Что такое плазменная сварка прямого действия

Плазменная сварка

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.

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.

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.

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.

Принцип действия плазменной сварки

Источником тепла данного вида сварки служит сжатая электрическая дуга, которая получается в результате процессов, происходящих в плазменной горелке.

Электрическая дуга образуется между электродом и сварным изделием в тонком сопле, куда по специальным каналам подается инертный газ (гелий, азот, водород, аргона-водородные, аргона-азотные, азота-водородные смеси), который сжимает электрическую дугу. По-другому, независимому каналу подается защитный газ. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000-30000° С.

Плазменная сварка может выполнятся на постоянном токе прямой полярности или в импульсном режиме. При использовании постоянного тока сварка выполняется плазменной струей прямого действия, т. е. изделие включено в цепь дуги, активные пятна которой располагаются на вольфрамовом электроде и изделии.

При импульсном режиме сварка выполняется струей косвенного действия, т. е. активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла.

Разновидности современной плазменной сварки

Схема плазменной сварки бывает выполнена в нескольких разновидностях, благодаря чему ее можно применять в различных отраслях производства. Кроме того, у различных плазменных аппаратов имеется различная мощность сварки. Рассмотрим перечень видов плазменной сварки:

• микроплазменная (малого тока) сварка;
• плазменная сварка на среднем токе;
• плазменная сварка (большого тока) высокомощная.

Микроплазменная сварка имеет конструкцию горелки, аналогичную горелки плазменной сварки, за исключением ее меньших габаритов. Смысл ее сводится к тому, что данной разновидностью сварки можно производить сварные соединения различных материалов, в том числе неметаллического происхождения (пластмассы, диэлектрические материалы, текстильные изделия).

Для работы аппарата микроплазменной сварки достаточно небольшая сила тока, впредь до 0,1А, при этом вольфрамовый электрод, длиной 1-2 мм способен произвести дугу диаметром в 2 мм. Таким образом могут подвергаться сварке детали, которые имеют толщину в 1,5 мм максимум.

Такие установки способны работать в импульсном и непрерывном режиме полярности, а также доступен разно полярный импульсный режим, непрерывный обратной полярности. Как правило, применение микроплазменной сварки проявляется в большей степени в ювелирном деле, а также при соединении фольги.

Плазменная сварка средних мощностей способна обрабатывать материалы довольно большей толщины, так как дуга, которая производит установка средней мощности плазменной сварки, по своей мощности занимает место между электродуговой и лазерной/электронно-лучевой сваркой.

Такая разновидность плазменной сварки работает на токе, силой от 50 до 150А и схожа по схеме и процессу сварки с аргонодуговой, но имеет значительное преимущество. Вся прелесть плазменной сварки на среднем токе состоит в том, что она воздействует на ограниченный участок изделия, уменьшая площадь нагрева.

Кроме того, происходит лучшая теплопередача, обусловленная большим давлением дуги на участок сварки. В результате, вытесняется слой расплавленного жидкого металла в участке под дугой и происходит лучшая теплопередача в глубь свариваемого изделия. В результате глубина сварки увеличивается по сравнению с обыкновенной дуговой.

Плазменная сварка на большом токе в 150А и более эквивалентна электродуговой в 300А, то есть в два раза. Принцип работы плазменной сварки высокой мощности сопровождается всеми теми же преимуществами, что и сварка на средних мощностях, однако велика вероятность прожига материала.

Аппарат плазменной сварки высокой мощности нуждается в особом охлаждении по причине неимоверно высокой температуры, воздействующей на сопло тонкого диаметра. Даже кратковременное нарушение режима охлаждения несет порчу сопла плазматрона.

Как правило, таким видом плазменной сварки пользуются для получения высококачественных сварных соединений металлов практически любой толщины и степени тугоплавкости. Кроме того, скорость сварки весьма высока по сравнению с многими другими видами.

Плазменная сварка: ионизация при высоких температурах – прочное соединение. Принципы и технология. Плазмотрон своими руками

Источник нагрева при плазменном способе сварки – плазма: ионизирующийся газ под температурой от 5500 до 50000 ̊С . Минус подводят к электроду, плюс – к соплу. Между ними горит дуга, выдувается газовая струя плазмы. В горелках для сваривания плазменной дугой одним из электродов выступает изделие.

В качестве плазмообразующих сред используют воздух, кислород, аргон, азот.

Метод применяется для качественного соединения не только тонких заготовок, но и толщиной от 8 мм, так как происходит полное проплавление изделия. Сплавляет нержавеющие, тугоплавкие, цветные металлы и неметаллические материалы.

Принцип действия плазменной сварки

Плавление происходит под воздействием плазменной дуги. Существует два её вида:

1. Прямого действия – катодом служит вольфрамовый электрод, находящийся внутри горелки, анодом – изделие. Процесс называют плазменно-дуговым: струя совмещена со столбом дугового разряда.
2. Косвенного действия – активные пятна, анодное и катодное, расположены на электроде и поверхности сопла плазмотрона. Сила и направленность потока зависят от давления газа, созданного системой и внутренним давлением сопла.

КПД дуги прямого действия на 15-30% выше, чем косвенного, что обуславливает более частое применение.

Виды и режимы плазменной сварки

По мощности сварочного тока виды технологии различают:

• на микроплазменную – производится на малых, от 0,1 до 25 ампер, токах, эффективно для изделий небольшой, до 1,5 мм, толщины;
• на средних, от 50 до 150 А, токах – обеспечивает большее проплавление при меньшей толщине шва;
• на больших, от 150 А, токах – происходит сквозное проплавление металла.

В зависимости от используемого оборудования различают способы соединения поверхностей:

1. Ручной – для небольших объёмов производства. Сопло и присадочная проволока подаются в область соединения вручную.
2. Автоматический – для промышленных объёмов. Применяются аппараты для однопроходной и многопроходной сварки, труб и плоских изделий.

С основными режимами плазменной сварки можно ознакомиться в таблице по ссылке.

Технология и суть плазменной сварки

На свариваемые поверхности из горелки-плазмотрона подают струю плазмы – ионизированного газа. Кроме плазменного, в зону соединения поступает защитный газ. В расплавленные края деталей вводится присадочный материал – лента или пруток. Из-за того, что область сварочной ванны под защитной газовой средой, шов получается качественным и ровным. При этом способе как нагревание, так и остывание металла происходит быстро. Быстрое охлаждение негативно влияет на качество шва. Чтобы избежать этого, деталь некоторое время греют: температура опускается постепенно.

Схема плазменной сварки

Оборудование для плазменной сварки

В комплект входят:

• источник питания дуги с вертикальной вольт-характеристикой;
• система подачи газа и охлаждения горелки;
• горелка-плазмотрон;
• устройство перемещения и фиксации деталей.

Рабочее место оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией.

Цены на установки – от 15 тысяч рублей для ручной, до 500 – для автоматической сварки. Аппараты для мелких работ собирают самостоятельно.

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.

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.

Нюансы плазменной сварки и область ее применения

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

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

Современное оборудование обеспечивает высокую продуктивность в сравнении с другими технологиями.

Достоинства и недостатки плазменной сварки

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

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

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

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

К основным достоинствам данных аппаратов можно отнести:

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

Разновидности

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

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

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

Схема микроплазменной сварки представлена ниже.

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

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

Приборы для микроплазменной сварки позволяют работать в нескольких режимах:

• непрерывный;
• импульсный;
• непрерывный обратной полярности.

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

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

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

Характеристики

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

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

К основным характеристикам дуги микроплазменной сварки относятся:

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

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

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

Устройство и принцип работы

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

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

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

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

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

Технология сварки

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

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

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

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

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

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

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

Используемое оборудование

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

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

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

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

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

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

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

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

Плазменная сварка прямого и косвенного действия

С ростом точности деталей, изготавливаемых в промышленности и на частных предприятиях, появляется потребность в новых технологиях сварки и резки металлов. Одним из таких нововведений является плазменная сварка. Несмотря на то, что метод появился относительно недавно, он уже успел получить и занять свою нишу в промышленности и в руках частных лиц. Давайте рассмотрим, что такое технология плазменно дуговой сварки?

Принцип работы плазменной сварки

Во многом, плазменные сварочные аппараты напоминают принцип действия аргонно-дуговых и имеют схожую конструкцию горелки, которая в нашем случае называется – плазмотроном. Процесс образования плазмы происходит именно в горелке (об этом далее).

Плазма – это одно из состояний газа, которое образуется, если пропустить его через дугу. В этот момент происходят сложные химические и физические процессы, газ приобретает особые свойства. Нам, в данном случае интересен тот факт, что температура вырывающейся из сопла плазмы может доходить до 30 тысяч градусов, а это в 6 раз больше самой горячей дуги.

Таким образом, сущностью плазменной сварки является ионизация газа, проходящего под давлением.

В таких условиях происходит резка металла, который расплавляется мгновенно, а часть его просто испаряется. Для сваривания используют более щадящие режимы, а также технологию контроля дуги. Плазменные резаки считаются одними из наиболее точных и эффективных методов резки различных металлов.

Чтобы понять принцип работы плазменной сварки, нужно перейти непосредственно к аппарату. Сама плазменная сварка представляет собой небольшую, весом 5 – 9 кг установку, внутри которой расположился понижающий трансформатор, выпрямитель и набор схем управления. К ней подключается воздушный компрессор (если в сопло подается сжатый воздух) или специальные баллоны с плазмообразующим газом и инертным газом. В качестве газа для создания плазмы используют азот, кислород, аргон, воздух. На выходе устройства имеем горелку с набором газов (для сварки) или один вид газа для резки, а также плюсовую клемму (для прямого вида сварки). Так, как температура работы этого компонента очень высока, внутри горелки имеется жидкостное охлаждение.

Обратите внимание! От эффективности охлаждения горелки будет зависеть не только качество шва, но и долговечность электрода и других компонентов. Сварщик должен внимательно следить не только за ходом сварки, но и за поступлением воды.

Дальнейшее описание технологии приводит нас к двум ее разновидностям:

Плазменная сварка прямого действия

Первый и наиболее распространенный метод плазменной сварки имеет прямое действие дуги на деталь. Сваривание происходит прямой дугой, образующейся между деталью и электродом, однако сам процесс розжига плазмы имеет двухступенчатую схему.

На первом этапе внутренний стержень плазмотрона (изображение ниже) имеет отрицательную полярность, в то время, как ближняя стенка сопла получает положительный заряд из-за замкнутого переключателя (0). Внутри сопла образуются дуги (отмечено красным), которые ионизируют проходящий газ (2) и превращают его в плазму.

Следующий этап – непосредственно сварка, для этого на деталь цепляют плюсовую клемму и подносят работающий плазмотрон. В этот момент изделие имеет лучшую проводимость, поэтому дуги концентрируются на конце вольфрамового электрода, переключатель размыкает внутреннюю цепь плазмотрона и под действием давления, а также естественного расширения газа при превращении в плазму, происходит направленный выплеск энергии. При этом плазменная дуга имеет высокую стабильность, а минимальное разбрызгивание и изоляцию сварного участка обеспечивает инертный газ, проходящий по каналу (1). Газ не только защищает плазменную дугу, но и изолирует сварную ванну.

Плазменная сварка косвенного действия

Механизм плазмообразования в данном случае схож с предыдущим методом. Главное отличие в том, что направленность плазменного потока контролируется не направленностью электрического потока, а давлением газа, созданным системой и внутренним давлением сопла. Здесь помогает тот факт, что при переходе в состояние плазмы газ начинает увеличиваться в объеме до 50 раз, поэтому при возросшем давлении естественным образом стремится вырваться из сопла.

Оба описанных способа имеют место в современном мире, однако прямой метод имеет больше плюсов. Так он гарантирует более стабильную работу на малых силах тока, позволяет меньше расходовать дорогостоящий газ и имеет заметно меньшую степень разбрызгивания.Аналогичным образом происходит резка металла, только без использования инертного газа (1).

Оборудование для плазменной сварки

Современные сварочные плазменные аппараты – это компактные устройства, сравнимые по размерам с аргонно-дуговыми, инверторными или трансформаторными аппаратами. Простейшие модели имеют компактный размер и минимум настроек для удобства пользования. С их помощью можно производить сварку и резку металла.

С ростом цены увеличивается функциональность аппаратов, так в продаже можно найти оборудование, с функцией пайки. Устройства профессионального уровня позволяют проводить операции воронения, термического оксидирования, порошкового напыления и закалки.

Ценовую политику оборудования можно разделить на несколько категорий. К стартовым, относятся устройства мощностью 8 – 12 А. Их стоимость находится в пределах 25 – 40 тысяч рублей, это самые дешевые аппараты, которые можно приобрести и они уже в разы дороже инверторов, полуавтоматов. Некоторые аппараты поддерживают функцию микроплазменной резки, другими словами работы при малых токах от 0.1А.

В средней ценовой категории расположились сварки мощностью 25 – 150А. Они имеют расширенные настройки, позволяют подключать несколько видов газов и нередко имеют расширенный функционал. Стоимость таких аппаратов от 40 до 150 тысяч рублей.

Самые дорогие из неавтоматизированных – сварки мощностью выше 150 А. В их конструкцию заложен практически весь возможный функционал плазменной технологии, но все работы производятся сварщиком. Цена начинается со 100 тысяч и может превышать отметку 1 миллион рублей.

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.

Преимущества и недостатки метода

Как видно, использование плазмы имеет свои преимущества, но не обошлось и без недостатков. Ниже, мы выделили основные положительные и негативные моменты.

Плюсы

1. Высокое качество и скорость работ.
2. Контроль глубины провара.
3. Доступность технологии частным лицам.
4. Безопасность работ.
5. В процессе работы не остается отходов.
6. Высокая точность резки позволяет дополнительно не обрабатывать кромки.

Основной положительный момент технологии – ее незаменимость. Большая часть работ может быть выполнены и другими методами, но когда речь идет о лучшей скорости, качестве и удобстве сварки, мы неизбежно приходим к плазменному методу.

Недостатки

1. Дорогие аппараты и высокая стоимость работ.
2. Высокие требования к квалификации сварщика.
3. Необходимость качественного охлаждения из-за высоких температурных потерь.

Главный минус технологии – ее сложность. Чтобы обучить хорошего специалиста требуется время и деньги, в противном случае метод не сможет принести должных результатов. Это связанно с тем, что в процессе работ важно не только контролировать процесс сварки, но и внимательно следить за охлаждением, поступлением газов и многими другими параметрами.

Заключение

Теперь вы знаете, как работает плазменная сварка. Если стоимость оборудования вас не пугает, то технологию вполне успешно можно использовать для выполнения высокоточных работ в условиях дома или небольшого предприятия. Для создания герметичных швов и изготовления соединений высокой точности, подобные аппараты будут незаменимы, тем более, если мы говорим о промышленных масштабах. Здесь в дело вступают автоматизированные плазменные комплексы, сводящие к минимуму человеческий фактор и погрешность работ.