бы разрезаются, а затем вновь завариваются (в ванне образуется отверстие сквозного вида, обусловленное полным ее проплавлением). При этом силы поверхностного натяжения удерживают шов с обратной от сварочной стороны.

Рекомендована сварка на больших токах для изделий из меди, низкоуглеродистых сталей, титана, легированных сталей. Для таких материалов она демонстрирует не только высокий сварочный эффект, но и нередко гарантирует отличное качество швов, превосходную производительность и снижение затрат, имеющих отношение к разделке кромок.

Сварка микротоками (микроплазменная). Характеризуется малыми токами (если применяются электроды из вольфрама сечением от 1 до 2 миллиметров) и достаточным уровнем ионизации газов.

Это обуславливает ее широкое распространение для случаев, когда необходимо сваривать небольшие (до 1,5 мм) по толщине изделия (ювелирные украшения, термопары, фольгу).

Также она применяется для приварки к крупным деталям сильфонов и мембран, используется при изготовлении тонкостенных емкостей и труб.

Суть микроплазменного процесса такова:

  • дежурная дуга, которая горит непрерывно между охлаждаемым водой медным соплом устройства и электродом, обеспечивается источником питания;
  • основная дуга зажигается в тот момент, когда к изделию подводится плазмотрон;
  • через сопло плазмотрона поступает газ, образующий пламя, а через керамическое сопло вдувается защитный газ;
  • охлаждение горелки производится водой.

Зажигание же дуги в сварочном агрегате осуществляется осциллятором основной и дежурной дуги.

Если свариваются титановые изделия, к аргону, выполняющему роль защитного газа, обычно добавляют гелий, сталей с низким содержанием углерода – углекислый газ, других типов стали – водород. Подобные добавки, несмотря на свою незначительность (не более 10 %), существенно повышают эффективность сварочного процесса.

Добавим, что установки для проведения сварочных работ на микротоках, могут работать в различных режимах:

  • обратной непрерывной полярности;
  • прямой непрерывной полярности;
  • разнополярных импульсов;
  • прямой импульсной полярности.

Любой современный аппарат плазменной сварки относится к одному из двух типов: функционирующий с применением плазменной струи либо воздушно-плазменной дуги. В первом случае используется плазменная дуга, обеспечивающая:

  • высокий КПД процесса;
  • малый участок термического воздействия;
  • небольшой расход защитных газов;
  • возможность соединять тонколистовую сталь с неметаллами;
  • несущественные деформации свариваемых поверхностей.

А вот тогда, когда применяется воздушно-плазменная дуга, отмечается ускорение процесса и появляется возможность сваривать нержавеющие трубы, электропроводящие, высоколегированные сплавы, а также алюминий, медь.

Кроме того, плазменное сварочное оборудование делят на ручное и автоматическое. Далее мы приводим несколько наиболее популярных в нашей стране плазменных аппаратов:

  • «Плазар»: мобильная установка с малыми размерами и небольшой массой, оснащена термодатчиками, характеризуется инверторной оптимизированной архитектурой и высокой стойкостью запуска;
  • «Горыныч»:  идеальный аппарат для использования в быту, сейчас продается несколько моделей таких установок, отличающихся друг от друга мощностью (8, 10 либо 12 ампер)

Источник: http://tutmet.ru/plazmennaja-svarka-apparat.html

Принцип работы и оборудование для плазменной сварки

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

Плазма образуется внутри сопла, обжимаясь в нем образующим плазму газом и охлаждаемыми водой стенками и стабилизируясь. Это способствует образованию концентрированного столба дуги со значительным увеличением числа ударений друг с другом частиц плазмы.

Одновременно сильно повышаются температура столба дуги со степенью ионизации, а также плазменная кинетическая энергия, используемая в аппаратах плазменной резки и сварки. Горелка, называемая еще плазмотроном, представляет собой приспособление, предназначенное для образования направленного потока плазмы.

Он, обладая значительным запасом энергии, способен перемещаться со значительной скоростью.

Дуги со струями в плазменной сварке металла получают с помощью устройств с различными схемами.

Дуга плазмы получается от совмещения канала с соплом, причем обрабатываемый материал служит одним из электродов, а столб дуги совмещен со струей плазмы.

Разряд дуги, получаемый между электродами, создает струю плазмы. В качестве одного из электродов могут выступать как само изделие, так и стены канала с раздельным соплом.

Сущность технологии плазменной сварки

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

С использованием плазменной, то есть сжатой, дуги проводят сварку почти любых металлов в соединениях всех пространственных положений. В виде газа, образующего плазму, в установках плазменной сварки служат аргон с гелием, они же применяются и в качестве защиты.

К достоинствам этой сварки относят большую эффективность с незначительной чувствительностью к изменениям длины дуги, а также способность к удалению вольфрамовых частиц из металла шва.

При этом возможно без скоса кромок сваривание металлов толще 15 мм с особым грибовидным проваром. Эта особенность объяснима получением в основном материале отверстия, проходящего насквозь. В него возможен выход плазменной струи с переходом на обратную часть детали.

В сущности, вся процедура является прорезанием детали с последующей заваркой разреза.

Плазменной сварке и резке доступны многие соединения. Например, стыковые – с металлом толщиной около 2 мм варят с проведением отбортовки кромок, а при работе с заготовками большей толщины (около 10 мм) рекомендован скос кромок. Когда это необходимо, применяют добавочный металл.

Сварка металлических деталей с толще 25 мм требует разделки кромок с ее углом и глубиной намного меньшими, чем в случае использования аргонодуговой сваркие. Благодаря этому технология плазменной сварки позволяет снизить в несколько раз количество используемого присадочного материала. Он вводится в плазменную струю по краю сварочной ванны.

Самым большим числом достоинств обладает сварка сжатой дугой для работы с листовым металлом без разделывания кромок и пользования присадочным материалом.

Характеристики плазменной сварки должны позволять соединение толстолистных материалов в несколько проходов без сквозного проплавления.

С этой целью при укладке второго и последующих слоев металла требуется регулировка силового воздействия плазменной струи, чтобы не был вытеснен расплавляемый металл из сварочной ванны.

Делается это путем изменения уровня потребления плазмообразующих газов.

Характеристики оборудования для плазменной сварки

Основная часть сварочных работ с металлами и сплавами малой толщины (около миллиметра) также ведется плазменной сваркой. Применение прочих видов сварки для этих случаев не всегда доступно из-за ряда причин, кроющихся в эксплуатации, технологии либо конструкции изделия.

А оборудование для плазменной сварки, использующее большие токи, формирует посредством плазмотрона дугу, обладающую намного устойчивостью в пространстве большей, чем просто горящая дуга.

Причем разделение в подаче газов (защитного и плазмообразующего) способствует применению для сварки разнообразных газовых смесей.

Такое устройство плазменной сварки благодаря наличию сжатой дуги идеально в соединении тонколистных материалов. Этим обусловлено возникновение по сути отдельного метода соединения деталей – микроплазменной сварки для особенно тонких металлических материалов, осуществляемой посредством малоамперной сжатой дуги.

Используемая для этого в виде концентрированного источника тепла сжатая дуга называется микроплазмой. Она возбуждается особыми горелками – плазмотронами.

Применение такой дуги способствует надежности операции сварки даже на самом небольшом токе, это позволяет варить достаточно тонкий металл, что невозможно сделать посредством аргонодуговой сварки.

Для работ с тугоплавкими либо химически активными металлами сварочные аппараты плазменной сварки позволяют вести сварочные работы в вакууме. Они обеспечивают высокое качество сварки материала толще 1 мм. Такая возможность существует из-за сжатия дуги с низким давлением на токе больше 80 А.

Ее импульсное питание способствует уменьшению обычных сварочных токов с сохранением значительной частоты импульсов. Возможности импульсного режима позволяют вести регулировку в большом диапазоне не только тока, но и мощности плазменной дуги с низким давлением.

Все это позволят варить очень тонкий металл.

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

Источник: https://promplace.ru/svarka-metallov-staty/plazmennaya-svarka-1483.htm

Ссылка на основную публикацию