Плазменный резак и сварка
Обновлено: 14.05.2024
Плазменный резак может использоваться не только для резки, но и для сварки нержавеющих, цветных металлов и специальных сплавов. Новый метод соединения таких материалов оказался намного эффективней всех существующих.
Технология сварки
Для проведения сварки по данной технологии требуется плазмообразующий газ. В его качестве допускается использовать азот, кислород, смесь водорода с аргоном или сжатый воздух. При промышленном использовании плазменных резаков, называемых также плазмотронами, применяется защитный газ – аргон, гелий или их смесь.
В охлаждаемом плазмотроне воздух или другой газ в результате сжатия нагревается до температуры 5000-30000 °С. Итогом такого воздействия является переход газа в состояние плазмы: она представляет собой смесь нейтральных атомов, ионов и свободных электронов. Воздух приобретает способность проводить электрический ток. За счет теплового расширения его объем увеличивается в 50-100 раз и он с огромной скоростью вытекает из плазмотрона. Под воздействием плазмы начинает плавиться любой металл. Шов образуется за счет расплавления кромок свариваемых элементов. Иногда дополнительно используется присадочный металл.
При использовании данного вида сварки между электродом и соплом резака поддерживается постоянная дежурная дуга. Для этого применяются источники питания постоянного тока. Основная дуга зажигается при поднесении резака к свариваемому элементу. Он может включаться или исключаться из электрической цепи. В зависимости от этого различают аппараты прямого или косвенного действия. В первом случае дуга образуется между катодом плазмотрона и свариваемым элементом. Во втором – внутри резака. Этот способ обработки удобен для неметаллических изделий.
Отличное качество швов после плазменной сварки
Виды сварки
Различают несколько видов плазменной сварки:
- микроплазменная считается самой распространенной. При ее проведении используются вольфрамовые электроды ø1-2 мм. Для зажигания дуги вполне достаточно величины тока всего 0,1 А. Микроплазменная сварка применяется для работы с изделиями, имеющими толщину до 1,5 мм. Диаметр дуги при этом составляет около 2 мм. Такая величина этого параметра позволяет нагревать изделие на небольшом участке и избегать прожогов. В качестве плазмообразующего газа применяется аргон. Такой метод сварки используется для изготовления тонкостенных емкостей, ювелирных изделий или соединения фольги;
Способ соединения металлов с помощью микроплазменной сварки был разработан в Швейцарии в 1965 году. Первооткрывателями считаются одновременно две компании: «Мессер-Грисхайм» и «Сешерон». С помощью этого вида сварки можно соединять элементы из золота толщиной всего 0,03 мм.
- процесс на токах 50-150 А носит название сварки на средних токах. Он похож на аргонодуговую сварку, но у него большая мощность дуги и меньшая площадь нагрева. Этот вид плазменной сварки обеспечивает меньшую ширину швов и большую глубину проплавления по сравнению с классической дугой;
- сварка на большом токе ведется при значениях более 150 А. В этом случае происходит абсолютное проплавление металла. Процесс сварки представляет собой разрезание объекта с образованием сквозного отверстия и последующую заварку. Этот метод используется для работы с титаном, медью, алюминиевыми сплавами, низкоуглеродистыми и легированными сталями. Он позволяет избежать операций разделки кромок и повышает качество швов.
Так выглядит классическая дуговая сварка
А так – сварка металла с помощью плазменного резака
Преимущества плазменной сварки
Плазменная сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими методами соединения металлов:
- обеспечивается высокое качество и точность швов, отсутствует необходимость их механической обработки;
- возрастает скорость проведения сварочных работ до 50 м/ч;
- отсутствует коробление свариваемых изделий за счет концентрации тепла в минимальной зоне;
- исключается разбрызгивание металла;
- отсутствует необходимость разделки кромок за счет глубокого проплавления металла;
- повышается экономичность сварки за счет использования недорогих газов.
