Технологія плазмового зварювання

Що таке плазма? Це іонізований газ (повністю або частково), в якому присутні як нейтральні атоми, так і заряджені електрикою. Якщо говорити саме про такий стан плазми, то і електричну зварювальну дугу можна вважати такою. Але на практиці дугу плазмою не називають, тому що її температурний межа – це 5000-7000С, у плазми для зварювання металів він доходить до 30000С. Тому плазмова різка – це висока температура з великим запасом енергії.

Щоб зі звичайної зварювальної дуги зробити плазму, необхідно її стиснути і подавати на дугу газ, який під дією температури і стане іонізуватися. Стиснення виробляється за рахунок того, що дугу заганяють в спеціальний прилад з вузьким проходом, стінки приладу при цьому охолоджуються. До речі, такий прилад називається плазмотроном. При стисненні дуги відбувається її звуження, за рахунок чого підвищується щільність і потужність, тобто, збільшується кількість енергії на одиницю свариваемой площі.

У процесі стиснення дуги в плазмотрон подається газ, з якого потім і утворюється сама плазма. При нагріванні газ збільшується майже в 100 разів. Вузьке сопло плазмотрона і великий обсяг газу створюють умови, при яких іонізований газ вилітає назовні з величезною швидкістю. Тобто, виходить, що до теплової енергії електричної дуги додається і кінетична енергія рухомого іонізованого газу. Звідси і висока потужність плазмової енергії.

Отже, сутність плазмової енергії тепер зрозуміла. Вона відрізняється від дугового:

  • значною температурою;
  • зменшеним в кілька разів діаметром зварювальної дуги;
  • форма плазмової дуги циліндрична, у електричної дуги вона конічна;
  • тиск при зварюванні на метал в 8-10 разів вище;
  • при цьому можна таку дугу підтримувати на невеликих значеннях струму – 0,2-30 ампер.

З огляду на це, можна сказати, що плазмова дуга більш універсальний засіб для нагріву металевих заготовок. З її допомогою здійснюється більш глибокий прогрів металу, але при цьому область нагріву сильно зменшується. Вся справа в циліндричній формі дуги, яка має однакові розміри і потужність протягом усього її довжини, що дозволяє варити заготовки без урахування довжини самої дуги. А це дуже важливо, коли проводиться плазмова зварювання у важкодоступних місцях.

Технологія плазмового зварювання

Плазмову зварку металу можна проводити двома технологічними схемами.

  1. Дуга розташовується між заготівлею і не плавиться електродом.
  2. Дуга знаходиться всередині плазмотрона в соплі і видувається звідти струменем плазми.

Найчастіше для зварювання металів використовується схема під номером один. Що стосується газу, то зазвичай для цього використовується аргон. Як електрод – стрижень з вольфраму, рідше міді.

Існує кілька параметрів, які ділять плазмову зварку на групи. Наприклад, по потужності.

  • Низька – 0,2-25 ампер.
  • Середня – 50-150 ампер.
  • Висока – більше 150 ампер.

Перша група – найпоширеніша. Це енергоємна технологія, в якій можна використовувати електроди діаметром 1-2 мм. При цьому зварювальний дуга буде горіти навіть при дуже незначних показниках сили струму – 0,2 ампера.

Як працює апарат плазмового зварювання при таких режимах?

  • За допомогою джерела живлення (малоамперной) запалюється чергова дуга, яка горить між неплавким електродом і соплом плазмотрона, сопло виготовляється з міді. При цьому дана деталь охолоджується водою, щоб не розплавитися.
  • Як тільки плазмотрон підноситься до металевої заготівлі, запалюється основний зварювальний дуга.
  • У сопло плазмотрона подається газ, з якого буде утворена плазма.
  • Усередині плазмотрона є два сопла: мідний – він же внутрішній, керамічний – він же зовнішній. Між ними є простір, по якому рухається захисний газ. З його допомогою закривається зона зварювання від негативного впливу кисню і вологості.

Необхідно відзначити, що безпосередньо електрод від джерела електричної енергії не запалюється. Між ними встановлюється спеціальний прилад, який називається осциллятором. Він стабілізує зварювальну дугу і при цьому дає можливість запалити її без дотику електрода з металом.

Плазмова зварювання металевих заготовок із середньою величиною струму дуже схожа на процес з’єднання за технологією аргонодуговой. Але висока потужність, плюс невелика площа нагріву робить її більш ефективною. Якщо говорити про те, в якому діапазоні знаходиться цей вид плазмового зварювання, то можна поставити її між звичайною електродугової і лазерної.

Що стосується ефективності, то необхідно відзначити:

  • глибокий проварена при невеликій ширині зварювального шва;
  • великий тиск на зварювальну ванну, що забезпечує зменшення шару розплавленого металу під дугою, а це збільшує тепловіддачу вглиб заготовки;
  • процес зварювання може проводитися без присадного дроту або з такої.

Плазмова зварювання при великих значеннях струму – це величезний вплив на сам метал. Наприклад, даний режим зварювання при плазмі проводиться з використанням струму величиною 150 А, точно такі ж показники дасть звичайна електродугове зварювання при споживанні струму не менше 300 А. При цьому плазма наскрізь пропалює сполучаються металеві заготовки, після чого проводиться проплавление і зварювання на всю глибину . Тобто, спочатку відбувається розрізання, далі заварка.

При такому прожогам нижній шар металу не випадає з шва. Він утримується в зоні силами поверхневого натягу. Ось чому дуже важливо правильно дотримуватися режиму зварювання. Тому що, збільшуючи струм, можна пропалити заготовки, не втримавши нижній розплавлений шар металу.

Зазвичай високими струмами варять низьковуглецеві або леговані сталеві сплави, титан, алюміній і мідь. Важливо правильно виставити режим зварювання, і, звичайно, забезпечити режим охолодження сопла. Невелике порушення може привести до значного зниження якості кінцевого результату.

Особливості зварювальних апаратів

Плазмовий зварювальний апарат, в незалежності від його вартості, буде працювати довго і ефективно, якщо подбати про охолодження сопла. Найпоширенішими сьогодні є апарати, охолодження в яких проводиться водою. Є агрегати і зі спиртним охолодженням.

Тут необхідно правильно налаштувати подачу води в сопло, тому що надмірне її надходження створить велику кількість пара, а це причина збільшення розбризкування металу. Новачкам рекомендується для цього вибирати зварювальний апарат, у яких отвір сопла більше, ніж зазвичай. Це знизить виділення пара, плюс збільшить захоплення плазмовою дугою ділянок двох заготовок.

Що стосується використовуваних матеріалів в процесі плазмового зварювання, то сьогодні аргон часто замінюється технічними газами: воднем, киснем, азотом та навіть стисненим повітрям, що знижує фінансові витрати. Замість вольфраму для електродів використовують стрижні з цирконію або гафнію, що дозволяє сьогодні вести зварювання в окислювальних середовищах.

Щоб забезпечити якість зварювального шва, необхідно зберегти потужність свариваемой дуги і зменшити при цьому її тиск на розплавлений метал, щоб останній не видувався із зони зварювання. Це безпосередньо впливає на формування шва. Тому дуже важливо знайти раціональне співвідношення багатьох параметрів зварювального режиму: витрата плазми, сили струму, довжина електричної дуги. Наприклад, щоб зварити дві заготовки з алюмінію або нержавіючої сталі товщиною 10 мм, необхідно збільшити діаметр каналу, по якому рухається плазма назовні, що призводить до зниження обтиснення дуги.

Але найбільше досягнення – це розробка микроплазменной зварювання, яку вперше провели інженери компанії «Сешерон» зі Швейцарії. Плазмова зварювання цього типу дає можливість з’єднувати між собою дуже тонкі аркуші: 0,025-0,8 мм, виготовлені з різних металів. Цей спосіб зварювання сьогодні активно застосовується в літакобудуванні, електронної, медичної, атомної та інших галузях промисловості.

Напевно, треба буде сказати, що процес плазмового зварювання (відео розташоване нижче) в найближчі кілька десятків років буде активно застосовуватися для з’єднання тонких металевих заготовок. А в деяких випадках це буде єдиний варіант. Так що є сенс до нього придивитися уважніше.

0

Ссылка на основную публикацию