Особенности технологии

Плазменная сварка основана на технологии аргонодуговой сварки. Различие этих технологий в особенностях дуги. В отличие от обычной электрической, дуга плазмы представляет собой сжатую плазменную струю, обладающую мощной энергией. Чтобы понять сущность процесса плазменной сварки, нужно знать, что такое плазма и условия ее возникновения.

Свариваемые материалы

– нержавеющие стали
– низкоуглеродистые стали
– оцинкованные стали
– титан
– медь, бронза, латунь
– сплавы алюминия (для источника PMI 350AC)
– для оцинкованных сталей также возможен процесс плазма-пайки

Плазмотрон – своими руками: при некоторой сноровке и минимальных знаниях несложно

Для сварочных работ с домашней техникой делают простую установку. Чтобы получить электрическую дугу, достаточно понижающего трансформатора на 30-50 V, мощностью 200-300 Вт. Держатели электродов делают из электротехнических клемников и карандаша. Древесину прорезают канцелярским ножом в нескольких местах по окружности, затем аккуратно вынимают грифель.

Ручной и стационарный держатели графитовых стержней склеивают из подручных средств. Они будут участвовать в генерировании плазмы. Чтобы не травмировать сетчатку глаз, работать лучше в специальных защитных очках.

Флюс делают, добавив воды в борную кислоту или буру. Из подручных материалов изготавливают зажимы для свариваемых деталей. Чтобы прогреть обе части будущего целого, подключают их двумя клеммами к одному полюсу трансформатора, второй полюс – к держателю графитового стержня. Место соединения обмазывают кашицеобразным флюсом. Можно приступать к работе.

Рекомендации

Не всегда со сварочным аппаратом работает профессионал, часто встречается и самоучка. Для подобной категории людей квалифицированные специалисты дают несколько рекомендаций:

• перед работой проверить исправность оборудования, давление газа в установке;
• прочистить плазмотрон до начала сварки;
• подготовить и очистить от посторонних предметов рабочую зону;
• алюминиевые детали сваривать (или резать) на низких токах.

Плазменная сварка — современная технология соединения и резки не только металлов, но и других материалов. Сварка плазмой востребована и у профессионалов, и у любителей — проста в работе и приносит хороший заработок независимо от сезона. Несмотря на высокую стоимость, необходимое для работы оборудование пользуется спросом, ведь потратив деньги однажды, можно стать обладателем замечательного агрегата с множеством дополнительных функций.

Что такое плазма и как она возникает

Плазма — это состояние газа при его частичной или полной ионизации. Это значит, что он может состоять не только из нейтральных молекул и атомов, но и из электронов и ионов

, обладающих определенным электрическим зарядом или полностью состоять из заряженных частиц. Для перевода газа в состояние плазмы нужно ионизировать большую часть его молекул и атомов. Чтобы добиться этого, необходимо приложить к электрону, входящему в состав атома, усилие, превышающее его энергию связи с ядром и помочь оторваться от него.

Для этого должны быть созданы определенные условия, которые и были разработаны в области получения плазменной дуги.

Первое упоминание о разработке плазменной сварки было в 1950 году. В 1960 году были представлены некоторые принципы получения плазменного потока и внедрена технология и оборудование плазменной сварки. У нас в стране исследованиями в этой области и разработкой технологии занимались в Институте металлов им. А. А. Байкова, руководил проектом Н.Н. Рыкалин. После изучения физических свойств и энергии сжатой электрической дуги в среде аргона, преобразованной в плазменную струю, были определены ее технические возможности в области сварки и разработано специальное оборудование.

Прямого действия

Принцип работы подразумевает создание электродуги между неплавящимся электродом и заготовкой. Вначале разжигается первичная дуга, потребляющая слабый ток и используемая для ионизации факела. После того, как проводящий электричество столб плазмы касается заготовки, замыкается главная цепь и зажигается высокоэнергетическая плазменная дуга.

Оборудование может работать на переменном и постоянном токе прямой полярности, для возбуждения и стабилизация дуги используется осциллятор.

Схема получения плазменной струи

Плазменное преобразование достигается за счет воздействия сильного электрического поля, созданного дугой при прохождении через газ, на принудительно вдуваемый газ, поступающий через сопло горелки.

Таким образом, для преобразования электрической дуги в наэлектризованную струю плазмы, необходимо выполнить два условия:

• выполнить ее сжатие;
• провести прогон через нее специального газа для создания плазмы.

Сжатие обеспечивает специальное устройство плазмотрона. В итоге, толщина струи уменьшается, а напор — возрастает. Одновременно к дуге подается газ, который под ее воздействием нагревается и превращается в плазму. За счет нагрева происходит расширение и увеличение объема газа. В результате из сопла он устремляется с большой скоростью. При этом, если обычный электрический разряд имеет температуру порядка 5000-7000оС, то плазма может достигать 30 000оС.

Для образования плазмы используют в основном аргон с добавлением небольшого количества гелия. Электрод должен быть также защищен нейтральным аргоном. В качестве электрода выбирают вольфрамовые изделия с добавлением тория или иттрия.

Технология плазменной сварки характеризуется высокой температурой и небольшим диаметром дуги, что обеспечивает ее значительную мощность.

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.

Отличия от других видов сварки

Главные отличия плазменной сварки от аргонодуговой и полуавтоматической МИГ/МАГ наглядно показаны на рисунке. Применение плазменной сварки помогает решить такие вопросы как образование брызг и пор, непровар и большой расход сварочной проволоки, повреждение электрода и коробление изделия.

Процесс

Процесс плазменной сварки начинается с двух ключевых моментов:

Возбуждение дуги

Источник питания выдает разряд и поджигает первичную дугу малым током в 5-7 ампер.

При касании заготовки будет разжигаться основная, рабочая дуга.

Нагнетание газа

Для сварки необходим аргон, он создает защитную атмосферу. Однако для резки металла можно применить сжатый воздух, это заметно снижает себестоимость работ. Его можно подавать от компрессора с ресивером. Ресивер необходим для компенсации резких перепадов давления при включении и выключении компрессора. Воздушную магистраль в обязательном порядке необходимо оснастить осушителем.

Область применения

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

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

Рекомендуем! Сварка листов полипропилена своими руками

Какими бывают плазменные аппараты

Агрегаты различаются техническими характеристиками и сферой применения. Главный классификационный признак – сила тока плазменной дуги. Эта величина, в зависимости от вида аппаратов, лежит в широком диапазоне.

Для микроплазменной сварки

Сила тока у таких агрегатов не превышает 25 А. Несмотря на это, они достаточно функциональны. Микроплазменные приборы используют для соединения тонкостенных элементов, точных и сложных работ, резки металла.

Они просты в использовании и обслуживании. Диаметр сопла горелки – менее 3 мм. Устройства функционируют на постоянном токе. Для выработки плазмы применяют ацетиленовые смеси, омедненные электроды.

Средние по силе тока

Прибор по некоторым характеристикам напоминает бытовой инвертор, выдающий силу тока в 50-150 А. Однако сфера применения среднеточного плазменного аппарата не так широка, в основном используется для резки листового металла.

Рекомендуем к прочтению Как осуществляется сварка взрывом

Читайте также:  Сварка алюминия полуавтоматом в аргоне

Рабочим газом часто становится воздух, однако можно использовать аргон или гелий. Плазмотрон и горелка имеют сложное строение. Некоторые устройства снабжаются дополнительной жидкостной системой охлаждения.

Сильноточное оборудование

Устройство способно выдавать более 150 А. Приборы этого типа практически не применяются в бытовых условиях и на небольших строительных площадках. Их используют на крупных производственных предприятиях.

Установки отличаются сложной конструкцией. Горелки снабжаются современными охлаждающими системами. При сварке применяют легированные торием или бериллием неплавкие электроды.

Основные характеристики и преимущества

Получив плазменную дугу, вы можете значительно расширить возможности сварки. Основными отличиями ее от обычной аргоновой сварки являются:

• высокая температура плазмы, достигающая 30000оС;
• малое поперечное сечение дуги;
• коническая форма дуги, характерная для аргоновой сварки, изменена на цилиндрическую форму;
• малый диаметр струи позволяет значительно увеличивать давление, с которым она воздействует на металл. Оно выше, чем при аргонной сварке почти в 10 раз.
• процесс сварки может поддерживаться небольшим током в пределах от 0,2 до 3,0 ампер.

Такие свойства плазмы обеспечивают существенные возможности этой сварки перед аргонодуговой сваркой:

• обеспечивается более глубокий проплав шва;
• уменьшается зона расплавления без разделки свариваемых кромок;
• благодаря цилиндрической форме и способности увеличиваться по длине, с помощью плазменной дуги можно проводить сварку труднодоступных мест.

По силе тока

Плазменная сварка бывает трех видов, обусловлено это силой тока:

• микроплазменная;
• на среднем токе;
• на большом токе.

Каждый способ эффективен в своей области использования. Это еще раз подчеркивает прогрессивность и популярность метода плазменной сварки.

Микроплазменная сварка

Плазменная и микроплазменная сварка – это метод соединения (а также резки) деталей с использованием ионизированного газа с температурой от 5 000 до 30 000 C, который называется плазмой.

Что это такое

Как можно отличить плазменную сварку от микроплазменной? Если величина силы тока, применяемого при сварке, составляет до 25 А – сварку называют микроплазменной, если сила тока больше – речь идет о плазменной сварке. В отличие от плазменного процесса микроплазменная сварка происходит при воздействии микротоков, что позволяет соединять детали малой толщины от 0,025 до 0,8 мм.

Микроплазменная сварка имеет следующие отличия:

• происходит при силе тока от 0,1 до 25 А;
• используется вольфрамовый электрод;
• размер плазмотрона меньше (используется микроплазмотрон).

Чаще всего микроплазменная сварка используется для соединения тонкостенных деталей приборов, для соединения трудносвариваемых металлов, например, алюминия, пластмасс, даже тканей.

Для выполнения процесса сварки нужен плазмообразующий газ, это, как правило, аргон, и защитный газ. Чаще всего это тоже аргон либо гелий, углекислый газ, или смесь аргона с гелием, водородом.

Для получения плазмы используется устройство, называемое плазмотрон. Когда включается источник питания, от вольфрамового электрода к соплу проходит дежурная электрическая дуга. По мере приближения горелки к свариваемым деталям, когда между ними остается 1-1,5 мм, образуется дуга между электродом и изделием, в этот момент плазмообразующий и защитный газы смешиваются. В сопле очень малого размера дуга плотно обволакивается защитным газом, образует узкую плазменную струю в виде «шила». При такой форме получаются сварные швы малой толщины. В этом случае деформация деталей встречается редко, поскольку площадь нагрева незначительна. Сварку можно проводить на постоянном токе или в импульсном режиме.

Достоинства микроплазменного способа:

• Возможность соединения деталей малой толщины.
• Устойчивое горение плазмы позволяет выполнить сварочные швы высокого качества даже малоопытным сварщикам.
• Возможность сварки деталей из пластмасс и текстиля.
• Возможность механизировать процесс.

Интересное: Оборудование для плазменной сварки

К недостаткам данного способа следует отнести невысокую стойкость плазменных горелок. Стойкость горелок повышают путем введения водяного или естественного воздушного охлаждения.

Процесс может производится на ручном и автоматическом оборудовании.

Читайте также:  Уровни квалификации сварщиков и как повысить разряд сварщика

Аппараты для микроплазменной резки

Во всех аппаратах для осуществления микроплазменной сварки есть два основных узла, которые определяют возможности соединений.

Первый узел: источник питания, инвертор. Также содержат устройство для розжига электрической дуги, автоматику. Различаются по:

• продолжительности нагрузки, %;
• величине силы тока (номинальной и регулируемой), А;
• напряжению холостого хода, В;
• потребляемой электрической мощности, кВА.

Для соединения черных, тугоплавких деталей применяется МПУ-4, Н-146. Установка УМПС-0301, И-167 считаются более современными и удобными, сваривают почти все металлы, включая алюминий.

Вторым компонентом является плазмотрон. Отличаются друг от друга конструктивными характеристиками, такими как:

• Наибольшая толщина стали, которую можно сварить за 1 проход.
• Сила тока (прямой дуги и дежурной), А.
• Размер электрода, мм.
• Размер сопл (плазмообразующих и для защитных газов), мм.

Плазмотроны типа УСДС.Р-45 и Т-169 могут сварить сталь толщиной до 2,5 мм, ими укомплектованы установки МПУ-4, Н-136. Плазмотроны ОБ-2592 и ОБ-2628 разработаны позднее, более удобны, имеют лучшую, более экономичную конструкцию, эргономичны. Ими дополнены новые источники питания УМПС-0301, И-167, Н-155.

Существуют и готовые установки, сразу же укомплектованные всеми необходимыми компонентами. К ним относятся аппараты Microplasma 20,50,150, отличающиеся друг от друга мощностью установки, а также Мультиплаз 3500, 4000, 7500, имеющие возможность сварки водно-спиртовой смесью.

Сравнение: сварка аргоном или плазмой

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

Отличие аргонной сварки от плазменной сварки

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

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

Аргон или плазма: что лучше

Каждый вид процесса хорош для своих целей. Аргоновая сварка имеет очень широкую область применения: можно варить практически все, что вообще способно образовывать сплавы с приемлемыми механическими свойствами. Очень широко используется аргоновая сварка в аэрокосмической промышленности, особенно в ракетной технике, где к тонким металлическим деталям и швам предъявлены очень высокие прочностные требования.

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

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

***

Плазменная сварка, без всяких сомнений, представляет большой интерес как мощный источник нагрева с малой областью воздействия. Тот факт, что запатентована она была еще в начале 60-х прошлого века, а в открытых источниках о ней до сих пор можно найти не так уж много информации, говорит о том, что эта технология попала в гражданскую промышленность от военных, которые тщательно скрывают все и всегда, просто по природе своего ведомства. А действительно ценные вещи они берегут пуще глаз до последнего. Таким образом, и для гражданских инженеров в промышленности, и для домашних умельцев тут открывается большое поле для самостоятельных исследований.

Важные требования

Возможно, для многих плазменно-дуговая сварка покажется простым процессом, который можно с легкостью выполнить с первого раза не имея большого опыта. Однако во время него обязательно требуется соблюдать все важные правила технологии. К основным ошибкам относятся:

• запоздалая замена сменных компонентов плазмотрона;
• применение деталей с низким качеством или дефектами;
• использование некорректных режимов, которые снижают длительность срока службы элементов;
• отсутствие контроля за параметрами плазмообразующего газа;
• применение высокой или низкой скорости резки по сравнению с предусмотренным режимом.

Все эти важные требования относятся к плазменному сварочному процессу, а также его подвидам — микроплазменной сварке, воздушно-плазменной сварке и другим методам. Обязательно требуется применять сварочный аппарат, который сможет обеспечить необходимые характеристики сварочного тока. Понадобится горелка, неплавящийся электрод, комплект шлангов для подачи или циркуляции охлаждающей жидкости и другие важные компоненты для работы.

Плазменный сварочный процесс считается востребованной технологией, которую активно применяют в разных областях промышленности — машиностроение, приборостроение, изготовление деталей высокой точности, ювелирная сфера и так далее. Этот метод отличается высокой точностью, он позволяет получить ровный шов отличного качества. Но все же его проведение должно осуществляться с учетом важных правил и требований.

Плазменная сварка: принцип работы установки и в чем заключается сущность работы плазмотрона

страница » Плазменная сварка » Принцип работы плазменной сварки
Плазменная сварка это высокотехнологичный способ обработки металлов. Без лишних преувеличений, его можно назвать лучшим, среди существующих методов сваривания.

Особенности плазменной сварки

Теплогенерирующие параметры плазмы гораздо выше, чем у других сварочных методов. Чтобы контролировать режим разогрева, нужен охлаждающий контур – циркулирующая по нему вода отводит избыточное тепло, из-за этого большие энергопотери.

Основные расходные материалы – сопло (горелка выходит из строя при перегреве), тугоплавкие вольфрамовые электроды.

Для производства плазменного оборудования нужны огнеупорные материалы, поэтому стоимость сварочных аппаратов в разы выше, чем для электродуговой или аргоновой сварки.

Технологические сложности не пугают, плазменная сварка нередко применяется в промышленности, особенно, если нужны качественные соединения. Ровные швы не нужно зашлифовывать. Метод применим для алюминия и других сложных сплавов.

Область применения

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

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

Рекомендуем! Как сварить титан в среде аргона

Устройство и принцип работы

Принципиальное отличие плазменного метода – высокая температура плазмы (до 8000°С), подаваемой в рабочую зону. Ванна расплава защищается атмосферой аргона, постоянный температурный режим стабилизирует система охлаждения. Без нее плазмотрон расплавится, плазма разогревается до 30 тысяч градусов.

В сущности, плазменная сварка заключается в способности аргона переходить в плазму под действием дуги. Ток работает как плазмогенератор, пронизывает электропроводный аргон.

Плазмообразование под действием прямого или переменного тока происходит в плазмотроне. Это открытый с двух сторон конус, сужающийся к низу, в котором по центру расположен тугоплавкий электрод (для этого применяют вольфрамовые с добавками лантана, тория, циркония, иттрия), а внизу – сопло. Из него под большим давлением вырывается плазма.

В качестве плазмообразующего газа применим аргон с добавлением водорода. Он принудительно нагнетается в конус сверху. Поле создается путем подведения тока к двум полюсам: электроду и наружной части горелки. При ионизации и нагреве газ моментально расширяется, он вытесняется за счет внутренних сил мощной струей. Регулятором подачи плазмы выступает сопло.

От его диаметра зависит толщина плазменного потока. Размер плазмотрона зависит от режима работы. Чем выше токи, чем больше верхний и выходной диаметры. Одновременно со струей плазмы к рабочей зоне в непрерывном режиме подводится аргон для создания защитного облака, предохраняющего расплав от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе.

Благодаря аргону, швы получаются чистые, без включений окалины.

Плазменная сварка заключается в способности аргона переходить в плазму под действием дуги

По силе тока

Плазменная сварка бывает трех видов, обусловлено это силой тока:

• микроплазменная;
• на среднем токе;
• на большом токе.

Каждый способ эффективен в своей области использования. Это еще раз подчеркивает прогрессивность и популярность метода плазменной сварки.

Микроплазменная сварка

Плазменная и микроплазменная сварка – это метод соединения (а также резки) деталей с использованием ионизированного газа с температурой от 5 000 до 30 000 C, который называется плазмой.

Недостатки технологии

Сварка не лишена недостатков:

• во время ее проведения происходит частичное рассеивание энергии в пространство;
• возникает потребность в плазмообразующем газе и охлаждении плазмотрона водой;
• стоимость оборудования значительно выше стоимости аргонодуговых аппаратов.

Плюсы и минусы

Как и любая технология, плазменная сварка имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам можно определить:

• высокая скорость плавления заготовок;
• точные и качественные швы;
• отсутствие шлака;
• ровные края деталей при резке;
• экологичность;
• безопасность;
• простота в использовании;
• контроль глубины провара.

К отрицательным же моментам относятся:

• высокая стоимость оборудования;
• контроль охлаждения плазмотрона.

Несмотря на то, что минусы у плазменной технологии существуют, они незначительны. Да и стоимость оборудования окупается довольно быстро, особенно квалифицированным мастером.

Нагнетание газа

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

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

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

Используемое оборудование

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

Устройство оборудования для сварки.

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

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

По своим возможностям плазменная дуга уступает пальму первенства только лишь нескольким технологиям, основанным на лазерном и электронном лучах. В сравнении с другими методами, плазменный отличается более высокой эффективностью и производительностью.

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

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

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

Виды плазменной сварки

Плазменные устройства работают преимущественно с горелками, использующими постоянный ток.

Применяют две схемы работы:

• С использованием дуги, образованной между неплавким электродом и свариваемой поверхностью металла;
• С использованием струи плазмы, образованной между неплавким электродом и корпусом плазмотрона.

Соединение металлов с использованием плазмы разделяют также по значению величины используемого тока. Применяется следующие виды сварки:

• микроплазменный вид, проходящий в интервале тока от 0,1 до 25 ампер;
• сварка с использованием средних токов, величиной от 50 до 150 ампер;
• сварка с использованием токов более 150 ампер.

При микроплазменной сварке металл практически не прогорает. В случае использования токов большого значения достигается полное проплавление шва с разделением изделий и последующей их заваркой.

Устройство и принцип работы плазмотрона

Аппарат, выполняющий роль плазменного генератора, называют плазмотроном. Он представляет собой устройство, использующее энергию электричества для создания плазменного состояния газа и дальнейшего использования плазмы в образовании сварочной дуги.

Используют два вида конструкций плазмотронов, работающих по схеме косвенного или прямого образования дуги.

Для плазменной сварки используют преимущественно плазмотрон, работающий по прямой схеме, когда катодом служит вольфрамовый электрод, а анодом — свариваемая поверхность. Именно тогда дуга приобретает форму цилиндра.При косвенной схеме работы струя плазмы имеет обычный конический вид.

Основными узлами такого устройства являются:

• вольфрамовый электрод (катод), который образует одну связку с устройством подачи плазмообразующего газа;
• корпус устройства;
• сопло с формообразующим наконечником;
• термостойкий изолятор;
• охлаждающая система с использованием водной струи;
• пусковое устройство.

Для возбуждения основной дуги к поверхности металла от аппарата подключается положительно заряженный кабель.

Возникшая дуга ионизирует газ, поступающий из баллона или компрессора в камеру под давлением. При разогреве во время ионизации газ расширяется и выбрасывается в виде струи плазмы из камерного пространства с большой кинетической энергией.

Для того, чтобы облегчить розжиг основной дуги, в камеру плазмотрона встроен вспомогательный электрод, выполняющий роль анода. При включении плазмотрона в сеть и его запуске этот электрод получает положительный заряд, образуя дугу с вольфрамовым катодом. Возникшая плазменная струя разогревает свариваемый металл и провоцирует розжиг основной мощной плазменной дуги по схеме “вольфрамовый катод-поверхность металла”. Выполнив свою функцию, дежурная плазменная дуга гасится, а аппарат продолжает работать на основной струе плазмы.

Косвенного

Способ возбуждения дуги косвенного действия похож на предыдущий, с тем различием, что она разжигается между электродом и проводящим наконечником сопла, на который подается положительный потенциал.

Прямое (слева) и косвенное действие (справа).

Поддерживать плазменный разряд можно при минимальных значениях тока и расходе газа. Он используется для сваривания или раскроя малогабаритных заготовок. При этом минимизируется разбрызгивание расплава.

Пример сборки установки для резки и сварки крупных деталей

Для подачи газа используют аргоновый рукав. Потребуется осциллятор и два дросселя. Держатель изготавливают из подручных средств, используют вольфрамовый стержень и медный изолятор, выточенный из медной трубки. Конусная насадка для подачи аргона тоже из меди. Недостатком изобретатель считает продувку аргоном, подающимся из баллона. Аппараты заводского изготовления работают на сжатом воздухе.

Промышленность на сегодняшний день развивается быстрыми темпами. Возникают каждый год новые методики сварок, которые при современном частном строительстве начинают пользоваться популярностью. Данные способы зачастую облегчают работу, но не теряют по сравнению с раньше придуманными методами, своей безопасности и функциональности. Одним из них является плазменная сварка и плавление деталей.

Содержание:

Сущность плазменной сварки

Плазменную сварку используют для пайки «нержавейки», стальных труб и других металлов. Плазменная сварка представляет собой процесс, при котором совершается локальное расплавление металла с помощью плазменного потока. Плазмой называют ионизированный газ, содержащий заряженные частицы, которые могут проводить ток.

Читайте также:  Изготовление самодельных однозаходных фрез

Газ ионизируется при нагреве высокоскоростной сжатой дугой, которая вытекает из плазмотрона. Чем выше температуру имеет газ, тем уровень ионизации будет выше. Температура дуги может достигать 5000-30000 градусов Цельсия. Технология плазменной сварки похожа на процедуру аргонной сварки. Однако обычную сварочную дугу нельзя отнести к плазменной, потому что её рабочая температура намного ниже – до 5 тысяч градусов.

Из всех разновидностей воздействия на металлы наиболее распространенной считается именно плазменная сварка, потому что начали применяться в современной тяжёлой промышленности нержавеющие стали, цветной металл, специальные сплавы и некоторые сплавы цветных металлов, а для данных материалов газовая и прочие обработки считаются малоэффективными.

Плазменной дугой называют более концентрированный источник нагрева, который без разделки кромок позволяет сваривать большие толстые металлы. Из-за собственной цилиндрической формы и возможностей значительного увеличения длины подобная дуга позволяет проводить плазменную сварку своими руками в труднодоступных местах и при изменениях расстояния от изделия до сопла горелки.

Принцип работы

Для превращения обычной дуги в плазменную, для повышения мощности и температуры обычной дуги принято использовать два процесса: сжатие и процедуру принудительного вдувания в дугу плазмообразующего газа. В процессе в качестве плазмообразующего газа принято использовать аргон, иногда с добавкой водорода или гелия. Как защитный газ также необходимо использовать аргон. Материалом электрода является вольфрам, активированный торием, иттрием и лантаном, а также медь и гафний.

Читать также: Структура стали после высокого отпуска

Сжатие дуги осуществляют за счет расположения ее в специальном плазмотроне, стенки которого в интенсивном порядке охлаждаются водой. Поперечное сжатие дуги в результате сжатия снижается и в итоге возрастает ее мощность – энергия, приходящаяся на единицу площади.

В область плазменной дуги одновременно со сжатием вдувается плазмообразующий газ, нагреваемый дугой, ионизируется и повышается из-за теплового расширения в объеме в сто раз. Кинетическая энергия ионизированных частиц, что содержаться в плазмообразующем газе, дополняет тепловую энергию, которая выделяется в дуге в результате совершающихся электрических процессов. Поэтому плазменные дуги и называют более мощными источниками энергии, чем обычные.

Кроме высокой температуры, основными чертами, которые отличают плазменную от обычной дуги, являются: меньший диаметр дуги, давление на металл дуги больше в шесть-десять раз, чем у обычной, цилиндрическая форма дуги наряду с обычной конической, возможность поддерживания дуги на малых токах – порядка 0,2–30 Ампер.

Возможны две схемы плазменной сварки: сварка плазменной дугой, в рамках которой дуга горит между изделием и электродом, и струей плазмы, когда горит дуга между соплом плазмотрона и электродом и выдувается потоками газа. Наиболее распространенной является первая схема.

Преимущества плазменной сварки

Выделяют следующие преимущества плазменной сварки и плавления металлов по сравнению с классическими способами:

• Можно использовать плазменный сварочный аппарат в работе почти со всеми металлами – чугун, сталь, алюминий с его сплавами, медь с её сплавами.
• Скорость резки металла, который имеет толщину 50 – 200 миллиметров, выше в 2-3 раза, чем при проведении газовой сварки.
• Нет необходимости в использовании ацетилена, аргона, кислорода или пропан-бутана, что существенно уменьшает цену работы плазменным аппаратом.
• Точность швов при плавлении и сварке, а также качество процедур практически исключают будущую обработку кромок.
• Металл при сварке не деформируется, даже если нужно вырезать сложную конфигурацию или форму. Технология плазменной сварки позволяет проводить процедуру резки по неподготовленной поверхности – окрашенной или ржавой. При резке крашеной конструкции не возгорается краска в области работы дуги.
• Безопасное совершение работ, потому что при использовании плазменного резака не применяются баллоны с газом. Данный фактор отвечает за экологичность подобной работы.

Виды плазменной сварки

Плазменная сварка своими силами в настоящее время считается достаточно распространенным процессом, популярность которого является вполне очевидной. Зависимо от силы тока выделяют три разновидности плазменной сварки: микроплазменная, на средних и больших токах. Выбрав определенный вид, вы узнаете, сколько стоит плазменная сварка собственными силами.

Микроплазменная сварка

Самой распространенной считается микроплазменная сварка. Благодаря высокому уровню ионизации газа в специальном плазмотроне и использованию вольфрамовых электродов, которые имеют диаметр 1–2 миллиметра, плазменная дуга способна гореть при чрезмерно малом токе, начиная с показателя 0,1 Ампер.

Читайте также:  Холодная сварка металлов – никакого волшебства!

Специальные малоамперные источники питания постоянного тока предназначены, чтобы получить дежурную дугу, которая непрерывно горит между медным водоохлаждаемым соплом и электродом. При подведении к изделиям плазмотрона зажигается основная дуга, питаемая от источника. Подается плазмообразующий газ через сопло плазмотрона, которое имеет диаметр около 0,5–1,5 миллиметров.

Микроплазменная сварка – весьма эффективный способ сплавления изделий, которые имеют малую толщину – до 1,5 миллиметра. Диаметр плазменной дуги достигает 2 миллиметров, что позволяет теплоту сконцентрировать на ограниченном участке изделий и нагревать области сварки без повреждения соседнего участка. Подобная дуга позволяет избежать прожогов, которые характерны для обыкновенной аргонодуговой сварки тонких металлов.

Основным газом, который используется в качестве защитного и плазмообразующего, выступает аргон. Зависимо от свариваемого металла добавляются к нему различные добавки, которые увеличивают эффективность процедуры плазменной сварки металла. При сварке стали целесообразна добавка к защитному аргону 8–10% водорода для увеличения тепловой эффективности плазменной дуги. При сварке низкоуглеродистой стали к аргону можно добавлять углекислый газ, при сварке титана – гелий.

Установки для процесса микроплазменной сварки позволяют совершать сварку в разных режимах: импульсной или непрерывный прямой полярности, разнополярными импульсами, непрерывный обратной полярности. Микроплазменную сварку успешно применяют при производстве тонкостенной емкости или трубы, приварке сильфонов и мембран к габаритным деталям, изготовлении ювелирных изделий и соединении фольги.

Сварка на среднем токе

Процесс сварки на средних токах 50–150 Ампер много общего имеет с процедурой аргонодуговой сварки электродом из вольфрама. Однако она считается более эффективной из-за ограниченной площади нагрева и высокой мощности дуги. Плазменная дуга по энергетическим характеристикам занимает между обыкновенной дугой и лазерным или электронным лучом промежуточное положение.

Плазменная сварка на среднем токе гарантирует более глубокое проплавление, по сравнению с традиционной дугой, при меньшей ширине швов. Кроме энергетической характеристики, это объясняется и высоким уровнем давления дуги на сварочные ванны, в результате чего уменьшается под дугой толщина прослоек жидкого металла и улучшаются условия передачи теплоты вглубь основного металла. Принцип работы плазменной сварки позволяет осуществлять работу с использованием присадочной проволоки.

Описание самого популярного устройства для плазменной сварки «Горыныч»

Данный аппарат стоит из 2 отдельных модулей – плазмогенератора и управляющего блока. В качестве плазмообразователя используется вода.

Агрегат отличается компактными размерами, низким энергопотреблением. Его часто применяют в бытовых условиях.

Принцип действия устройства таков:

1. Низкотемпературная плазма образуется за счет дуги, возникающей между контактами.
2. Вода нагревается до экстремальной температуры. Под давлением она превращается в направленную плазменную струю.

Научиться работать с аппаратом «Горыныч» может любой домашний мастер. Устройство удобно в управлении, к нему прилагается инструкция с подробным описанием способов подключения. Агрегат можно применять для сварки, резки, пайки, тушения огня.

Требования и условия для использования технологии

К плазменно-дуговой сварке предъявляются следующие требования:

1. Перед началом работы дугу «закручивают». Это объясняется возможностью распада. «Закрутка» помогает сформировать устойчивую тонкую дугу, т.к. газ быстро ионизируется. На деталь оказывается мощное тепловое воздействие, концентрирующееся в одной точке. В этом месте происходит расплавление.
2. При сварке нужно поддерживать мощную дугу. Она способна расплавлять любые металлы и сплавы независимо от их толщины и физических свойств. Детали нагреваются до температуры плавления и даже кипения.
3. Сварочную ванну защищают инертным газом – аргоном, парами ацетона, азотом. Сопло одновременно подает плазму и защитную среду. Поэтому расплав не взаимодействует с воздухом. Материал не окисляется, шов приобретает высокую прочность.