Плазменная сварка позволяет эффективно работать со следующими металлами:
- чугуном толщиной до 90 мм;
- легированной и углеродистой сталью толщиной до 50 мм;
- медью и ее сплавами толщиной до 80 мм;
- алюминием и его славами толщиной до 120 мм.
Плазменная сварка – единственный вид обработки настолько разнородного перечня металлов, позволяющий сочетать отличное качество работы с высокой производительностью.
Плазменная сварка - принцип работы и ТОП-3 аппарата
Для соединения деталей из вольфрама (W), молибдена (Mo), различных структур нержавеющих сталей и никелевых сплавов (авиа и приборостроение) применяется сварка плазморезом, где поток плазмы является источником энергии. Температура плазменной дуги порой достигает 30000°C, тогда как привычная всем электрическая дуга имеет только 5000-7-000°C – разница довольно-таки существенная. Практика показала, что данный способ оказался гораздо эффективнее по многим параметрам, по сравнению с классической газовой и электрической сваркой.
Технология сварки и резки металлов плазмой
Принцип плазменно-дуговой технологии сварки заключается в мощном прогреве обрабатываемых металлов плазмой, которая в данном случае является ионизированным газом, полученным при работе электрической дуги под повышенным давлением. Горелка, которую используют в таких агрегатах, называется плазмотроном – с ее помощью можно варить и резать любые металлы, отображенные в периодической таблице Менделеева. Также плазмотроном можно варить и резать неметаллы, если этому не препятствуют физические или химические свойства материала, как то, отсутствие адгезии, различные особенности вступления в реакцию и т.п.
Основные особенности плазменной сварки
Рассмотрим существенные особенности, которыми обладает плазменно-дуговая сварка. В рабочую зону из плазмотрона выбрасывается струя плазмы, но иногда при необходимости также используется дополнительный инертный газ для создания защитного облака, которое создает оптимальные рабочие условия для химически нейтральной среды. В результате получается, что вся термическая энергия через плазменную струю передается на сварочную ванну, но при этом лишь частично (в малом количестве) попадает на близлежащие области. Для корпуса плазменной горелки используется сталь, а для анода – медь. При этом у медного электрода имеется специальная полость, по которой поступает вода для охлаждения, а между ним и катодом с давлением от 2-х до 5-ти атмосфер поступает рабочий газ для подпитки дуги.
Видео описание
Горынычъ - аппарат плазменной сварки и резки
Итак, газ в плазмотроне нагревается от плазменной дуги, что приводит к его ионизации. Объем горячего газа за счет свойства теплового расширения увеличивается от 50-ти до 100-а раз, что способствует скоростному выбросу из сопла. Получается, что кинетическая и тепловая энергия являются главной причинно появления мощного энергетического потока у плазменной сварки. Следует еще отметить, что в плазмотроне обычно применяются горелки постоянного тока.
Существует несколько разновидностей таких агрегатов:
- дуга находится между плавящимся электродом и сварочной ванной;
- дуга находится между НЕ плавящимся электродом и сварочной ванной, а плазма выбрасывается струей газа.
Примечание: для образования плазмы используются такие газы, как аргон (Ar), азот (N2), кислород (O2) или обычный воздух.
Также все сварки такого типа различаются по величине силы тока:
- малые (микроплазменные) – 0,1-50 А;
- средние – 50-150 А;
- большие от 150 А и выше.
Если микроплазменный вариант позволяет избежать прожогов в свариваемых деталях, то агрегаты, работающие на больших токах, проплавляет металл толщиной до 8 мм за один проход без кромочной разделки, что позволяет без особых затруднений резать заготовки. Вполне естественно, что на средних токах вы сможете как варить, так и резать металл.
Выбор плазменного сварочного аппарата
По большому счету плазменный сварочный аппарат состоит из двух основных модулей – это источник электропитания с интегрированным инвертором и сварочная горелка, а все остальное можно назвать дополнениями. При помощи такого агрегата можно варить, резать или даже паять самые разные металлы, невзирая на их повышенную толщину, так как плазменный поток разогревает материал гораздо лучше, нежели обычная газовая или электрическая сварка.
История развития плазменной сварки
Плазменную сварку можно отнести к разряду новых технологий, хотя ее стали применять еще в прошлом столетии, но давайте сделаем короткий экскурс в историю. В конце 50-х годов XX века инженеры-конструкторы американской компании Union Carbide Corp сделали первый аппарат плазменной резки, хотя при этом питались идеями физика из Соединенных Штатов И. Ленгмура. Несмотря на то, что данный метод начали применять 70 лет назад, его можно назвать всего лишь прообразом современной технологии. Все методы защиты сварочной ванны с применением инертных газов, а также разработку портативных аппаратов придумали в период с 1963 по 2006 годы.
Резаки предназначены для комплектации аппаратов ручной плазменной резки – плазморезов с контактным и бесконтактным способом зажигания дуги, имеющих разъемы ЭА и ZA Источник prompostavka.in.ua
Безусловно, плазменная резка, которая увидела свет в 1963 году, значительно увеличила скорость производства, но при этом была одна существенная проблема – на металлическую поверхность сильно воздействовало окисление. В 1965 году начали впрыскивать воду, и это снизило процент окалины, но инженеры-конструкторы на этом не собирались останавливаться. В результате исследований в 1987 году появляется резак с контактным пуском, а в 1990 с плазмой начали работать под водой на глубине до 5 (пяти!) метров. В 1999 мир услышал о создании коаксиальной технологии (газ поступает по общей оси), а в 2006 году начали использовать портативные полуавтоматы.
Популярность и назначение плазменной сварки
На сегодняшний день плазменные агрегаты претендуют на завоевание основной ниши на рынке сварочных аппаратов, причем популярность таких моделей стала расти и не только в промышленном секторе, но и среди бытовых потребителей. Если быть более точным, то можно обратиться к цифрам: сейчас 65% работ, которые раньше выполнялись при помощи электросварки, отошли в сферу деятельности плазмы, то есть, уже больше половины и это явный и стремительный прогресс.
При помощи плазменного оборудования монтируют трубопроводы разного назначения, ее используют в машино- и самолетостроении, строительстве, ремонте различных механизмов, но это лишь часть всей сферы применения. Кроме того, способность плазмотрона обрабатывать неметаллы может заменять гидроизоляцию, например, оплавление стыков железобетонных блоков, плит и перекрытий.
Такой метод имеет ряд неоспоримых преимуществ:
- высокая температура плазмы при резке и сваривании материалов:
- повышенный уровень КПД;
- низкий расход инертных газов;
- малая площадь прогрева, что практически исключает деформацию и существенно понижает усадку шва;
- применение технологии не только для металлов, но также для неметаллов;
- отпадает потребность в периодическом приобретении баллонов с газом или их заправке;
- агрегат легко перемещать с место на место;
- повышенный диапазон по толщине металлических заготовок для обработки;
- улучшенная система безопасности;
- доступная стоимость.
Наиболее популярные в России аппараты плазменной сварки
МППК (многофункциональный портативный плазменный комплекс) Горыныч рассчитан на выработку плазм из жидкости – воды или водно-спиртовой смеси, где пар выполняет защитную функцию. Такие агрегаты производят с силой тока 8,10 и 12 A и при этом они универсальны, то есть, Горыныч может, как резать, так и варить разные детали, но это не все. Задав необходимую мощность, аппарат можно использовать в качестве паяльной лампы, кузнечного горна и даже огнетушителя, если в качестве жидкости используется вода. МППК достаточно легок – масса плазмотрона с кабелем и шлангом не превышает 5,4 кг, а для его питания нужна обычная розетка ≈220±22 V и 50 A. Агрегат создает дугу прямой полярности с КПД не менее 80%.
Если говорить о деньгах, Мультиплаз-15000 является самым выгодным плазменным сварочным аппаратом среди своих аналогов. Кроме того, такой агрегат можно назвать самым легким среди подобных, так, масса источника питания составляет 33 кг а вес плазмотрона вместе с кабелем и шлангом на 9 метров – 5 кг. Потребляемая мощность составляет 15 kW при входном напряжении 380±38 V, с частотой сети 50 A. Сварка функционирует в диапазоне тока от 20 до 100 A, расходует 480 л/мин сжатого воздуха и ее КПД составляет 85% - это позволяет разрезать лист стали толщиной до 50 мм. Безусловно, Мультиплаз-15000 больше подходит для промышленных предприятий и автомастерских, но его также покупают для бытового применения.
В Российской Федерации достаточно популярной является модель плазменной сварки Плазариум SP3, представляющая собой компактный и надежный в работе электроприбор. Агрегат работает от сети ≈220±22 V с частотой 50 A и потребляет 2,64 kW, имеет ступенчатую программируемую регулировку от 1 до 12 A. Плазариум SP3 предназначен в основном для резки и сварки металлических деталей малой толщины и пользуется достаточной популярностью. Примечательно, что масса горелки нетто составляет всего 600 г, а длина кабеля 2 м, и это очень удобно для тех же автомастерских или любых станций техобслуживания. Еще можно отметить, что данное устройство соответствует всем нынешним требованиям правил техники безопасности, включая пожарную защиту.
Ремонт автомобиля (плазменная сварка).
Заключение
В заключение можно отметить, что аппараты плазменной сварки отличаются друг от друга по мощности и силе тока, поэтому, при выборе прибора на эти характеристики следует обращать первостепенное внимание. Далеко не последнее значение имеют масса и габариты прибора, но опять-таки все зависит от вида выполняемых работ – они могут быть стационарными, где блок питания не нужно переносить или мобильными, когда сварка постоянно нужна в разных местах.
Как выбрать инверторный плазменный аппарат для сварки и резки металла
В настоящее время альтернативой обычному электросварочному аппарату стал инвертор плазменной сварки и резки.
Ранее это устройство активно использовалось только в промышленности, однако с каждым днем оно все более часто находит свое применение и в бытовой сфере.
Этот факт и обусловил актуальность данной статьи, в которой будут рассмотрены инверторные сварочные аппараты как тип, охарактеризованы их основные виды, а также проанализированы преимущества и недостатки этого многофункционального устройства.
Инверторный плазменный сварочный аппарат – что это такое
Сварочный аппарат плазменного типа – устройство, имеющее сравнительно небольшой размер и потребляющее минимальное количество электроэнергии. При помощи плазменного инвертора осуществляется соединение и резка черных и цветных металлов.
Принцип его работы заключается в том, что при помощи электрических разрядов специальная смесь (аргон, азот, воздух или водород) превращается в плазму, максимальная температура которой колеблется в промежутке от 6 до 7 тысяч градусов (оценки температуры у разных производителей расходятся, да и не особо это важно для конечного потребителя в большинстве случаев).
Это приспособление состоит из плазмотрона (резака) и источника питания (в данном контексте, мы говорим об инверторе). Плазмотрон инвертора, в зависимости от функционального назначения установки, может быть прямого и косвенного действия. Сварочный аппарат с плазмотроном прямого действия используется при необходимости генерации дуги, а механизм косвенного действия активно применяют в случаях, когда требуется генерация струи плазмы.
После окончания работы плазмотрон нуждается в охлаждении, поскольку образуемая им плазма достигает очень высоких температур. В зависимости от способа охлаждения плазмотрона сварочные аппараты подразделяются на охлаждаемые при помощи воздуха и воды. Первый вид наиболее выгоден с финансовой точки зрения, а второй – максимально эффективен, но сложен в использовании.
К сведению! Инвертор плазменной резки можно противопоставить с плазменным выпрямителем, друг от друга эти устройства имеют ряд отличий.
Аппарат для сварки превращает переменный электрический ток в постоянный, а затем снова возвращает его в прежнее состояние, в то время как выпрямитель работает лишь с переменным током
Инвертор плазменной резки: плюсы и минусы
Как и любой другой сварочный аппарат, плазменный инвертор имеет свои достоинства и недостатки, в сравнении с устройствами для газовой, электродуговой, электрошлаковой, лазерной и другими видами сварки.
Имеет высокую эффективность нагрева металла, в отличие от газовой сварки, в процессе которой этого добиться практически невозможно
Может сваривать максимально толстые детали (это свойство, кроме плазменного, обеспечивает только аппарат для электрошлаковой сварки, в то время как все остальные устройства имеют ограничения в объеме деталей, с которыми работают)
Способен работать со всеми видами металлов и даже с неметаллическими веществами, чего не может гарантировать больше ни один сварочный аппарат
Отличается высокой стоимостью, в отличие от устройства для газовой сварки, приобретение которого не ударит по кошельку среднестатистическому пользователю
Характеризуется инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, а также насыщением воздуха вредными ионами, в противовес абсолютно безопасной лазерной сварке
Где применяются
Плазменный сварочный аппарат многофункционален, в силу чего нашел свое применение во многих сферах деятельности. Его используют:
- В процессе термической обработки стали и других металлов.
- При соединении (сварке и пайке) или резке черных и цветных металлов.
- В процедуре воронения стали.
- Для резки плитки, стекла, бетона и прочих материалов.
Видео — как работает плазменный резак
Вот, к примеру резка керамической плитки Мультиплазом 3500:
Популярные производители и модели
Наиболее популярными производителями инверторных сварочных механизмов плазменного типа являются компании Горыныч, Плазариум и Мультиплаз. Какой лучше, судить конечным пользователям, вы можете перейти по ссылкам в тексте ниже, чтобы ознакомиться с отзывами по конкретным моделям.
Основной особенностью модели компании-производителя Горыныч является тот факт, что в качестве смеси, используемой для образования плазмы, в ней применяется вода в чистом виде или в смешении со спиртом.
Это свойство становится препятствием для образования коррозии. Работать такой аппарат может как от сети, так и от генератора.
Принцип работы устройства фирмы Мультиплаз схож с предыдущим. Еще одним достоинством этого инвертора является компактный размер, ведь вес его «младших моделей» (подробности см. по ссылке) не превышает шести килограмм. Кроме того, такой сварочный аппарат, в отличие от своих аналогов, в процессе работы практически не выделяет вредных веществ.
Компания Плазариум не разрабатывает таких мощных устройств, как ее конкуренты. Соответственно, цены на ее продукцию гораздо ниже. Однако характерным нововведением моделей этой фирмы является наличие на аппаратах специальных датчиков, помогающих регулировать температуру сварки, чтобы избежать поломки вследствие перегрева.
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.
Нюансы плазменной сварки и область ее применения
Виды сварки
Из большого многообразия методов обработки металлов – плазменная сварка является наиболее распространенной.
В первую очередь это обусловлено тем, что в современной промышленности довольно часто используется нержавеющая сталь, цветные металлы и их сплавы, для которых применение других видов обработки малоэффективно.
Современное оборудование обеспечивает высокую продуктивность в сравнении с другими технологиями.
Достоинства и недостатки плазменной сварки
Итак, что такое плазменная сварка? Это процесс локального расплавления металлического изделия плазменным потоком. Он формируется высокоскоростной дугой, температурой 5000-30000°С.
Газовый поток, проходящий через дугу, нагревается и ионизируется, за счет чего он превращается в плазменный поток и выдувается соплом плазматрона для сварки. В этом и заключается сущность ее работы.
Для того, чтобы данный аппарат функционировал, необходимо лишь электричество и поток сжатого газа. Если используется компрессор, тогда достаточно только электричества.
Для работы необходимо менять лишь плазмотрон и электроды. На этом обслуживание оборудования такого типа и заканчивается. В то время как для других типов сварок необходимо выполнять большее количество работ по уходу. Кроме того они являются более взрывоопасными.
Особенности сварки плазмой.
К основным достоинствам данных аппаратов можно отнести:
- высокую скорость резки металлов;
- возможность использования аппарата практически со всеми металлами и сплавами;
- высокая точность и качество шва;
- более низкая стоимость работ по сравнению с другими методами;
- отсутствие деформаций металла при обработке плазмой;
- высокий уровень безопасности выполнения работ.
Разновидности
Сварка плазмой разделяется на несколько видов, в зависимости от силы тока:
- микроплазменная;
- на средних токах;
- на больших токах.
Чаще всего используется именно первый тип. Дело в том, что дуга может гореть при достаточно низких токах, если используются вольфрамовые электроды диаметром до двух миллиметров. Это возможно за счет высокой степени электродуговой ионизации газа.
Схема микроплазменной сварки представлена ниже.
Чертеж плазменной сварки.
Данный вариант технологии наиболее эффективен для соединения тонких деталей толщиной до полутора миллиметров. При этом диаметр дуги не превышает 2 мм. Это позволяет сфокусировать тепло в достаточно маленькой области и не нагревать соседние участки.
Основным газом в данном методе является аргон. Тем не менее в зависимости от типа изделия, в него могут добавляться различные примеси, которые способствуют увеличению эффективности процесса.
Приборы для микроплазменной сварки позволяют работать в нескольких режимах:
- непрерывный;
- импульсный;
- непрерывный обратной полярности.
Плазменная сварка на средних токах во многом схожа с аргонодуговой. Однако первая обладает более высокими температурами, в то же время область нагрева существенно меньше. Это обуславливает ее высокую продуктивность.
Плазменная сварка позволяет проплавлять материал более глубоко, при этом ширина шва получается меньшей, чем в аргонодуговой.
Выполнять сварочные работы можно как с присадочным материалом, так и без него.
Плазменная сварка на больших токах оказывает сильное силовое действие на материал. Она полностью проплавляет металл. В результате в ванне формируется отверстие, то есть детали сначала как бы разрезаются, а затем сплавляются заново.
Характеристики
Принцип работы плазменной сварки дает понять, что ее лучше всего использовать для тонких материалов, нержавеющей стали, цветных металлов и сплавов на их основе. Стоит сразу отметить, что во многих случаях использование других технологий, аргонодуговую сварку не представляется возможным.
В то же время в металлургии и других областях промышленности необходимо выполнять работы именно с такими изделиями.
Схема технологии сварки плазмой.
К основным характеристикам дуги микроплазменной сварки относятся:
- цилиндрическая форма;
- концентрация энергии в небольшой области;
- маленький угол расхождения потока;
- невосприимчивость к изменению расстояния между плазмотроном и изделием;
- высокая безопасность зажигания.
Все перечисленные выше характеристики являются одновременно и достоинствами метода. Например, цилиндрическая форма и возможность увеличения длины позволяет осуществлять сварочные работы даже в самых труднодоступных местах.
Также особенности технологии упрощают проведение сварки при наличии колебаний изделий, за счет нечувствительности к изменению расстояния.
Устройство и принцип работы
Особенности аппарата для сварки плазмой.
Плазменная сварка характеризуется следующим принципом работы: она основана на формировании дуги посредством осциллятора. Приборы функционируют на токах прямой полярности, которые и питают дугу. Она, в свою очередь, образует плазму.
С использованием данной дуги можно осуществлять резку или соединение любых типов металлов и сплавов во всех пространственных положениях.
Плазма формируется из газов, в качестве которых используют аргон или гелий. Они же выполняют и защитные функции. Это исключает косвенное влияние оксида на изделие при плазменной сварке.
Метод характеризуется незначительной чувствительностью к изменению длины дуги. При этом возможно соединение деталей толщиной более пятнадцати миллиметров без скоса кромок.
Это становится возможным благодаря сквозному прорезанию детали. В результате поток может выходить и на обратную сторону изделия. Само же соединение состоит из двух процессов: разрезание и последующая заварка.
Данная технология позволяет осуществлять различные типы соединений. Наибольшее преимущество заключается в возможности сваривания листового металла без разделывания кромок и использования припоя.
Специфика метода плазменно-дуговой технологии сварки состоит в том, что в область соединения подается плазма из специальной горелки – плазмотрона. В некоторых случаях, если необходимо, может быть использован аргон или гелий для создания инертной среды в области стыка деталей.
Чертеж сварочного аппарата.
Вся энергия концентрируется в плазменной струе. За счет этого нагрев не распространяется по всей области изделия, а фокусируется только возле соединения. При этом температура на таком участке может составлять 10000-15000°С. Однако за счет быстрого отвода тепла металлом, она снижается до температуры плавления в зоне стыка.
Если во время данной процедуры соединение защитить инертным газом, то можно получить высококачественный шов, который не потребует дополнительной ручной обработки.
Корпус горелки выполняется из стали, анод – из меди. Последний охлаждается водой. Дуга питается газом, подающимся под большим давлением в полость между анодом и катодом.
В то же время важно иметь в виду, что аргон не ионизируется. Он быстро улетучивается, смешиваясь с воздухом. Чтобы он надежно выполнял свои защитные функции, необходимо придерживаться определенного расстояния между горелкой и деталью.
Поскольку метод обеспечивает высокий нагрев только в области стыка, это может привести и к нежелательным последствиям. Иногда приходится изделие предварительно прогревать или использовать несколько горелок, чтобы избежать резкого перепада температур по поверхности материала.
При использовании микроплазменной сварки удается получать качественные швы на тонких материалах. Реализация данной технологии возможна даже без использования присадочной проволоки.
Используемое оборудование
Установки для плазменной сварки широко применяются не только на крупном производстве, но и в бытовых условиях. При этом стоит отметить, что спрос на данном оборудовании постоянно растет, что лишний раз подтверждает его востребованность.
Устройство оборудования для сварки.
Все оборудование, предназначенное для выполнения данной работы, можно разделить по следующим особенностям:
- тип воздействия;
- способ стабилизации дуги;
- сила тока.
По своим возможностям плазменная дуга уступает пальму первенства только лишь нескольким технологиям, основанным на лазерном и электронном лучах. В сравнении с другими методами, плазменный отличается более высокой эффективностью и производительностью.
При этом стоит отметить, что не стоит забывать и о других технологиях. Так, для сваривания деталей в серьезных отраслях, например, в авиастроении и аэрокосмической сферах, широко используется аргонодуговая сварка.
Плазменная, в свою очередь, чаще всего применяется для резки металлов, так как она позволяет осуществлять данный процесс с высокой скоростью.
Особенно она становится незаменимой при обработке сплавов с минимальным последующим короблением и развитием напряжений, а также деформаций.
Плазменная технология сварки является единственно возможным и доступным методом обработки некоторых металлов и сплавов. Особенно это относится к нержавеющим сталям, меди, латуни и т.д. Данный метод позволяет получать качественные, надежные и тонкие швы, а также осуществлять резку с высокой эффективностью.
Отдельное применение она нашла в соединении тонколистового металла без использования присадочной проволоки. Кроме того, такой тип сварки обеспечивает локальный нагрев лишь в области стыка, что может быть очень удобным при решении многих задач.
Читайте также: