Как работает плазменная сварка: Принцип работы плазменной сварки

alexxlab | 27.10.1975 | 0 | Разное

Содержание

что это такое, схема, принцип работы, преимущества и отличия от других видов сварки

Плазменная сварка (PAW сварка - Plasma Arc Welding) – это сварка плавлением металла, нагрев которого проводится направленным потоком сжатого ионизированного газа (плазмы).

Данная технология известна еще с советских времен - 80-х годов прошлого столетия, существенное развитие получила на Западе и за время своего существования претерпела множество изменений в лучшую сторону.

Так, например, источники стали производить инверторными, программируемыми, плазматроны заметно уменьшились в габаритах, технологические возможности расширились, сильный шум, который присутствовал раньше при сварке, отсутствует.

Промышленный источник плазменной сварки состоит из двух инверторов – вспомогательного и основного. Именно это является в том числе причиной, почему плазменные источники дороже аргонодуговых. НО при этом они имеют большие преимущества по сравнению с TIG сваркой.


Схема классического промышленного аппарата плазменной сварки

Вспомогательный инвертор зажигает дугу между вольфрамовым электродом и соплом, которая затем выдувается, и в работу включается основной инвертор, который уже обеспечивает поддержание и регулировку сварочного процесса. Именно благодаря наличию малоамперной 3-15 А вспомогательной дуги

поджиг осуществляется на плазме всегда стабильно в отличие от аргонодуговой TIG сварки. Особенно это заметно при сварке алюминия и при сварке/пайке оцинкованных сталей, где при ТИГ сварке электрод разрушается и загрязняется, а при плазме стойкость электрода в 30-40 раз выше, т.к. электрод «спрятан» за плазменным соплом и помимо этого обдувается сжатым газом аргоном.

Благодаря наличию плазменного сопла и подачи сжатого газа аргона, сварочная дуга сжимается, становится узконаправленной, а не свободно горящей как при ТИГ, поэтому иногда плазменную сварку называют «аргонодуговая сварка сжатой дугой». Из-за того, что дуга при TIG сварке является свободной, при ТИГе существуют проблемы, когда при нахлесточном шве дуга переходит на верхнюю кромку, то же происходит и при стыковой сварке, когда один лист в зажатом состоянии выше другого, в этом случае - прожог или непровар. При плазме прожога или непровара не происходит из-за сжатой дуги.

Говоря простым языком, плазменная сварка – это доработанная аргонодуговая сварка.

По качеству плазменная сварка по праву занимает положение между аргонодуговой и лазерной сваркой. 

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.

Виды плазменной сварки

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

Преимущества технологии плазменной сварки

  • повышение производительности процессов сварки в 2-3 раза, cкорость сварки до 4 м/мин;
  • повышение качества сварочных швов, швы более узкие, можно варить с усилением и без;
  • отсутствие брызг в отличие от полуавтоматической МИГ/МАГ сварки и большая экономия на сварочной проволоке, т.к. варим без разделки и ток и скорость подачи проволоки при плазме – независимы;
  • малая зона термического влияния, благодаря механическому сжатию плазменным соплом, вследствие этого незначительный нагрев основного металла и минимизация коробления после и во время сварки;
  • глубокое проплавление в стыковом соединении, сварка проникающей дугой без разделки до 8 мм. По сравнению с МИГ и ТИГ плазменная сварка не имеет конкурентов по качеству и производительности на диапазоне толщин от 3 до 8 мм;
  • гладкая поверхность швов, не требующая дополнительной обработки;
  • высокая надёжность зажигания основной дуги благодаря наличию вспомогательной;
  • отсутствие включений вольфрама в сварном соединении;
  • высокая стойкость расходных материалов.

 

Более подробно о применении и преимуществах плазменной шовной и плазменной точечной сварки можно прочитать в статьях:

«Плазменная шовная сварка: особенности и преимущества шовной плазменной сварки при сварке различных материалов»

«Плазменная точечная сварка: особенности, преимущества и применение»

Плазменная сварка - сущность и принцип работы

Плазменная сварка применяется при соединении некоторых марок нержавеющих сталей, тугоплавких и многих цветных металлов, также изделий из разных материалов.

Технология соединения металлов с помощью плазменной дуги открывает большие возможности в области сварки. Она основана на принципе расплавления сплавов узконаправленной струей плазмы, обладающей огромной энергией. Плазменная сварка применяется при соединении некоторых марок нержавеющих сталей, тугоплавких и многих цветных металлов, а также изделий из разных материалов.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Оборудование для сварки плазмой

Для проведения плазменной сварки в нашей стране используют аппараты отечественного производства, наиболее востребованным из которых является мобильный аппарат универсального применения «ПЛАЗАР».

Также распространены в использовании плазмотроны зарубежного изготовления «FoxWeld PLAMA 33 Vulti», «BLUE WELD BEST PLASMA 60 HF» и другие.

Плазменная сварка своми руками | Строительный портал

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:

  1. Сущность плазменной сварки
  2. Принцип работы
  3. Преимущества плазменной сварки
  4. Виды плазменной сварки
  5. Плазменный сварочный аппарат
  6. Плазменная сварка своими руками

 

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.

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.

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.

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.

Сварка на большом токе

Сварка на токе более 150 Ампер оказывает на металл еще большее воздействие, так как плазменная дуга на токе 150 Ампер является эквивалентной дуге в 300 Ампер при сварке деталей неплавящимся электродом. Подобная плазменная сварка сопровождается абсолютным проплавлением с возникновением сквозного отверстия в ванне. Совершается как бы разрезание изделий с последующей заваркой.

С обратной стороны швов металл удерживается силой поверхностного натяжения. Диапазоны режимов являются весьма ограниченными, потому что при сварке возможно образование прожогов. Плазменная сварка нуждается в высокой культуре производства, соблюдении технологий заготовки и сборки, тщательном обеспечении условий охлаждения аппаратов плазменной сварки и требований их эксплуатации. Даже совершение небольших нарушений режима охлаждения плазмотрона из-за высокой температуры и небольшого диаметра сопла провоцируют его разрушение.

Плазменная сварка на большом токе используется при сплавлении легированных и низкоуглеродистых сталей, алюминиевых сплавов, меди, титана и прочих материалов. Эта процедура во многих случаях позволяет существенно уменьшить расходы, которые связаны с разделкой кромок, улучшить качество швов и увеличить производительность.

Плазменный сварочный аппарат

На данный момент для потребителей доступны несколько видов сварочных аппаратов. Первый из них – электросварка с применением сварочного трансформатора. Однако полагают, что этот метод уже себя изжил. Второй вид аппарата – сварочный инвертор, достаточно простой, надежный и распространённый прибор для электродуговой сварки. Третьим является продвинутый и самый технологичный аппарат плазменной резки.

Опытные специалисты и частные мастера стараются использовать только плазменный прибор для сварки и плавления металлов. Познакомиться с этой методикой можно, просмотрев видео о плазменной сварке и резке сплавов и металлов. Используя специальный плазменный сварочный аппарат в домашних условиях, вы отметите, что остается малое количество отходов и наблюдается высокая скорость работы.

Для работы плазменного сварочного аппарата необходимы только струя сжатого воздуха и электричество, а если применяется компрессор — исключительно электричество. Подобное оборудование при функционировании требует замены сопла плазмотрона и электрода, тогда как приборы для газокислородной обработки металлов необходимо периодически перезаправлять, используя переаттестованные газовые баллоны и присадки.

Плазменную дугу принято помещать в специальное устройство для плазменной сварки – плазмотрон. Поверхность плазмотрона интенсивно и беспрерывно охлаждается потоком воды. Сечение дуги после сжатия уменьшается, а количество энергии, которое тратится на единицу площади (мощность плазменного потока), - увеличивается.

Бывает плазменная струя двух типов – косвенного или прямого действия. Активные пятна цепи в первом случае располагаются на трубе и вольфрамовом электроде, во втором случае - могут размещаться на электроде из вольфрама, на внутренней и боковой поверхностях сопла. Плазмообразующие газы защищают металлические трубы от действия воздуха.

Работать с плазмофоном лучше в большом гараже или на улице, не зависимо от того, что плазменная сварка выступает одним из самых безопасных видов сварки. Единственным минусом этого метода является вес и стоимость плазменной сварки и оборудования.

Плазменная сварка своими руками

Технология плазменной сварки от других видов сварки существенно отличается. Для этого вам понадобится присадочная проволока, плазменный сварочный аппарат для работы и электроды.

Перед работой необходимо заточить электрод в форме конуса с углом порядка 28-30 градусов. Данная коническая часть электрода должна достигать 5-6 его диаметров. Острие конуса стоит притупить на 0,2-0,5 миллиметров. При установке электрода рекомендуется следить, чтобы совпадала ось его симметрии с осью симметрии плазмообразующих насадок.

Сварочный стык необходимо разделать аналогично аргонодуговой сварке. Края, кромки и торцы металла стоит зачистить с помощью стальной щетки на ширину 3 сантиметров. Если вы осуществляли резку металла плазмой, то следует зачистить поверхность реза на глубину не меньше 1 миллиметра. При наличии трещин на поверхности реза нужно зачистить его до удаления дефекта и обезжирить растворителем зачищенные участки.

В свариваемых листах металла не должны присутствовать зазоры величиной больше 1,5 миллиметров. По возможности нужно закрепить их сборочными приспособлениями и устройствами таким способом, чтобы полностью совпадали оси стыков. Покрытыми электродами проведите прихватку так, чтобы материал прихватки располагался заподлицо с главным металлом изделий. Если это нужно, зачистите участки прихватки. Качество прихваточных точек и основной сварочный шов должны быть одинаковыми.

Если вас интересует, как сделать плазменную сварку, то помните, что процедуру рекомендуется выполнять на постоянном токе. За 5-20 секунд до процесса возбуждения дуги необходимо подать в области сварки защитный газ. Выключать его можно через 10-15 секунд после процедуры обрыва сварочной дуги. Держите плазмотрон на расстоянии не больше 1 сантиметра от изделия. Не обрывайте по возможности дугу на протяжении всего процесса сварки. Если это все-таки случилось, стоит зачистить шов на расстоянии 15 миллиметров до точки обрыва. Продолжение создания сварочного шва также следует начать заранее.

При сварке не допускайте перегрева металла. Если материал все же нагрелся до температуры больше 100 градусов по Цельсию, нужно сделать перерыв или металл охладить сжатым воздухом. Чтобы достичь высокого качества сварных швов при методике сквозного проплавления перемещайте горелку равномерно и стабильно, как это делается в автомате.

Для создания швов правильной формы необходимо выполнять плазменную сварку с присадочным материалом, который имеет диаметр от 1,5 миллиметров и выше. Присадочной проволоке и горелке сообщайте определенные колебания, амплитудой 2-4 миллиметра. Контролируйте, чтобы из зоны защитного газа не выходил оплавляемый конец проволоки. Поэтому нельзя слишком резко подавать его в ванну для сварки. В конце шва рекомендуется заделать каплей расплавленного металла сварной картер, одновременно отведите или отключите дугу.

Плазменная сварка по своей сути является технологическим процессом, который основывается на выделении и применении плазмы. В ходе сварки в качестве основного источника используется газ, который с помощью воздействия высоких температур за небольшой промежуток времени способствует образованию плазмы. Цена плазменной сварки вас приятно порадует. К тому же процедура является безопасной для жизни человека, потому что не используются в процессе опасные кислородные баллоны, а сжатый воздух.
 

Плазменная сварка дугой прямого и косвенного действия, конструкция сварочного аппарата

Одним из сравнительно новых видов соединений металлов и сплавов является плазменная сварка. Этот вид, схожий с вариантом аргонодуговой сварки неплавящимся электродом, позволяет получать более качественный результат гораздо быстрее. Технология плазменной сварки заключается в использовании электрической дуги, горящей в среде полностью или частично ионизированного газа. Газ называется плазмообразующим.

Особенности и характеристики процесса

Главной особенностью плазменного метода является очень высокая температура в зоне сваривания вследствие принудительного уменьшения размеров сечения дуги и увеличения ее мощности.

В результате происходит сварка, так называемой, плазменной струей, температура которой может доходить до 30000 °C, в отличие от 5000-7000 °C при обычной аргонодуговой сварке.

Кроме этого, дуга приобретает цилиндрическую форму, в отличие от обычной конической, что позволяет сохранять одинаковую мощность по всей ее длине. На практике это успешно используется для более глубокого и точного прогрева металла.

Давление дуги на поверхность свариваемых деталей при плазменной сварке очень велико, что позволяет воздействовать практически на любые металлы и сплавы.

Технологический процесс плазменной сварки позволяет использовать ее при малых токах величиной всего 0,2 — 30,0 А.

Все эти особенности делают плазменную сварку практически универсальной. Она может с успехом использоваться в труднодоступных местах, при соединении тонких алюминиевых листовых заготовок без опасения их прожига.

Незначительное изменение расстояния между электродом и деталью не оказывает сильного влияния на прогрев, а значит и на качество шва, как при других видах сварки.

Большая глубина прогрева деталей позволяет обходиться без предварительной подготовки их кромок. Допускается сваривание металлов с неметаллами.

В результате повышается производительность работ, уменьшается температурная деформация шва, то есть деталь не «ведет». Используя технологию плазменной сварки, плазменной струей можно быстро и качественно резать металлы и неметаллы практически в любом положении.

Как это работает

Для реализации идеи плазменной сварки, в конструкции горелки используется устройство (горелка), именуемое плазмотроном. Он представляет собой коническое сопло, внутри которого находятся охлаждающая жидкость.

Электрическая дуга в плазменной сварке возбуждается при помощи сварочного аппарата со встроенным осциллятором. Она горит внутри плазмотрона, и во время горения к ней подается плазмообразующий газ.

Как правило, это аргон с малыми примесями водорода или гелия. Газ подается под небольшим давлением, но внутри горелки он нагревается и, увеличиваясь в объеме до 30 раз, создает на выходе из сопла мощную струю.

Сама конструкция сопла наделяет газ высокой кинетической энергией, которая и реализуется в мощный поток, имеющий высокую температуру. Это и есть плазма.

Так как возбуждать дугу между электродом и свариваемой деталью затруднительно, конструкция горелки предусматривает постоянное поддержание «дежурной» дуги между электродом и соплом. Она преобразуется в рабочую при касании горелкой соединяемых изделий.

Защитный газ, а это, как правило, тоже аргон, подается в зону сварки по отдельному каналу и, как бы обволакивает струю и разогреваемую ею область металла. При этом защитный газ, вытесняя воздух из будущего шва, не допускает окисления материала соединяемых деталей и присадочного материала вплоть до образования прочного однородного шва.

Способы подключения

В зависимости от конструкции горелки и схемы подключения к источнику тока, различают два способа плазменной сварки:

  • дугой прямого действия;
  • дугой косвенного действия.

Первый способ подключения заключается в подаче тока от источника питания на электрод из вольфрама и свариваемую деталь.

В этом случае дуга устойчиво горит между электродом и металлом, а ее характеристики усиливаются и доводятся до нужных значений струей плазмообразующего газа внутри сопла, которое является электрически нейтральным относительно всей системы. Способ прямого действия применяют для резки металлов, наплавки и непосредственно сварки. Его часто применяют в быту.

При втором способе ток подается на электрод и сопло. В этом случае дуга образуется между электродом и корпусом сопла, а плазмообразующий газ выдувает ее, превращая в мощную струю плазмы.

Температура дуги в косвенном методе сварки меньше, чем в прямом. Косвенный способ применяют для напыления металла, нагрева деталей. Им можно варить и резать материалы, не проводящие электричества.

При плазменной сварке и резке необходимо учитывать правильность выбора режима. Режимы должны учитывать правильную подачу тока, типы свариваемых материалов, их толщину, диаметр сопла плазмотрона. При резке разных материалов используются и разные газы.

Требования к соблюдению технологии

При кажущейся простоте процесса плазменной сварки, он очень требователен к точному соблюдению технологии и к содержанию оборудования. Основными ошибками являются:

  • запоздалая замена сменных элементов плазмотрона;
  • использование некачественных или дефектных деталей;
  • использование некорректных режимов, которые сокращают срок службы элементов;
  • отсутствие контроля за параметрами плазмообразующего материала;
  • высокая или низкая скорость резки в сравнении с предусмотренной режимом;

Для успешного осуществления работ при помощи плазменной сварки необходим сварочный аппарат, обеспечивающий необходимые характеристики сварочного тока.

Понадобиться также специальная горелка с неплавящимся электродом, комплект шлангов для подачи или циркуляции охлаждающей жидкости, баллоны с аргоном и комплект газопроводных шлангов.

Как сделать плазмотрон своими руками

Ручной аппарат для плазменной сварки можно изготовить из обычного сварочного аппарата инверторного типа. Основной задачей является изготовление непосредственно самого плазмотрона, так как в остальном весь процесс схож с обычной аргонодуговой сваркой.

Анод и сопло

Для плазмотрона понадобится бронзовая заготовка, которую предстоит обрабатывать на токарном станке. Из этой заготовки необходимо выточить две детали околоцилиндрической формы, которые, вставив одна в другую, необходимо спаять вместе, чтобы внутри образовалась полость по принципу термоса.

Эта полость будет использоваться для прокачки охлаждающей жидкости. Это будет анод горелки. Он может быть и соплом в плазменной сварке. Диаметр сопла должен быть 1,8-2,0 миллиметра. Можно сделать сопло из более тугоплавкого материала и вкрутить его в анод, предварительно предусмотрев устройство резьбы на обеих деталях.

Охлаждение

Циркуляцию охлаждающей жидкости можно осуществить путем подключения через систему шлангов обычного автомобильного омывателя ветрового стекла. То есть не самого омывателя, а только бачка с перекачивающим насосом. Питание насоса напряжением постоянного тока 12 В организуется от аккумулятора или через подходящий блок питания.

Катод

Для катода можно использовать заточенный под конус стержень, изготовленный из вольфрамового электрода. Диаметр стержня должен быть 4,0 миллиметра. На тыльной стороне стержня необходимо предусмотреть резьбовое устройство, позволяющее осуществлять контролируемый ввод стержня в корпус плазмотрона.

Корпус

Сам корпус можно выполнить из неметаллического твердого тугоплавкого материала. Внутри необходимо предусмотреть возможность подачи плазмообразующего и защитного газа, для чего необходимо впаять патрубки подходящих размеров.

Возбуждение дуги

От основного источника питания, который теперь можно называть плазменным инвертором, подводится положительный заряд. Минимальная величина тока в 5-7 А должна будет поддерживать горение дежурной дуги.

Если аппарат имеет встроенный осциллятор, то возбуждение дуги не должно вызвать проблем. Если осциллятора нет, придется усложнить конструкцию плазмотрона, подпружинив катод таким образом, чтобы можно было осуществить кратковременное касание анода.

Именно в момент касания и будет зажигаться дежурная дуга. Пружину необходимо предусмотреть достаточно жесткую, чтобы контакт был как можно короче по времени, иначе катод может пригореть к аноду.

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.

Микроплазменные аппараты

Очень часто домашние умельцы делают аппараты для плазменной резки и пайки, в которых температура плазмы не превышает всего 8000-9000 °C. Отличительной особенностью такого микроплазменного аппарата, является то, что он использует для образования плазмы спиртоводную жидкость, которая испаряется прямо в плазмотроне.

Для этого в конструкции предусмотрен специальный резервуар. Подобные аппараты очень удобны для мелких работ ввиду своей мобильности, ведь нет необходимости транспортировать громоздкие баллоны с газом или газогенераторы.

При правильной эксплуатации сварочного оборудования и соблюдении режимов сварки, при использовании качественных расходных материалов, плазменная сварка является наиболее эффективным способом резки или соединения материалов.

В настоящее время только лазерная сварка является более технологичной, но ее стоимость и требования к оборудованию на порядок выше, чем у плазменной.

Применение процесса плазменной и плазменной+TIG сварки

Плазменная дуга: природный феномен, полностью изученный и освоенный SAF-FRO. В основном, термин «плазма» касается газообразных сред, в которых при атмосферном давлении преобладают температуры свыше 3000 °С. С позиции температуры, можно считать, что это четвертое состояние материи после твердого, жидкого и газообразного.

Плазменная дуга ныне широко используется в черной металлургии, химии и при изготовлении механических конструкций. Будучи лидером в своей области, SAF-FRO сделала плазму исключительно эффективным инструментом для резки и сварки. Что касается сварки, следует признать, что метод с использованием плазмы является новым технологическим этапом в развитии открытой дуги в нейтральном газе (метод TIG).
 

Из представленных изотерм четко видно, что распределение энергии сильно изменяется в дуге.

В плазме зона температур от 16000 до 24000° К находится за пределами наконечника. Зона 10000-16000° К полностью переведена на деталь и порождает режим дуги с лучом, выходящим с обратной стороны соединения (эффект замочной скважины).
 

В случае с открытой дугой (TIG), зона высоких температур слишком близка к катоду, чтобы ее можно было использовать. Если рассмотреть зону температур 4000-10000° К, то можно отметить, что она узкая в плазме и шире раскрыта при TIG. Данная зона небесполезна: в ней осуществляется плавление (поверхностное) с глубиной, уменьшающейся по отношению к плоскости соединения, делая возможным, таким образом, плавное соединение свариваемой зоны и основного металла. Однако данная зона чересчур широка при TIG, что ограничивает эффективность.

  Материя плазма состоит из электронов, ионов и атомов или возбужденных молекул; данное состояние часто встречается в природе, например, разрядом молнии образуется плазма. Приблизительно с 1960 в области сварки по инициативе SAF-FRO значение слова «плазма» изменилось и обозначает состояние повышенной концентрации энергии, вызванное сжатием электрической дуги посредством диафрагмы или наконечника.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ

  • Быстродействие и малые деформации, что позволяет снизить и даже полностью исключить операции по выпрямлению, а также мало излишних наплавлений, что исключает операции по полировке, а также контроль химического состава основного материала во избежание коррозии.
  • Отличный внешний вид является показателем качества, т.к. все чаще сварные швы остаются на виду, а также постоянство получаемого качества и снижение затрат времени на подготовку посредством исключения операции по обработке торцов деталей толщиной до 8 мм.
  • Снижение длительности сварки, по сравнению с ручной сваркой, в 4 и даже 5 раз, а также гарантия полного и равномерного плавления благодаря технологии проникающего пучка при сварке на стыках.
  • Обеспечение высокого качества, отвечающего самым строгим требованиям, и гарантия его воспроизводимости.
  • Безупречное качество наложения шва благодаря полному контролю управляемых параметров.
 


ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ + TIG Если длина листов, подлежащих сварке, достигает 3-4 м, производство завода, изготавливающего трубы или котлы путем поэтапной формовки (прокат или пресс), может быть ограничено скоростью плазменной сварки с одиночным электродом. Именно в данной ситуации оправдана комбинация плазма + TIG.

SAF-FRO, будучи специалистом в области плазменной сварки и TIG, сумела интегрировать эти два процесса в единую установку, способную увеличить производительность на 30-50 %.

Преимущества технологии Плазма + TIG:

  • Высокое качество плазменной сварки
  • Улучшение производительности на 30-50%
  • Большие возможности адаптации к различным процессам производства котлов
В технологии Плазма + TIG первая (плазменная) дуга обеспечивает плавление по всей толщине соединения благодаря использованию строго ограниченной плазменной среды, воздействующей только на обратную сторону соединения. Следующая за ней и расположенная в 250-300 мм дуга TIG в комбинации с металлом-наполнителем и системой магнитного колебания осуществляет окончательную обработку сварного шва. Он получается очень аккуратным благодаря магнитному колебанию дуги и защитной газовой среде длиной 120 мм.

Технология Плазма + TIG весьма эффективна при сварке деталей толщиной от 3 до 8 мм.

 

Детали толщиной менее 3 мм превосходно свариваются технологией TIG с одиночным электродом. Сварка деталей толщиной более 8 мм требует дополнительного заполнения методом TIG с одиночным электродом.


Технология и оборудование плазма + TIG специально разработаны для производства котлов большой емкости из нержаверщей стали:

  • длиной > 3 метров,
  • диаметром > 2,2 метра

или для производства болших нержаверщих труб индивидуального размера.

 

ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА В ЦЕХАХ

Использование плазменной технологии и TIG для продольной или круговой сварки на плоскости нержаверщей стали, благородных металлов, железа или алюминия. Изготовление различной продукции для нефтехимической пищевой, аэрокосмической и других видов промышленности.

Продольная сварка на стенде

Закрытие цистерны и стыковая сварка. Начало и завершение сварки по внутренней стороне

Сварка с использованием сварочной колонны 

  • Максимальное перемещение в стандартном исполнении: 4,3 м по горизонтали, 6,2 м по вертикали
За информацией по оборудованию со специальными характеристиками обращайтесь к нашим специалистам.

Сварка на стенде

  • Допустимая толщина - до 10 мм,
  • Максимальная длина сварки 6 в зависимости от типа стенда: 4 м (exter), 6 м (exinter) или 7 м (inter)
За информацией по оборудованию со специальными характеристиками обращайтесь к нашим специалистам.

Вращатели выдерживают нагрузку в 5 т, 10 т и 15 т. За информацией по оборудованию со специальными характеристиками обращайтесь к нашим представителям.

 


Плазменная сварка при производстве сборных труб Производство сборных труб является предварительным этапом строительства трубопроводов, что позволяет осуществлять в цехах производство и сварку базовых элементов (трубы, фланцы, угольники и т.д.).

Данный тип производства применяется в различных производственных областях:

  • Кораблестроительные верфи и оффшорные платформы
  • Нефтепереработка и теплоэлектроцентрали
  • Химический и пищевой комплекс
  • Газораспределительные станции

Материалы:

  • Углеродистые стали
  • Нержаверщие стали
  • Благородные металлы и титан
Плазменная сварка весьма эффективна при производстве сборных труб диаметром свыше 1,5 дюйма. Сварку элементов меньшего диаметра можно осуществлять методом TIG на том же оборудовании.
 
  

 Плазма NERTAMATIC 450 + TIG бикатодная установка

Данный комплекс разработан для производства емкостей большого объема из нержаверщей стали (марка 300 толщиной от 1 до 8-10 мм для транспортировки и хранения химической и пищевой продукции).

Это идеальное оборудование для сварки листов на предварительной стадии производства контейнеров большой длины (более 4 м), а также для круговой сварки диаметром более 2 метров.


Данная установка работает по оригинальной технологии SAF-FRO плазма + TIG, когда первая, «плазменная», сварочная головка осуществляет плавление на стыке двух листов. Вторая головка, «TIG», с металлом-наполнителем, оснащенная электромагнитным дуговым осциллятором и модулем защитного газа, выполняет шов с отличной поверхностью, которая зачастую не требует дополнительной обработки. Данный метод с двумя работающими в тандеме сварочными головками обеспечивает более высокую производительность - на 30-50% выше, по сравнению плазменной сварочной установкой с одиночной головкой.

Каждая установка сохраняет и управляет собственными параметрами сварки. Установки также дополнены цифровым блоком управления для синхронизации начала движения или остановок сварочных головок, для управления скоростью движения и длиной сварки. Данный блок управления записывает и управляет параметрами перемещения.

Сварочное оборудование

 

Установка TIG + плазма состоит из двух установок NERTAMATIG 450:

  • Плазменная установка со сварочной головкой SP 7 и регулируемым напряжением дуги
  • Установка TIG со сварочной головкой МЕС 4, регулируемым напряжением дуги, механизмом подачи проволоки, осциллятором дуги и модулем защитного газа.

Источник питания NERTAMATIC 450

Источник питания NERTAMATIC 450 оснащен:

  • Центральным модулем
  • Интерфейсом для:
    • Облегчения его интеграции в окружение машины посредством внешнего PLC (режим открытого PLC)
    • Обеспечения (посредством ПО, установленного на ПК) доступа к программным файлам, возможности редактирования программ, экспорта программ в файл Excel для печати и хранения.
  • Промышленным разъемом USB для импорта-экспорт программ
  • Вспомогательным источником питания для пилотной дуги (25A)
  • Основным источником питания (450A)
 
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Источник питания использует транзисторную технологию с прерывателем, специально предназначен для сварки ТИГ или плазменной сварки, на параметры не влияют колебания питающей сети + 10 %.

  • Сварочный ток : 3 - 450 A
  • ПВ: 100% при 450A и 40°C
  • Частота импульса: 1 – 1000 Гц.
  • Напряжение без нагрузки: 110 В
  • Ток вспомогательной дуги: 7 - 25 A / 100 %
  • Напряжение питающей сети: 230 / 400 / 415 / 440 В - 3 ф., 50-60 Гц
  

Система управления NERTAMATIC 450 HPW

Эта установка отвечает самым высоким требованиям к качеству сварки и производительности в различных отраслях промышленности, таких как изготовление бойлеров из нержавеющей стали, аэрокосмическая техника с использованием цветных металлов, химическая технология, производство, трансформация и
транспорт энергии, а также сборка газо и нефтепроводов.

В этой системе блок управления заменен на промышленный ПК, позволяющий осуществлять полное управление пуском аппарата только с одной панели управления и придающий следующие функции:

  • Цифровое управление процессом сварки, связанных с ней перемещениями и приводами.
  • Прослеживаемость, программа включает все параметры, позволяющие обеспечить воспроизводимость сварки.
  • Система контроля качества по опции, запись и сохранение важнейших параметров сварки (ток, напряжение, подача проволоки, перемещение).
  • Удобный для пользователя интуитивный интерфейс, позволяющий осуществлять программирование, контроль и слежение.
  • Интуитивное составление цикла благодаря графическому программированию.
  • Сенсорный экран, облегчающий использование HPW.
  • Независимое программирование на РС, обмен данными через USB.
  • Оптимизация компоновки аппарата.
  • Управление с помощью промышленного ПК.

Удобство пользования и интуитивный интерфейс, позволяющий программирование, управление и
слежение

 

Интуитивная, интерактивная и удобная для пользователя программа интерфейса HPW позволяет легкое ориентирование и облегчение диалога между аппаратом и оператором, следовательно, гибкость сварки применительно к вашей продукции

  

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Видеосистема TIG / плазма является узлом, который легко интегрируется в оборудование SAF-FRO и благодаря значительному увеличению изображения позволяет более точно позиционировать сварочную головку, что облегчает работу оператора и улучшает качество сварки.

Отклонение дугиОсцилляция дуги
  • Отклонение дуги или электромагнитная осцилляция дуги TIG


Отклонение дуги Данная технология позволяет электрически изогнуть дугу TIG, что значительно удлиняет тепловую зону вдоль оси сварки и на 30-50 % ускоряет сварку деталей толщиной менее 2 мм. Данная особенность имеет большое значение при непрерывной сварке тонких труб, гнутых с листа, патрубков для кабеля, защиты электрического сопротивления и пр. детали, выпускаемые крупными сериями без металла-наполнителя.

Осцилляция дуги
Развитие метода отклонения дуги, описанного выше. Осцилляция дуги применяется для нанесения металла на зоны шириной до 20 мм, чтобы заполнить фацетированные участки или восстановить покрытие поверхности.

  • Плазма и TIG с горячей проволокой

 
Повышение производительности путем увеличения скорости нанесения металла.
  Для заполнения фасок глубиной 40 мм использование горячей проволоки является очень интересным решением, которое великолепно адаптировано к установкам, имеющим повышенные требования к характеристикам сварного шва.

Особый метод, позволяющий с использованием дополнительной энергии довести конец проволоки до состояния, близкого к точке плавления. Доказавший свою рентабельность при сварке листов толщиной более 10 мм, метод с горячей проволокой позволяет наносить 2,5-3 кг металла в час для заполнения фацетированных участков в несколько заходов или для наплавки на поверхности.

  • Система контроля напряжения дуги  (AVC)

 

Данное устройство обеспечивает автоматическое регулирование положения горелки в пределах допустимых отклонений. Поддержание расстояния между электродом и свариваемой деталью эквивалентно поддержанию постоянного значения напряжения дуги. Эта функция выполняется путем управления приводной направляющей, на которой установлена сварочная горелка.
 

что это? Принцип работы, технология плазменно-дуговой и ручной микроплазменной сварки, техника безопасности при сварке плазмой

Плазменную сварку называют относительно молодым способом соединения деталей. Но условная новизна не мешает быстрому набору востребованности: плюсы и возможности, которые даёт этот метод, объясняют его высокие конкурентные качества.

Что это такое?

Плазменной сваркой зовётся метод, при котором аргон переходит в плазму под влиянием дуги. Плазмогенератором выступает ток, пронизывающий электропроводный аргон. Но прежде чем перейти к нюансам метода, нелишним будет напомнить отдельные моменты из курса физики.

Плазмой называют такое состояние газа, в которое тот трансформируется под влиянием электродуги. Она формируется в особом наконечнике, называемом плазмотроном. Его легко сравнить с горелкой в обычной газовой сварке. Плазмотроном именуют двухсторонне открытый конус, который становится узким внизу, в центре этого конуса размещается тугоплавкий электрод, а внизу – сопло. Из этого сопла под серьёзным давлением выходит плазма.

Плазмообразующим газом выступает аргон (с включением водорода, конечно). Он нагнетаем в вышеописанный конус сверху. Поле же образует подвод электротока к двум полюсам: наружной зоне горелки и электроду. В ходе нагрева и ионизации газ предсказуемо расширяется, внутренние силы его мощно вытесняют. Сопло же регулирует подачу плазмы. В рабочем месте параллельно с плазменной струёй подводится аргон, что создаёт защитное облако. Его ценность заключается в предохранении сплава от кислородного контакта, который содержится в воздухе.

Именно аргон отвечает за чистые швы. Плазменно-дуговая сварка может называться экономичной, в этом её особенность. Чтобы аппарат работал, менять нужно только электроды и тот самый плазмотрон. В сравнении с иными видами сварки уходовых работ (и ручных тоже) немного. Да и иные сварочные разновидности можно считать более взрывоопасными, с плазмой работать не так рискованно.

Плюсы и минусы

Основное преимущество плазменной сварки – высокоскоростная резка металлов. Не менее привлекательна в ней и опция применения оборудования практически со всеми металлами и сплавами. Доскональность шва высока. Цена работ относительно прочих видов сварок более низкая. Радует и то, что деформация металла при плазменном способе не то что низка, а фактически отсутствует.

Но минусы также стоит отметить:

  • высокочастотный шум + ультразвук – не самая приятная комбинация;
  • ионизация воздуха;
  • электромагнитное излучение в оптическом диапазоне;
  • сопло плазменной горелки недолговечно, так как нагрузка высокотемпературная.

Правда, недостатки есть в каждой технологии сварки, поэтому выбирать приходится всегда. Иногда в выборе вида помогает простой анализ принципа работы аппарата.

Принцип работы

Дежурную дугу после зажигания ожидает сжатие в плазмотроне. Потом туда вдувается под давлением аргон в качестве плазмообразующего газа. Так зона нагревается до 50 000 градусов, газ предсказуемо растёт в объёме и из сопла выходит очень быстро.

Мощный источник – это соединение тепловой и кинетической энергии. Раскалённая струя вытекает и образует шов. Защитный и плазмообразующий газы не контактируют, так как проходят по разным каналам.

Надо отметить, что сварка может быть ручной и автоматической. Ручная сварка подойдёт для небольших объёмов работы. Сварка может проходить с присадками и без них. Автоматической технологией пользуются в промышленных масштабах. Оператор руководит процессом с помощью пульта.

И ещё кое-что из проясняющей информации о плазменной дуге:

  • обычная дуга становится плазменной путём сжатия и принудительного вдувания аргона в дугу;
  • сжатие дуги получается путём активного охлаждения водой плазмотроновых стенок;
  • когда поперечное сжатие дуги снижается, растёт мощность;
  • газ нагреваем дугой, он ионизируется и в 100 раз растёт в объёме;
  • плазменная дуга от другой отличается высокими термопоказателями, меньшим диаметром, цилиндрической формой, большим давлением на металл и опцией поддержания дуги на малом токе.

Разновидности плазменной сварки тоже следует учесть перед выбором того или иного способа.

Виды

Виды плазменной сварки определяет сила тока. Сварка бывает микроплазменной, на средних и на больших токах.

Микроплазменная

Данный вариант используется, если нужно соединить тонкие детали, толщина которых до 1,5 мм. Диаметр дуги в таком случае не превысит 2 мм, что даёт возможность фокусировать тепло в маленькой области без ненужного нагрева соседних зон.

Прибор микроплазменной сварки может работать в следующих режимах: импульсный, непрерывный, непрерывный обратной полярности. Основной газ технологии – аргон, но это обстоятельство не исключает добавление разных примесей, которые делают процесс более эффективным.

На средних токах

Она имеет множество сходств с аргонодуговой сваркой. Но всё же температурные данные сварки на средних токах более высоки, а вот область нагрева намного меньше. Поэтому данная технология справедливо считается более продуктивной.

Такая сварка проплавляет материал более глубоко, чем аргоновая, но ширина шва при этом будет меньшей. Сварочные работы проводятся и с присадочным материалом, и без него.

С большим амперажем

Работы с большим амперажем – это подходящий вариант для варки элементов с толстыми стенками. Или же такая технология подходит прошивному свариванию металла. Под таким амперажем подразумевается показатель до 150 А. Этот способ связан с силовым действием на металл, то есть полным его проплавлением. Если говорить образно: детали обрабатываемого изделия сначала словно разрезаются, а потом сплавляются вновь.

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.

Оборудование и материалы

Внешняя конструкция плазменной сварки не имеет радикальных отличий от прочего оборудования, используемого в тех же целях. И по габаритам, и по весу такое оборудование можно сравнить и с инверторами, и с электродуговыми полуавтоматами, и, конечно, с аргоно-дуговыми сварочниками.

Какие ещё операции может выполнять плазменная сварка:

  • воронение – т. е. химико-теоретическую обработку, чтобы получить нужный оттенок металла;
  • порошковое напыление различных красителей и продуктов защиты – на самой детали он создаёт ровную плёнку;
  • температурное оксидирование чёрных сплавов – получается диоксид кремния с тугоплавкими характеристиками;
  • закалка – внутренняя структура сплавов становится термически более прочной, так как снимаются внутренние напряжения.

В структуру плазменного оборудования входят сам аппарат, плазмотрон, компрессор, шлангопакет, режим заземления.

Плазменная дуга, если перейти к её возможностям, уступает разве что тем технологиям, что опираются на лазерные и электронные лучи. В основном задача использования этой сварки – резка металлов. Особую эффективность она проявляет в отношении меди, нержавеющей стали, латуни. Тонколистовой металл с этой сваркой соединяется без присадочной проволоки. Швы получаются оптимальные.

Описание технологии

В место соединения из плазмотрона подходит плазма. В плазменной струе собрана вся энергия. Поэтому нагрев не расходится по всему изделию, а концентрируется именно в месте соединения. И хоть температура будет очень высокой, вследствие скорого отвода тепла металлом она скоро же падает в области стыка до температуры плавления.

Корпус горелки стальной, анод медный, он охлаждается водой. Дугу питает газ, который под большим давлением подается в полость между анодом и катодом. Аргон же быстро улетучивается, смешивается с воздухом. Для того чтобы он действительно был защитным, нужного расстояния между деталью и горелкой следует придерживаться всегда.

Полную схему сварки можно увидеть на чертеже.

Техника безопасности

Если машина для сварки с дефектом (недостаточной изоляции), электроток может пройти по телу человека – и это очень опасно, чревато судорогами, остановкой сердца. Поэтому работать нужно в защитных перчатках на обеих руках. Сами перчатки должны быть без повреждений, в хорошем состоянии. Чтобы защитить себя от брызг расплавленного металла, также не обойтись без средств индивидуальной защиты. Нужна защитная обувь, кожаный фартук и, конечно, гамаши.

В помещении, где осуществляется сварка, должны быть хорошие вытяжки и вентиляционные системы, так как в процессе выделяются загрязняющие вещества и газы. Если вытяжной системы нет, операторы должны пользоваться респираторной маской или шлемом с фильтром, который отделяет опасные частицы. Защита органов слуха в процессе работы также обязательна, ведь уровень шума при плазменной сварке от 90 до 115 дБ.

По той причине, что процесс плазменной резки сопровождается также сильным видимым и ультрафиолетовым светом, оператор должен защищать глаза и кожу. Это защитная одежда (закрывающая всё тело), защитный щиток и защитные же очки – всё в соответствии с официальными предписаниями и рекомендациями.

Плазменная сварка не случайно считается перспективной: она очень удобна, например, при монтаже теплосистем в загородных домах. Для действий с электроникой она тоже подходит. Область её применения всё больше расширяется, поэтому интерес к плазменной технологии вполне закономерен.

В следующем видео представлена демонстрация плазменного комплекса.

Как работает плазменная резка?

Что такое плазма?

Чтобы разъяснить принцип действия плазменной резки, сначала нужно ответить на вопрос «Что такое плазма?» Плазма — это четвертое состояние вещества. Обычно мы сталкиваемся только с тремя состояниями вещества: твердым, жидким и газообразным. При поступлении или утрате энергии, например, тепла, вещество может переходить из одного состояния в другое. Например, при поступлении достаточного количества тепла вода переходит из твердого состояния (лед) в жидкое. Если тепла поступит еще больше, она перейдет в газообразное состояние (пар). Если добавить еще больше тепла, пар ионизируется и станет электропроводящим — превратится в плазму. Устройство плазменной резки сможет использовать этот электропроводящий газ для передачи энергии от источника питания к любому материалу-проводнику, что позволяет обеспечить более качественную и быструю резку по сравнению с газовой. 

Образование плазменной дуги начинается с пропускания газа, например, кислорода, азота, аргона или даже обычного воздуха, через узкое сопло внутри плазмотрона под высоким давлением. Затем к этому потоку сжатого газа подается ток от источника питания, в результате чего возникает электродуга. В результате образовывается «струя плазмы». Плазма мгновенно достигает температуры до 22000°C, достаточной для быстрого разрезания рабочего изделия и сдувания расплавленного металла.

Составляющие системы плазменной резки

  • Источник питания — источник питания для плазменной резки преобразует одно- или трехфазный переменный ток в постоянный ток напряжением от 200 до 400В. Постоянный ток требуется для поддержания стабильной плазменной дуги на всем протяжении резки. Также источник питания позволяет регулировать силу тока в зависимости от типа и толщины материала.

  • Система поджига дуги — этот контур генерирует переменный ток напряжением около 5000 В и частотой 2 МГц, который образует внутри плазмотрона искру, поджигающую плазменную дугу.

  • Плазмотрон — плазмотрон служит для выравнивания и охлаждения расходных материалов. Основные расходные материалы для плазменной резки — это электрод, завихритель и сопло. Для повышения качества резки также может потребоваться дополнительный защитный колпачок, а для удержания всех деталей вместе используются внутренний и внешний поджимные колпачки.

Большинство современных систем плазменной резки делятся на традиционные и высокоточные.

 

   

 

 

В традиционных системах в качестве плазменного газа используется окружающий воздух, а форма плазменной дуги зависит от отверстия сопла. Приблизительная сила тока дуги таких систем составляет примерно 12 000-20 000 ампер на квадратный дюйм. Подобная схема используется во всех системах для ручной резки и некоторых механизированных системах, если это позволяют допуски.

 

Высокоточные системы плазменной резки (с высокой плотностью тока) используются для особо высококачественной и точной плазменной резки. Конструкция плазмотрона и расходных деталей для таких систем отличается большей сложностью и включает дополнительные детали для фокусировки дуги. Дуга высокоточной системы резки имеет силу тока около 40 000-50 000 ампер на квадратный дюйм. Чтобы обеспечить максимальное качество резки различных материалов, в качестве плазменного газа используются кислород, очищенный воздух, азот и смеси водорода/аргона/азота.

 

 

 

 

Ручная резка

В большинстве систем ручной плазменной резки, например, Tomahawk® Air Plasma, в выключенном состоянии электрод и детали сопла находятся в контакте. При нажатии триггера источник питания начинает вырабатывать постоянный ток, который проходит через это соединение и запускает поток плазменного газа. После того, как плазменный газ (сжатый воздух) достигает достаточного давления, электрод и сопло размыкаются, что приводит к возникновению электрической искры, которая преобразует поток воздуха в струю плазмы. Затем постоянный ток переключается с контура от электрода к соплу на контур от электрода к рабочему изделию. Подача тока и воздуха продолжаются, пока остается нажат триггер. 

   

 


Высокоточная плазменная резка

Электрод и сопло внутри плазмотрона для высокоточной резки не соприкасаются и изолированы друг от друга завихрителем, который имеет небольшие вентиляционные отверстия, преобразующие плазменный газ в вихрь. Когда в источник питания поступает команда включения, он начинает подачу постоянного тока с напряжением холостого хода до 400В и начинает предварительную подачу газа через шланг к плазмотрону. Сопло в данный момент подключено к положительному потенциалу источника питания через контур вспомогательной дуги, а электрод — к отрицательному.

 

 

 

После этого система поджига дуги вырабатывает высокочастотную искру, из-за которой плазменный газ ионизируется и становится проводником тока от электрода к соплу. В результате образуется вспомогательная дуга плазмы.

 

 

 

После того, как вспомогательная дуга вступит в контакт с рабочим изделием (заземленному через пластины стола для резки), контур тока перемещается от электрода к рабочему изделию, высокочастотный разряд отключается и включается контур вспомогательной дуги.

 

 

 

 

После этого источник питания наращивает постоянный ток до выбранной оператором силы тока и меняет предварительную скорость потока газа на оптимальную скорость для данного материала. Также используется вспомогательный поток защитного газа, который подается вне сопла через защитный колпачок.

 

 

 

Форма и диаметр отверстия защитного колпачка заставляют защитный газ еще больше сужать плазменную дугу, что позволяет обеспечить чистую резку с минимальными углами скоса и небольшой шириной линии разреза.

 

 

 

 

 

[объект HTMLImageElement]

Сводка

Плазменно-дуговая сварка (PAW)

была изобретена и запатентована в 1953 году Робертом М. Гейджем в лаборатории Linde / Union Carbide в Буффало, штат Нью-Йорк. До того, как устройства были выпущены на рынок в 1964 году, было получено около 10 лет разработки и несколько последующих патентов.

Процесс плазменной сварки был введен в сварочную промышленность как метод улучшения управления процессом дуговой сварки в более низких диапазонах тока.Сегодня плазма сохраняет первоначальные преимущества, которые она принесла промышленности, обеспечивая продвинутый уровень контроля и точности для получения высококачественных сварных швов в миниатюрных или прецизионных приложениях и для обеспечения длительного срока службы электродов для высоких производственных требований.

Процесс плазменной резки одинаково подходит для ручного и автоматического применения. Он использовался в различных операциях, начиная от сварки металлических лент в больших объемах и заканчивая прецизионной сваркой хирургических инструментов, автоматическим ремонтом лопастей реактивных двигателей и ручной сваркой кухонного оборудования для пищевой и молочной промышленности.

Как работает плазменная сварка

Плазма - это газ, который нагревается до чрезвычайно высокой температуры и ионизируется, так что он становится электропроводным. Подобно GTAW (Tig), процесс плазменно-дуговой сварки использует эту плазму для передачи электрической дуги на заготовку. Свариваемый металл плавится под действием сильного тепла дуги и сплавляется.

В горелке для плазменной сварки вольфрамовый электрод расположен внутри медного сопла с небольшим отверстием на конце.Между электродом горелки и наконечником сопла зажигается вспомогательная дуга. Затем эта дуга переносится на свариваемый металл.

Пропуская плазменный газ и дугу через суженное отверстие, резак передает высокую концентрацию тепла на небольшую площадь. Благодаря высокопроизводительному сварочному оборудованию плазменный процесс позволяет получать сварные швы исключительно высокого качества.

Плазменные газы обычно представляют собой аргон. В горелке также используется вторичный газ, аргон, аргон / водород или гелий, которые помогают защитить расплавленную сварочную ванну, тем самым сводя к минимуму окисление сварного шва.

Список необходимого оборудования

  • Блок питания
  • Плазменная консоль (иногда внешняя, иногда встроенная)
  • Циркуляционный насос (иногда внешний, иногда встроенный)
  • Горелка для плазменной сварки
  • Комплект принадлежностей для горелки (наконечники, керамика, цанги, датчики для установки электродов)

Список характеристик и преимуществ плазменной сварки

Элемент Льгота
P защищенный электрод Защищенный электрод снижает загрязнение электрода.Это особенно полезно для сварочных материалов, которые выделяют газ при сварке и загрязняют незащищенный электрод GTAW.
L Увеличение длины дуги за счет формы дуги и равномерного распределения тепла Расстояние от дуги не так критично, как в GTAW. Обеспечивает хорошую однородность сварного шва. В 99% приложений AVC не требуется, иногда даже с подачей проволоки.
A RC передача мягкая и последовательная Предназначен для сварки тонких листов, тонкой проволоки и миниатюрных компонентов, когда резкое начало дуги GTAW может повредить свариваемую деталь.
S дуга стола при сварке Уменьшает дрейф дуги. Дуговая сварка там, где она предназначена. Позволяет использовать инструменты для зажигания дуги в непосредственной близости от сварного шва для оптимального отвода тепла.
M Минимальный высокочастотный шум при сварке Минимальный высокочастотный шум после зажигания вспомогательной дуги, поэтому плазму можно использовать с ЧПУ. Еще одно преимущество заключается в сварке, предусматривающей герметичное уплотнение электронных компонентов, где запуск дуги GTAW может вызвать электрические помехи, которые могут повредить электронные внутренние компоненты свариваемого компонента.
Плотность энергии RC в 3 раза выше, чем у Tig Вызывает меньшую деформацию сварного шва и меньший размер сварных швов. Обеспечивает высокую скорость сварки
Вт Время возбуждения менее 0,005 секунды Исключительно короткое и точное время сварки, возможное для точечной сварки тонкой проволоки, точное время сварки в сочетании с прецизионными устройствами перемещения обеспечивают повторяемость положений начала / остановки сварки.
E варианты комплектации предлагают до 10 000 Гц Предлагает широкий спектр вариантов пульсации для разнообразных.пульсирующие приложения.
L Сила тока при художественной сварке
(всего 0,05 А)
Позволяет сваривать миниатюрные компоненты или хорошо контролировать наклон к кромке шва.
D Диаметр дуги, выбранный через отверстие сопла Эта функция помогает прогнозировать размер сварного шва.

Функции, преимущества и приложения

Характеристики

п. Защищенный электрод, длительное время до обслуживания электрода (обычно одна 8-часовая смена)
л Возможность сварки при низком токе (всего 0.05 ампер)
А Стабильность дуги и плавное зажигание дуги обеспечивают стабильные сварные швы раз за разом
S Стабильная дуга при зажигании дуги и сварке малым током
м Минимальные проблемы с высокочастотным шумом, ВЧ только при запуске вспомогательной дуги, а не для каждого сварного шва
А Плотность энергии дуги в 3 раза выше, чем у GTAW.Возможна более высокая скорость сварки
Вт Время сварки всего 5 мс (0,005 с)
E Плотность энергии уменьшает зону термического влияния, улучшает качество сварки
л Увеличение длины дуги за счет формы дуги и равномерного распределения тепла
Д Диаметр дуги выбирается через отверстие сопла

Преимущества

Полный список причин для использования процесса плазменной сварки обширен, но его можно свести к трем основным характеристикам, в которых заказчики желают воспользоваться преимуществами хотя бы одной функции.

  • Точность: Процесс плазменной резки, как правило, более точен, чем традиционный TIG (помните, что улучшенные источники питания могут создавать дугу, отличную от обычной дуги Tig). Плазменная технология обладает следующими преимуществами по сравнению с традиционной сваркой TIG:
    • Стабильная концентрированная дуга
    • Устойчивость к изменениям длины дуги (Tig +/- 5%, Plasma +/- 15%)
  • Сварка мелких деталей:
    • Низкий ток (многие источники питания для плазменной резки опускаются до.1 ампер)
    • Стабилен при низком токе
    • Бережный перенос дуги (зажигание дуги) без высокочастотного шума.
    • Возможно короткое время сварки (для точечной сварки - проволочные направляющие, трубы и т. Д.)
  • Высокопроизводительная сварка:
    • Длительный срок службы электрода обеспечивает намного больше часов сварки, чем Tig, до того, как произойдет загрязнение электрода.

Во многих сферах применения многие уникальные преимущества плазмы сочетаются с преимуществами всего процесса сварки.

Приложения

Сварка мелких деталей: Процесс плазменной резки позволяет плавно, но стабильно запускать дугу на кончике проволоки или других мелких компонентах и ​​выполнять повторяемые сварные швы с очень короткими периодами времени сварки. Это удобно при сварке таких компонентов, как иглы, провода, нити лампочек, термопары, зонды и некоторые хирургические инструменты.

Герметичные компоненты: Медицинские и электронные компоненты часто герметично закрываются сваркой.Процесс плазменной резки обеспечивает возможность:

  1. Уменьшите подвод тепла к детали
  2. Сварка возле хрупких изолирующих прокладок
  3. Запустите дугу без высокочастотных электрических помех, которые могут повредить внутренние электрические устройства

Применения включают датчики давления и электрические датчики, сильфоны, уплотнения, банки, корпуса, микровыключатели, клапаны, электронные компоненты, двигатели, батареи, миниатюрную трубку к фитингу / фланцу, пищевое и молочное оборудование,

Ремонт штампов и пресс-форм для инструментов: Целая индустрия ремонта возникла, чтобы помочь компаниям, желающим повторно использовать компоненты с небольшими зазубринами и вмятинами от неправильного использования или износа.Способность современных микродуговых источников питания плавно запускать дугу с низким током и производить ремонт предоставила пользователям уникальную альтернативу традиционному ремонту и термообработке. Процессы сварки Micro-Tig и микроплазменной сварки используются для ремонта инструментов, штампов и пресс-форм. Для внешних кромок плазменный процесс обеспечивает большую стабильность дуги и требует меньших навыков для контроля сварочной ванны. Чтобы добраться до внутренних углов и щелей, процесс TIG позволяет удлинить вольфрамовый сварочный электрод для улучшения доступа.

Сварка металлической ленты: Плазменный процесс обеспечивает возможность постоянного переноса дуги на заготовку и сварки до краев сварного шва. В автоматических приложениях для длинных сварных швов регулирование расстояния до дуги не требуется, и этот процесс требует меньшего обслуживания компонентов горелки. Это особенно выгодно при больших объемах применения, когда материал выделяет газ или имеет поверхностные загрязнения.

Трубная мельница Сварка: Трубные мельницы производят трубы и трубы, беря непрерывную полосу материала и скручивая края вверх до тех пор, пока края полосы не встретятся вместе на сварочной станции.В этот момент сварочный процесс плавит и сплавляет края трубы вместе, и материал выходит из сварочной станции в виде сварной трубы.

Производительность трубного стана зависит от скорости дуговой сварки и общего времени сварки. Каждый раз, когда комбинат останавливается и снова запускается, образуется определенное количество лома. Таким образом, наиболее важными вопросами для пользователя трубной мельницы являются:

  1. Максимальная скорость сварки трубных станов.
  2. Стабильность дуги для оптимального качества и стабильности сварного шва.
  3. Максимальное количество часов срока службы наконечника сварочного электрода.

На некоторых трубных станах применяется плазменная сварка, чтобы получить сочетание повышенной скорости сварки, улучшенного проплавления и максимального срока службы электрода.

Сравнение энергозатрат при GTAW и плазменной сварке

Следующее является результатом испытания, проведенного с использованием процессов GTAW (Tig) и плазменной сварки на определенной полосе исследуемого материала, чтобы установить сравнение энергозатрат при электролитических процессах.Результаты испытаний следует использовать только в качестве общего сравнения рекомендаций, поскольку инженеры-сварщики могут изменить любой из параметров, указанных ниже, для достижения другого результата.

Параметры испытаний: Ручная сварка, без зажимного устройства, сталь Cr / Ni, толщина 0,102 дюйма. Все значения определены с помощью измерительных приборов.
GTAW:125 А, 12 В, 10,24 I.P.M. (26 см / мин)
Плазма: 75 Ампер, 18 Вольт, 13.38 I.P.M. (34 см / мин)
Подвод тепла:
   V x A x 60
-----------------
 Скорость в см / мин 
GTAW:
  12 х 125 х 60
----------------- = 3,46 кДж
    26 см / мин 
Подвод тепла:
  18 х 75 х 60
---------------- = 2,38 кДж
    34 см / мин 

Помимо того, что возможна более высокая скорость сварки, меньшее тепловложение дает следующие преимущества:

  • Больше согласованности
  • Меньше искажений.
  • Снижение напряжения в сварном элементе.
  • Снижение риска повреждения любых термочувствительных деталей, прилегающих к сварному шву.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Что такое плазменная сварка? - TWI

Плазменно-дуговая сварка (PAW) - это процесс дуговой сварки, очень похожий на сварку TIG, поскольку дуга образуется между заостренным вольфрамовым электродом и заготовкой.Однако, располагая электрод внутри корпуса горелки, плазменную дугу можно отделить от оболочки защитного газа. Затем плазма пропускается через медное сопло с мелким отверстием, которое сужает дугу.

Возможны три режима работы, варьируя диаметр ствола и расход плазмообразующего газа -

Микроплазменная сварка (0,1 - 15 А)

Microplasma используется для сварки тонких листов (толщиной до 0,1 мм), а также секций из проволоки и сетки. Жесткая игольчатая дуга сводит к минимуму блуждание дуги и ее искажение.

Среднетоковая сварка (15 - 200 А)

При использовании в режиме плавления это альтернатива обычному TIG. Преимуществами являются более глубокое проникновение (из-за более высокого потока плазменного газа), большая устойчивость к поверхностному загрязнению, включая покрытия (электрод находится внутри корпуса горелки) и лучшая устойчивость к изменениям расстояния между электродом и заготовкой без значительного изменения подводимого тепла.

Сварка в замочную скважину (более 100А)

За счет увеличения сварочного тока и потока плазменного газа создается очень мощный плазменный луч, который может обеспечить полное проникновение в материал, как при лазерной или электронно-лучевой сварке.Во время сварки образуется замочная скважина, которая постепенно прорезает металл с течением расплавленной сварочной ванны, образуя сварной шов под действием сил поверхностного натяжения. Этот процесс можно использовать для сварки более толстых материалов (до 10 мм нержавеющей стали) за один проход.

Плазменная дуга обычно работает от источника постоянного тока с постоянной (падающей) характеристикой тока. Поскольку его уникальные рабочие характеристики обусловлены специальной компоновкой горелки и разделением потоков плазмы и защитного газа, пульт управления плазмой может быть добавлен к обычному источнику питания для сварки TIG.Также доступны специализированные плазменные системы.

Хотя дуга инициируется с помощью ВЧ, сначала она образуется между электродом и плазменным соплом. Эта «пилотная» дуга удерживается внутри корпуса горелки до тех пор, пока она не понадобится для сварки, а затем переносится на заготовку. Система вспомогательной дуги обеспечивает надежное зажигание дуги, а поскольку вспомогательная дуга поддерживается между сварными швами, она устраняет необходимость повторного зажигания высокочастотной дуги, которое может вызвать электрические помехи.

В плазменном процессе используется электрод из вольфрама с 2% тория, плазменное сопло - из меди.Диаметр отверстия плазменного сопла имеет решающее значение, а слишком маленький диаметр отверстия для текущего уровня и расхода плазменного газа приведет к чрезмерной эрозии сопла или даже к плавлению.

Обычные комбинации газов: аргон для плазменного газа, аргон или аргон плюс от 2 до 5% водорода в качестве защитного газа. Гелий можно использовать в качестве плазменного газа, но из-за того, что он более горячий, снижается номинальный ток сопла. Меньшая масса гелия также может затруднить режим замочной скважины. Смеси гелия и аргона используются в качестве защитного газа для таких материалов, как медь.

Дополнительная информация

Знание сварщика 18: Оборудование для плазменной сварки.

Процесс плазменной сварки: принципы работы

Процесс плазменно-дуговой сварки обычно сравнивают с процессом газовой вольфрамовой дуги.

Если электрическая дуга между вольфрамовым электродом и изделием сужается в области поперечного сечения, ее температура увеличивается, поскольку по ней проходит такой же ток.

Эта сжатая дуга называется плазмой или четвертым состоянием материи.

Этот процесс основан на ионизирующем газе, который происходит при высоких температурах. Когда ионизированный газ может проводить электричество. Затем газ используется для передачи электрической дуги на свариваемую деталь. Сильный жар дуги сваривает или сплавляет два куска металла вместе.

Выбранный газ - аргон плюс вторичный газ гелий, смесь аргона с водородом или аргон. Вторичный газ защищает сварочную ванну, как и при других сварочных процессах. Это снижает степень окисления сварного шва.

Плазменная горелка содержит электрод из вольфрама, помещенный в сопло из меди. Наконечник насадки имеет небольшое отверстие. Дуга зажигается между электродом и концом сопла. Затем дуга передается на свариваемый материал.

Небольшое отверстие заставляет газ проходить через «суженное отверстие или отверстие». Это концентрирует тепло на относительно небольшой площади. Способность направлять концентрированное тепло таким образом позволяет сварщику производить сварной шов очень высокого качества.

В результате получается процесс, который обеспечивает более высокую скорость сварки, меньшую деформацию, более однородные сварные швы, меньшее разбрызгивание и больший контроль области сварки, снижая риск повреждения любых близлежащих термочувствительных компонентов. Расходные материалы тоже имеют долгий срок службы.

Видео о процессе плазменно-дуговой сварки

Режимы работы процесса плазменной сварки

Плазменно-дуговая сварка

Существует два режима работы процесса плазменной сварки: непереносимая дуга и перенесенная дуга.

  • Режим дуги без переноса : В режиме без переноса ток проходит от электрода внутри горелки к соплу, содержащему отверстие, и обратно к источнику питания. Он используется для плазменного напыления или тепловыделения неметаллов.
  • Режим переносимой дуги : В режиме переносимой дуги ток передается от вольфрамового электрода внутри сварочной горелки через отверстие к заготовке и обратно к источнику питания.

Разница между этими двумя режимами работы показана на рисунке 10-37 ниже.Режим перенесенной дуги используется для сварки металлов. Для сравнения показан процесс газовой вольфрамовой дуги.

Перенесенная и непереносимая плазменные дуги - Рис. 10-37

Как образуется плазма

Плазма создается за счет сжатия электрической дуги, проходящей через отверстие сопла. Горячие ионизированные газы также пропускаются через это отверстие. Плазма имеет жесткую столбчатую форму и имеет параллельные стороны, поэтому она не вспыхивает так же, как газовая вольфрамовая дуга.Эта высокотемпературная дуга, направленная на изделие, расплавляет поверхность основного металла и присадочный металл, добавляемый для сварки. Таким образом, плазма действует как чрезвычайно высокотемпературный источник тепла, образуя сварочную лужу. Это похоже на газовую вольфрамовую дугу. Однако более высокотемпературная плазма заставляет это происходить быстрее и называется режимом плавления. На Рис. 10-36 показано поперечное сечение головки плазменной горелки.

Высокая температура плазменной или сжатой дуги и высокоскоростная плазменная струя обеспечивают повышенную скорость теплопередачи по сравнению со сваркой вольфрамовой дугой при использовании одного и того же тока.Это приводит к более высокой скорости сварки и более глубокому проплавлению шва. Этот метод работы используется для сварки очень тонких материалов. и для сварки многопроходных канавок, сварных и угловых швов.

Процесс сварки в замочную скважину

Другой метод использования процесса плазменной сварки - это сварка методом «замочной скважины». Плазменная струя проникает через заготовку и образует отверстие или замочную скважину. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный основной металл обтекать замочную скважину, образуя сварной шов.Метод замочной скважины можно использовать только для стыков, в которых плазма может проходить через стык. Он используется для неблагородных металлов толщиной от 1/16 до 1/2 дюйма (от 1,6 до 12,0 мм). На него влияет состав основного металла и сварочные газы. Метод замочной скважины предусматривает сварку с полным проплавлением за один проход, которую можно выполнять вручную или автоматически во всех положениях.

Совместное проектирование

Конструкция шарнира основана на толщине металла и определяется двумя способами работы.

  • Метод замочной скважины : Для метода замочной скважины конструкция стыка ограничивается типами с полным проникновением. Предпочтительной конструкцией соединения является квадратная канавка без минимального корневого отверстия. Для корневых проходов, особенно на толстостенных трубах, используется U-образная канавка. Корневая поверхность должна быть 1/8 дюйма (3,2 мм), чтобы обеспечить полное проникновение в замочную скважину.
  • Метод плавления : Для метода плавления при сварке тонкого калибра от 0,020 дюйма (0,500 мм) до 0.Металл 100 дюймов (2.500 мм) следует использовать сварной шов с квадратной канавкой. Для сварки фольги толщиной от 0,005 дюйма (0,130 мм) до 0,020 дюйма (0,0500 мм) следует использовать краевое фланцевое соединение. Фланцы расплавляются, чтобы обеспечить присадочный металл для сварного шва.

При использовании режима плавления для толстых материалов можно использовать ту же общую деталь соединения, что и при дуговой сварке защищенным металлическим электродом и дуговой сварке вольфрамовым электродом. Его можно использовать для угловых швов, фланцевых швов, всех типов швов с разделкой кромок и т. Д., а также для соединений внахлест с использованием дуговой точечной сварки и дуговой сварки швов. На рис. 10-38 показаны различные конструкции соединений, которые можно сваривать с помощью процесса плазменной дуги.

Различные соединения для плазменной дуги - Рисунок - 10-38 Сварочная цепь

и ток

Сварочная схема для процесса плазменной сварки более сложна, чем для дуговой сварки вольфрамовым электродом в газе.

Требуется дополнительный компонент в качестве цепи управления, помогающий запускать и останавливать плазменную дугу. Используется тот же источник питания.

Есть две газовые системы: одна для подачи плазменного газа, а вторая для защитного газа.

Сварочная схема для плазменной сварки показана на рисунке 10-39. Используется постоянный ток типа постоянного тока (ПС). Переменный ток используется только для нескольких приложений.

Принципиальная схема плазменно-дуговой сварки (плазменная сварка) - рисунок 10-39

Советы по использованию процесса

Вольфрамовый электрод должен быть точно отцентрован и расположен относительно отверстия в сопле. Ток вспомогательной дуги должен поддерживаться достаточно низким, достаточно высоким, чтобы поддерживать стабильную вспомогательную дугу.При сварке очень тонких материалов из фольги вспомогательная дуга может быть всем, что необходимо.

Когда присадочный металл используется как часть процесса плазменной сварки, он добавляется таким же образом, как при сварке газовой вольфрамовой дугой. Однако чем больше расстояние от резака до детали, тем больше свободы для добавления присадочного металла. Оборудование необходимо правильно отрегулировать, чтобы защитный газ и плазменный газ были в правильных пропорциях. Также необходимо использовать подходящие газы.

Тепловая нагрузка важна.Плазменный газовый поток также имеет важное значение. Эти факторы показаны на рисунке 10-40.

Качество плазменной сварки и общие неисправности - Рисунок 10-40

Присадочный металл и другое оборудование

Присадочный металл обычно используется при плазменной сварке, за исключением сварки самых тонких металлов. Состав присадочного металла должен соответствовать основному металлу. Размер стержня присадочного металла зависит от толщины основного металла и сварочного тока. Наполнитель обычно добавляется в лужу вручную, но может добавляться автоматически.

Защитный газ

Инертный газ, аргон, гелий или их смесь, используется для защиты области дуги от атмосферы. Аргон более распространен, потому что он тяжелее и обеспечивает лучшую защиту при более низких расходах. Для плоской и вертикальной сварки достаточно расхода защитного газа от 15 до 30 куб. Футов в час (от 7 до 14 литров в минуту).

Сварка с потолком требует немного большей скорости потока. Аргон используется в качестве плазменного газа с расходом 1 куб. Фут в час (0.5 литров в минуту) до 5 кубических футов в час (2,4 литра в минуту) для сварки, в зависимости от размера горелки и области применения. Активные газы не рекомендуются для плазменного газа. Кроме того, требуется охлаждающая вода.

Качество, скорость осаждения и переменные

Качество процесса плазменной сварки чрезвычайно высокое и обычно выше, чем у сварных швов газовой вольфрамовой дугой, потому что вероятность появления вольфрамовых включений в сварном шве мала или отсутствует. Скорость наплавки при плазменно-дуговой сварке несколько выше, чем при газовой вольфрамовой сварке, и показана кривой на рисунке 10-41.

Графики сварки для процесса плазменной дуги показаны данными в таблице 10-5.

Скорость наплавки при плазменной сварке - Рисунок 10-41

Параметры процесса плазменной сварки показаны на рисунке 10-41. Большинство переменных, показанных для плазменной дуги, аналогичны другим процессам дуговой сварки. Есть два исключения: поток плазменного газа и диаметр отверстия в сопле.

Основные переменные оказывают существенное влияние на процесс. Второстепенные переменные обычно фиксируются в оптимальных условиях для данного приложения.Все переменные должны присутствовать в процедуре сварки.

Такие переменные, как угол и отклонение электрода и тип электрода, считаются фиксированными для данного приложения.

Процесс плазменной сварки реагирует на эти переменные иначе, чем процесс газовой вольфрамовой дуги.

Зазор, или расстояние от резака до детали, менее чувствителен для плазмы, но угол резака при сварке деталей неравной толщины более важен, чем при сварке газовой вольфрамовой дугой.

Приложение к расписанию процедуры плазменно-дуговой сварки - Таблица 10-5

Варианты процесса

Сварочный ток может быть импульсным, чтобы получить те же преимущества, которые дает импульсная сварка при дуговой сварке вольфрамовым электродом. Сильный импульс тока используется для максимального проникновения, но не работает постоянно, чтобы обеспечить затвердевание металла. Это дает более легко управляемую лужу для работы вне рабочего места. Импульсный режим может выполняться тем же аппаратом, который используется для дуговой сварки вольфрамовым электродом в газе.

Способ подачи присадочной проволоки

Метод плазменной подачи присадочной проволоки практически такой же, как и при дуговой сварке вольфрамовым электродом в газе. Можно использовать концепцию «горячей проволоки». Это означает, что к присадочной проволоке подается ток низкого напряжения для ее предварительного нагрева перед попаданием в сварочную ванну.

Плазменная дуговая сварка с программным управлением

Программируемую сварку также можно использовать для процесса плазменной сварки таким же образом, как и для дуговой сварки вольфрамовым электродом в газе.Используется тот же источник питания со способностями к программированию, что дает преимущества для определенных видов работ. Сложность программирования зависит от потребностей конкретного приложения. Помимо программирования сварочного тока, часто необходимо программировать поток плазменного газа. Это особенно важно при закрытии замочной скважины, которая требуется для выполнения корневого прохода сварного шва, соединяющего два отрезка трубы.

Плазменная сварка - Weld Guru

PAW или плазменно-дуговая сварка (PAW), когда соединение металлов или коалесценция происходит путем нагрева суженной дугой между заготовкой (дугой переноса) и электродом или сужающимся соплом и электродом (дуга без переноса).

С помощью этого процесса можно выполнять узкие и глубокие сварные швы при высоких скоростях сварки.

Способ экранирования связан с выходом горячего ионизированного газа из отверстия. Он также может быть дополнен другим источником защитного газа. Защитный газ может быть смесью газов или инертным газом. Давление можно использовать (или не использовать). Вы также можете поставлять или не поставлять присадочный металл.

Целью процесса плазменно-дуговой сварки является контролируемое повышение уровня энергии дуговой плазмы.

Это достигается за счет использования специального газового сопла вокруг вольфрамового электрода, работающего от источника питания DCEN.

Образовавшаяся сжатая плазма концентрирована и сильно ионизирована.

Процесс подробно описан на схеме ниже:

Схема процесса плазменно-дуговой сварки в режиме «замочная скважина» - Рис. 10-35 Демонстрационное видео

PAW

Оборудование для плазменной сварки

Источник питания

Рекомендуется использовать источник питания с постоянной падающей характеристикой, который подает сварочный ток постоянного тока; что указанная мощность переменного / постоянного тока также может быть использована.

Напряжение холостого хода должно составлять 80 вольт с рабочим циклом 60%. Предпочтительно, чтобы источник питания имел встроенный контактор и средства дистанционного регулирования тока.

При сварке очень тонких металлов минимальная расчетная сила тока должна составлять 2 ампера. Макс. 300 подходит для большинства проектов плазменной сварки.

Сварочная горелка PAW

Сварочная горелка для плазменной сварки внешне похожа на газовую вольфрамовую дуговую горелку, но более сложна.

Все плазмотроны имеют водяное охлаждение, даже горелки с минимальным током. Это связано с тем, что дуга находится внутри камеры горелки, где выделяется значительное количество тепла. Если на короткое время прервать подачу воды, форсунка может расплавиться.

Поперечное сечение головки плазмотрона - рисунок 10-36).

Поперечное сечение головки горелки для плазменной сварки показано на рисунке 10-36. В период отсутствия переноса дуга будет зажжена между соплом или наконечником с отверстием и вольфрамовым электродом.Ручные плазменные дуговые горелки производятся различных размеров от 100 до 300 ампер. Также доступны автоматические горелки для работы станка.

В горелке используется 2-процентный торированный вольфрамовый электрод, аналогичный тому, который используется для сварки вольфрамовым газом. Поскольку вольфрамовый электрод расположен внутри горелки, загрязнение его основным металлом практически невозможно.

Консоль управления

Для плазменной сварки требуется пульт управления. Плазменно-дуговые горелки предназначены для подключения к консоли управления, а не к источнику питания.В состав консоли входят:

  • Источник питания вспомогательной дуги
  • Система задержки синхронизации для перехода от вспомогательной дуги к переданной дуге
  • Клапаны водогазовые
  • Отдельные расходомеры для плазменного газа и защитного газа.

Консоль обычно подключается к источнику питания и может управлять контактором. Он также будет содержать блок зажигания высокочастотной дуги, источник питания вспомогательной дуги без передачи, схему защиты горелки и амперметр.

Генератор высокой частоты используется для зажигания вспомогательной дуги. К защитным устройствам горелки относятся реле давления воды и плазменного газа, которые блокируются с контактором.

Устройство подачи проволоки

Механизм подачи проволоки может использоваться для машинной или автоматической сварки и должен быть с постоянной скоростью. Механизм подачи проволоки должен иметь регулировку скорости в диапазоне от 10 дюймов в минуту (254 мм в минуту) до 125 дюймов в минуту (3,18 м в минуту) скорости подачи.

Плазменная сварка или плазменная сварка с использованием автоматизированного процесса.Электрическая дуга образуется между заготовкой и электродом.

Преимущества

Преимущества плазменно-дуговой сварки по сравнению с дуговой сваркой вольфрамовым электродом в газе обусловлены тем, что PAW имеет более высокую концентрацию энергии. Его более высокая температура, суженная площадь поперечного сечения и скорость плазменной струи создают более высокое теплосодержание. Другое преимущество основано на жестком столбчатом типе дуги или форме плазмы, которая не вспыхивает, как газовая вольфрамовая дуга.

Эти два фактора обеспечивают следующие преимущества:

  • Больше свободы при ручной сварке: Расстояние между горелкой и изделием от плазменной дуги менее критично, чем при сварке газовой вольфрамовой дугой.Это важно для ручного управления, поскольку дает сварщику больше свободы для наблюдения и контроля сварного шва.
  • Эффект «замочной скважины» (полное проплавление за один проход): Высокая температура и высокая концентрация тепла в плазме допускают эффект «замочной скважины», который обеспечивает сварку многих стыков за один проход с полным проплавлением. В этой операции более желательны зона термического влияния и форма сварного шва. Зона термического влияния меньше, чем у газовой вольфрамовой дуги, и сварной шов имеет тенденцию иметь больше параллельных сторон, что снижает угловую деформацию.

    В режиме «замочная скважина» сквозное отверстие формируется на передней кромке сварочной ванны. Расплавленный металл сварного шва обтекает отверстие и затвердевает за замочной скважиной, образуя валик сварного шва. Таким образом, швы со шпонкой представляют собой сварные швы со сплошным проплавлением с большим отношением глубины к ширине. Это приводит к низкой деформации сварного шва. При рабочих токах до 300 ампер этот режим можно использовать для сварки материалов толщиной до 3/4 дюйма, а также для сварки титановых и алюминиевых сплавов.

  • Более высокие скорости движения: Более высокая концентрация тепла и плазменная струя позволяют увеличить скорость движения.

Плазменная дуга более стабильна и не так легко отклоняется до ближайшей точки основного металла. При плазменно-дуговой сварке возможны большие вариации совмещения стыков. Это важно при выполнении корневых швов на трубах и других односторонних сварных соединениях. Плазменная сварка обеспечивает более глубокое проплавление и дает более узкий сварной шов. Это означает, что соотношение глубины и ширины более выгодно.

Недостатки

  • Необходима замена диафрагмы
  • Дорогое оборудование
  • Требуется больше навыков, чем для процесса GTAW

Основное использование

Одним из основных применений плазменной дуги является ее применение для изготовления труб (нержавеющая сталь, титановый сплав).Более высокая производительность, основанная на более высоких скоростях перемещения, является результатом плазменной сварки вольфрамовым электродом над газом. Трубки из нержавеющей стали, титана и других металлов производятся плазменным способом с более высокой производительностью, чем ранее при газовой вольфрамовой дуговой сварке.

Большинство применений плазменной сварки находятся в диапазоне слабых токов, от 100 ампер или меньше. Плазма может работать при чрезвычайно низких токах, что позволяет сваривать фольгу толщиной.

Плазменная сварка также используется для выполнения небольших сварных швов сварных деталей в приборостроении и других мелких деталей из тонкого металла.Применяется для стыковых соединений стеновых труб.

Этот процесс также используется для выполнения работ, аналогичных электронно-лучевой сварке, но с гораздо более низкой стоимостью оборудования.

Сравнение сварки TIG и PAW: TIG (слева) PAW (справа)

Сварочный процесс

Плазменно-дуговая сварка обычно применяется как процесс ручной сварки, но также применяется в автоматических и машинных установках. Ручное приложение является самым популярным. Полуавтоматические способы нанесения бесполезны.

Стандартные методы применения плазменной сварки - ручная (MA), машинная (ME) и автоматическая (AU).

Позиции

Процесс плазменной сварки - это процесс сварки во всех положениях. В Таблице 10-2 ниже показаны возможности сварочного положения.

Возможности сварочных позиций
Положение при сварке Рейтинг
1. Плоское горизонтальное сопло A
2. Горизонтальный A
3. Вертикальный A
4.Накладные расходы A
5. На трубе A

Металлы

Типы свариваемых металлов

Процесс плазменной сварки позволяет соединять практически все коммерчески доступные металлы. Возможно, это не лучший выбор или не самый экономичный способ сварки некоторых металлов. Процесс плазменно-дуговой сварки соединит все металлы, которые будут свариваться газо-вольфрамовой дугой.

Это показано в таблице 10-3 ниже.

Основные металлы, свариваемые плазменно-дуговой технологией
Основной металл Свариваемость
Алюминий Сварной
Бронза Возможно, не популярно
Медь Сварной
Медно-никелевый Сварной
Литой, ковкий, с шаровидным графитом Возможно, не популярно
Кованое железо Возможно, не популярно
Свинец Возможно, не популярно
Магний Возможно, не популярно
Инконель Сварной
Никель Сварной
Монель Сварной
Драгоценные металлы Сварной
Низкоуглеродистая сталь Сварной
Сталь с низким допуском Сварной
Высокий и средний углерод Сварной
Сплавы Сталь Сварной
Нержавеющая сталь Сварной
Инструментальная сталь Сварной
Титан Сварной
Вольфрам Сварной

Толщина металла

Что касается диапазонов толщин, сваренных плазменным способом, режим работы «замочная скважина» может использоваться только в том случае, если плазменная струя может проникать в стык.В этом режиме его можно использовать для сварки материалов от 1/16 дюйма (1,6 мм) до 1/4 дюйма (12,0 мм). Диапазон толщины зависит от металла. Режим плавления используется для сварки материала толщиной от 0,002 дюйма (0,050 мм) до 1/8 дюйма (3,2 мм).

Используя многопроходную технику, можно сваривать металл неограниченной толщины. Обратите внимание, что присадочный пруток используется для сварки более толстых материалов. В таблице 10-4 ниже указаны диапазоны толщины основного металла.

Диапазон толщины основного металла - Таблица 10-4

Ограничения процесса

Основные ограничения процесса плазменной сварки связаны, в большей степени, с оборудованием и аппаратурой.

  • Горелка более хрупкая и сложная, чем газовая вольфрамовая дуговая горелка. Даже горелки с самым низким номиналом должны иметь водяное охлаждение.
  • Наконечник вольфрама и совмещение отверстия в сопле чрезвычайно важны и должны поддерживаться в очень узких пределах. Текущий уровень резака не может быть превышен без повреждения наконечника.
  • Каналы водяного охлаждения в горелке относительно малы, поэтому для горелок с малым током или меньшей мощности рекомендуются фильтры для воды и деионизированная вода.Консоль управления добавляет в систему еще одно оборудование. Это дополнительное оборудование делает систему более дорогой и может потребовать более высокого уровня обслуживания.

Определение, конструкция, работа, применение, преимущества и недостатки [PDF]

Плазменная сварка Дуговая сварка - это процесс сварки в жидком состоянии. В этой статье вы узнаете определение плазменно-дуговой сварки, компоненты и принцип работы аппарата, а также области применения, преимущества и недостатки этой сварки.Итак, давайте приступим к определению PAW!

Что такое плазменно-дуговая сварка?

Плазменно-дуговая сварка (PAW) - это процесс сварки в жидком состоянии, при котором соединение металла с металлом образуется в расплавленном состоянии с помощью горячих ионизированных газов, известных как плазма. Эти горячие ионизированные газы используются для нагрева рабочих пластин, а соединение создается за счет плавления.

Плазма искусственного воздуха

Конструкция машины:

Установка для плазменно-дуговой сварки состоит из следующих компонентов:

  • Источник питания
  • Горелка для плазменной сварки
  • Циркуляционный насос
  • Вольфрамовый электрод
  • Защитный газ
  • Плазменный газ
  • Комплект принадлежностей для горелки (наконечники, керамика, цанги, датчики для настройки электродов)
  • Присадочный материал
Линейная диаграмма аппарата плазменно-дуговой сварки, Изучение механики

Позвольте мне дать вам краткий обзор каждого компонента .

Источник питания:

Для процесса плазменной дуговой сварки требовался источник постоянного тока большой мощности для генерации электрической искры между вольфрамовым электродом и сварочными пластинами.

Эта сварка может сваривать при малом токе 2 А, а максимальный ток, с которым она может работать, составляет около 300 А. Для нормальной работы требуется около 80 вольт.

Источник питания состоит из трансформатора, выпрямителя и пульта управления.

Горелка для плазменной сварки:

Это наиболее важная часть процесса плазменной сварки.

Эта горелка очень похожа на то, что используется для сварки TIG.

Горелки

PAW имеют водяное охлаждение, так как дуга находится внутри резака и выделяет большое количество тепла, поэтому снаружи резака предусмотрена водяная рубашка.

Плазменная горелка постоянного тока

Рециркулятор воды:

Этот механизм используется для охлаждения сварочной горелки за счет непрерывного потока воды за пределами сварочной горелки.

Вольфрамовый электрод:

В этом аппарате мы используем нерасходуемый вольфрамовый электрод.Как известно, вольфрам выдерживает очень высокие температуры.

Защитный газ:

В этом процессе сварки мы используем два инертных газа. Нам нужно поддерживать низкое давление, чтобы избежать турбулентности во время сварки из-за этого газа низкого давления, сварочный экран формируется еженедельно, поэтому нам нужно заряжать другой инертный газ через внешнюю часть сварочного усилия с высокой скоростью потока, чтобы сделать сварной щит устойчивый.

В качестве инертных газов, которые используются в этом процессе, могут использоваться гелий, аргон, а также водород по мере необходимости, и это полностью зависит от температуры.

Плазменный газ:

Это ионизированный горячий газ, состоящий примерно из одинакового количества электронов и ионов. У него достаточно энергии, чтобы освободить электроны от молекул, атомов и электронов для синхронизации.

Это основной источник энергии при сварке.

Комплект принадлежностей для горелки:

Эти комплекты используются для увеличения производительности сварочной горелки.

Присадочный материал:

При плазменной сварке присадочный материал не используется. Если используется присадочный материал, то он подается непосредственно в зону сварного шва.

Принцип работы плазменно-дуговой сварки:

Это процесс дуговой сварки, концентрированная плазменная дуга создается с помощью высокочастотного блока аппарата и направляется в область сварного шва.

Плазма возникает между вольфрамовым электродом и отверстием из-за слаботочной вспомогательной дуги. Плазменная дуговая сварка является концентрированной, потому что она проходит через относительно небольшое отверстие или сопло для увеличения его давления, температуры и тепла.

Благодаря вышеуказанным характеристикам дуга теперь становится очень стабильной, улучшенной по форме и скорости теплопередачи.

Температура дуги достигает 33000 ° C из-за этого теплового явления сопло окружено системой водяного охлаждения, чтобы избежать износа сопла из-за тепла.

Рабочие токи обычно менее 100 А. Это отличает плазменную сварку от других видов сварки.

При использовании присадочного металла он подается в дугу, как это делается при газовой вольфрамовой сварке. Экранирование дуги и зоны сварки обеспечивается с помощью внешнего защитного кольца и использования инертных газов, таких как аргон, гелий или их смеси.

Вы можете посмотреть это видео, чтобы лучше понять процесс плазменно-дуговой сварки:

Преимущества PAW:

Преимущества плазменно-дуговой сварки следующие:

  • Конструкция горелки позволяет лучше контролировать дугу .
  • Этот метод дает больше свободы для наблюдения и контроля сварного шва.
  • Чем выше концентрация тепла и плазменная струя, тем выше скорость движения.
  • Высокая температура и высокая концентрация тепла в плазме создают эффект замочной скважины.
  • Обеспечивает полное проплавление при однопроходной сварке многих стыков.
  • Зона термического влияния меньше по сравнению с GTAW (газовая дуговая сварка вольфрамом).
  • Он потребляет меньше тока по сравнению с другим процессом сварки.

Недостатки плазменно-дуговой сварки:

Недостатки плазменно-дуговой сварки:

  • Она дает более широкие сварные швы и зоны термического влияния по сравнению с LBW и EBW.
  • Оборудование для плазменной сварки очень дорогое.Следовательно, у него будет более высокая начальная стоимость.
  • Для выполнения плазменной сварки требуется обучение и специализация.
  • Излучает ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.
  • Этот метод обеспечивает более высокий уровень шума, порядка 100 дБ.
  • Горелка громоздкая, поэтому ручная сварка немного сложна и требует обучения, как уже упоминалось.

Применение плазменно-дуговой сварки:

Применение плазменно-дуговой сварки:

  • Эта сварка используется в морской и авиакосмической промышленности.
  • Используется для сварки труб и трубок из нержавеющей стали или титана.
  • В основном используется в электронной промышленности.
  • Кроме того, он используется для ремонта инструментов, штампов и пресс-форм.
  • Используется для сварки или нанесения покрытия на лопатку турбины.

Итак, это все о плазменно-дуговой сварке. Надеюсь, вам понравилась эта статья. Я также писал статьи о некоторых других сварочных процессах, их тоже проверяю. И, кроме того, не забудьте поделиться статьей в любимой социальной платформе.

Дополнительные ресурсы :

Кредиты СМИ:


  • Изображение 1: Автор Chocolateoak - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? curid = 12260232
  • Изображение 2: Автор Rudolfensis в английской Википедии, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45785285
  • Изображение 3: Автор Saubhik Рой - Команда разработчиков Изучить механику
  • Изображение функции: Автор Saubhik Roy - Изменено автором
  • Видео: По чипу CM

Ссылки:


Плазменная сварка - обзор всего, что вам нужно знать

Что такое плазменная сварка?

При плазменной сварке дуга образуется между заостренным вольфрамовым электродом и заготовкой.Электрод помещен в корпус горелки, поэтому плазменная дуга может быть отделена от оболочки защитного газа. Затем плазма пропускается через медное сопло с мелким отверстием, которое сужает дугу. В результате дуговая плазма выходит с очень высокой скоростью и достигает температуры до 28 000 градусов Цельсия.

Плазменная сварка и сварка TIG; Различия и сходства

При плазменно-дуговой сварке (PAW) столб дуги TIG сжимается вместе с помощью медного сопла с водяным охлаждением.Это значительно увеличивает плотность энергии дуги по сравнению с исходной аркой TIG.

Для плазменной сварки мы также используем вольфрамовый электрод, и дуга зажигается с помощью высокочастотного напряжения. Это пилотная дуга, которая горит между вольфрамовым электродом (мин.) И плазменным соплом (плюс) с относительно низким ток (от 1 до 15 ампер в зависимости от размера плазмотрона). Пилотная дуга является проводником сварочного тока. Плазменная дуга загорается, когда плазменное сопло приближается к месту сварки на несколько мм.

О температурах

Температура вокруг вольфрамового электрода при сварке TIG составляет около 18 000 градусов Цельсия. Температура в плазменной камере составляет 28 000 градусов Цельсия, а инертный плазменный газ очень сильно ионизирован. Сердцевина плазменной дуги, которая касается заготовки, примерно на 4000 градусов Цельсия теплее, чем 11000 градусов Цельсия дуги TIG. В плазменном сопле имеется отверстие, образующее плазменную камеру. Размер этого отверстия зависит от силы тока, используемого для сварки.В наших Решениях для реальной жизни вы найдете более подробную статью о температурах TIG.

Три основных типа плазменной сварки

При плазменной сварке мы различаем три основных типа. Основное различие между тремя типами - это используемая сила тока.

  1. Микроплазменная сварка , где ток составляет от 0,02 до 15 ампер.
  2. Плазменная сварка методом плавления , при котором сварка выполняется так же, как и в процессе TIG.Сила тока составляет от 15 до 100 ампер.
  3. Плазменная сварка методом «замочной скважины». Уровни тока могут варьироваться от 15 до 350 ампер, в зависимости от толщины материала.

Плазменная сварка в замочную скважину

При плазменной сварке в замочную скважину плазменная дуга просверливает отверстие в очень плотно закрытом шве. Если переместить плазменную горелку очень аккуратным движением, шов сразу же снова закроется. Плазменная сварка «замочная скважина» может применяться почти исключительно автоматически, с токами до 350 ампер и выше.Плазменная сварка «замочная скважина» обычно выполняется без добавок. Однако есть также применения с присадочными материалами, такие как сварка опор, которые можно увидеть в этом видео.

Преимущества

Если сравнить это со сваркой TIG, плазменная сварка имеет ряд преимуществ:

  • Тонкие материалы легче сваривать. Дуга TIG менее стабильна при тех же уровнях тока, а тепловложение больше из-за большей сварочной ванны.
  • Проникновение больше.Это позволяет сваривать закрытые Т-образные швы толщиной примерно до 10 мм. Для TIG это максимум 3 мм.
  • Дуга гораздо менее чувствительна к изменениям длины, поскольку размер плазменного столба практически не изменяется.
  • Поскольку вольфрамовый электрод полностью встроен в горелку, вероятность включения вольфрама в ванну расплава практически отсутствует. К тому же срок службы электрода больше.
  • Из-за того, что уровень тока при плазменной сварке намного ниже при одинаковой толщине материала, зона термического влияния (HAZ) уже и деформация меньше.
  • Плазменную сварку очень легко автоматизировать и роботизировать.

Недостатки

Наконец, есть несколько недостатков:

  • Сложность оборудования. Установка давления плазменного газа очень точная. Речь идет о правильной настройке между защитным газом и плазменным газом, для чего оборудование оснащено двумя счетчиками.
  • Точность предварительной обработки должна быть очень высокой, особенно при сварке с замочной скважиной. Когда сварной шов слегка приоткрыт, процесс замочной скважины работать не будет.
  • Из-за большого факела доступ к маленьким помещениям хуже.
  • За сложной горелкой необходимо очень осторожно ухаживать.
  • В случае ручной плазменной сварки устойчивость руки сварщика должна быть очень высокой, а из-за очень узкой сварочной дуги каждое движение руки сразу видно.

Часто упускаемый из виду PAW предлагает скорость и доступность

Объект

Плазменно-дуговая сварка (PAW) часто упускается из виду, когда процесс сварки плавлением должен быть выбран для приложений с высокой степенью целостности, например, в медицине, электронике, аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Этому процессу не уделяли должного внимания, поскольку он более сложен и требует более дорогостоящего оборудования, чем другие дуговые процессы, а также потому, что сварщики хотят увеличивать скорость сварки, например, при лазерной сварке (LBW). Однако производители автомобилей обратились к PAW для ряда приложений, включая панели кузова и компоненты выхлопной системы.

Дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW), также известная как сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), обычно используется для высококачественной сварки на более низких скоростях, тогда как LBW часто выбирается для высокоскоростной сварки.

PAW иногда обеспечивает более высокую скорость сварки, чем GTAW, при меньших затратах, чем LBW, и может быть наиболее эффективным процессом для многих применений. К ним относятся сварка расширяемых сильфонов из нержавеющей стали, где PAW более терпима к перекосу стыков, чем LBW, и дает лучшее проплавление, чем GTAW; сварка сталей с покрытием, подобных тем, которые используются в автомобильных выхлопных системах; и сварка в режиме «замочная скважина» для выполнения сварных швов с полным проплавлением относительно толстого материала за один проход.

Основы PAW

PAW - это процесс дуговой сварки с использованием неплавящегося электрода из вольфрама или вольфрамового сплава, как и GTAW.

Основное различие между этими двумя сварочными процессами заключается в том, что при плазменной сварке электрод утоплен в сопле, которое служит для сжатия дуги. Плазменный газ ионизируется в сужающем сопле и выходит из сопла с высокой скоростью.

Одного плазменного газа недостаточно для защиты расплавленной сварочной ванны от атмосферы, поэтому защитный газ подается вокруг плазменного столба, как при GTAW. Скорость потока плазменного газа намного ниже, чем у защитного газа, чтобы минимизировать турбулентность

Коническая форма газовой вольфрамовой дуги требует использования оборудования для контроля длины дуги (ALC) или напряжения дуги (AVC) для автоматической сварки. для обеспечения постоянного размера пятна и плотности энергии.

Суженная дуга в PAW приводит к гораздо более столбчатой ​​дуге. Это сводит к минимуму влияние изменения длины дуги на плотность энергии и сводит к минимуму потребность в ALC или AVC.

Еще одно преимущество врезания электрода в сопло состоит в том, что загрязнение электрода сводится к минимуму. Электрод обычно может служить всю производственную смену без необходимости переточки.

Еще одна уникальная особенность PAW - это способ зажигания дуги. Ток высокой частоты (ВЧ) обычно используется для создания вспомогательной дуги между электродом и медным соплом.ВЧ отключается после зажигания вспомогательной дуги. Ток вспомогательной дуги обычно фиксируется на одном уровне или может быть установлен на одном из двух уровней, обычно где-то между 2 и 15 ампер.

При сварке дуга передается на работу, которая становится частью электрической цепи. Поскольку дуга возникает до начала сварки, зажигание сварочной дуги обычно бывает очень надежным.

Вспомогательная дуга остается включенной после завершения сварки, и горелка готова к выполнению следующего шва без дополнительной высокочастотной сварки.Это может быть полезно при сварке в автоматизированных системах, в которых электромагнитный шум от ВЧ может мешать работе компьютеризированных контроллеров процесса. Одним из побочных эффектов пилотной дуги является то, что плазмотроны должны иметь водяное охлаждение даже для слаботочных устройств.

Режимы работы

Существует три различных режима работы PAW, которые определяются уровнем сварочного тока. Ток микроплазменной сварки колеблется от менее 0,1 А до примерно 20 А.

Среднетоковая плазменная сварка или ток в режиме плавления обычно составляет от 20 до 100 ампер.Высокий ток плазменной сварки превышает 100 ампер и обычно выполняется в режиме «замочной скважины», аналогично LBW или электронно-лучевой сварке (EBW).

Комбинация сильноточного тока и потока плазменного газа создает отверстие в материале, а расплавленный металл течет за движущимся отверстием, создавая сварной шов. При сварке в режиме «замочная скважина» необходимо тщательно контролировать расход плазменного газа, чтобы сделать сварной шов. Немного более высокая скорость потока приведет к сдуванию расплавленного металла и порезанию.

Преимущества и недостатки

Хотя PAW не так быстр, как LBW (в зависимости от приложения и источника лазера, LBW может быть в пять раз быстрее, чем PAW) или EBW, капитальные затраты на оборудование для PAW обычно составляют небольшую часть стоимости оборудования с высокой удельной энергией.

Одним из недостатков плазменно-дуговой сварки является более высокая погонная энергия, в результате чего образуются более широкие сварные швы и зоны термического влияния, чем при низко-низовой сварке и электронно-лучевой сварке. Это может привести к большему искажению и потере механических свойств.

Однако PAW предлагает преимущество перед этими процессами в отношении устойчивости к зазорам в стыках и перекосу. Хотя дуга сужена, плазменный столб имеет значительно больший диаметр, чем пучки. Добавлять присадочный металл также легче с помощью PAW, чем с LBW или EBW.

Основные недостатки PAW по сравнению с GTAW состоят в том, что оборудование более сложное и дорогостоящее, а необходимость водяного охлаждения резака ограничивает размер резака (резаки GTAW могут иметь газовое охлаждение и вписываются в меньшие площади). Кроме того, узкая дуга PAW менее устойчива к перекосу стыков, чем коническая газовая вольфрамовая дуга.

Microplasma имеет преимущество перед GTAW, поскольку стабильная дуга может поддерживаться при более низких уровнях тока. Это было движущей силой в развитии этого процесса.

В начале 1960-х годов было трудно получить стабильную газо-вольфрамовую дугу с силой тока намного меньше 15 ампер. Микроплазма оказалась способной преодолеть это ограничение. С тех пор GTAW претерпела значительные изменения, заявив о стабильной дуге менее 1 ампер.

Но нижний предел тока PAW составляет примерно одну десятую от значения GTAW. Способность к низкому току наряду с надежным зажиганием дуги делает PAW подходящим для многих небольших прецизионных сварочных работ, особенно в медицинской и электронной промышленности.

GTAW и LBW также используются в медицинской и электронной промышленности. GTAW используется для небольших объемов работ из-за низкой стоимости оборудования и относительной простоты. LBW используется, когда производство в больших объемах может оправдать затраты, когда необходимо минимизировать подвод тепла и когда подгонку стыков можно строго контролировать.

Использование PAW в диапазоне средних токов в режиме плавления аналогично использованию GTAW, но дуга имеет тенденцию быть более жесткой и меньше подвержена влиянию изменений длины дуги с PAW.

Это позволяет использовать дугу большей длины, а это в сочетании с утопленным электродом может упростить добавление присадочного металла при ручной сварке. Загрязнение электродов присадочным металлом при плазменно-дуговой сварке случается редко.

Режим плавления PAW может быть выгодным по сравнению с GTAW в автоматизированных приложениях из-за более надежного зажигания дуги, более длительного срока службы электродов, отсутствия необходимости в AVC или ALC, а также отсутствия электромагнитного шума от HF в начале каждой сварки.

PAW дает значительное преимущество перед GTAW во многих приложениях, где требуется большой ток.Выполнение сварных швов с плазменной сваркой в ​​режиме «замочная скважина» может привести к сварке с полным проплавлением относительно толстых материалов за один проход.

По сравнению со сваркой более толстых секций с помощью GTAW, PAW с замочной скважиной сводит к минимуму необходимость в дорогостоящей подготовке стыка и снижает или устраняет необходимость в присадочном металле.

Высокое отношение глубины к ширине плазменного шва в замочную скважину по сравнению со сваркой GTA также может значительно снизить угловую деформацию. Этот метод лучше всего применять на автоматизированном оборудовании. Уход за замочной скважиной может быть затруднен во время ручной сварки.

Большинство материалов можно сваривать с помощью плазменно-дуговой сварки с использованием отрицательного электрода постоянного тока (DCEN). Сварочный ток постоянного тока также может быть импульсным для контроля проплавления как в режиме плавки, так и в режиме замочной скважины.

Источники сварочного тока для плазменной дуги переменной полярности (VPPA) улучшают соединение таких материалов, как алюминий и магний. Прямоугольную форму волны VPPA можно настроить так, чтобы положительный электрод в каждом цикле, очищающий вязкие поверхностные оксиды, можно было уравновесить с отрицательным электродом, который обеспечивает большее проникновение.

Совместное использование PAW и GTAW

PAW также можно комбинировать с GTAW различными способами для автоматической сварки для оптимизации скорости и качества сварки.

Одним из примеров этого является исследовательский проект по сварке труб, который был выполнен в Институте сварки Эдисона (EWI) с использованием трех горелок для выполнения однопроходного шва.

Свинцовый резак для GTAW использовался для предварительного нагрева и подготовки кромок. Второй резак PAW работал в режиме замочной скважины для обеспечения полного проплавления.Горелка GTAW использовалась в качестве ведомой горелки для сглаживания и придания формы сварному шву.

Сваренный материал представлял собой пластину из нержавеющей стали 304 толщиной 0,315 дюйма (8 мм) со срезанными краями. Материал такой толщины нельзя было сваривать обычной GTAW за один проход без подготовки кромок, независимо от того, сколько горелок использовалось.

Приемлемые результаты были получены при использовании GTAW / PAW / GTAW без добавления присадочного металла, но более стабильные результаты были получены при добавлении присадочного металла в сварочную ванну ведомой горелки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *