Плазменная сварка это: Информация о методе плазменная сварка

Информация о методе плазменная сварка

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

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

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

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

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

Область применения плазменной сварки

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

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

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

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

Техника проведения и оборудование для плазменной сварки

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

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

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

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

Плазменная сварка — Общество — Neftegaz.RU

Среди распространенных электродуговых способов обработки металлов широкое применение находят технологии, основанные на использовании сжатой дуги, получившие название «плазменно-дуговая обработка». Наиболее эффективна плазменная струя для резки, сварки, наплавки и напыления. Высокая производительность и качество операций делают плазменные аппараты все более популярными.

Сварка сжатой дугой как одно из применений плазменно-дуговой обработки имеет много общего с аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом, но является более совершенным способом получения сварных соединений. Непосредственное влияние на все технологические параметры здесь оказывает плазмообразующая среда, из которой и получена плазменная струя. Плазменные аппараты в качестве плазмообразующих сред применяют различные газы (аргон, гелий, азот, воздух, водород и их смеси). Далее мы чуть подробнее остановимся на достоинствах и недостатках каждого из них.

А для начала рассмотрим, как плазма проявляет себя.

Сжатая дуга

Плазменная сварка — это сварка плавлением, при которой нагрев проводится направленным потоком дуговой плазмы (плазменной струей). Процесс осуществляется по схеме прямого действия. Плазменный способ является продолжением развития сварки в среде аргона вольфрамовым электродом и отличается следующими процессами: принудительное вдувание в дугу плазмообразующего газа и сжатие дуги за счет размещения ее в специальном плазмотроне.

Плазменная дуга отличается от обычной электродуги высокой концентрацией энергии и широкими возможностями ее регулирования. Отсюда вытекают преимущества плазменной дуговой сварки, которые следует выделить особо.
Возможна плазменная сварка проникающей дугой, которая обеспечивает полное проплавление металлов толщиной от 8 до 12 мм без предварительной разделки кромок.

Высокая концентрация дуги — это минимальная зона теплового воздействия (ЗТВ), меньшее коробление изделия.
Плазменная дуга цилиндрической формы — отсюда меньшая критичность к изменению длины дуги, высокая стабильность проплавления и геометрии сварного шва.
Вольфрамовый электрод защищен соплом — значит, нет включений вольфрама в шве.
Высокое качество сварочных швов, не требующих дополнительной обработки.
Высокая скорость сварки — от 10 до 50 м/ч.
Отличное качество сварки при автоматизации процесса.

Качество сварочных соединений сравнимо с качеством швов, получаемых при электронно-лучевой сварке. Но та сложнее в обеспечении, т.к. обладает вредным рентгеновским излучением. Неслучайно более «прирученная» плазменная сварка, показывая почти те же результаты, нашла применение в авиастроении и ракетной технике. А там, как известно, к технологиям — особые требования. Впрочем, плазменные методы обработки охотно взяли на вооружение и автомобилестроение, электронное, электротехническое, химическое машиностроение, пищевая промышленность и др.

Тем более что им есть из чего выбирать. Оборудование всемирно известных торговых марок SBI, ElmaTech, Telwin, EWM позволяет добиваться самого высокого качества при максимальной производительности. Так, небольшие инверторные аппараты Telwin и мощные промышленные установки EWM представляют собой полную гамму оборудования для плазменной резки и микроплазменной сварки. Аппараты плазменной резки ElmaTech можно использовать как в режиме ручной резки, так и в качестве источника для портальной установки с ЧПУ.

Но мы отдельно остановимся на точечной сварке. Ведь именно в этой сфере плазма стала наиболее востребованной в промышленности, найдя применение даже на автоматизированных комплексах, что может свидетельствовать только о высокой степени доверия к самой технологии.

Сварить — и точка!

Плазменная точечная сварка, в отличие от контактной, является односторонней. Благодаря этому возможна приварка листов к объемным конструкциям, а также сварка в труднодоступных местах, что касается и угловых соединений снаружи, и тавровых соединений внутри металлоконструкций.

Кроме того, плазменная сварка проводится бесконтактно. Значит, отсутствуют деформации, обеспечивается отличное качество видовой (лицевой) стороны. Достигается высокая стабильность и воспроизводимость (повторяемость) точек. Есть возможность вести сварку в импульсном режиме, причем параметры импульсов регулируются. Возможности такой регуляции проиллюстрируем на примере установки точечной плазменной сварки PSW 500 производства SBI. Этот аппарат является многофункциональным, мощным источником тока, специально разработанным для плазменной точечной сварки.

PSW 500 состоит из инвертора, панели управления с микроконтролером и ячейкой памяти, блока электронного регулирования и контроля плазмообразующего газа, высоковольтного устройства поджига электрической дуги, установки для охлаждения плазменых горелок. При действии плазменной струи в течение установленного короткого периода (импульсом) происходит расплавление металлов до определенной глубины, а значит, их сварка. Особая фокусировка плазменной струи концентрирует тепловую энергию в точку так, что при коротком времени действия вызывает незначительное прогревание поверхности вокруг точки и соответственно малое коробление свариваемых изделий.

Для сварки применяются различные типы плазменных горелок (плазмотронов). Выбор зависит от вида и способа сварки (ручной или автоматический), а также от толщины свариваемых изделий. Металлический наконечник плазмотрона — съемный, что позволяет производить одной горелкой точечную сварку изделий различной конфигурации и толщины.

Процессы сварки могут быть смоделированы и запрограммированы при помощи стандартного пакета программ PCS. Пакет программ можно установить на любой ПК и подключить при помощи кабеля к аппарату, что позволяет:
выбирать способ сварки;
устанавливать тип плазматрона;
создавать и загружать сварочные программы;
автоматизировать и документировать сварочные процессы;
получать наглядную информацию в графическом виде

и многое другое.

Электронное регулирование подачи плазмообразующего газа, управление продувкой защитных газов, автоматический контроль за установкой охлаждения, сигнализация с индикацией на дисплее появившихся неисправностей существенно облегчает автоматизацию сварочного процесса. При настройке сварочных параметров имеется возможность точечной сварки в режиме многочисленных различных по величине и частоте коротких импульсов. Это позволяет ограничить нагрузку на плазменную горелку и улучшить оптику точечного соединения.

Для коммуникации с роботом или установкой автоматической сварки предусмотрен разъем, где имеется интерфейс с цифровыми и аналоговыми входами и выходами. Ниже приведены некоторые общие характеристики аппарата.

Подключение — 5×32А CEE разъем, 6 мм кабель; напряжение питания — 3×400 В, 50/60 Гц. Максимальное потребление тока при 100% ПВ — 14 А. Габариты (ширина/длина/высота) — 360/1050/750 мм, масса — 70 кг. В качестве плазмообразующего газа применяется аргон — чистый либо с примесями водорода или гелия. В качестве защитных газов используются аргон или азот.

Плазмообразующая среда

В этом качестве, как уже говорилось выше, применяют различные газы (аргон, гелий, азот, водород и их смеси между собой или с воздухом). Механизм образования плазмы этих газов различен. Вот тут и выявляются «теневые» стороны технологии, о которых мы обещали поговорить отдельно.

Низкие энергетические характеристики аргоновой плазмы несколько ограничивают ее возможности. Гелий обладает более высокими энергетическими показателями, но из-за высокой стоимости и дефицитности не может иметь широкого применения. Азот по сравнению с аргоном имеет лучшие энергетические и экономические плазменные показатели, но при нагреве до высоких температур оказывает вредное влияние на окружающую среду.

Воздушная плазма является самой экономичной, высоко энергетической и доступной. Однако образующиеся нитриды и озон значительно ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. Водород имеет отличные теплофизические свойства. Он позволяет достигнуть напряженности электрического поля в 2-3 раза выше, чем в аргоновой дуге, и повысить энергетический потенциал сжатой дуги за счет высокой теплопроводности и энтальпии. Наличие водорода в плазменной струе благоприятно сказывается на качестве сварного соединения, поскольку водород предохраняет расплавленный металл от действия окружающей среды. Но, как нетрудно догадаться, недостатками плазменной водородной среды являются взрывоопасность и пониженный ресурс работы сопла плазмотрона. Высокая теплопроводность снижает тепло- и электроизоляцию сопла от плазменной струи.

Между тем, в последнее время появились аппараты, в которых плазмообразующей средой выступает водяной пар. В такой роли он просто идеален, т.к. представляет собой удачное и дешевое сочетание водорода с кислородом.

При образовании плазмы воды (ионизации) образуется два объема ионов водорода и один объем ионов кислорода. Диссоциация водяного пара на водород и кислород начинается при температуре 1500К и при температуре 2300К составляет 1,8%. Основная масса водяного пара диссоциируется при температуре 4000К. Дальнейшее повышение температуры способствует ионизации водорода с поглощением значительного количества тепла. Соответственно при рекомбинации в области анода (изделия) высвобождается большое количество энергии, способствующей интенсификации процесса плавления металла. При высоких температурах, которые дает плазменная струя, водяной пар может также диссоциировать на водород и гидроксил (ОН). Последний, являясь высокоустойчивым соединением, не растворяется в металле, способствуя тем самым улучшению поверхности расплавленного металла (поверхность характеризуется металлическим блеском).

Большие перспективы использования водяного пара в качестве плазмообразующей среды вызывали желание разработчиков плазмотронов из разных стран искать технические решения, позволяющие создать такие приборы. Однако сложности разработки и изготовления подобных аппаратов долго не давали возможности говорить об их широком применении, тем более промышленном. Но прорыв в этом направлении совершен, причем в России.

Портативные универсалы

Инновационная разработка российской оборонной промышленности в использовании возможностей плазмы была удостоена золотых медалей на международных салонах изобретений в Брюсселе, Женеве и Софии. А вскоре универсальные портативные плазменные аппараты, предназначенные для резки, сварки, пайки и термической обработки металлов и других материалов, стали основной продукцией ОАО «Мультиплаз». Здесь всего за несколько лет была создана целая линейка одноименных приборов, замыкают которую аппараты «Мультиплаз-2500М», «Мультиплаз-7500» и «Мультиплаз-15000». Их универсальность и многофункциональность заключаются в следующем: резка косвенной и прямой дугой; сварка — плазменная и плазменно-дуговая; пайка твердым и мягким припоем.

Устройство состоит из блока-инвертора и плазменно-водяной горелки. Последняя выполнена в форме пистолета и включает в себя разрядную камеру, конструктивно объединенную с устройством для парообразования. Такое решение позволило создать эффективную систему охлаждения электродов горелки за счет использования тепловой энергии, выделяемой на электродах для парообразования. Получилась по сути саморегулируемая система охлаждения (чем больше мощность, выделяемая на электродах горелки, тем больше количество вырабатываемого плазмообразующего пара).

Для применения аппаратов «Мультиплаз» не требуется компрессоров или баллонов под давлением. Все, что нужно, — это однофазная электророзетка на 220 В и немного воды или разбавленного этилового спирта, заливаемых непосредственно в горелку.

Сварка возможна для «черных» и низколегированных сталей, в т.ч. некоторых сортов нержавеющих. Свариваются и сплавы алюминия, металлы медной группы, чугуны и т.д.

Во многих случаях весьма эффективен метод пайкосварки, в частности при работе с «пищевой нержавейкой». Создание неразъемных соединений из некоторых сплавов алюминия и сортов нержавейки возможно без применения защитных газов, т.к. рабочая часть факела плазменной горелки имеет защитную рубашку из перегретых паров водно-спиртовой смеси. Использование слова «некоторые» означает лишь то, что опыты по отработке технологий с конкретными металлами и сплавами продолжаются. А практика показывает, что путем подбора соответствующих присадочных материалов и флюсов большинство задач удается успешно решить.

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

Требования предъявляемые к плазматронам

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

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

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

Плазматроны: схемы, классификация

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

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


рис. 1 Классификация плазмотронов по критериям

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


рис. 2 Классификация плазмотронов по методам стабилизации дуги

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

Классификация плазмотронов по виду электрода

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

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

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

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

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

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

Классификация плазмотронов по роду тока

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

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

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

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

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

что это? Принцип работы, технология плазменно-дуговой и ручной микроплазменной сварки, техника безопасности при сварке плазмой

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

Что это такое?

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

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

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

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

Плюсы и минусы

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

Но минусы также стоит отметить:

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

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

Виды

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

Микроплазменная

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

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

На средних токах

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

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

С большим амперажем

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

Классификация по типу действия

Тип действия бывает либо прямым, либо косвенным.

Косвенного

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

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

Прямого

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

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

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

Оборудование и материалы

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

Какие ещё операции может выполнять плазменная сварка:

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

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

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

Описание технологии

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

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

Полную схему сварки можно увидеть на чертеже.

Техника безопасности

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

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

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

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

В следующем видео представлена демонстрация плазменного комплекса.

Плазменная сварка и применение роботизированных систем



Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!


Плазменная сварка является сегодня одной из самых высокопроизводительных, что делает ее востребованной в различных отраслях промышленности. Применяемая при этом плазменная дуга представляет собой мощный и весьма гибкий инструмент, позволяющий добиваться высокой скорости и качества работ на фоне относительно небольших затрат. Таким образом, плазменная сварка – неплохая альтернатива лазерному и электронно-лучевому способам как более сложным и дорогим.

Что такое плазменная сварка?

Плазма представляет собой газ, который частично или полностью ионизирован. В его составе также содержатся электрически заряженные электроны и нейтральные молекулы и атомы. В сравнении с обычной дугой плазменная дуга имеет более высокую температуру и обладает более значительным запасом энергии. Чтобы повысить температуру и мощность обычной дуги, превратив ее в плазменную, необходимо: 1) сжать дугу; 2) принудительно вдуть в нее плазмообразующий газ.

Процесс сжатия дуги осуществляется в плазмотроне (специальном устройстве, стенки которого интенсивно охлаждаются водой). В результате достигается уменьшение поперечного сечения дуги и возрастает количество энергии на единицу площади – то есть ее мощность. Сравним: если температура обычной дуги, горящая в атмосфере аргона и паров железа, составляет от 5 до 7 тысяч градусов по Цельсию, то аналогичный показатель плазменной дуги на порядок выше и достигает 30 тысяч градусов.

Вдувание плазмообразующего газа в область дуги осуществляется одновременно со сжатием последней. Дуга его нагревает, в ходе чего он ионизируется. Результатом теплового расширения газа становится его увеличение в объеме от 50 до 100 раз, что заставляет его с высокой скоростью истекать из сопла плазмотрона. При этом в дуге выделяется тепловая энергия, которая дополняется кинетической энергией движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа. Вот почему плазменная дуга – это более мощный (в отличие от обычной дуги) источник энергии.

«Плазма» и ее разновидности

Существует три разновидности плазменной сварки: 1) микроплазменная, 2) на средних токах, 3) на больших токах. Разница между ними – в силе тока: в первом случае I св равно 0,1–25А, во втором – 50–150А, а в третьем 1 св превышает 150 А.

Микроплазменная сварка. Высокая степень ионизации газа в плазмотроне позволяет плазменной дуге гореть даже при весьма незначительных уровнях тока (начиная от 0,1 А). Это позволяет использовать микроплазменную сварку в качестве эффективного способа для сварки изделий небольшой толщины (в пределах 0,05-1,5 мм). Преимущества малоамперной сжатой дуги – энергия высокой концентрации и иглоподобной форма вкупе с малой зоной термического влияния. Все эти факторы способствуют снижению показателей деформации изделий, если сравнивать с аргонодуговой сваркой, на 25-30%.

Возможности микроплазменной сварки таковы, что позволяют сваривать тонкие листы цветных металлов, а также никеля, циркония и титана, нержавеющей стали, сплавов золота и серебра. Она же нашла свое успешное применение в области производства тонкостенных емкостей и труб, при приварке к массивным деталям сильфонов и мембран, соединении термопар, фольги. Трудно переоценить возможности микроплазменной сварки в производстве электроники и медицинского оборудования, изготовлении ювелирных изделий.

Плазменная сварка на средних и больших токах. Эти разновидностиво многом идентичны аргонодуговой сварке с вольфрамовым электродом. Вместе с тем они значительно эффективнее, поскольку имеют более высокую мощность дуги, а площадь нагрева при этом ограничена.

Если сравнивать плазменную дугу с обычной дугой и лазерным либо электронным лучом, то она по своим энергетическим характеристикам находится в промежуточном положении между ними. Обеспечивая в отличие от обычной дуги (и это при меньшей ширине шва!) более глубокое проплавление. Сварочные работы могут осуществляться как с применением присадочной проволоки, так и без нее.

Плазменная сварка на токах более 150A, будучи эквивалентной 300-амперной дуге сварки неплавящимся электродом, оказывает на металл еще большее силовое воздействие. Данный способ называют «сваркой проникающей дугой», поскольку при нем свариваемые элементы полностью проплавляются по толщине и образуется небольшое отверстие. Через него происходит удаление раскаленных газов и пара за нижние края свариваемых элементов. Расплавленный дугой металл при стекании по стенкам свариваемых элементов удерживается на них силами поверхностного натяжения. Подобная технология позволяет обходиться без применения подкладок.

Способ сварки проникающей дугой на токах от 100 до 300 ампер особенно эффективен при сварке металлических поверхностей с повышенным натяжением – к примеру, нержавеющей стали и титановых сплавов толщиной 3-15 мм.

Плазменная сварка с использованием роботов

Максимальная производительность и качество плазменной сварки возможны только в том случае, если используются автоматические системы и комплексы, поскольку высокая скорость сварочного процесса накладывает свои ограничения при ее использовании в ручном режиме (исключение – микроплазменная сварка).

Плазменная технология широко применяется для сваривания на стыковых соединениях продольных либо кольцевых швов различных изделий из нержавеющей стали, сплавов из алюминия и титана. Использование здесь соответствующих автоматических установок представляет собой идеальное технологическое решение, так как на них можно осуществлять сварку, не обрабатывая предварительно кромки материалов и металлов с ограниченной свариваемостью. При этом обеспечиваются как высокая производительность, так и качество получаемого продукта.

Новые возможности плазменной сварки

Если говорить о востребованности технологии плазменной сварки, то большую распространенность она получила при производстве трубопроводного оборудования, а также в нефтехимической промышленности. Совместное применение сварки проникающей дугой и сварочных колонн консольного типа дает отличные результаты, а именно: обеспечиваются высокая производительность и качество в процессе изготовления реакторов, теплообменников, емкостей и ряда других изделий из низко- и высоколегированных видов стали, в том числе и алюминия.

Благодаря современным роботизированным технологиям применение плазменной сварки получает поистине новые возможности. Ведь сложные сварные соединения, прежде выполнявшиеся только вручную, теперь отданы «на откуп» роботизированным системам и, как показывает практика, они справляются с этими задачами более чем успешно. Использование роботов позволяет добиться высокой скорости и точности при выполнении операций, что позволяет плазменной сварке выходить на новую, более эффективную степень производительности.

По материалам: Высокопроизводительные сварочные системы на основе плазменных процессов

Что такое плазменная сварка?

Плазменная сварка — это вид сварки, в котором используется электрическая дуга для перегрева газов и создания потока невероятно горячей плазмы с высокой концентрацией на небольшой площади. Большинство плазменных сварщиков используют один тип газа, часто аргонный, для захвата дуги и передачи тепла, а также второй газ, часто называемый защитным газом, для удержания плазмы сфокусированной в одном небольшом пространстве, предотвращая распространение тепла. за пределами предполагаемой области. Плазменная сварка обычно используется в аэрокосмической промышленности, в таких областях, как автомобилестроение и строительство трубопроводов, и даже для производства кухонных изделий коммерческого качества.

Впервые представленная в 1960-х годах, плазменная сварка предназначалась для замены других видов сварки, таких как газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW). Иногда называемый также плазменной сваркой (PAW), в плазменной сварке используется сварщик, который использует несколько источников газа для производства мощного и точного источника тепла для сварки. Базовая конструкция плазменного сварщика использует ручной сварочный аппарат и головку горелки, соединенную с большей консолью управления. Эта консоль позволяет пользователю регулировать различные аспекты работы сварщика и обеспечивать надлежащее охлаждение системы во время использования.

Плазменный сварочный аппарат обычно имеет довольно узкое сопло на конце головки горелки и электрод, обычно вольфрамовый, расположенный внутри сопла. Это защищает электрод от повреждения от контакта с другими материалами. Сопло также может быть выполнено с возможностью регулировки, чтобы пользователь мог контролировать размер плазменного потока. Плазменная сварка выполняется путем создания потока плазмы или перегретого газа, который переносит дугу от электрода к свариваемому материалу. Защитный газ выпускается вокруг плазмы, чтобы узко сфокусировать поток и предотвратить большую потерю тепла, чем сварщики GTAW.

Плазменная сварка использует плазму для создания огромного нагрева в очень маленькой области, что позволяет получить более точные сварные швы, чем многие другие виды сварки. Эта точность позволяет использовать плазменную сварку на всем, от коммерческого кухонного оборудования до ремонта самолета и даже сборки хирургического оборудования. Невероятное тепло от плазменных сварщиков, как правило, настолько интенсивно, что большинство сварщиков охлаждаются водой, чтобы головка и ручка горелки не начинали плавиться изнутри. Плазма также используется в ряде других коммерческих приложений, таких как плазменные резаки, которые используют струи плазмы для быстрого и точного разрезания металлов.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Плазменная сварка металла. Микроплазменная сварка. Плазмотрон схема.

Плазменная сварка

Плазменная сварка — плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…200000С. Плазму получают в плазменных горелках (плазмотронах), пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводящих материалов, для напыления тугоплавких материалов.

Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.

Рисунок 1 — Плазмотрон схема

Работа плазмотрона в режиме:
А — прямой полярности; Б — дуги косвенного действия (сопло 4 вы­полняет одновременно роль анода)

Принцип действия плазмотрона, питающаяся от источника 1, заключается в том, что дуга между электродом 2 и изделием 3 проходит через очень маленькое сопло 4. Именно проходя через сопло 4 плазмообразующий газ сжимает дугу. Защитное сопло 5 плазмотрона защищает зону горения от окружающего воздуха. Плазмообразующий и защитный газы проходят по двум независящим друг от друга каналам. В качестве плазмообразующего газа используют инертные газы (гелий, аргон) если речь идет о сварке изделий. Если же предполагается резка металлов, то основу плазмообразующего газа составляет очищенный от примесей воздух.

В зависимости от материала изделия плазменную сварку проводят на постоянном токе прямой полярно­сти или в импульсном режиме. Для этого плазмотрон со­единяют с источником питания 1 постоянного тока или источником питания, обеспечивающим импульсный ре­жим.

Микроплазменная сварка

Разновидностью плазменной сварки является микро­плазменная сварка. По конструкции это тот же плазмотрон, но меньших размеров. Микроплазменная сварка позволяет соединять различные материалы, сплавы, даже неметаллические изделия (пластмассы, диэлектрические материалы) вплоть до текстильных изделий. Устройство плазмотрона для микроплазменной сварки показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Плазмотрон для микроплазменной сварки

В корпусе 2 закреплен электрод 1 с помощью цанги 3. Корпус вставляется в верхний каркас 4. Сам каркас со­единен с нижним каркасом б через керамическую втул­ку 5. Вставленный во внутреннюю часть сопла 8 нако­нечник 7 соединен с нижним каркасом 6. Электрод 1 зажимается в цанге 3 с помощью гайки 9 и специальной втулки 11. Внутренняя конструкция плазмотрона заклю­чена в изолирующий корпус 10, который сверху закры­вается колпачком 12.

Для проведения плазменной и микроплазменной сварки в настоящее время применяются следующие ус­тановки: УПС-501, УПС-804 и УПС-301 для плазмен­ной сварки и установка А-1342 — для микроплазменной сварки.

Главный недостаток плазменной сварки – недолговечность горелок-плазмотронов.

BINZEL BASICS: Что такое плазменная сварка?

Что такое плазменная сварка?

« Плазма » — четвертое состояние Материи.

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


Проще говоря, плазма — это газ, который был перегрет до такой степени, что становится очень проводящим.В процессах сварки и резки это позволяет передавать электрический ток.

Температура плазменной дуги может достигать 30 000 градусов по Фаренгейту. (16000 градусов Цельсия).
Плазменная сварка
была впервые представлена ​​как процесс примерно в начале 1960-х годов и использовалась в специальных слаботочных приложениях (микроплазма) от 0,5 А, как правило, или даже ниже, до 500 А в более тяжелых отраслях промышленности.

На сегодняшнем рынке, хотя и считается экзотическим процессом сварки, плазма используется во многих отраслях промышленности, где ключевыми факторами являются объем производства, стабильность и минимальное время простоя.

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

Каковы преимущества процесса плазменной сварки?

Сфокусированная дуга

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

К преимуществам сфокусированной дуги можно отнести:

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

Некоторые приложения, в которых используется сфокусированная плазменная дуга:

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

Защищенный электрод

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

= Повышение производительности

Перенос дуги

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

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

= Повышение производительности.

Контроль дуги

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

  • Размер отверстия наконечника
  • Задняя часть электродов
  • Расход газа.
  • Возможность работы с несколькими газами
Эти варианты обеспечивают большую гибкость для дальнейшего улучшения процесса плазменной сварки для решения многих задач.

Выбор газа

Для улучшения сварочного процесса можно использовать различные газы.
Например, смесь аргона с водородом с концентрацией 2% или 5% может использоваться в качестве плазменного газа ИЛИ в качестве защитного газа в сочетании с чистым аргоном.

  • Аргонная плазма / аргон / водородный экран — Повышенное тепловложение от экрана. Газ снижает поверхностное натяжение материала и позволяет увеличить скорость движения.
  • Argon Hydrogen Plasma / Argon Shield — Концентрирует тепло в потоке плазмы для увеличения проникновения. (Режим замочной скважины)

Повышенная скорость движения

Сфокусированная дуга и более высокая концентрация тепла позволяют увеличить скорость движения в некоторых областях применения.

Это можно рассматривать как немедленную выгоду в повторяющихся приложениях, где требуется крупносерийное производство.

Режимы работы

Существует два режима работы, которые обычно называются «Мягкая плазма» и «Замочная скважина».

В режиме Keyhole можно настроить параметры и конфигурацию резака, чтобы плазменный

Stream для пробивки материалов толщиной до 10 мм, что обеспечивает полное проникновение без необходимости подготовки швов.

= Повышение производительности

Фотография образца плазменной сварки: нержавеющая сталь 8 мм / полное проплавление / стыковое соединение (без подготовки) / без присадочной проволоки / режим «замочная скважина».

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

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

И многое другое……

5 фактов о плазменно-дуговой сварке


Хотя дуговая сварка в среде защитного металла (SMAW) является наиболее распространенным типом сварочного процесса, существуют и другие способы сварки, в том числе плазменная дуга. Как следует из названия, здесь используется плазменная сварочная горелка. Плазменная дуговая сварка по-прежнему основана на электрической дуге, которая возникает между электродами, но она также включает плазму. По мере того, как плазма нагревается, она проходит через узкое сопло на кончике резака.Сегодня мы собираемся изучить пять важных фактов о плазменно-дуговой сварке, некоторые из которых могут вас удивить.

# 1) Может достигать 50000 градусов по Фаренгейту


Сказать, что плазменная сварка горячая, — ничего не сказать. В зависимости от конкретного типа используемого плазменного резака, а также его настроек, температура может достигать 50 000 градусов по Фаренгейту. Чтобы представить это число в перспективе, температура SMAW обычно достигает всего 10 000 градусов по Фаренгейту. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что плазменная дуговая сварка примерно в пять раз горячее, чем другие, более традиционные сварочные процессы.

# 2) Плазма выходит из факела почти со скоростью звука

Плазма, используемая при плазменной сварке, не просто горячая; это быстро. Когда плазма выходит из сопла горелки, она достигает скорости, почти равной скорости звука (1 Мах). Сочетание тепла и скорости позволяет плазме плавить большинство материалов, включая алюминий, медь, сталь, латунь, железо и другие.

# 3) Плазма на самом деле газ

Некоторые люди предполагают, что плазма, используемая при плазменно-дуговой сварке, является жидкостью, но это не всегда так.На самом деле это газ. Когда электрический ток активируется, плазменный газ ионизируется, тем самым увеличивая его проводимость. В этом случае электрический ток может свободно протекать через плазму недавно ионизированного газа.

# 4) Он был изобретен в 1950-х годах

Плазменная дуговая сварка берет свое начало в 1950-х годах, когда ее впервые применил американский инженер Роберт Гейдж. В то время не существовало эффективного процесса сварки для резки тонких и толстых металлов одинаково.Новое изобретение Гейджа решило эту проблему, представив новый универсальный сварочный процесс. Эта технология, известная как плазменная сварка, позволила ускорить и повысить эффективность процессов сварки, а также резки в обрабатывающей промышленности.

# 5) Существуют горелки для плазменно-дуговой сварки переменным и постоянным током

Не все горелки для плазменной сварки работают на постоянном токе (DC). Некоторые вместо этого используют переменный ток (AC). Однако из этих двух типов резаки постоянного тока являются наиболее распространенными. По сравнению с горелками переменного тока они производят меньше шума, обеспечивают лучший контроль, потребляют меньше электродного материала и более энергоэффективны.

Нет тегов для этого сообщения.

Обзор плазменной сварки

Процесс плазменной сварки был внедрен в сварочную промышленность в 1964 году как метод улучшения управления процессом дуговой сварки в более низких диапазонах тока. Сегодня плазма сохраняет первоначальные преимущества, которые она принесла промышленности, обеспечивая высокий уровень контроля и точности для получения высококачественных сварных швов в миниатюрных или высокоточных приложениях.

Процесс плазменной резки одинаково подходит для ручного и автоматического применения.Он использовался в различных операциях, начиная от сварки металлических лент в больших объемах и заканчивая прецизионной сваркой хирургических инструментов, автоматическим ремонтом лопастей реактивных двигателей и ручной сваркой кухонного оборудования для пищевой и молочной промышленности.

Как работает плазменная сварка:

Плазма — это газ, который нагревается до чрезвычайно высокой температуры и ионизируется, так что он становится электропроводным. В процессе плазменно-дуговой сварки эта плазма используется для передачи электрической дуги на заготовку.Свариваемый металл плавится под действием сильного тепла дуги и сплавляется.

Для системы требуется источник питания и сварочная горелка. В горелке электрод расположен внутри сопла горелки с небольшим отверстием на конце. Между электродом горелки и наконечником сопла зажигается вспомогательная дуга. Газ подается через сопло, где пилотная дуга нагревает газ до диапазона температур плазмы и ионизирует его. Газ выходит из сопла в виде струи, более горячей, чем любое химическое пламя или обычная электрическая дуга.Основная сварочная дуга передается на изделие через этот столб плазменного газа.

Плазменные газы обычно представляют собой аргон. В горелке также используется вторичный газ, аргон, аргон / водород или гелий, которые помогают защитить расплавленную сварочную ванну, тем самым сводя к минимуму окисление сварного шва.

Пропуская плазменный газ и дугу через суженное отверстие, горелка передает высокую концентрацию тепла на небольшую площадь. При использовании подходящего оборудования этот процесс позволяет получать резку исключительно высокого качества на самых разных материалах.

Характеристики и преимущества плазменной сварки:


F: Защищенный электрод

B: Защищенный электрод снижает загрязнение электрода. Это особенно полезно при сварке материалов, которые выделяют газ при сварке и загрязняют незащищенный электрод GTAW.


F: Увеличение длины дуги за счет формы дуги и равномерного распределения тепла

B: Расстояние от дуги не так критично, как в GTAW.Обеспечивает хорошую однородность сварного шва. Никакой AVC не требуется в 99% приложений распределения, иногда даже с подачей проволоки.


F: Перенос дуги мягкий и стабильный

B: Предназначен для сварки тонких листов, тонкой проволоки, миниатюрных компонентов, в которых резкое начало дуги GTAW может повредить свариваемую деталь.


F: Стабильная дуга при сварке

B: Уменьшает дрейф дуги. Дуговая сварка там, где она предназначена. Позволяет использовать инструменты для зажигания дуги в непосредственной близости от сварного шва для оптимального отвода тепла.


F: Минимальный высокочастотный шум при сварке

B: Минимальный высокочастотный шум при запуске вспомогательной дуги, поэтому плазму можно использовать с ЧПУ. Еще одно преимущество заключается в сварке, предусматривающей герметичное уплотнение электронных компонентов, где запуск дуги GTAW может вызвать электрические помехи, которые могут повредить электронные внутренние компоненты свариваемого компонента.


F: Плотность энергии дуги в 3 раза выше, чем у TIG

B: Вызывает меньшую деформацию сварного шва и меньший размер сварных швов.Обеспечивает высокую скорость сварки


F: Время сварки всего 0,005 секунды

B: Исключительно короткое и точное время сварки для точечной секундной сварки тонкой проволоки, точное время сварки в сочетании с прецизионными устройствами перемещения обеспечивают повторяемость положений начала / остановки сварки.


F: Опции оборудования предлагают до 10 000 Гц

B: Предлагает широкий спектр импульсных опций для разнообразных импульсных приложений.


F: Художественная сварка с низким током (всего 0,05 А)

B: Позволяет сваривать миниатюрные компоненты или хорошо контролировать наклон к кромке шва.


F: Диаметр дуги выбирается через отверстие сопла

B: Эта функция помогает прогнозировать размер сварного шва.


Характеристики и преимущества:

P Защищенный электрод, длительное время до технического обслуживания электрода (обычно одна 8-часовая смена)

L Возможность сварки при низком токе (всего 0.05 ампер)

A Стабильность дуги и плавное зажигание дуги обеспечивают стабильные сварные швы раз за разом

S Стабильная дуга при зажигании дуги и сварке малой силой тока

M Минимальные проблемы с высокочастотным шумом, HF только при запуске вспомогательной дуги, а не для каждого сварного шва

A Плотность энергии дуги в 3 раза выше, чем у GTAW. Возможна более высокая скорость сварки

Вт Время сварки всего 5 мсек (.005 секунд)

E Плотность энергии уменьшает зону термического влияния, улучшает качество сварки

L Увеличение длины дуги за счет формы дуги и равномерного распределения тепла

D Диаметр дуги, выбранный через отверстие сопла


К металлам, которые можно сваривать в плазме, относятся нержавеющая, жаропрочная и другие стали, титан, инконель, ковар, циркаллой, тантал, медь, латунь, золото и серебро.


Приложения:

Преимущества плазменного процесса обеспечивают два основных преимущества: Повышенная скорость сварки и улучшенное качество сварки . Плазма отлично подходит для сварки проволоки, труб, полос, листов и всех миниатюрных, средних и крупных компонентов, требующих точной сварки. Во многих сферах применения многие уникальные преимущества плазмы сочетаются с улучшением процесса сварки.

Сварка проволокой: Процесс плазменной сварки позволяет плавно, но стабильно запускать дугу на кончике проволоки или других мелких компонентах и ​​выполнять повторяемые сварные швы с очень короткими периодами времени сварки.

Сварка металлической ленты: Плазменный процесс обеспечивает возможность постоянного переноса дуги на заготовку и сварки до краев сварного шва. В автоматических приложениях для длинных сварных швов регулирование расстояния до дуги не требуется, и этот процесс требует меньшего обслуживания компонентов горелки. Это особенно выгодно при больших объемах применения, когда материал выделяет газ или имеет поверхностные загрязнения.

Герметичные компоненты: Медицинские и электронные компоненты часто герметично закрываются сваркой.Плазменный процесс дает возможность:
1. Уменьшите подвод тепла к детали
2. Сваривайте рядом с тонкими изоляционными уплотнениями
3. Запустите дугу без высокочастотных электрических помех, которые могут повредить внутренние электрические устройства

Прецизионные инструменты: Для многих инструментов требуются сварные швы высокой точности. Плазменная сварка с ее контролем и точностью дает возможность выполнять эти критически важные сварные швы.


Другие области применения плазменной сварки

Хирургические инструменты, иглы, провода, нити лампочек, термопары, зонды, датчики давления и электрические, сильфоны, уплотнения, банки, корпуса, микропереключатели, клапаны, электронные компоненты, двигатели, батареи, миниатюрная трубка для фитинга / фланца, продукты питания и молочные продукты Оборудование, применение в трубных мельницах, ремонт штампов и пресс-форм.


Параметры испытаний: Ручная сварка, без зажимного устройства, сталь Cr / Ni, толщина 0,102 ″; все значения определены с помощью измерительных приборов.

GTAW: 125 ампер 12 Вольт 10,24 I.P.M.
Плазма: 75 ампер 18 Вольт 13,38 I.P.M.
Тепловая нагрузка: В x A x 60

Скорость в см / мин

GTAW: 12 х 125 х 60

Скорость в см / мин

= 3.46 кДж
Тепловая нагрузка: 18 х 75 х 60

34 см / мин

= 2,38 кДж

Помимо того, что возможна более высокая скорость сварки, меньшее тепловложение дает следующие преимущества:

  • Снижение напряжения в сварной детали
  • Менее цвет при отпуске для хромоникелевых сталей
  • Сниженный риск повреждения любых термочувствительных деталей, прилегающих к сварному шву

Что такое плазменно-дуговая сварка?

Плазменно-дуговая сварка — чрезвычайно популярный процесс, используемый промышленными сварщиками.Фактически, как известно любому профессиональному коммерческому сварщику, плазменная сварка имеет довольно широкий спектр применений.

При плазменной сварке ваш инженер может выполнить глубоких и узких сварных шва на высоких скоростях .

Этот процесс, который часто называют PAW, включает в себя коалесценцию (или соединение) металлов посредством нагрева заготовки с помощью суженной дуги. Это называется переходной дугой. Также можно сформировать промежуток между суживающей насадкой и электродом.Это называется процессом непереносимой дуги, то есть ваша заготовка не становится частью электрической цепи.

Способ, которым происходит экранирование, напрямую связан с горячим ионизированным газом, который выходит из отверстия. Часто он дополняется другими источниками защитного газа. Во многих случаях защитный газ состоит из смеси разных газов или инертного газа определенного типа.

В этом процессе можно использовать (или не использовать) давление.Также возможно подавать или не поставлять присадочный металл.

Назначение плазменно-дуговой сварки

Основная цель этого процесса — помочь увеличить уровень полной энергии контролируемым образом дуговой плазмы. Это достигается за счет использования специального газового сопла вокруг вольфрамового электрода, которое работает от источника питания DCEN (отрицательный электрод постоянного тока).

Преимущества PAW

Преимущества, предлагаемые процессом плазменно-дуговой сварки по сравнению с системой дуговой сварки газом вольфрамовым электродом, обусловлены тем фактом, что процесс плазменно-дуговой сварки имеет гораздо более высокую концентрацию энергии.Более высокая температура и скорость фактической плазменной струи создают гораздо более высокое теплосодержание.

Другое преимущество связано с тем фактом, что жесткая столбчатая дуга (или фактическая форма плазмы) не вызовет вспышку , что случается с газовой вольфрамовой дугой.

Использование и аутсорсинг плазменной сварки

Информирование — лучший способ понять плазменную сварку. Чтобы научиться правильно управлять этим процессом, требуется специальная подготовка, и если у вас нет надлежащей подготовки или опыта, это может привести к серьезным проблемам и дорогостоящим ошибкам.Это также может привести к травмам, поэтому убедитесь, что вы прошли необходимое обучение, прежде чем приступать к сварке этого типа.

Если у вас нет персонала или обучения для этого процесса сварки, найдите производителя листового металла, который сделает . Многие имеют в штате специалистов по сварке, сертифицированных AWS.

Другие типы сварки

Хотите убедиться, что вы выбираете правильные типы сварки для своих проектов? Посмотрите это сравнение сварки MIG и сварки TIG.У них тоже есть масса полезных приложений!

Плазменно-дуговая сварка (PAW)

Процесс плазменно-дуговой сварки (PAW) — это процесс в среде защитных газов, в котором используется сжатая дуга между неплавящимся вольфрамовым электродом и заготовкой. Переносимая дуга обладает высокой плотностью энергии и скоростью плазменной струи. Возможны два различных режима работы: режим плавления и режим замочной скважины. В режиме плавления используется более низкий сварочный ток и создается сварочная ванна, аналогичная той, которая образуется при GTAW, в результате чего часть материала заготовки под дугой плавится.В режиме «замочная скважина» используется более высокий сварочный ток, так что дуга полностью проникает в материал заготовки, образуя концентрическое отверстие по толщине соединения. Расплавленный металл сварного шва затвердевает за замочной скважиной, когда резак проходит через заготовку. Экранирование сварочной ванны обеспечивается ионизированным плазменным газом, который выходит из отверстия горелки и дополняется дополнительным источником защитного газа. Процесс PAW можно использовать с добавлением присадочного металла или без него.

Поскольку сжатая дуга PAW обеспечивает большую глубину плавления по сравнению с GTAW, PAW потенциально выгодна для автогенной сварки (т. Е. Без использования присадочного металла) материала на основе Ni / Co в диапазоне толщин приблизительно от 0,125 до 0,3. дюймов (от 3,2 до 7,6 мм). Для сравнения, для GTAW материала толщиной более 0,125 дюйма (3,2 мм) обычно требуется присадочный металл. Сварные швы с квадратной канавкой можно использовать до толщины около 7,6 мм (0,3 дюйма). Несмотря на то, что с помощью PAW можно сваривать широкий диапазон толщин, обычно можно добиться лучших результатов с другими процессами сварки для толщин за пределами 0.Диапазон от 125 до 0,3 дюйма (от 3,2 до 7,6 мм). Для швов толщиной более 0,3 дюйма (7,6 мм) для первого прохода можно использовать автогенную сварку со шпонкой, за которой следует плазменная сварка без шпонки (плавление) с присадочным металлом. Другой процесс сварки, такой как GTAW, также можно использовать для второго и последующих проходов.

Электрическая полярность для процесса PAW должна быть отрицательной для электрода постоянного тока (DCEN / «прямая полярность»). Должен быть достигнут надлежащий баланс между сварочным током, потоком газа и скоростью движения, чтобы обеспечить стабильную сварку в замочную скважину.Нестабильная замочная скважина может вызвать турбулентность в сварочной ванне. В качестве газа через отверстие и защитного газа обычно используются смеси аргона или аргона с водородом. Газ через отверстие сильно влияет на глубину и профиль проникновения. Небольших количеств водорода (~ 5%) обычно достаточно для увеличения энергии дуги для автогенной сварки со шпонкой, а более высокие количества могут привести к пористости в металле сварного шва. Для большей толщины шва может потребоваться увеличенный поток газа через отверстие и нарастание сварочного тока, чтобы вызвать замочную скважину.Чтобы заполнить полость замочной скважины в конце сварного шва, может потребоваться уменьшение потока газа через отверстие и уменьшение сварочного тока. Более высокие скорости перемещения требуют более высоких сварочных токов для выполнения сварки в скважину. Чрезмерная скорость перемещения может привести к поднутрению, то есть канавке, вплавленной в основной металл, рядом с носком сварного шва или корню сварного шва и оставшейся незаполненной металлом сварного шва. Сварочную горелку следует держать по существу перпендикулярно заготовке как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также на средней линии сварного шва.Даже небольшое отклонение от этого условия может вызвать дефекты неплавления в металле шва.

Инсайдерское руководство по плазменно-дуговой сварке (PAW)

Плазменно-дуговая сварка (PAW) — это процесс дуговой сварки, в котором соединение металла достигается за счет генерируемого тепла от дуги, возникающей между вольфрамовым электродом и соплом сварочного аппарата или заготовкой. Дуга, образованная между вольфрамовым электродом и соплом станка, известна как непереносимая дуга, в то время как дуга, образованная между вольфрамовым электродом и заготовкой, известна как переносимая дуга.В процессе плазменной сварки используются два инертных газа; один образует плазменную дугу, а второй экранирует плазменную дугу. При плазменной сварке присадочный металл может потребоваться, а может и не потребоваться.

Плазменная дуговая сварка является усовершенствованием процесса дуговой сварки газом вольфрамовым электродом GTAW (TIG) и является сравнительно новым процессом в отрасли (запатентован в 1963 году). Из-за сложности процесса и больших вложений он еще не стал популярным.

Процесс плазменной сварки и его виды

Плазменная сварка бывает двух видов:

  1. Плазменно-дуговая сварка без переноса.
  2. Плазменная дуговая сварка с переносом.

В первом случае дуга возникает между вольфрамовым электродом и соплом, а во втором — между вольфрамовым электродом и деталью.

Непередаваемая PAW

Тип PAW дуги без переноса использует прямую полярность (DCEN). Вольфрамовый электрод подключается к отрицательной клемме источника постоянного тока. Внутреннее сопло подключается к положительной клемме источника постоянного тока.Между вольфрамовым электродом и внутренним соплом зажигается дуга с помощью высокочастотного блока. Эта дуга проходит через маленькое отверстие внутреннего сопла, и, следовательно, дуга сужается. Инертный газ проходит через внутреннее сопло с небольшой скоростью, и этот инертный газ проходит через дугу, ионизируется и становится плазмой. Эта плазменная дуга используется для сварки. Этот процесс используется для сварки тонких металлических листов. Непереносимая плазма обычно не зависит от расстояния между соплом и заготовкой.

Переданная PAW

Тип PAW переносимой дуги использует прямую полярность (DCEN). Вольфрамовый электрод подключается к отрицательной клемме источника постоянного тока. Заготовка подключается к положительной клемме источника постоянного тока. Пилотная дуга создается между вольфрамовым электродом и внутренним соплом с помощью высокочастотного блока. Дуга проходит через маленькое отверстие сопла и сужается. Инертный газ проходит через внутреннее сопло, он проходит через дугу, ионизируется и выходит из внутреннего сопла с высокой скоростью.

Плазменный газ ударяет по заготовке и проводит электрический ток от вольфрамового электрода к заготовке, и между электродом и заготовкой зажигается дуга. Теперь вспомогательная дуга автоматически отключается системой. Этот процесс используется для сварки толстых листов. В плазменно-дуговой сварке используются два инертных газа: один для образования плазмы, а другой для защиты сварочной ванны от атмосферного воздуха и загрязнений. Присадочный металл может потребоваться, а может и не потребоваться.

Разница между процессом PAW без перенесенной дуги и процессом PAW с переносом дуги

Дуга без переноса PAW Дуговая сварка PAW с переносом
1 Дуга зажигается и поддерживается между вольфрамовым электродом и внутренним соплом. Пилотная дуга зажигается между вольфрамовым электродом и внутренним соплом.Когда ионизированный плазменный газ ударяется о заготовку, он позволяет току проходить через нее и образовывать дугу между вольфрамовым электродом и заготовкой. Пилотная дуга отключается автоматически.
2 Этот процесс обычно используется для сварки тонких металлов. Этот процесс используется для сварки толстых металлов.
3 Меньшее проплавление и может использоваться только для сварки тонких металлов. Высокое проплавление, подходит для сварки металлов большой толщины.
4 Заготовка не подключена к источнику питания, а тепло плазменной струи используется для сварки. Заготовка подключена к источнику питания, и тепло плазменной дуги между вольфрамовым электродом и заготовкой используется для сварки.
5 Количество энергии, передаваемой противоборствующим поверхностям, меньше. Количество энергии, передаваемой противоборствующим поверхностям, больше.
6 Низкая эффективность процесса. Эффективность процесса высокая.

Позиции для сварки плазменной дугой

Плазменная сварка может использоваться во всех положениях сварки, а именно. горизонтальная, вертикальная, потолочная, шовная сварка труб и кольцевая стыковая сварка труб; тем не менее, там, где это необходимо, возможно, придется спроектировать подходящие приспособления.

Тип соединения для p лазерно-дуговой сварки

Для плазменной сварки металлов толщиной до 25 мм используются сварные соединения, такие как квадратное стыковое соединение, J- или V-типы сварных соединений, а сварка выполняется методом «замочной скважины», а также методами без замочной скважины.Для сварки толстых металлов обычно предпочтительнее использовать метод замочной скважины. Для метода сварки с замочной скважиной типичное сварное соединение представляет собой стыковое соединение квадратного сечения, а для сварки корневого прохода (особенно для стыковой сварки толстостенных труб) используется соединение с U-образной канавкой.

Газы для плазменной сварки

PAW требуется два газа, а иногда и три. Первый — это плазменный газ, который протекает через отверстие внутреннего сопла и ионизируется, второй — это защитный газ, который проходит через внешнее сопло (окружающее внутреннее сопло), а третий газ проходит с другой стороны сварного шва для избегать продувки (например, попадание инертного газа в трубу во время шовной сварки трубы).Третий газ предназначен только для некоторых приложений. В большинстве случаев во всех двух / трех местах используется один и тот же газ; однако они также могут быть разными.

Свариваемость металлов плазменной сваркой

Плазменно-дуговая сварка обычно используется для сварки большинства промышленных металлов, а именно. легированная сталь, низко-, средне- и высокоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, инструментальная сталь, титан, алюминий, драгоценные металлы и т. д.Тогда некоторые металлы трудно, но возможно сваривать плазменной сваркой, а именно. бронза, магний, кованое железо, чугун и т. д. однако они не пользуются популярностью.

Плазменно-дуговая сварка позволяет сваривать все металлы, которые можно сваривать с помощью процесса GTAW. Однако процесс PAW не во всех случаях может быть лучшим и экономичным.

Толщина металла

Метод плазменно-дуговой сварки методом «замочной скважины» может использоваться для металлов толщиной от 1 до 0,5 мм.Толщина от 6 мм до 12 мм; однако фактическая максимальная толщина может варьироваться в зависимости от типа металла. Режим плавления при плазменной дуговой сварке можно использовать для листов толщиной от 0,1 до 3,2 мм за один проход, а режим многопроходного плавления можно использовать для металла толщиной 6,4 мм или более.

Процесс плазменно-дуговой сварки

Краткий пошаговый процесс для PAW объясняется ниже:

  • Подготовка к стыку и чистка заготовки.
  • Установите и зажмите заготовку в зажимном приспособлении.
  • Настройте сварочный аппарат с параметрами сварки для заготовки.
  • Возбуждение дуги В отличие от других процессов дуговой сварки, дуга при плазменной сварке не может быть инициирована прикосновением вольфрамового электрода к заготовке, поскольку вольфрамовый электрод расположен внутри внутреннего (плазменного) сопла.
  • Пилотная дуга возникает между вольфрамовым электродом и внутренним соплом, и это обычно делается с помощью высокочастотного блока в источнике питания.
  • Пилотная дуга способствует ионизации инертного газа. Поскольку ионизированный газ является электропроводным, он помогает инициировать основную дугу между вольфрамовым электродом и заготовкой.
  • Как только основная дуга возникает между вольфрамовым электродом и заготовкой, стартовая дуга гаснет. Поток инертного газа через внутреннее (плазменное) сопло поддерживается в пределах от 0,5 до 5 л / мин (литров в минуту), поскольку чрезмерная скорость потока может вызвать нестабильность в сварочной ванне.
  • Сварочная горелка перемещается в направлении сварки вручную или автоматически, в зависимости от обстоятельств.При необходимости можно использовать присадочную проволоку, и, как и при GTAW-сварке, она всегда располагается перед горелкой.
  • При плазменно-дуговой сварке используются два типа сварки: техника с замочной скважиной и техника без замочной скважины (сварка).
  • В технике «замочная скважина» сжатая плазменная дуга с высокой температурой и высокой плотностью энергии используется для глубокого проплавления (до 100% толщины заготовки), что приводит к полному плавлению заготовки под суженной плазменной дугой.
  • Инертного газа, выходящего из внутреннего отверстия, недостаточно для защиты сварочной ванны.Следовательно, инертный газ с более высокой скоростью потока проходит через внешнее газовое сопло (которое окружает внутреннее сопло), чтобы защитить сварочную ванну от атмосферного воздуха и загрязнений. Инертный газ, проходящий через внутреннее и внешнее сопла, может быть одинаковым или различным, а скорость потока зависит от используемого инертного газа.
  • По мере продвижения сварочной горелки и дуги металл плавится и заполняет оставшуюся замочную скважину.
  • По окончании сварки замочная скважина заполняется соответствующим образом.
  • Выключить электропитание и газ.
  • Дайте сварному шву остыть; сварной шов может потребоваться очистка.

ЧТЕНИЕ: Принципы плазменно-дуговой сварки и отличия от GTAW (TIG).

Плазменная сварка разные режимы

Плазменная сварка разные режимы

Плазменная сварка может выполняться в трех различных режимах, варьируя ток, размер внутреннего отверстия сопла и расход плазменного газа, и они составляют:

  1. Микроплазменная дуговая сварка.
  2. Плазменно-дуговая сварка на средних токах или в плавлении.
  3. Метод «замочной скважины» плазменно-дуговой сварки.

1. Микроплазменная дуговая сварка

Микроплазменная дуговая сварка токами от 0,1 до 10 или 15 ампер. Его можно использовать для сварки очень тонких листов (толщиной до 0,1 мм) и профилей, изготовленных из тонкой проволоки. Узкая дуга похожа на иглу и сводит к минимуму искажения. Присадочную проволоку в этом процессе обычно не используют.

Преимущества Micro PAW
  • Процесс идет быстро и оставляет незначительную зону термического влияния.
  • Этот процесс дает стабильную и очень стабильную дугу по сравнению с другими сварочными процессами.
  • Сварочный ток до 0,1 ампера доступен для сварки хрупких деталей.
  • Этот процесс можно полностью автоматизировать.

Недостатки Micro PAW
  • Стоимость оборудования очень высока по сравнению с GTAW.

Приложение Micro PAW
  • Широко используется в атомной и авиакосмической промышленности.
  • Используется в автомобильной промышленности для сварки выхлопных труб гоночных автомобилей и высокопроизводительных мотоциклов.
  • Этот процесс отлично подходит для сварки нержавеющей стали, цветных металлов, серебра, титана, сплавов на основе никеля и т. Д.

2. Среднетоковая плазменная сварка или плазменная сварка плавлением

Среднетоковая сварка или плазменная сварка плавлением (от 15 до 200 ампер) является альтернативой традиционному процессу GTAW.Преимущества — большая глубина проплавления и более высокая скорость сварки.

3. Метод плазменно-дуговой сварки «замочную скважину»

Название «замочная скважина» описывает форму отверстия, образовавшегося в заготовке при сварке плотного стыкового стыка с квадратной кромкой. Сварка «замочная скважина» при плазменно-дуговой сварке производится с использованием силы тока более 100 ампер. При таком высоком токе и более высоком потоке плазменного газа плазменная дуга будет очень мощной и сможет проникнуть через всю толщину детали, чтобы образовалась замочная скважина.В процессе сварки замочная скважина заполняется расплавленным металлом, образуя сварной шов. В конце сварного шва последняя замочная скважина соответствующим образом заполняется металлом сварного шва. Сварку в замочную скважину можно использовать для сварки пластин из нержавеющей стали толщиной 10 мм за один проход.

Основным преимуществом метода сварки с замочной скважиной является его способность быстро проникать в толстые участки корня, в результате чего получается однородный узкий сварной шов со сравнительно меньшей зоной термического влияния (HAZ).Метод замочной скважины способствует более глубокому проплавлению, более быстрой сварке и обеспечивает получение сварного шва хорошего качества. При сварке толстых листов методом без замочной скважины и с использованием присадочного металла поток плазменного газа уменьшается. Метод сварки «замочную скважину» можно использовать для сварки низколегированных сталей и нержавеющих сталей (толщиной от 2,5 до 10 мм), а также пластин из алюминиевых сплавов толщиной до 20 мм.

Оборудование для плазменной сварки

Оборудование для плазменной сварки состоит из следующих агрегатов:

  1. Источник электроэнергии.
  2. Генератор высокой частоты (ВЧ).
  3. Горелка сварочная.
  4. Неплавящийся электрод.
  5. Плазменный газ.
  6. Защитный газ.
  7. Присадочная проволока, кабели, шланги, проволочная щетка и т. Д.

1. Источник электроэнергии

Источник постоянного тока (DC) с падающими характеристиками V-I (вольт-амперная характеристика) и напряжением 60–80 вольт или более используется для плазменно-дуговой сварки. Понижение означает, что по мере увеличения сварочного тока будет уменьшаться напряжение на клеммах сварочного аппарата.Могут использоваться источники постоянного тока как генераторного, так и выпрямительного типа; однако обычно предпочтительнее выпрямительный тип. При использовании гелия в качестве инертного газа напряжение может превышать 70 вольт. Более высокое напряжение может быть получено путем последовательного соединения двух источников питания или зажигания дуги сначала аргоном при нормальном напряжении, а затем переключением на газообразный гелий.

В процессе

PAW обычно используется источник питания постоянного тока с отрицательной полярностью электрода постоянного тока (DCEN), а сила тока может составлять от 50 до 300 ампер.Однако в соответствии с процессом GTAW для сварки алюминия и его сплавов с помощью специальных сварочных горелок и вольфрамовых электродов большего размера можно использовать переменный ток (переменный ток) и DCEP (положительный электрод постоянного тока).

2. Генератор высокой частоты (ВЧ)

Назначение ВЧ-генератора в PAW аналогично GTAW. Однако в плазменной плазменной сварке высокочастотная дуга используется для генерации вспомогательной дуги (а не основной дуги), а второе — это дуга между вольфрамовым электродом и плазменным соплом (а не между вольфрамовым электродом и заготовкой, как в GTAW).По мере приближения сварочной горелки к изделию зажигается основная дуга, а вспомогательная дуга гаснет.

3. Горелка для плазменной сварки

Горелка для плазменной сварки может быть с переносной дугой или с непереносимой дугой. Сварочная горелка, используемая в PAW, может выглядеть так же, как сварочная горелка TIG, но имеет более сложную конструкцию. Горелки PAW имеют водяное охлаждение, так как внутри резака выделяется значительное количество тепла. Сварочная горелка состоит из разных частей, а именно.неплавящийся вольфрамовый электрод, внутреннее сужающее сопло плазменного газа, внешнее газовое сопло для защитного газа, каналы для охлаждающей воды, электрические кабели и газовые шланги. Горелка имеет систему водяного охлаждения для отвода избыточного тепла.

Плазменное сопло изготовлено из меди. Отверстие (отверстие) сопла плазменного газа имеет жизненно важное значение, а тонкое отверстие, используемое с большим током и большим потоком плазменного газа, может привести к слишком сильному износу сопла или даже к расплавлению. Важно использовать сопло соответствующего диаметра с учетом силы тока и расхода плазменного газа.Больший размер отверстия может вызвать проблемы со стабильностью дуги. Даже в противном случае медное сопло изнашивается и требует частой замены. Пилотная дуга зажигается между вольфрамовым электродом и соплом плазменного газа. Горелки PAW доступны как для ручного, так и для автоматического режима работы. Тип ручной имеет номинальный ток до 300 ампер.

4. Неплавящийся электрод

Неплавящимся электродом, используемым в PAW, является вольфрам с 2% тория; добавление тория помогает зажечь дугу.Наконечник вольфрамового электрода (диаметр и угол наконечника) в PAW не так важен, как в GTAW, и может находиться в диапазоне от 30 до 60 градусов. Загрязнение вольфрамового электрода металлом заготовки практически невозможно, поскольку он надежно размещен внутри внутреннего сопла.

5. Плазменный газ

Обычные инертные газы, используемые для плазменного газа, — это аргон, гелий или смесь аргона и гелия. Плазменные дуги могут быть сформированы с использованием инертного газа в ламинарном потоке (низкое давление и слабый поток) или турбулентном потоке (высокое давление и высокий поток).Ламинарный поток используется для плазменно-дуговой сварки, поскольку турбулентный поток выдувает расплавленный металл из зоны сварки.

Аргон — предпочтительный газ, используемый для плазмы; однако гелий или смесь аргона и гелия также могут использоваться в зависимости от свариваемого металла.

6. Защитные газы

Обычно в качестве защитных газов при плазменно-дуговой сварке используются аргон, гелий или смесь аргона и гелия. Газ требуется в двух местах: через внутреннее сопло в качестве плазменного газа и через внешнее сопло (окружающее внутреннее сопло) в качестве защитного газа.Скорость потока инертного газа через внутреннее сопло мала, и когда он выходит из сопла в виде плазменного газа, он не может защитить сварочную ванну от атмосферного воздуха и загрязнений. Защитный газ с более высокой скоростью потока проходит через внешнее сопло, что защищает сварочную ванну от атмосферного воздуха и загрязнений. Защитный газ, проходящий через внешнее сопло, может быть таким же, как плазменный газ, или может быть другим. В зависимости от свариваемых металлов для защиты газа может использоваться инертный газ, смесь инертных газов или смесь инертного газа и активного газа.

Аргон — наиболее часто используемый защитный газ. Гелий можно использовать для сварки без замочной скважины. Смесь аргона и водорода (от 2 до 5%) дает более высокую тепловую энергию (чем только аргон), и это будет полезно при сварке в замочную скважину сплавов на основе никеля, сплавов на основе меди и нержавеющих сталей. Активный газ можно использовать для защиты, если он не влияет на качество сварки.

7. Присадочная проволока

Наполнитель, используемый в GTAW, также может использоваться в PAW.Присадочная проволока подается вручную в ручном типе PAW; однако для автоматического типа PAW используется механизм подачи проволоки.

Преимущества и недостатки (ограничения) плазменной сварки

Преимущества
  • Плазменно-дуговая сварка — это универсальный процесс, который дает чистые и точные сварные швы, а благодаря большей длине дуги она может создавать высококачественные сварные швы с глубоким проплавлением.
  • PAW имеет лучшую скорость сварки, способность сваривать толстые листы и даже пластины из твердого металла, чем GTAW.
  • Расстояние между горелкой и деталью не является критической проблемой при плазменной плазменной сварке, что дает сварщику большую свободу во время ручной плазменной резки.
  • PAW может быть адаптирован для сварки методом замочной скважины.
  • Плазменная дуга имеет лучшую стабильность и ее трудно отклонить, что важно для выполнения корневых и односторонних сварных швов.
  • При плазменно-дуговой сварке легче добавлять присадочный металл по сравнению с наплавкой.
  • Концентрация энергии сварочной дуги при плазменно-дуговой сварке выше, чем при GTAW.
  • PAW может узкое и глубокое проплавление (от 12 до 18 мм и более) в зависимости от металла заготовки.
  • Меньше времени, затрачиваемого на подготовку шва, поскольку можно исключить скашивание кромок при сварке листов толщиной до 10 мм.
  • Лучшее качество стыков за счет проплавления до 100%.
  • Суженная дуга приводит к узким сварным швам, уменьшению зоны термического влияния (HAZ) и низким искажениям.
  • Хороший внешний вид сварного шва и сокращение или полное отсутствие чистовых операций, требуемых после сварки.

Недостатки (ограничения)
  • Для плазменно-дуговой сварки требуются два типа инертных газов по сравнению с одним типом при GTAW. Это увеличивает стоимость.
  • Водяное охлаждение необходимо даже для горелок с малым током.
  • Оборудование, используемое для плазменно-дуговой сварки, дороже по сравнению с GTAW, конструкция сварочной горелки имеет решающее значение, и ее необходимо надлежащее обслуживание.
  • Оборудование, используемое в PAW, громоздкое и тяжелое и, следовательно, имеет низкую портативность по сравнению с GTAW.
  • Регулировать напряжение дуги с помощью PAW непросто, что создает проблемы при сварке с присадочной проволокой.
  • Сварочные горелки, используемые в PAW, не так легко доступны, как в GTAW.
  • Высокочастотный блок чаще используется в PAW, и это может мешать работе электрических и электронных компьютеров и инструментов, расположенных поблизости.
  • Как и GTAW, PAW также не подходит для использования на открытом воздухе, поскольку движущийся атмосферный воздух может мешать плазменному газу и защитному газу.
  • Процесс
  • PAW испускает вредные инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, вредные для человека. Кроме того, существует высокий уровень шума в 100 Дб, который вреден для окружающих. Следовательно, требуется особая защита из-за повышенного излучения и шума во время сварки.
  • Уровень квалификации, необходимый для сварщика PAW выше, чем у сварщика GTAW.

Ограничения процесса плазменной сварки

Необходимы некоторые ограничения, касающиеся оборудования, используемого в процессе плазменной сварки, и особое внимание.Ограничения:

  • Сварочные горелки, используемые в PAW, хрупкие, сложные, и все они имеют водяное охлаждение.
  • Форма наконечника вольфрамового электрода и внутреннего отверстия сопла очень важна, и их следует поддерживать концентрическими в определенных пределах.
  • Используемый уровень тока зависит от наконечника вольфрамового электрода; использование очень сильного тока может повредить наконечник.
  • Сварочная горелка PAW имеет узкие проходы для охлаждающей воды, проходы для потока газа, пути для кабелей, имеет пульт управления.Все это делает его сложным и требует периодического профилактического обслуживания.

Применение плазменной сварки
  • Процесс micro PAW используется для сварки тонких листов и секций из проволочной сетки. Дуга похожа на иглу, а искажения меньше.
  • Процесс
  • PAW используется в производстве котлов из нержавеющей стали, химической промышленности, судостроении, а также при сборке бензиновых и газопроводов.
  • Плазменная сварка — сравнительно новый процесс, который еще предстоит внедрить во многих отраслях промышленности.
  • Комбинация PAW и GTAW используется для кольцевой стыковой сварки труб большого диаметра. PAW располагается спереди для проплавления, а GTAW — для заполнения сварного шва.
  • Сварка труб и трубок из нержавеющей стали и титана.
  • Производство подводных лодок, производство электронных компонентов и производство реактивных двигателей.
  • Аэрокосмическая промышленность и криогеника.
  • Плазменная сварка обычно применяется для сварки продольных швов катаных труб (толщина стенки от 6 до 8 мм). Сосуды большого диаметра, используемые в пищевой промышленности и производстве напитков, могут использовать плазменно-дуговую сварку для шовной сварки.

Плазменная резка

Когда ток и скорость потока плазменного газа значительно увеличиваются, расплавленный металл, образующийся во время формирования замочной скважины, может вытесняться из нижней части пластины по мере продвижения резака вперед, что и происходит при плазменной резке.Плазменная резка особенно подходит для резки цветных металлов, таких как алюминий, никель, медь и сплавов этих металлов (эти металлы трудно резать другими методами, такими как кислородно-ацетиленовая резка). Смесь аргона и водорода или другие подходящие газовые смеси можно использовать в качестве плазменного газа для плазменной резки цветных металлов. Плазменные горелки можно использовать как для сварки, так и для резки.

Меры безопасности при плазменной сварке

  • Все процессы дуговой сварки, включая плазменную сварку, могут быть опасными, если не будут приняты необходимые меры безопасности.
  • Сварщик должен иметь дело с электрическим током, электрической дугой, горячими компонентами, сварочным дымом, тепловым излучением и т. Д. Он / она должен соблюдать все меры безопасности и носить защитное снаряжение для защиты.
  • Сварщик должен быть в кожаных перчатках, куртке с длинным рукавом, обуви, качественных сварочных шлемах (со съемными сварочными очками) и маске (если в шлеме нет встроенной защиты от паров). .
  • Процесс
  • PAW испускает вредные инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, вредные для человека.Кроме того, существует высокий уровень шума в 100 Дб, который вреден для окружающих. Следовательно, требуется особая защита из-за повышенного излучения и шума во время сварки.
  • Напряжение холостого хода, используемое в PAW, является высоким, поэтому необходимы меры безопасности для предотвращения поражения электрическим током.
  • Сварочная камера должна иметь хорошую вентиляцию для быстрого выхода токсичных газов, образующихся при сварке. Кроме того, сварочный кожух не должен содержать легковоспламеняющихся / горючих предметов, таких как топливо, масло, бумага и т. Д.
  • Обычные стандартные сварочные маски имеют темные пластины спереди для предотвращения воздействия теплового излучения. Последние модели шлемов имеют лицевую панель жидкокристаллического типа, которая автоматически темнеет под воздействием сварочной дуги.
  • Рядом с местом сварки PAW должен быть подходящий огнетушитель.

Заключение

Плазменная сварка — это относительно новый процесс по сравнению с другими общепринятыми сварочными процессами, и многим людям неизвестна его универсальность.Однако PAW имеет много преимуществ перед GTAW / TIG, и в ближайшие дни он будет адаптирован во все большем количестве отраслей.

Список литературы

Плазменно-дуговая сварка (PAW) | Сварка и неразрушающий контроль

Плазменно-дуговая сварка (PAW) — это процесс дуговой сварки, при котором тепло, необходимое для сварки, генерируется суженной дугой между неплавящимся электродом и заготовкой.

Плазменно-дуговая сварка — это, по сути, расширение дуговой сварки газом вольфрамом (GTAW).Как и GTAW, при плазменно-дуговой сварке (PAW) используется неплавящийся электрод. Однако для подачи тепла при плазменно-дуговой сварке (PAW) используется другой метод.

Сварочная горелка, используемая при плазменно-дуговой сварке (PAW), содержит два сопла: внутреннее сопло для газа через сопло и внешнее сопло для защитного газа (см. Рисунок 1).

Рисунок 1

Во внутреннем сопле находится отверстие для газа, которое окружает электрод. Газ через отверстие — это нейтральный газ, который превращается в плазменное состояние (четвертое состояние вещества), когда в камере зажигается дуга.Дуга нагревает газ в отверстии до температуры, при которой электроны, присутствующие в атомах газа в отверстии, покидают свою орбиту, в результате чего газ в отверстии ионизируется. Ионизированные газы выходят из отверстия сопла в виде «струи плазменной струи». Плазма — хороший проводник электричества.

Плазма исходит из сопла отверстия при температуре около 16 700 ° C (30 000 ° F), создавая узкую, суженную дугу, которая обеспечивает отличное управление направлением и создает очень благоприятный профиль сварного шва между глубиной и шириной.

Внешнее сопло содержит защитный газ, такой как газовая дуговая сварка вольфрамом (GTAW). Защитный газ покрывает область воздействия дуговой плазмы на заготовку, чтобы избежать загрязнения сварного шва. Защитный газ может быть таким же, как и диафрагменный газ, или может отличаться от диафрагменного газа.

Некоторые важные термины, используемые в плазменно-дуговой сварке:

Отклонение электрода: Расстояние между концом электрода и лицевой стороной суживающего сопла известно как отступ электрода (см. Рисунок 1).

Расстояние зазора резака: Расстояние между внешней поверхностью сужающего сопла и заготовкой называется расстоянием зазора резака (см. Рисунок 1).

Водоотводящая камера: Пространство между внутренней стенкой сужающего сопла и электродом известно как водоотводящая камера или водоотводящая камера (см. Рисунок 1).

Оборудование:

Плазменная сварка может выполняться вручную, механизировано или роботизировано.Однако для ручной плазменно-дуговой сварки используются следующие элементы:

  1. A Источник питания
  2. A Сварочная горелка
  3. A Пульт управления плазмой,
  4. Газы (диафрагма и защитный газ)
  5. Охлаждающая жидкость горелки
  6. Другие аксессуары, такие как пульт дистанционного управления током, таймеры потока газа и двухпозиционный переключатель

Источник питания: Источник питания, используемый для плазменно-дуговой сварки, аналогичен источнику питания, используемому для сварки TIG ( GTAW).В процессах GTAW и PAW используются источники постоянного тока и высокочастотный источник для зажигания дуги.

Сварочная горелка: Горелка для плазменно-дуговой сварки (PAW) имеет следующие характеристики:

  • Она удерживает электрод и пропускает ток через электрод
  • Внутреннее сопло для подачи газа через отверстие или плазменный газ
  • Наружное сопло для подачи защитного газа

Пульт управления плазмой: Важнейшие системы управления плазменно-дуговой сваркой заключены в плазменный пульт, также известный как пульт или пульт управления плазмой.Консоль обычно интегрирована с основным источником питания, но может быть доступна и как отдельный автономный блок. Типичная консоль управления плазмой включает в себя следующие элементы управления:

  • Поток плазменного газа
  • Поток защитного газа
  • Ток вспомогательной дуги

Газы (диафрагменный газ / защитный газ): Выбор газов для плазменной сварки зависит от следующих критериев;

  • положение сварки
  • конфигурация стыка
  • Основной металл

Защитный газ часто совпадает с газом для диафрагмы для многих приложений плазменно-дуговой сварки.Однако при использовании другого газа для определенных целей можно увидеть некоторые преимущества.

Диафрагменный газ: Диафрагменный газ должен быть инертным по отношению к электроду, чтобы избежать быстрого износа электрода. Для увеличения срока службы электрода необходимо использовать диафрагменный газ чистотой 99,99%. Расход газа через сопло обычно составляет от 0,1 л / мин (л / мин) до 5 л / мин. Наиболее часто используемые газы для диафрагм:

  • Аргон
  • Смесь аргона и водорода

Защитный газ: Обычно в качестве защитного газа используются инертные газы.Однако активный газ также можно использовать для защиты, если не считается, что он отрицательно влияет на свойства сварного шва. Следующие газы используются для защиты сварочной ванны;

  • Аргон
  • Смесь аргон-водород
  • Смесь аргон-гелий
  • Двуокись углерода

Расход защитных газов обычно находится в диапазоне от 5 л / мин до 15 л / мин для слаботочных приложений. Для сильноточной сварки используются скорости потока от 15 до 32 л / мин.

Система охлаждения: Для плазменно-дуговой сварки требуется система охлаждения. Система охлаждения должна состоять из бачка с охлаждающей жидкостью, радиатора, насоса, датчика расхода и контрольных переключателей. Для изготовления поверхностей, контактирующих с жидкостью, используются коррозионно-стойкие материалы.

Электроды: Как и GTAW, вольфрамовые электроды используются при плазменно-дуговой сварке (PAW). Вольфрамовые электроды с небольшими добавками тория, лантана или церия могут использоваться для плазменно-дуговой сварки с прямой полярностью (DCEN).Электроды из чистого вольфрама и циркония редко используются при плазменной дуговой сварке, поскольку геометрия кончика электрода не может быть сохранена. Чтобы узнать больше о вольфрамовых электродах, щелкните здесь.

Присадочный металл: Присадочный металл добавляется извне (при необходимости). При ручной сварке используется присадочный металл в виде стержней. Тогда как присадочный металл в виде проволоки используется для механизированной или роботизированной сварки. Технические характеристики присадочного металла такие же, как и при газовой дуговой сварке вольфрамом (GTAW).Чтобы узнать больше о вольфрамовых электродах, щелкните здесь.

РЕЖИМЫ ДУГИ:

При плазменно-дуговой сварке используются два типа режимов дуги:

  • Режим дуги с переносом
  • Режим дуги без переноса.

В режиме переносимой дуги электрод подключается к одной клемме источника питания (обычно с отрицательной полярностью), а заготовка подключается к другой клемме (положительной клемме).Таким образом, заготовка становится частью электрической цепи (сопло остается неповрежденным), а тепло получается от анодного пятна на заготовке и плазменной струи.

В режиме дуги без переноса электрод подключается к одной клемме источника питания (обычно с отрицательной полярностью), а сопло подключается к другой клемме (положительной клемме). Следовательно, между электродом и суживающим отверстием возникает и поддерживается дуга. Заготовка остается вне электрической дуги.Режим непереносимой дуги подходит для резки и соединения непроводящих материалов.

Преимущества плазменно-дуговой сварки (PAW):

  1. Суженное отверстие обеспечивает высокую концентрацию тепла на меньшей площади
  2. Это дает более глубокое проплавление и обеспечивает прочную сварку
  3. Меньшее потребление тока по сравнению с другим процессом сварки
  4. расстояние между горелкой и деталью (расстояние зазора) не влияет на образование дуги
  5. Может достигать более высоких скоростей движения
  6. Меньше зоны термического влияния (HAZ) по сравнению с GTAW (газовая сварка вольфрамовой дугой)
  7. Он более стабилен и не отклоняется от основного металла

Ограничения плазменно-дуговой сварки (PAW):

  1. Оборудование для плазменно-дуговой сварки является относительно дорогостоящим, поэтому затраты на запуск высоки.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *