В чем заключается суть плазменной сварки?

Плазменная сваркаэто относительно новая технология. ее применение постоянно ширится и захватывает все новые области. Этот способ варить и резать металлы позволяет работать быстро, с минимальным расходом ресурсов и получать поверхности, не нуждающиеся в дальнейшей обработке. Сложность и дороговизна оборудования стоят на пути повсеместного распространения метода.

В чем заключается сущность?

Плазма представляет собой ионизированный газ, атомы которого под действием электродуги лишаются одного или нескольких электронов. Такой газ обладает высоким энергетическим потенциалом и способен расплавить даже самые тугоплавкие материалы. Установка создает узко сфокусированный поток пламени с температурой до 30 000оС, это в 5 раз больше, чем может развить аппарат дуговой сварки.

Для создания плазменного факела используется специально сконструированная плазменная горелка, которую называют плазмотроном. В центре ее расположен неплавкий вольфрамовый электрод, сопло для формирования потока плазмы и форсунки подачи горючего и защитных газов. В сопло встроена система жидкостного охлаждения, чтобы защитить его от перегрева.

Такое оборудование позволяет разрезать и сваривать заготовки толщиной до 10 мм, поверхность шва или разреза отличается идеальным качеством и не требует дополнительной механической обработки. Сварочному аппарату на плазме доступны все сварочные положения.

Плазменная сварка применяется везде, где требуется создать неразъемное соединение материалов высокой прочности, в том числе и плохо поддающихся обработке. Свариваются цветные и легкие металлы, нержавеющие, жаростойкие, инструментальные и другие высоколегированные сплавы. В процессе работы расходуется малое количество материалов и минимизируются отходы. Это делает его выгодным для работы с драгоценными и редкими металлами при создании высокотехнологичной продукции.

Метод используется в таких областях, как:

  • точное машиностроение;
  • аэрокосмическая промышленность;
  • оборонная техника;
  • ювелирное дело и др.

Дуга при плазменной сварке и резке может быть двух типов:

  • между заготовкой и неплавким электродом;
  • между проводящим соплом плазмотрона и неплавким электродом.

В качестве рабочего газа, из которого возникает плазменный поток, используют:

  • воздух;
  • кислород;
  • азот;
  • аргон.

Исходя из значений рабочего тока различают:

  • микросварку, до 25А
  • средние токи, 25-150А;
  • большие токи, более 150А.

Плазменная технология в резке и сварке реализуется двумя способами: прямого и косвенного действия.

Что такое плазма и как она возникает?

Плазмой называют особое состояние газа, при котором его атомы подверглись ионизации, то есть потеряли со своих орбит электроны. Чтобы выбить электроны с атомарных орбит, требуется приложить значительную энергию. Она затрачивается на инициацию плазменной дуги, в дальнейшем она поддерживает себя сама.

Получившееся газовое облако содержит в себе отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы – атомы, потерявшие свои электроны. В облаке также присутствует некоторой количество обычных атомов, сохранивших свои электроны.

Исследования в области применения плазменного факела для сварки начались во второй половине XX века. Первые образцы оборудования были созданы в 60-х годах. Современные установки далеко ушли вперед. Они более мощные, экономичные, точные, проще в обслуживании и в тысячи раз дешевле первых образцов. Последние факторы сделали возможным применение метода на небольших предприятиях и даже в домашних мастерских.

Схема получения струи

Сущность ионизации газовой струи, выходящей из форсунки, заключается в воздействии на нее электродугой и повышенным давлением.

Форма форсунки спроектирована так, чтобы снизить сечение струи и сжать выходящий газ. Через него пропускается электродуга, и он ионизируется.

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.

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.

Микроплазменная

Суть процесса заключается в том, что между неплавящимся электродом и соплом разжигается первичная слаботочная дуга. При приближении плазмотрона к заготовке поджигается основная, рабочая дуга, которой и варят.

Способ используется для сваривания заготовок не толще 1,5 мм, благодаря малому диаметру активного пучка плазмы не возникает перегрева малогабаритных деталей, прожогов и других дефектов.

Состав газовой смеси зависит от свариваемых материалов и толщины заготовок. Чтобы работать с легированной сталью, к аргону добавляют до десятой части кислорода, при соединении низкоуглеродистых сплавов – CO2, а для титана- гелий.

Аппараты для резки

Приборы отличаются небольшими габаритами и малым потреблением энергии. Они оснащены многоуровневой системой защиты, отключающей подачу тока и газа при наступлении нештатной ситуации: перегрев, срыв дуги, неисправность подсистем. Устройства снабжены автоматическим розжигом, регулировками рабочих режимов и подачи газа. Микроплазменная горелка снабжена удобной пистолетной рукояткой и кнопкой аварийного отключения.

Предназначены для сборки малогабаритных элементов конструкций в приборостроении, аэрокосмическом и точном машиностроении, медицине, электронике.

Агрегат для работы

Плазменный сварочный аппарат собран в компактном корпусе, внешне напоминает сварочный инвертор и весит до 10 килограммов. Он пригоден для ручной переноски. Внутри размещен источник питания, управляющая электроника, газовое оборудование и жидкостный насос.

Универсальным рукавом к корпусу подключается горелка на пистолетной рукоятке, по рукаву подается напряжение, газ и охлаждающая жидкость.

С помощью дополнительных функций, кроме резки и сварки становятся доступны следующие операции:

  • пайка проводов и конструкций;
  • воронение металла;
  • оксидирование деталей;
  • закалка изделий.

Модели начального уровня стоят до 30 тыс. руб.

Полупрофессиональные аппараты для плазменной сварки с рабочим током до 150А обойдутся до 150 тыс. руб. Они содержат также блок коррекции ошибок и продвинутую систему безопасности.

Как сделать своими руками?

Аппарат можно смастерить на основе сварочного инвертора.

Анод и сопло

Плазмотрон — наиболее сложный узел устройства. Ее детали можно выточить на токарном станке из бронзы. Очень важно точно следовать размерам с чертежа, отклонение в десятую миллиметра может сделать устройство неработоспособным.

Две полуцилиндрические заготовки следует припаять друг к другу так, чтобы возникло пространство для охлаждающей жидкости. Диаметр сопла, которое также будет и анодом, от 1,8 до 2 мм.

Охлаждение

Систему можно построить на базе помпы омывателя стекла от машины. Возвратная трубка выводится в бачок омывателя, 12 вольт для питания насоса можно взять с блока питания инвертора.

Катод

Подойдет остаток вольфрамового 4-мм электрода. На нем нужно будет нарезать резьбу для завинчивания в корпус горелки.

Корпус

Изготавливается из диэлектрического термостойкого материала. Он должен удобно лежать в руке. Внутри монтируются патрубки для подачи газа и жидкости системы охлаждения.

Преимущества и недостатки

Технология обладает следующими достоинствами:

  • производительность;
  • энергоэффективность;
  • высокое качество поверхности после сварки или резки;
  • отсутствие шлаков, минимальные отходы;
  • управление глубиной провара;
  • удобство в эксплуатации.

Присущ ей и ряд недостатков:

  • высокая стоимость аппаратуры;
  • сложность настройки и обслуживания;
  • необходимость в постоянном охлаждении.

Несмотря на все еще высокую себестоимость погонного метра сварки, высокая точность и качество поверхности открывают перед методом широкие перспективы. С помощью плазменной сварки осуществляются и высокотехнологичные проекты, и домашняя сварка.

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.

Советы от профессионалов

Опытные мастера сформулировали ряд рекомендаций:

  • перед сваркой проверить исправность оборудования, целостность изоляции, отсутствие утечек газа;
  • рабочее место должно быть чистым, не захламленным, не содержать легковоспламеняемых материалов;
  • при работе нужно пользоваться средствами индивидуальной защиты: перчатки, плотная несгораемая одежда, маска сварщика с адаптивным светофильтром, респиратор;
  • сварку нужно вести на минимальных значениях тока;
  • по окончании сварки сопло плазмотрона следует продуть сжатым воздухом.

Заключение

Плазменная сварка — прогрессивная технология, приобретающая все большую популярность. Она позволяет сваривать любые металлы с высокой точностью и прочностью. Из производственных цехов способ шагнул и в частные мастерские.

Оставить комментарий

Оцените статью*