Принцип работы и оборудование для плазменной сварки

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

Плазма образуется внутри сопла, обжимаясь в нем образующим плазму газом и охлаждаемыми водой стенками и стабилизируясь. Это способствует образованию концентрированного столба дуги со значительным увеличением числа ударений друг с другом частиц плазмы. Одновременно сильно повышаются температура столба дуги со степенью ионизации, а также плазменная кинетическая энергия, используемая в аппаратах плазменной резки и сварки. Горелка, называемая еще плазмотроном, представляет собой приспособление, предназначенное для образования направленного потока плазмы. Он, обладая значительным запасом энергии, способен перемещаться со значительной скоростью.

Дуги со струями в плазменной сварке металла получают с помощью устройств с различными схемами. Дуга плазмы получается от совмещения канала с соплом, причем обрабатываемый материал служит одним из электродов, а столб дуги совмещен со струей плазмы. Разряд дуги, получаемый между электродами, создает струю плазмы. В качестве одного из электродов могут выступать как само изделие, так и стены канала с раздельным соплом.

Сущность технологии плазменной сварки

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

С использованием плазменной, то есть сжатой, дуги проводят сварку почти любых металлов в соединениях всех пространственных положений. В виде газа, образующего плазму, в установках плазменной сварки служат аргон с гелием, они же применяются и в качестве защиты. К достоинствам этой сварки относят большую эффективность с незначительной чувствительностью к изменениям длины дуги, а также способность к удалению вольфрамовых частиц из металла шва. При этом возможно без скоса кромок сваривание металлов толще 15 мм с особым грибовидным проваром. Эта особенность объяснима получением в основном материале отверстия, проходящего насквозь. В него возможен выход плазменной струи с переходом на обратную часть детали. В сущности, вся процедура является прорезанием детали с последующей заваркой разреза.

Плазменной сварке и резке доступны многие соединения. Например, стыковые – с металлом толщиной около 2 мм варят с проведением отбортовки кромок, а при работе с заготовками большей толщины (около 10 мм) рекомендован скос кромок. Когда это необходимо, применяют добавочный металл. Сварка металлических деталей с толще 25 мм требует разделки кромок с ее углом и глубиной намного меньшими, чем в случае использования аргонодуговой сваркие. Благодаря этому технология плазменной сварки позволяет снизить в несколько раз количество используемого присадочного материала. Он вводится в плазменную струю по краю сварочной ванны. Самым большим числом достоинств обладает сварка сжатой дугой для работы с листовым металлом без разделывания кромок и пользования присадочным материалом.

Характеристики плазменной сварки должны позволять соединение толстолистных материалов в несколько проходов без сквозного проплавления. С этой целью при укладке второго и последующих слоев металла требуется регулировка силового воздействия плазменной струи, чтобы не был вытеснен расплавляемый металл из сварочной ванны. Делается это путем изменения уровня потребления плазмообразующих газов.

Характеристики оборудования для плазменной сварки

Основная часть сварочных работ с металлами и сплавами малой толщины (около миллиметра) также ведется плазменной сваркой. Применение прочих видов сварки для этих случаев не всегда доступно из-за ряда причин, кроющихся в эксплуатации, технологии либо конструкции изделия. А оборудование для плазменной сварки, использующее большие токи, формирует посредством плазмотрона дугу, обладающую намного устойчивостью в пространстве большей, чем просто горящая дуга. Причем разделение в подаче газов (защитного и плазмообразующего) способствует применению для сварки разнообразных газовых смесей.

Такое устройство плазменной сварки благодаря наличию сжатой дуги идеально в соединении тонколистных материалов. Этим обусловлено возникновение по сути отдельного метода соединения деталей – микроплазменной сварки для особенно тонких металлических материалов, осуществляемой посредством малоамперной сжатой дуги. Используемая для этого в виде концентрированного источника тепла сжатая дуга называется микроплазмой. Она возбуждается особыми горелками – плазмотронами. Применение такой дуги способствует надежности операции сварки даже на самом небольшом токе, это позволяет варить достаточно тонкий металл, что невозможно сделать посредством аргонодуговой сварки.

Для работ с тугоплавкими либо химически активными металлами сварочные аппараты плазменной сварки позволяют вести сварочные работы в вакууме. Они обеспечивают высокое качество сварки материала толще 1 мм. Такая возможность существует из-за сжатия дуги с низким давлением на токе больше 80 А. Ее импульсное питание способствует уменьшению обычных сварочных токов с сохранением значительной частоты импульсов. Возможности импульсного режима позволяют вести регулировку в большом диапазоне не только тока, но и мощности плазменной дуги с низким давлением. Все это позволят варить очень тонкий металл.

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