Оэ 2 4 по способам в чем заключается сущность плазменной сварки

Обновлено: 01.06.2024

Сваркой называют соединение металлов путем их плавления. Этот процесс широко применяется во многих отраслях машиностроения и строительства. Его физическая сущность заключается в создании связей между атомами и молекулами двух поверхностей, соединяемых между собой. Чтобы они имели высокую прочность нужно соблюдать следующие условия:

очистка заготовок от грязи;
энергетическая активация атомов;
размещение свариваемых деталей на таком расстоянии, равным с межатомным расстоянием.

Благодаря развитию технологий сварку можно осуществлять не только в условиях промышленных предприятий, но и в монтажных и полевых и даже в космосе. Для обработки используют различные источники энергии, поэтому данный процесс требует предельного внимания и соблюдения норм работы.

Разновидности сварки

На сегодняшний день существует не менее 10 видов, которые применяются в деле. Наибольшую популярность получили виды сварки, с помощью которых скрепляют не только металлы, но и стекло керамику и пластик. В настоящее время выделяют сварки, отличающихся между собой типом энергии, используемым для выполнения работ.

Термическая сварка

При термической сварке происходит соединение деталей на молекулярном уровне, с применением металла расплавленного от воздействия источника энергии. Прочный монолитный шов образовывается за счет жидкого металла, который заполняет промежуток между деталями.

Электродуговая контактная сварка

Этот универсальный вид сварки является самым распространенным способом и применяется как в производстве, так и в бытовых условиях. При выполнении электросварки не требуется использование дорогостоящего оборудования, к тому же проводить ее могут даже новички.

Схема электродуговой ручной сварки плавящимся электродом.

Принцип работы такого метода подразумевает расплавление прилегающих друг к другу областей свариваемых деталей при помощи тепла, поступающего от электрической дуги. Дуга расплавляет электрод и основной металл, образуя сварочную ванну. При остывании сварочного шва происходит затвердевание жидкого металла, благодаря чему происходит прочное соединение изделий.

ММА – ручная дуговая сварка

Данный вид обработки осуществляется исключительно одним электродом с использованием дуги, горящей между сварочной ванной и металлическим стержнем, на который нанесено покрытие. В результате замыкания электрической цепи вырабатывается тепловая энергия и передается на элементы, вследствие чего металл начинает плавиться. Когда подача электричества прекращается, получается сварное соединение.

MMA сварка

Внимание: Для ручной сварки используются электроды, покрытые специальной обмазкой, их состав зависит от предназначения и обеспечивает правильное формирование при кристаллизации.

ММА — наиболее простой способ соединения, для выполнения которого достаточно иметь сварочный аппарат и подходящие электроды. Они выпускаются определенного типа и имеют ограниченную длину, поэтому необходимо постоянно прерывать процесс сварки для смены данного элемента. Как и любой вид соединения металлов, технология ММА имеет свои плюсы и минусы.

На фоне преимуществ, минусы незначительные и не являются основанием для отказа от использования ручной сварки. Это универсальное оборудование доступно по стоимости, а также неприхотлив в эксплуатации.

Аргоновая сварка TIG

Тиг сварка — способ соединения металлов с использованием вольфрамового электрода с защитным газом. Стержень в процессе не плавится, чтобы получить ровный шов сварщику необходимо затачивать его перед применением. Среди других методов сваривания технология Тиг позволяет получать высокое качество шва.

TIG сварка

Для осуществления аргоновой сварки вольфрамовый электрод нужно закрепить в горелке. По краям горелки расположены отверстия, через которые производится подача защитного газа — аргона. Проникая в сварочную ванну аргон защищает ее от воздействия других атмосферных газов. Благодаря этому происходит качественное соединение металлов без оксидной пленки.

Работа на таком оборудовании не требует особых умений, чтобы освоить навык создания красивых швов достаточно поработать 2-3 раза. На качество шва могут повлиять ветер и другие неблагоприятные атмосферные условия, поэтому при использовании оборудования на открытом воздухе, следует закрывать место соединения.

MAG –сварка полуавтоматом

Этот вид соединения подразумевает использование активного газа и металлической проволоки. Во время сваривания между электродом и металлом загорается дуга, в результате чего изделие полностью расплавляется и образовывается сварочная ванна. От воздействия кислорода ее защищает газообразное вещество. По истечение определенного времени, появляется сварной шов за счет кристаллизации элементов, находящихся в сварочной ванне.

В отличие от других технологий сваривания MAG имеет следующие особенности:

Полностью автоматизированный процесс сваривания.
Смена сварочных проволок занимает минимум времени.
Сварка возможна в любом пространственном положении.

Данный метод применяется для соединения разных металлов, поэтому популярен во многих отраслях промышленности. Технология нашла широкое применение при производстве морских судов и автомобилей.

Важно: Сварка полуавтоматом требует от сварщика множество профессиональных навыков и умений, поэтому работать с аппаратом могут только профессионалы.

Сварка под флюсом

Под СПФ понимается соединение металлов при помощи электрической дуги, где конец электрода и литой сварной шов скрыты под слоем из гранулированного плавкого флюса. Такая функция защищает от окисления, повышает прочность и формирует соединение с высокой степенью однородности.

Во время сварки создается ультрафиолетовое излучение и образование брызг и искр. На рисунке 2 указано как СПФ исключает такие факторы, т.к. в процессе расплавленный металл покрыт толстым слоем флюса. Существует 3 основных способа:

Ручной. Для ручного метода используют небольшое оборудование с неплавящимся электродом. Сила тока сварки и подача флюса регулируется сварщиком в ручном режиме.
На полуавтоматическом сварочном аппарате практически все функции регулируются автоматически, вручную осуществляется лишь ведение дуги с помощью рукоятки или дистанционного управления.
Автоматический способ предполагает участие рабочих только в качестве контроллеров, все остальные функции выполняются управляющим процессором.

Газопламенная

Данный вид подразумевает применение пламени открытой горелки для плавления и соединения двух металлов. Для нагрева используют смеси газов из кислорода и ацетилена, также возможны другие варианты. При соприкосновении с пламенем происходит структурное изменение металла и образование жидкой сварочной ванны. Для защиты металла от атмосферного воздействия используются флюсы. По мере снижения воздействия пламени происходит снижение температуры и возникает процесс кристаллизации, что способствует к образованию сварного шва.

Электрошлаковая

ЭШС — один из способов сварки, при котором тепло образуется в среде расплавленного шлака. Металл нагревается в массе, пропуская электрический ток, который генерирует тепло в шлаке. При ЭШС не требуется использование дуги, вертикальная сварка позволяет проварить толстый слой сплава за один проход.

Данный метод применяется для соединения толстостенных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

Плазменная

В основе плазменной сварки лежит принцип использования узконаправленной струи плазмы для расплавления сплавов. Такой вид технологии подходит для соединения изделий из разных материалов: нержавеющей стали, цветных металлов. При плазменной сварке применяется аргонодуговая технология, в отличие от электрической, она имеет вид сжатой плазменной струи и обладает мощной энергией.

В основу плазмы входят нейтральные молекулы и атомы, а также электроны и ионы. Во время сваривания образовывается очень высокая температура до 300 тыс. °C и давление на поверхность свариваемых металлов, а дуга приобретает цилиндрическую форму, сохраняя показатели мощности по всей длине. Данный метод подходит для применения в труднодоступных местах, т.к. незначительное изменение расстояния между деталью и электродом не влияет на качество шва.

Термомеханический класс сварки

К термомеханическому классу относятся соединения, получаемые на использовании совместного действия тепла и давления, вводимых в зону сварки извне. При термомеханической сварке происходит расплавление конца электрода и того участка детали, который подлежит соединению. Прочный сварочный шов получается после остывания металла.

Классификация способов сварки

В современном мире существует множество способов сварки, каждый из которых находит свое применение. Виды и классификация видов сварки проводится по разным критериям и разделены на 2 основные группы:

Для расплавления соединяемых частей используется источник тепла с очень высокой температурой, после чего они сливаются в общую сварочную ванну. При удалении источника тепла сварочная ванна охлаждается и затвердевает, прочно соединяя 2 детали.

Во второй группе доминирующую роль играет давление, прилагаемое к месту сварки, нагрев металла играет второстепенную роль, в некоторых случаях соединение может быть осуществлено без использования нагрева.

Сварка давлением, в свою очередь делится на 2 подгруппы:

Холодная, в зоне соединения металл не нагревается, данный процесс подразумевает сварку при комнатной температуре.
Сварка давлением без оплавления. В этом случае металл подогревается до определенной температуры, при котором снижается его механическая прочность и упругие свойства. Подогрев элементов значительно облегчает процесс сварки, иногда является практически необходимым. Данный метод не требует использования высоких температур, поэтому для нагрева можно использовать разные источники тепла.

Методы и технологии сварки

Помимо вышеуказанных традиционных способов бывают другие методы, позволяющие соединить уникальные металлы. Они обладают выраженными свойствами, из-за которых привычные способы не подходят для их соединения.

Одним из таких методов является лазерная сварка, которая выполняется при помощи полуавтоматического или автоматического оборудования. Данный способ подразумевает подачу тепла строго в одну точку для соединения очень мелких деталей.

Краткая характеристика сварки

Независимо от вида сварки и классификации способов, сваркой называется технология создания прочных соединений, путем нагрева, оказания давления, деформирования или комбинирования всех методов.

Сущность данного процесса заключается в воздействии внешнего источника энергии для установления межатомных связей между деталями. В процессе остывания происходит кристаллизация и образуется сварочный шов. Варианты соединений подбираются, учитывая материал, площадь и химические свойства свариваемых изделий.

Принцип сварки

Принцип сварки металлов определяется по технологическим признакам установлен для каждого вида отдельно, так как специфика их работы отличаются. Для получения прочного сварного соединения необходимо сблизить поверхности двух металлов под большим давлением, чтобы впоследствии появилось электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей.

Нагрев в месте соединения приводит к амплитуде колебания атомов относительно постоянных точек, что в свою очередь создает более легкое получение связи между изделиями. Сила давления зависит от показателей температуры нагрева.

Плазменная сварка

Чтобы металлические конструкции изделия были прочными и качественными, для соединения важных частей из стали применяется сварка. Эта технология используется на протяжении многих лет и за период ее существования появилось множество разновидностей, которые позволяют работать с разными материалами.

Плазменная сварка является популярной разновидностью, которую применяют многие опытные сварщики. В ее основе лежит принцип расплавления сплавов узконаправленной струей плазмы, которая обладает огромной энергией. Этот вид технологии используется для соединения некоторых марок нержавеющих сталей, тугоплавких и многих цветных металлов, а также изделий из разных материалов. Но все же перед тем как приступать к сварочным работам стоит предварительно рассмотреть важные особенности.

Сущность плазменной сварки

Плазменная сварка металла основывается на использовании технологии аргонодуговой технологии. Различие между этими двумя технологиями состоит в особенностях дуги. В отличие от электрической дуга плазма имеет вид сжатой плазменной струи, которая обладает мощной энергией.

Чтобы понять, в чем заключается сущность плазменной сварки, требуется для начала рассмотреть, что такое плазма и условия ее возникновения. Плазмой считается состояние газа при его частичной или полной ионизации. Это означает, что в его основу могут входить не только нейтральные молекулы и атомы, но и электроны, ионы, имеющие определенный электрический заряд, состоящие полностью из заряженных частиц.

Для перевода газа в состояние плазмы требуется провести ионизацию большей части его молекул и атомов. Чтобы это получить, необходимо приложить к электрону, входящему в основу атома, усилие, превышающее его энергию связи с ядром и помочь оторваться от него. Именно в этом состоит сущность плазменной сварки.

Особенности и характеристики процесса

Чтобы понять, что такое плазменная сварка, стоит рассмотреть ее важные особенности, а именно как производится процесс. Во время него обычно в области сваривания применяется очень высокая температура, которая образуется при принудительном уменьшении размеров сечения дуги и повышении ее показателей мощности.

В результате получается сварка плазменной струей, при которой показатели температуры могут доходить до 300000С. А вот при аргонодуговой сварке они могут быть всего 5000-70000С. Во время сварочного процесса дуга приобретает цилиндрическую форму, именно это позволяет сохранять одинаковый показатель мощности по всей длине.

Во время проведения плазменного сваривания наблюдается высокое давление дуги на поверхность свариваемых металлических элементов. Именно это позволяет оказывать воздействие практически на все виды металлов и сплавов.

Стоит отметить! Плазменную технологию сваривания можно применять при небольших величинах электрического тока. Процесс может осуществляться при 0,2-30 А.

Все эти особенности делают этот вид сварки практически универсальным. Он может с успехом применяться в труднодоступных зонах, при соединении тонких алюминиевых листов без возможных прожогов. Незначительное изменение расстояния между электродом и деталью не оказывает сильного воздействия на прогревание, а это значит, не влияет на качество шва, как это бывает в других видах сварки.

За счет того, что во время плазменной технологии наблюдается большая глубина прогревания деталей, это позволяет обходиться без предварительной подготовки кромок. Допускается проводить сваривание металлов с неметаллами.

В итоге происходит повышение производительности работ, уменьшение температурной деформации сварного соединения, это значит, что деталь конструкции не ведет. А вот сварка плазморезом позволяет проводить не только сваривание металлических конструкций, но и обеспечивает качественное разрезание металлов и неметаллов в разном положении.

Преимущества и недостатки

Плазменная сварка и резка является востребованной технологией, при помощи которой производят сваривание конструкций разного размера. Этот процесс имеет ряд положительных качеств:

повышенный показатель температуры плазмы, который может доходить до 300000С;
небольшое поперечное сечение дуги;
в отличие от газовой сварки скорость металла с толщиной от 5 до 20 см по плазменной технологии выше три раза;
наблюдается высокая точность сварных соединений, которые получаются в процессе плавления;
качество проведенных работ не требует проведения дополнительной обработки краев изделий;
плазменный сварочный процесс может применяться практически для любых типов металла. К примеру, при помощи него можно варить изделия из запорожской стали, меди, алюминия, чугуна;
во время проведения сварочных работ металл не подвергается деформациям, даже при вырезании сложных фигур;
плазменная технология предполагает проведение резки металлической поверхности, которая не прошла предварительную подготовку. К примеру, ее можно применять в случаях, когда на изделии присутствует ржавчина, краска;
нет необходимости применять аргон, ацетилен, кислород. Это позволяет существенно сэкономить;
наблюдается высокая степень безопасности проводимых работ. Это связано с тем, что во время сваривания не применяются баллоны с газом, которые выделяют токсичные пары. Также при неправильном применении и хранении они могут взорваться.

У плазменного сварочного процесса имеются некоторые недостатки:

во время его проведения происходит частичное рассеивание энергии в пространство;
требуется использование плазмообразующего газа;
обязательно должно проводиться охлаждение плазмотрона при помощи воды;
высокая стоимость сварочных аппаратов.

Принцип работы

Перед тем как приступать к плазменной сварке стоит рассмотреть ее принцип работы. Во время процесс подается мощный электрический разряд, который превращает рабочую среду в плазменную. Образуется газ, который имеет высокую температуру.

За счет воздействия на металлическую поверхность потока ионизированного газа, проводимого электрическим током, происходит плавление металлической основы. Во время нагревания дуги газ подвергается ионизации, уровень которой увеличивается с повышением температурных показателей газа.

Плазменная струя, которая обычно имеет сверхвысокую температуру, повышенная мощность, это все формируется из обычно дуги после сжатия, вдувания в дугу. Она образуется при помощи плазмообразующего газа, в качестве которого часто применяется аргон, в редких случаях используется водород, гелий.

Плазменная сварка прямого действия

Что такое плазменная сварка прямого действия? Этот метод является распространенным, он осуществляется благодаря электрической дуге, которая образуется между электродом и рабочим изделием.

Технология плазменной сварки имеет некоторые характерные особенности:

Плазменная сварка алюминия должна выполняться с максимальной осторожностью. Это связано с тем, что данный металл плавится при температуре 660,3 градусов.
Обязательно нужно внимательно контролировать процесс, чтобы не допустить пропал.
В инструкции к сварочным аппаратам всегда указывается таблица, в которой обозначается рекомендованная сила тока для каждого вида металла. К примеру, плазменная сварка нержавейки выполняется на среднем токе, а стали - на высоком.

Обратите внимание! В дуге с прямым действием изначально происходит возбуждение дуги на малых токах, между соплом и заготовкой. После того как плазма прикасается к свариваемой детали образуется основная дуга прямого действия.

Питание дуги производится при помощи переменного или постоянного тока с прямой полярностью. Ее возбуждение выполняется осциллятором.

Плазменная сварка косвенного действия

Перед тем как приступать стоит рассмотреть, что такое плазменная сварка косвенного действия. Во время этого метода образование плазмы осуществляется так же, как и при технологии прямого действия. Отличие состоит в том, что источник питания подключается к электроду и соплу, в результате этого между этими элементами образуется дуга, и на выходе из горелки появляется плазменная среда.

Скорость выхода потока плазмы находится под контролем давления газа. Секрет состоит в том, что газовая смесь при переходе в состояние плазмы увеличивает объем в 50 раз и благодаря этому вылетает из аппарата в виде длиной струи. Энергетические показатели расширяющегося газа совместно с тепловой энергией делают плазму мощным источником энергии.

К преимуществам сварки косвенного действия можно отнести:

обеспечивает бесперебойный рабочий процесс;
позволяет существенно сэкономить затраты на электрический ток;
за счет того, что во время сварочного процесса применяется высокое давление, газовые смеси практически не разбрызгиваются;
этот вид отлично подходит для сварки и резки металлов.

Важно! Плазменная сварка и резка металлов должна проводиться с использованием правильных режимов. Они должны осуществлять правильную подачу тока, учитывать типы свариваемых материалов, их показатели толщины, диаметр сопла плазмотрона. Для резки разных материалов должны применяться разные виды газов.

Устройство и принцип работы плазмотрона

Во время плазменного сварочного процесса применяется специальный аппарат, который выполняет роль плазменного генератора, он называется плазмотроном. Это устройство применяет энергию электричества для преобразования газа в состояние плазмы для сварки, которая в дальнейшем применяется для создания сварочной дуги.

Применяется два вида устройств, которые работают по схеме косвенного и прямого преобразования дуги. Плазмотрон для сварки плазмой идет прямого действия, когда в качестве катода применяется вольфрамовый электрод, а анода - свариваемая поверхность. Именно это приводит к тому, что дуга приобретает цилиндрическую форму.

К основным узлам плазмотрона относят:

Вольфрамовый электрод (катод). Он образует одну связку с устройством подачи плазмообразующего газа.
Корпусная часть прибора.
Сопло с формообразующим наконечником.
Термостойкий изолятор.
Система охлаждения, для которой применяется водная струя.
Пусковое устройство.

Для возбуждения основной дуги к поверхности металла от устройства подключается кабель с положительным зарядом. Появившаяся дуга ионизирует газ, который поступает из баллона или компрессора в камеру под давлением. При разогревании во время ионизации газ расширяется и выбрасывается из камерного пространства в форме струи с высокой кинетической энергией.

Стоит отметить! Чтобы облегчить розжиг основной дуги, в область камеры плазмотрона встроен вспомогательный электрод, который выполняет функции анода. При включении плазмотрона в сеть и запуске, данный электрод получает положительный заряд и образует дугу с вольфрамовым катодом.

Важные требования

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

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

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

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

Интересное видео

Принцип работы плазменной сварки

Плазменная сварка это высокотехнологичный способ обработки металлов. Без лишних преувеличений, его можно назвать лучшим, среди существующих методов сваривания.

Метод работы плазменной сварки

Метод плазменной сварки применим для сваривания и пайки тугоплавких металлов толщиной до одного миллиметра. Подходит также для сварки металлов с неметаллами и резки.

Сущность этого метода заключается в локальном расплавлении металла плазменным потоком. Плазма – ионизированный газ, который содержит заряженные частицы, обладающие способностью проводить ток. Ионизируется газ при нагреве сжатой дуги, вытекающей из плазмотрона. Ее температура может достигать 5000-30000°С.

В целом, есть сходство с аргонной сваркой, но там рабочая температура до 5000 градусов. Плазменная дуга считается более мощным источником энергии, чем обычная.

На чём работает

В данном методе используется направленная плазменная дуга, которая образуется из обычной электрической (дежурной). Основные характеристики: высокая температура и мощность, малый диаметр струи. Давление на металл увеличивается в разы по сравнению с электродуговой сваркой.

При работе с плазмой выполняются условия:

организуется защита электрода путем подачи инертного газа (аргон);
применяется неплавящийся вольфрамовый электрод с присадками тория;
разогретые стенки плазмотрона интенсивно охлаждаются.

Для запуска плазменной горелки может использоваться постоянный или переменный ток.

Справка! Плазма – это ионизированный газ, в состав которого входят нейтральные частицы и электрически заряженные.

Как это работает

После зажигания дежурной дуги ее сжимают в специальном устройстве (плазмотроне). Затем туда вдувают под давлением плазмообразующий газ (аргон). В результате зона разогревается до 50 000°С, газ увеличивается в объеме и истекает из узкого сопла с высокой скоростью.

К сведению! В обычном аргонодуговом аппарате температура достигает 5000–7000°С.

Тепловая и кинетическая энергии дополняют друг друга, образуя мощный источник. Вытекающая раскаленная струя, расплавляя металл деталей, образует шов. В зависимости от величины рабочего тока (малый, средний, большой) в технологии существуют различия.

Плазмообразующий и защитный газы проходят по отдельным каналам и не соприкасаются.

Как работает ручная сварка

Для малых объемов работ с черным и цветными металлами применяют ручные аппараты. После образования плазменной дуги сварщик подводит горелку к материалу, другой рукой подает в зону шва проволоку. Перемещая горелку и присадку вдоль шва, образует соединение. Технология позволяет вести сварку с присадками и без них.

Как работает автоматическая сварка

Автоматическая сварка применяется в промышленном производстве. Оператор управляет процессом с пульта. Разработаны автоматические установки:

для плоских деталей, труб;
однопроходные с подачей проволоки;
многопроходные;
для нанесения упрочняющего порошкового напыления и т.п.

Алюминий сваривают проникающей дугой. Чаще всего детали из алюминиевых сплавов обрабатываются автоматическими установками.

Внимание! Сварщик должен: защитить глаза от излучения; предупредить термические ожоги; в помещении использовать вытяжную вентиляцию.

Обычная дуга может превратиться в плазменную, благодаря двум процедурам. Сжатию, а также процессу принудительного вдувания плазмообразующего газа в дугу. В качестве этого газа используют аргон в чистом виде, или с добавкой гелия, водорода. Аргон необходимо использовать также как защитный газ. Электроды применяются вольфрамовые.

Дуга располагается в плазмотроне, его стенки активно охлаждаются водой, за счет этого и происходит ее сжатие. В результате чего, снижается поперечное сжатие дуги и как результат – рост мощности.

В тоже время со сжатием вдувается плазмообразующий газ в область дуги. За счет нагрева дугой он ионизируется и увеличивается в объеме в сто раз. В плазмообразующем газе содержится кинетическая энергия, она дополняет тепловую, которая образуется в дуге. За счет этого, плазменная дуга и отличается высокой мощностью. Есть несколько отличий плазменной дуги от обычной:

высокая температура;
цилиндрическая форма;
меньший диаметр;
давление на металл больше;
способность поддерживания дуги на малых токах (0,2–30А).

Типы плазменной сварки

Есть два варианта плазменной сварки. Первый – когда дуга горит между изделием и электродом. Процесс сварки осуществляется плазменной дугой. Второй – когда дуга горит между соплом и электродом, и выдувается газами. Процесс сварки происходит за счет использования струи плазмы. Первый способ более распространенный.

Прямого действия

Плазменной сваркой прямого действия называется плазменная сварка, при которой следует подключать используемый источник питания к металлическому изделию и электроду. Энергоносителем в данном случае служит электрический разряд.

Такая разновидность сварки достаточно часто применяется во многих отраслях современной техники для обработки самых различных металлов. Она характеризуется довольно большими показателями температур, а также широким диапазоном контроля многих свойств процедуры.

Процесс сварки прямого действия

Чтобы получить прямую плазменную дугу, необходимо использовать специальный плазмотрон с прямой дугой. Она возникает между обрабатываемым изделием и электродным стержнем, выполненным, как правило, из вольфрама, помещенным в небольшую газовую камеру. Сопло оборудования не имеет электрического заряда и предназначается для регулирования дуги. Последнее происходит за счет того, что через нее проходит рабочий газ, который постепенно нагреваясь, ионизируется и из сопла выходит плазменной струей цилиндрической формы, слабо расширенную к металлу.

Косвенного действия

Достаточно большой популярностью пользуется и плазменная сварка косвенного действия, представляющая собой сварку, проводимую при подключении источника питания одновременно к соплу и электроду для образования плазменной струи. В этом случае форма плазменной дуги напоминает конус с окруженной факелом вершиной, направленной в сторону изделия.

Процесс сварки косвенного действия

При выполнении плазменной сварки дугой косвенного действия тонкий газовый слой, окружающий дугу, практически не нагревается, в результате чего обеспечивается электрическая, а также тепловая изоляция между каналом сопла и дугой. Плазменная струя при этом не совмещается со столбом дуги.

Воздействие силы магнитного поля сварочного контура приводит к изгибанию линии тока. Частицы с зарядом разлетаются в стороны, соударяются друг с другом и образуют факел пламени из относительно горячего газового потока длиной в 10-20 сантиметров. Его температура повышается ближе к концу, достигая 800—1000°С.

Одним из способов проведения данного вида сварки называется атомноводородным. Переменный ток образуется между используемыми электродами из вольфрама. По каждому из них в необходимую зону поступает водородная струя, а само изделие находится вне сварочной цепи. Концы таких электродов оплавляются достаточно медленно, поэтому при работе в нормальном режиме расход вольфрама незначительный. Столб дуги окружается достаточно ярким факелом в виде плоского диска.

Как выполняется процесс плазменной сварки в нижнем положении?

Используя плазменную сварку, можно сваривать самые различные металлы и их сплавы, находясь в нижнем пространственном положении. Плазмообразующими газами являются аргон и гелий, которые нередко применяются и в качестве защитного вещества. Данный способ сваривания используется в тех случаях, когда швы идут в горизонтальном направлении по горизонтально расположенной поверхности.

В процессе плазменной сварки в нижнем положении из сильно нагретого электрода жидкий металл под силой собственного веса постепенно стекает в специальный кратер, а затем накапливается в небольшой расплавленной ванне из металла. Его вытеканию препятствуют сварные кромки обрабатываемых изделий. Также из сварочной ванны выходят шлаковые и газообразные вещества, за счет чего качество швов получается значительно лучше.

Сварные швы можно выполнять либо на себя, либо слева направо. Благодаря применению такой техники можно полностью контролировать весь процесс.

Виды плазменной сварки

Плазменная сварка бывает трех видов, обусловлено это силой тока:

микроплазменная;
на среднем токе;
на большом токе.

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

Микроплазменная сварка

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

Отличие от плазменной сварки

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

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

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

Для получения плазмы используется устройство, называемое плазмотрон. Когда включается источник питания, от вольфрамового электрода к соплу проходит дежурная электрическая дуга.

По мере приближения горелки к свариваемым деталям, когда между ними остается 1-1,5 мм, образуется дуга между электродом и изделием, в этот момент плазмообразующий и защитный газы смешиваются. В сопле очень малого размера дуга плотно обволакивается защитным газом, образует узкую плазменную струю в виде «шила».

При такой форме получаются сварные швы малой толщины. В этом случае деформация деталей встречается редко, поскольку площадь нагрева незначительна. Сварку можно проводить на постоянном токе или в импульсном режиме.

Устойчивое горение плазмы позволяет выполнить сварочные швы высокого качества даже малоопытным сварщикам

Процесс может производится на ручном и автоматическом оборудовании.

Аппараты для микроплазменной резки

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

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

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

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

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

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

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

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

Порядок работы с плазменной сваркой

Работа с плазменной сваркой начинается с проверки требований правил безопасности при работе. В этом случае есть вероятность взрыва сжатого газа, ожог от расплавленного металла, пожар, поэтому сварщик должен быть обеспечен защитным костюмом, обязан соблюдать осторожность и продумывать последовательность своих действий.

В процессе выполнения работ существует вероятность поражения электрическим током, сварщику необходимо быть внимательным, стоять на токоизолирующем коврике.
При повышении силы тока увеличивается шум до 115 дБ, тогда необходимо защищать уши от шума с помощью беруш либо с помощью противошумной каски, наушников.
Для защиты от выделений газов, пыли помещение нужно оборудовать не только общей, но ещё местной вентиляцией.
Для защиты глаз от пыли, частиц металла, газа необходимо надеть очки защитные со светофильтрами В-2 или В-3 или защитный щиток.

Перед работой подготовить детали: очистить кромки, выполнить разметку соответствующим инструментом. Риски, царапины и разрывы не допускаются на свариваемых поверхностях, их необходимо удалить или зачистить.

Включить сварочный аппарат, отрегулировать подачу сжатого газа.
Задать ток резки, он выбирается в зависимости от толщины свариваемых изделий.
Запустить горелку. Если дуга не зажигается с трех попыток, нужно проверить износ электрода и сопла, питание.
Зазор между соплом и свариваемыми изделиями должен быть 3-5 мм. Когда будет получена нужная дежурная дуга, можно начинать процесс сварки. Для этого нажимаем на пусковое устройство плазмотрона. Когда горелка приближается к изделиям, образуется дуга между изделием и горелкой. Происходит сварка, при этом нужно следить за скоростью сварки: при высокой скорости возможен непровар детали, при слишком медленной – перегрев, прожог. Самая высокая температура факела образуется возле сопла.
После окончания сварки выключить горелку и источник питания. Охладить горелку в жидкости.

Плазменная сварка металла

В последние годы технология плазменной сварки распространяется на все отрасли промышленности, вплоть до строительства и бытового ремонта, и все больше теснит традиционные виды сварки. Это связано с очень большими преимуществами данной технологии перед уже известными.

В первую очередь, качество шва, затем, минимальное коробление деталей, и наконец, высокая чистота и безотходность технологии. Энергоемкость такой сварки приблизительно одинакова с другими видами, а иногда превышает их.

Технология плазменной сварки и резки металла

Для нагрева деталей используется плазма – ионизированный газ, полученный в результате работы электрической дуги под повышенным давлением. Небольшая плазменная горелка (плазмотрон) показана на рисунке ниже. По нему можно примерно оценить практические параметры плазменного факела:

Плазменная горелка (плазмотрон)

Плазмотрон позволяет как резать, так и сваривать любые известные в природе металлы и неметаллы, если только для этого нет серьезных фундаментальных физических или химических препятствий (адгезия, реакционная способность и т.п.).

В чём заключается сущность плазменной сварки

На поверхность металла в области шва направляется струя плазмы из плазмотрона – специальной горелки, в которую подается рабочий газ. Может быть использован еще и защитный газ для создания химически нейтральной среды. Тепловая энергия вся сосредоточена в тонкой струе плазмы и нагрев ванны происходит в только в области сварки.

Температура в этой области очень высокая, может достигать 10000-15000 градусов. Благодаря теплопроводности металла она быстро снижается до температуры плавления в узкой области шва. Если при этом область шва защищена инертной или восстановительной средой, (а часто и тем и другим), то в результате можно получить очень точный и качественный шов.

Разрез работающей плазменной горелки

Диаметр сопла на рисунке показан намного больше в пропорции, чем есть на самом деле, для наглядности.

Фактический диаметр сопла связан с рабочим давлением и оптимальным расходом газа.

Корпус горелки изготавливается из стали, анод – из чистой меди. Анод имеет полость, которая омывается охлаждающей водой. В полость между анодом и катодом подается рабочий газ под давлением 2-5 бар, который питает дуговой разряд.

Поскольку защитный газ (обычно аргон) практически не ионизирован, и не ускоряется электрическим полем дуги, то он довольно быстро “разлетается” и смешивается с воздухом. Поэтому оптимальное расстояние между сварочной ванной и торцом горелки занимает очень небольшой диапазон, который необходимо выдерживать в работе.

Поскольку при плазменной сварке не происходит лишнего прогрева металла, то и остывание шва происходит быстро, что иногда нежелательно. Поэтому процесс сварки может включать дополнительные операции: например, предварительный подогрев или даже работа несколькими горелками при автоматизированной сварке.

Технологический процесс

Включает несколько необходимых этапов: подготовка деталей, подключение электродов, запуск горелки и ее прогрев, выполнение шва с выдерживанием нужного режима по температуре и перемещение горелки к месту новой операции с проверкой готовности самой горелки.

Технология выполнения плазменной сварки

Подготовка деталей состоит в том, что их предварительно сортируют или подают к рабочему месту уже отсортированными. Если детали получены путем теплового резания или грубого механического, то кромки обрабатываются до чистоты металла и обезжириваются, чтобы получить качественный шов.

После этого детали приводят в соприкосновение по линии шва. На производстве это делается не “на коленке” как при ремонтах, а при помощи приспособлений.

Горячий шов от плазменной сварки

Если требуется, на линию шва наносят флюсы. Обычно это сильные восстановители для работы в условиях высоких температур (сварочные флюсы), смешанные с легкоплавкими связующими, которые сами по себе являются восстановителями, или дают минимум трудноудалимого нагара (шлака). Расплавленный шлак защищает ванну от действия кислорода, а восстановитель отнимает его у окислов, которые успели образоваться. Флюсы требуются не для всех металлов или их пар.

Горелка запускается импульсом высокого напряжения или контактом между соплом и катодом в течение долей секунды. Загорается дуга, в горелку подают рабочий и защитный газы, а также охлаждающую воду в корпус анода (для мощных горелок длительного действия). Горелка прогревается до стабилизации плазмы и начинается операция сварки.

При сварке плавятся состыкованные края детали, в этот расплав вводится присадочный материал в форме ленты или прутка. При автоматической сварке подача механизированная. Сварка рассматривается как непрерывный процесс плавления и застывания металла в области шва и должна обеспечить монолитность шва, одинаковые механические свойства на всей длине, равную толщину шва, полное отсутствие раковин, посторонних включений и примесей.

Расплавленный шов довольно беззащитен по отношению ко многим факторам, поэтому для получения качества приходится создавать особые условия: до ванны, в ней самой, и после, в области кристаллизации расплава. Данные условия сильно зависят от свариваемых металлов.

Процесс сварки плазморезом

После окончания шва проверяется готовность горелки к очередной операции, так, чтобы шов не пришлось прекращать в процессе сварки не доводя до конца. Любое такое прерывание, если оно вынужденное, создает лишние механические напряжения, которые потом будет или трудно, или невозможно снять. По этой причине, сварку ответственных швов: сосуды (баки) для ракетной техники, корпуса морских судов, особенно подводных, сосуды для ядерной техники и т.п. варят при непрерывной подаче катодов на горелках с мощным охлаждением сопел.

Приёмы плазменной сварки

Существует достаточно много сплавов и их пар, которые ведут себя совершенно по-разному в расплаве. У них может быть разная вязкость по температуре, газообразование, смешиваемость в расплаве и скорость застывания. Кроме того, очень большую роль играют силы тяжести – масса ванны может оказаться достаточно большой, а поверхностное натяжение расплава достаточно малым. При этих условиях ванна просто протечет, если только она как-то не уплотнена, что возможно далеко не во всех случаях.

Техника и особенности процесса во всех пространственных положениях

В технике мы имеем дело с самыми разнообразными расположениями сварных швов. При сварке отдельных деталей работа немного облегчается тем, что расположение можно свести к горизонтальному, с горелкой, расположенной сверху.

Сварка отдельных деталей

Это наиболее выгодное расположение при сварке, но не всегда технологически возможное. Например, при варке шва на корпусе судна приходится располагать горелку как угодно – судно не повернешь в доке как игрушку. Поэтому для защиты ванны от растекания за допустимые пределы приходится подбирать выгодные положения горелки.

Например, при варке вертикального шва горелка находится немного ниже шва и плазменная струя направлена вверх. С помощью подбора угла наклона и расстояния до ванны удается “сдувать” стекающий металл наверх. Это делается динамически, по мере прохождения шва и требует хороших навыков при ручном выполнении.

Варить вертикальные швы следует снизу вверх.

Сварка плазморезом цветных металлов

Сразу нужно сказать, что плазма является лишь мощным источником местного нагрева. Если так можно выразиться, она лучше “сфокусирована”, по аналогии с фотографией. И в этом отношении, по “резкости” она уступает только лазерной сварке. Плазменная струя дает хорошее проплавление шва в узкой области. Все остальное поведение металлов зависит только от их химической природы.

Если по какой-то причине сплавы не переносят “легирования” вольфрамом, гафнием, или другими добавками в структуру шва, то в плазмотроне просто используют угольный катод. Иногда наоборот, приходится вводить в расплав промежуточный металл, чтобы шов не трескался в горячем или холодном состоянии.

Цветные металлы имеют меньшую, по сравнению с черными металлами, температуру плавления и довольно легко свариваются. Тем не менее, за счет большой теплопроводности этих металлов (напр. Cu Al Mn) требуется такой же, или даже больший по мощности источник нагрева.

Главная помеха сварке – образование оксидов. Пленки окислов не дают металлам сплавляться. У большинства цветных сплавов, а это сплавы на основе меди, окислы довольно легко восстанавливаются, поэтому варить их удается и при слабых восстановителях. Достаточно даже присутствия органических радикалов в плазме (сварка водно-спиртовыми и водно-ацетоновыми смесями).

Исключением является алюминий, чрезвычайно легко окисляющийся и образующий прочную связь с атомами кислорода. К тому же, окись алюминия очень тугоплавкое вещество. Здесь необходимо применение специальных флюсов и их постоянное присутствие в ванне.

Видео ролик — сварка алюминия

Для защиты от кислорода также применяют аргон, как наиболее распространенный и дешевый из инертных газов. Но он вполне эффективен только тогда, когда ванна обдувается со всех сторон. По этой причине очень сложно варить алюминий в присутствии ветра вне помещений. Сварка титановых сплавов также требует использования аргона. Причем аргон должен быть высшего качества.

Сварка тонколистового металла плазмотроном

При сварке тонких листов плазменную горелку не следует располагать слишком близко к металлу, так как при этом можно слишком легко выдуть его. Давление плазменной дуги на металл значительно (в 5-7 раз) выше, чем обычной. Сварочный ток необходимо ограничить величиной 12-14 и менее ампер. Иногда хватает и 1-2 А.

Совет: Тонкие листы металла обычно удобнее всего сваривать газовой сваркой. Сварка плазмой требует меньше оборудования (баллонов с газом, редукторов, шлангов), но зато требует больше специальных навыков от сварщика. Некоторые мастера, в основном, ювелиры и специалисты по лабораторному и научному оборудованию, могут сваривать микроплазмой на маленьком токе даже фольгу.

Сравнение технологии лазерной сварки с плазменной сваркой

Лазерная сварка производится мощными лазерами непрерывного или импульсного действия. Благодаря фокусировке пятна на очень малой площади удается получать очень высокие температуры. На луч света не действует магнитное поле или движение газа, лазер легко можно “подать” в труднодоступные места. Изменяя апертуру луча, можно очень плавно регулировать ширину зоны нагрева. Производительность лазерной сварки примерно в 50 раз выше дуговой. Например, лист стали 20 мм сваривается со скоростью 100 метров в час за один проход.

Однако, лазерной сварке присущи и недостатки: невысокий к.п.д. из-за значительного коэффициента отражения(0.1-2%) и очень высокая цена на оборудование. Несмотря на это, есть области, где лазерная сварка оказывается незаменимой, например, в электронной промышленности при изготовлении очень многих приборов, особенно миниатюрных. Поэтому обычно рабочее место лазерного сварщика для ручной работы выглядит не совсем подходящим для стройки или гаража:

Рабочее место лазерного сварщика для ручной работы

Сравнение: сварка аргоном или плазмой

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

Аппарат для плазменной сварки

Отличие аргонной сварки от плазменной сварки

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

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

Аргон или плазма: что лучше

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

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

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

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

Читайте также: