Плазменная сварка принцип работы

Как устроен и работает плазменный сварочный аппарат

Плазмой в физике называют четвертое состояние вещества после твердой, жидкой и газообразной форм, когда происходит частичная или полная ионизация среды из нейтральных до этого молекул и атомов с соблюдением условия квазинейтральности: равенства объемной плотности всех заряженных частиц.

В сварочной технике используются следующие свойства низкотемпературной (менее миллиона градусов по шкале Кельвина) плазмы:

очень высокая электрическая проводимость;

сильное влияние внешних магнитных полей на протекание в ней токов, способствующих образованию струй и слоев;

проявление коллективных эффектов, выражающихся преобладанием магнитных и электрических сил над гравитационными.

Принципы создания и работы плазменных горелок

У этого способа сварки источником разогрева металлов до температуры плавления является плазменная дуга из ионизированного газа, которая направляется в нужную сторону. Ее вырабатывает специальное устройство, называемое плазмотроном или плазменной горелкой.

Классификация по типу создания дуги

По принципу работы плазмотрон бывает прямого или косвенного действия.

В первом случае разность потенциалов внешнего поля генератора, создающего условия для образования дуги, прикладывается прямо к обрабатываемой детали и электроду газовой горелки. За счет этого повышается эффективность охлаждения конструкции.

При втором методе электрическое напряжение прикладывается только между частями горелки для создания струи плазмы. За счет этого требуется усложнять систему охлаждения соплового узла.

У плазматронов прямого действия вырабатывается дуга, приблизительно напоминающая цилиндрическую форму, немного расширяющуюся у поверхности обрабатываемого металла.

Внутри нейтрального электрического сопла происходит сжатие и стабилизация дуги. При этом сочетание тепловой и кинетической энергии плазмы формирует для нее повышенную мощность, позволяющую глубже проплавлять металл.

Горелки косвенного действия создают плазму в форме конической струи, окруженной факелом, направленным к изделию. Струю выдувает поток плазмы, исходящий из горелки.

Классификация по способам охлаждения горелок

Из-за высокой температуры плазмы применяют различные способы охлаждения деталей плазмотрона:

теплосъем за счет принудительной циркуляции воды.

Воздушное охлаждение менее затратное, а жидкостное — наиболее эффективное, но сложное.

Классификация по способам стабилизации дуги

Газовая горелка должна обеспечивать ровный, стабилизированный по величине и направлению температурный столб со строгой фиксацией его по оси сопла и электрода.

С этой целью разработано три вида конструкций сопла, использующих энергию:

3. магнитного поля.

При первом способе холодная струя газа, обдувая столб плазмы, охлаждает и одновременно сжимает его. В зависимости от направления струи газового потока создается стабилизация:

1. аксиальная — при параллельном обдуве столба;

2. вихревая, когда поток газа создается в перпендикулярном направлении.

Второй способ более эффективно обжимает дугу и применяется в плазмотронах, используемых для напыления металлов или резки.

Аксиальная стабилизация лучше подходит для сварки и наплавки металлов.

Схема двойной стабилизации сочетает в себе черты аксиальной и вихревой. При ее использовании существует возможность пропускать газ тремя способами:

только через основной центральный канал;

исключительно через внешний.

При каждом методе создаются разные схемы обжатия столба плазмы.

Водяная стабилизация использует встречные завихренные потоки жидкости. Образуемый при этом пар помогает создавать плазму с разогревом столба до 50 тысяч градусов по шкале Кельвина.

Существенным недостатком этого метода является интенсивное сгорание катода. Для таких устройств электрод делают из графита, разрабатывая механизмы его автоматического приближения к обрабатываемой детали по мере постоянного расхода длины.

Устройства плазмотронов с водяной стабилизацией отмечаются:

низкой надежностью системы подачи электрода;

трудоемкостью методов возбуждения дуги.

Магнитная стабилизация работает за счет направленного магнитного поля, расположенного поперек перемещения столба дуги. Ее эффективность самая низкая, а соленоид, встроенный в сопло, значительно усложняет схему плазмотрона.

Однако, магнитную стабилизацию применяют для придания вращательного движения анодному пятну внутри стенок сопла. Это позволяет уменьшать эрозию материала сопла, которая влияет на чистоту струи плазмы.

Все рассмотренные выше конструкции плазматронов относятся к дуговым. Но существует еще один вид подобных устройств создания плазмы за счет энергии высокочастотного тока, проходящего по катушке индуктора. Такие плазматроны называются индукционными (ВЧ) и они не требуют наличия электродов для создания разряда дуги.

Они не обладают особыми преимуществами в воздействии на обрабатываемые металлы по сравнению с дуговыми устройствами и используются для решения отдельных технологических процессов, например, выработки чистых порошковых металлов.

Конструктивные особенности горелок

Работу одного из видов плазменной горелки позволяет объяснить приведенный ниже рисунок.

Плазменная дуга при сварке создается внутри защитной атмосферной оболочки, образованной подачей в рабочую зону вдуваемого газа. Им чаще всего выбирают аргон.

Плазмообразующим газом (источником ионизации) может работать:

смеси перечисленных газов.

Следует учитывать, особенности их эксплуатации:

из воздуха выделяются нитриды и озон;

азот при больших температурах вредно влияет на экологию.

В качестве материала для электродов чаще всего выбирают вольфрам из-за наиболее подходящих механических свойств и стойкости к высоким температурам.

Газовое сопло закрепляется в горелке и обдувается защитным потоком. По гидравлическим магистралям нагнетается холодная жидкость и отводится нагретая.

Токоведущие провода подводят к электродам электрическую энергию постоянного либо переменного тока.

Чтобы питать плазмообразующую дугу подключают источник тока с напряжением порядка 120 вольт для сварки и около 300 на холостом ходу — для резки.

Устройство плазменного генератора

Для запуска плазматрона может использоваться переменный или постоянный ток. В качестве примера рассмотрим работу генератора от обычной сети электроснабжения 220 вольт.

Балластный резистор ограничивает ток питания. Дроссель регулирует нагрузку. Диодный мост преобразует переменное напряжение для поддержания дежурной дуги.

Воздушный компрессор подает защитный газ в горелку, а гидравлическая система охлаждения обеспечивает циркуляцию жидкости в магистралях плазматрона для поддержания эффективного теплосъема.

Техника выполнения плазменной сварки и резки

Для зажигания и поддержания сварочной дуги используют энергию электрического тока, а для ее бесконтактного возбуждения — осциллятор (источник колебаний).

Применение дежурной дуги между электродом и соплом позволяет значительно облегчать процесс запуска плазмы.

Подобная сварка позволят соединять практически все металлы и сплавы, расположенные в нижней или вертикальной плоскости.

Без предварительной обработки кромок на скос можно сваривать заготовки с толщиной до 15 мм. При этом образуется характерный провар со специфическими формами благодаря выходу плазменной струи за пределы обратной стороны свариваемой детали через сквозные прорези.

Фактически сварка плазмой в большинстве случаев представляет собой двойной непрерывный процесс:

прорезания материала заготовок;

заварки места разреза.

Технология резки основана на:

расплаве слоя металла в месте обработки;

выдувания жидкой фракции потоком плазмы.

Толщина металла влияет на технологию резки. Для тонких изделий применяют дугу косвенного метода, а при более толстых лучше работают плазмотроны прямого подключения.

Плазменная резка наиболее экономична для всех металлов, включая углеродистые стали.

Для выполнения плазменной сварки и резки разработаны автоматизированные линии и ручные установки.

Виды плазменной сварки

На мощность создаваемой дуги влияет сила применяемого тока. По ее величине определяют три вида сварки:

3. на больших токах.

Микроплазменная сварка

Она работает на токах, ограниченных величинами 0,1÷25 ампер. Эта технология используется в радиоэлектронике, приборостроении, ювелирном деле, изготовлении сильфонов, мембран, термопар, фольги, тонкостенных труб и емкостей, позволяя прочно соединять детали толщиной 0,2÷5 мм.

Для обработки разных материалов подбираются сочетания плазмообразующих и защитных газов, степень сжатия дуги, приближение к аноду. При обработке особенно тонких материалов используется режим импульсной работы при малоамперном питании дуги с подачей разнополярных импульсов тока.

Во время прохождения импульса одной полярности происходит наплавка или сварка металла, а при паузе за счет смены направления идет остывание и кристаллизация металла, создается сварная точка. Для ее хорошего образования оптимизируется процесс подачи тока и паузы. В сочетании с регулировкой амплитуды и удалением электрода это позволяет достичь высокого качества соединения различных металлов и сплавов.

Для выполнения микроплазменной сварки разработано много технологий, учитывающих разные углы наклона плазмотронов, создания поперечных колебаний для разрушения оксидных слоев, перемещение сопла относительно обрабатываемого шва и другие способы.

Сварка плазмой при средних токах 50÷150 ампер используется в промышленном производстве, машиностроении и ремонтных целях.

Высокие токи от 150 ампер используются для плазменных сварок, осуществляющих в промышленных условиях обработку легированных и низкоуглеродистых сталей, сплавов меди, титана, алюминия. Она позволяет снизить затраты на разделку кромок, повысить производительность процесса, оптимизировать качество швов по сравнению с электродуговыми способами соединений.

Плазменная наплавка металлов и напыление поверхностей

Отдельные детали машин требуют обеспечения высокопрочных или стойких к высоким температурам либо агрессивным средам поверхностей. С этой целью их покрывают защитным слоем дорогостоящего металла способами плазменной обработки. Для этого подготовленная проволока или порошок в мелких гранулах вводится в поток плазмы и распыляется в расплавленном состоянии на обрабатываемую поверхность.

Достоинства этого метода:

способность плазмы расплавлять любые металлы;

возможность получать сплавы разных составов и создавать многослойные покрытия;

доступность обработки форм любых габаритов;

удобство регулировок энергетических характеристик процессов.

Преимущества плазменной сварки

Очаг дуги, создаваемый при плазменной сварке, отличается от обычной электрической:

1. меньшей контактной площадкой на обрабатываемом металле;

2. бо́льшим тепловым воздействием благодаря приближению к цилиндрической форме;

3. повышенным механическим давлением струи на металл (примерно в 6÷10 раз);

4. способностью поддержания горения дуги на низких токах, вплоть до 0,2 ампера.

По этим четырем причинам плазменная сварка считается более перспективной и многоцелевой при обработке металлов. Она обеспечивает лучшее расплавление внутри уменьшенного объема.

Дуга плазмы обладает наиболее высокой концентрацией температуры и позволяет резать и сваривать металлы повышенной толщины даже при определенных увеличениях расстояния от сопла горелки до обрабатываемого изделия.

Читайте также  Газовая сварка своими руками

Кроме того, устройства плазменной сварки отличаются:

относительно небольшими габаритами;

надежностью в работе;

простотой регулирования мощности;

быстрым прекращением рабочего режима.

Недостатки

Высокая стоимость оборудования ограничивает широкое внедрение плазменной сварки во все отрасли производства и среди маленьких предприятий.

Нюансы плазменной сварки и область ее применения

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.

  1. Достоинства и недостатки плазменной сварки
  2. Разновидности
  3. Характеристики
  4. Устройство и принцип работы
  5. Технология сварки
  6. Используемое оборудование
  7. Итог

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.

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

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.

Технология сварки

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.

Сварка плазменной струей

Что такое плазма и как она возникает

Плазма — это состояние газа при его частичной или полной ионизации. Это значит, что он может состоять не только из нейтральных молекул и атомов, но и из электронов и ионов


, обладающих определенным электрическим зарядом или полностью состоять из заряженных частиц. Для перевода газа в состояние плазмы нужно ионизировать большую часть его молекул и атомов. Чтобы добиться этого, необходимо приложить к электрону, входящему в состав атома, усилие, превышающее его энергию связи с ядром и помочь оторваться от него.

Для этого должны быть созданы определенные условия, которые и были разработаны в области получения плазменной дуги.

Первое упоминание о разработке плазменной сварки было в 1950 году. В 1960 году были представлены некоторые принципы получения плазменного потока и внедрена технология и оборудование плазменной сварки. У нас в стране исследованиями в этой области и разработкой технологии занимались в Институте металлов им. А. А. Байкова, руководил проектом Н.Н. Рыкалин. После изучения физических свойств и энергии сжатой электрической дуги в среде аргона, преобразованной в плазменную струю, были определены ее технические возможности в области сварки и разработано специальное оборудование.

Читайте также  Как пользоваться макетной платой для монтажа без пайки

Схема получения плазменной струи

Плазменное преобразование достигается за счет воздействия сильного электрического поля, созданного дугой при прохождении через газ, на принудительно вдуваемый газ, поступающий через сопло горелки.
Таким образом, для преобразования электрической дуги в наэлектризованную струю плазмы, необходимо выполнить два условия:

  • выполнить ее сжатие;
  • провести прогон через нее специального газа для создания плазмы.

Сжатие обеспечивает специальное устройство плазмотрона. В итоге, толщина струи уменьшается, а напор — возрастает. Одновременно к дуге подается газ, который под ее воздействием нагревается и превращается в плазму. За счет нагрева происходит расширение и увеличение объема газа. В результате из сопла он устремляется с большой скоростью. При этом, если обычный электрический разряд имеет температуру порядка 5000-7000оС, то плазма может достигать 30 000оС.

Для образования плазмы используют в основном аргон с добавлением небольшого количества гелия. Электрод должен быть также защищен нейтральным аргоном. В качестве электрода выбирают вольфрамовые изделия с добавлением тория или иттрия.

Технология плазменной сварки характеризуется высокой температурой и небольшим диаметром дуги, что обеспечивает ее значительную мощность.

Разновидности технологии

Методы различаются параметрами работы оборудования, сферой применения и некоторыми другими характеристиками.

Прямого действия

Принцип работы агрегата при возбуждении электрической дуги тот же, что при электродуговой сварке: один контакт соединяется с электродом, другой – с обрабатываемой деталью. Образуется мощная дуга, падающая на металл.

Плазма вырабатывается так:

  • клемма подсоединяется к соплу, поступающий в плазмотрон газ ионизируется;
  • после переноса контакта на свариваемую деталь дуга попадает на материал, плазма выводится из сопла.

Чтобы понять, что такое плазменная сварка прямого действия и как работать этим методом, нужно знать, что мощность струи разогретого газа зависит от силы тока. Аргон не только удерживает устойчивую дугу, но и препятствует попаданию кислорода в сварочную ванну.

Косвенного действия

Принцип функционирования сварочных аппаратов этого типа основывается на следующих процессах:

  1. Подключение одного полюса к неплавкому электроду, второго – к плазмотрону.
  2. Возбуждение электрической дуги. Мощность определяется давлением аргона в плазмообразующей установке. При ионизации газ нагревается, увеличивается в объеме. Аргон при сварке косвенного действия расходуется медленнее, чем при прямой технологии.
  3. Подача дуги на металл с большой силой. Обрабатываемый участок при этом расплавляется.

Рекомендуем к прочтению Что такое сварка TIG

При косвенном методе поддерживается устойчивая дуга, температура плазмы ниже, чем при прямой сварке. Установки используют для напыления порошков, получения термоэффектов, соединения материалов, обладающих низкой электропроводностью. Защитный газ подается автоматически.

Основные характеристики и преимущества

Получив плазменную дугу, вы можете значительно расширить возможности сварки. Основными отличиями ее от обычной аргоновой сварки являются:

  • высокая температура плазмы, достигающая 30000оС;
  • малое поперечное сечение дуги;
  • коническая форма дуги, характерная для аргоновой сварки, изменена на цилиндрическую форму;
  • малый диаметр струи позволяет значительно увеличивать давление, с которым она воздействует на металл. Оно выше, чем при аргонной сварке почти в 10 раз.
  • процесс сварки может поддерживаться небольшим током в пределах от 0,2 до 3,0 ампер.

Такие свойства плазмы обеспечивают существенные возможности этой сварки перед аргонодуговой сваркой:

  • обеспечивается более глубокий проплав шва;
  • уменьшается зона расплавления без разделки свариваемых кромок;
  • благодаря цилиндрической форме и способности увеличиваться по длине, с помощью плазменной дуги можно проводить сварку труднодоступных мест.

Плюсы и минусы

К преимуществам плазменного метода относятся:

  1. Доступность. Плазмотрон может устанавливаться на базовые сварочные аппараты.
  2. Однородность сварного соединения. Из-за высокой температуры в обрабатываемой области образуется равномерный тонкий шов.
  3. Возможность контроля провара металла.
  4. Высокая производительность. Большая скорость формирования шва снижает трудоемкость работ.
  5. Обширная сфера применения. Универсальный метод используют для соединения заготовок из других материалов.

К отрицательным качествам такого способа сварки относят:

  • высокую стоимость плазмотрона и работ;
  • сложность в исполнении (от сварщика требуется наличие специальных навыков);
  • необходимость дополнительного ухода за приборами (нужно регулярно прочищать плазматрон, заменять электрод и горелку);
  • потребность в непрерывной подаче аргона в аппарат;
  • необходимость охлаждения основных компонентов оборудования;
  • большой расход электроэнергии.

Рекомендуем к прочтению Особенности электрошлаковой сварки

Виды плазменной сварки

Плазменные устройства работают преимущественно с горелками, использующими постоянный ток.

Применяют две схемы работы:

  • С использованием дуги, образованной между неплавким электродом и свариваемой поверхностью металла;
  • С использованием струи плазмы, образованной между неплавким электродом и корпусом плазмотрона.

Соединение металлов с использованием плазмы разделяют также по значению величины используемого тока. Применяется следующие виды сварки:

  • микроплазменный вид, проходящий в интервале тока от 0,1 до 25 ампер;
  • сварка с использованием средних токов, величиной от 50 до 150 ампер;
  • сварка с использованием токов более 150 ампер.

При микроплазменной сварке металл практически не прогорает. В случае использования токов большого значения достигается полное проплавление шва с разделением изделий и последующей их заваркой.

Какими бывают плазменные аппараты

Агрегаты различаются техническими характеристиками и сферой применения. Главный классификационный признак – сила тока плазменной дуги. Эта величина, в зависимости от вида аппаратов, лежит в широком диапазоне.

Для микроплазменной сварки

Сила тока у таких агрегатов не превышает 25 А. Несмотря на это, они достаточно функциональны. Микроплазменные приборы используют для соединения тонкостенных элементов, точных и сложных работ, резки металла.

Они просты в использовании и обслуживании. Диаметр сопла горелки – менее 3 мм. Устройства функционируют на постоянном токе. Для выработки плазмы применяют ацетиленовые смеси, омедненные электроды.

Средние по силе тока

Прибор по некоторым характеристикам напоминает бытовой инвертор, выдающий силу тока в 50-150 А. Однако сфера применения среднеточного плазменного аппарата не так широка, в основном используется для резки листового металла.

Рекомендуем к прочтению Как осуществляется сварка взрывом

Рабочим газом часто становится воздух, однако можно использовать аргон или гелий. Плазмотрон и горелка имеют сложное строение. Некоторые устройства снабжаются дополнительной жидкостной системой охлаждения.

Сильноточное оборудование

Устройство способно выдавать более 150 А. Приборы этого типа практически не применяются в бытовых условиях и на небольших строительных площадках. Их используют на крупных производственных предприятиях.

Установки отличаются сложной конструкцией. Горелки снабжаются современными охлаждающими системами. При сварке применяют легированные торием или бериллием неплавкие электроды.

Устройство и принцип работы плазмотрона

Аппарат, выполняющий роль плазменного генератора, называют плазмотроном. Он представляет собой устройство, использующее энергию электричества для создания плазменного состояния газа и дальнейшего использования плазмы в образовании сварочной дуги.
Используют два вида конструкций плазмотронов, работающих по схеме косвенного или прямого образования дуги.

Для плазменной сварки используют преимущественно плазмотрон, работающий по прямой схеме, когда катодом служит вольфрамовый электрод, а анодом — свариваемая поверхность. Именно тогда дуга приобретает форму цилиндра.При косвенной схеме работы струя плазмы имеет обычный конический вид.

Основными узлами такого устройства являются:

  • вольфрамовый электрод (катод), который образует одну связку с устройством подачи плазмообразующего газа;
  • корпус устройства;
  • сопло с формообразующим наконечником;
  • термостойкий изолятор;
  • охлаждающая система с использованием водной струи;
  • пусковое устройство.

Для возбуждения основной дуги к поверхности металла от аппарата подключается положительно заряженный кабель.

Возникшая дуга ионизирует газ, поступающий из баллона или компрессора в камеру под давлением. При разогреве во время ионизации газ расширяется и выбрасывается в виде струи плазмы из камерного пространства с большой кинетической энергией.

Для того, чтобы облегчить розжиг основной дуги, в камеру плазмотрона встроен вспомогательный электрод, выполняющий роль анода. При включении плазмотрона в сеть и его запуске этот электрод получает положительный заряд, образуя дугу с вольфрамовым катодом. Возникшая плазменная струя разогревает свариваемый металл и провоцирует розжиг основной мощной плазменной дуги по схеме “вольфрамовый катод-поверхность металла”. Выполнив свою функцию, дежурная плазменная дуга гасится, а аппарат продолжает работать на основной струе плазмы.

Как работает устройство

Чтобы правильно собрать плазменный резак своими руками, нужно разобраться в принципах действия этого аппарата.

Процесс образования плазмы

После активации источника питания ток начинает поступать на электрод. Это способствует появлению сварочной дуги, температура которой достигает 8000 °С. На следующем этапе в камеру сопла нагнетается сжатый воздух, проводящий электрический заряд.

Как происходит резка

Посредством сопла из плазматрона выводится мощная струя ионизированного газа, температура которого продолжает быстро расти. Скорость потока достигает 3 м/с. За счет этого осуществляется резка металлических заготовок. При попадании плазмы на поверхность электрический ток передается ей. Изначальная дуга гаснет, образуется новая, называемая режущей.

Плазменная сварка принцип работы

Плазменная сварка, принцип работы которой описан ниже, применяется для сваривания металлов любой температуры плавления, хотя рекомендовано использовать технологию для работы с тугоплавкими сплавами. Один и тот же аппарат успешно справляется как со свариванием, так и с резкой, поэтому это достаточно универсальный инструмент и технология, благодаря чему она и получила широкое распространения в промышленности и бытовых условиях.

Принцип работы плазменной сварки основан на локальном разогреве металла потоком плазмы, которая генерируется в плазмотроне. Плазма представляет собой ионизированный газ, который под давлением выбрасывается через сопло плазмотрона. В этом газе содержаться заряженные частицы, которые отличаются способностью проводить электрический ток. Процесс ионизации газа производится непосредственно в плазмотроне под воздействием сжатой электрической дуги высокой мощности.

Читайте также  Сантехника как соединять пластиковые трубы

Температура генерируемой плазмы находится в пределах от 5 000 — 30 000 градусов по шкале Цельсия, чего достаточно, чтобы расплавить любой тугоплавкий металл. Важно отметить, что на «выходе», обычный, бытовой плазменный аппарат способен выдать до 7 000 градусов Цельсия. При соблюдении ряда технологических требований и создании должных условий, с помощью плазмы возможно сваривание металлических и не металлических деталей.

На чем работает сварка этого типа?

Не смотря на внушительные характеристики, приведенные выше, плазменная сварка, принцип работы которой не сложен, достаточно проста в устройстве и обслуживании. Как упоминалось выше, в этой технологии применяется направленная плазменная дуга, генерируемая подаваемым электрическим током требуемой сил (А). В свою очередь плазменная дуга образуется из так называемой «дежурной» (обычной). Основными характеристиками установки является следующие три качества:

  • Минимальный диаметр плазменной струи;
  • Высокая мощность;
  • Высокие рабочие температуры.

Перечисленные характеристики вносят свои корректировки и в саму конструкцию, что вполне логично (можно читать и наоборот). Для достижения описанных выше характеристик, обязательным образом выполняются следующие условия:

  • Интенсивное охлаждение стенок плазмотрона производится непрерывно;
  • Используется не плавящийся вольфрамовый электрод, производимый с присадками тория;
  • Обязательно организуется защита электрода путем подачи инертного газа (аргона).

Плазменная сварка принцип работы или как с ней работать?

Плазменная сварка принцип работы которой заключается в следующих действиях, имеет высокую производительность и качество сварных соединений. Итак, вот основополагающие принципы сваривания металлов плазменной сваркой:

  • сварочный аппарат передает ток в плазмотрон, где возбуждается дуга. Затем подводится газ, образующий плазму. Газ нагревается дугой и ионизируется. Этот газ состоит из заряженных ионов и электронов, а также нейтральных молекул и атомов;
  • получается плазма, которая вырывается из горелки со скоростью более 2000 км/ч. Она имеет температуру 10000 0 С;
  • сжатие плазменной дуги происходит устройством плазмотрона, которое охлаждается водой;
  • после этого необходимо взять присадочную проволоку, одеть средства защиты и подвести сопло горелки к стыку детали на расстоянии 5 мм. Горелку держать под углом 70 0 ;
  • поверхность нагревать до расплавления на стыке и образования сварной ванны. Для качественной сварки необходимо поддерживать одно расстояние между соплом и стыком детали. Выбрать скорость перемещения горелки такой, при которой не будет происходить выдувания металла. При необходимости используется присадочная проволока.

Такая технология плазменной сварки металла позволяет качественно производить соединение деталей с наименьшими затратами времени, энергии и ресурсов. Процесс практически аналогичен и для использования этой технологии как на производстве, так и в бытовых условиях.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Сварка алюминия электродом в домашних условиях может проходить вполне на…

Принцип работы, области применения, плюсы и минусы, свойства плазменной сварки

Сравнительно недавно, на рынке появился новый тип соединения металлических деталей — это плазменная сварка.

Соединение металлических деталей, при помощи такого сваривания, стает все более распространенной.

Все это, благодаря тому, что плазма имеет высокий потенциал и эффективность выполненной работы. Разберем детально ее характеристики.

  • Общая характеристика
  • Плазменная сварка с точным способом сваривания
  • Плазменная сварка с непрямым способом сваривания
  • Характеристики оборудования
  • Подведем итог

Общая характеристика

Реагируя на электрическую дугу, газ превратиться в плазму. Она возникает в наконечнике, его называют — плазмотрон.

Горелка, что используется для техники плазменного плавления, состоит из следующих компонентов: вольфрамовый электрод, трубки подачи газа и снижения температуры, а также само сопло плазмы.

Для сваривания деталей с толщиной более 9 мм, целесообразно применять именно такую сварку.

Есть некоторые сходства с дуговой, но лишь под воздействием плазмы можно достичь температуры около 30 тыс. градусов, в отличие от дуговой сварки, где максимальная температура в пределах 5-7 тыс. градусов.

Вот поэтому, часто применяется такое название, как «пламенно-дуговая сварка». С таким видом — возможно работать в различных помещениях, невзирая на пространственные ограничения.

По причине того, что только при использовании плазмы, достигается очень высокая температура плавления – ее используют со всеми группами металлов и их сплавов, как черных, так и цветных(титан, железо, медь, алюминий, и т.д).

Плазменную сварку широко используют во всех отраслях промышленности — авиационная, автомобильная, машиностроение, строительство. Без нее не обходится ни одно крупное предприятие.

Виды плазменной сварки, при применении электродов, которые не плавятся:

  • с электрической дугой между объектом и электродом.
  • с плазменной струей между наконечником плазмотрона и электродом.

Сила тока в каждом виде может быть:

  • минимальная (до 25 А)
  • средняя (до 150 А)
  • высокая (более 150 А).

Ионизация рабочего газа это основа плазменной сварки. То есть, газ превращаясь в плазму достигает максимальной температуры, что и позволяет надежно соединить детали или наоборот сделать разрез.

Выделяют такие виды плазменной сварки:

  • точный
  • непрямой.

Остановимся на них более детально.

Плазменная сварка с точным способом сваривания

Это наиболее применяемый способ в промышленности. Реакция, которая происходит между электродом и поверхностью, возникает благодаря электрической дуге.

При работе с цветными металлами, нужно быть особенно внимательными, так как они имеют низкую температуру плавления (около 661 градуса). Поэтому, такие работы проводят под особым контролем, чтобы получить удовлетворительный результат.

К каждому сварочному аппарату прилагаются руководство пользователя, где указывается какую силу тока можно применять для разных групп металлов.

Так, плазменная сварка цветных металлов происходит с силой тока до 25 А, а черных металлов с высокой силой тока.

В дуге прямого способа реакция начинается с зажигания дуги с силой тока до 25 А, между соплом и деталью, в результате зажигается главная дуга, которая уже является прямой.

Электропитание происходит как от постоянного, так и переменного тока с прямой полярностью. Активация такой полярности происходит с помощью осциллятора.

Плазменная сварка с непрямым способом сваривания

Этот способ сварки имеет схожесть с точной сваркой. Разница лишь в том, что плазменная струя выходит из горелки, а образуется она между электродом и соплом. Важной деталью есть то, что газ имеет способность превращаться в плазму.

Он значительно увеличивает свои объёмы, более чем в 50 раз, это увеличивает скорости его выхода с аппарата. Энергия, которая образуется это мощный инструмент в сварочной деятельности.

Непрямое сваривание не сильно распространенное, тем не менее, имеет положительные характеристики:

  • даже с минимальной силой тока можно достигнуть ритмичной работы;
  • такой метод сокращает расход газа;
  • распыление металла практически отсутствует.

Такой метод используют, не только доя сваривания поверхности, но и для резки металла. Но при резке металлических поверхностей не применяют инертный газ. Поэтому с уверенностью говорим то, что точное и непрямое сваривание похожи между собой.

На рисунке изображено процесс возникновения плазменной струи. Суть такого метода в том, что отрицательному заряду присоединяется вольфрамовый электрод, а сопло к положительному.

Так, при непрямом методе, возникает электрическая дуга между соплом и электродом. Чтобы зажечь дугу, применяют, ток, который воздействует на сопло. Плазменная сварка достаточно компактная, а ее масса около 10 кг.

Характеристики оборудования

Аппарат состоит из схем управления, выпрямителя тока и трансформатора. Дополнительно присоединяются баллоны с газом зажигания и газом резки.

Характерной особенностью является то, что такой тип аппаратов обязательно имеет емкость с охлаждающим веществом. Это вещество необходимо, так как температура при выполнении сварочных работ очень большая.

Существует огромный выбор таких аппаратов. Самый простой аппарат весит около 5 килограмм и очень прост в использовании.

Для более сложных работ, где нужны дополнительные функции (пайка, закалка поверхности стали, очистка металла от грибка, резка стекла) используют более дорогие аппараты.

Ценовые рамки очень разные, и могут составлять от 400 евро (до 12А) и до 2 тыс. евро (до 150 А).

Аппараты с мощностью свыше 150 А очень дорогие, а их цена может быть в пределах 15 тыс. евро. Дорогие аппараты, в основном, покупают большие предприятиями, так как сфера выполнения работ с металлом у них может быть разная.

И приобретать несколько инструментов нецелесообразно.

Положительным в работе таких аппаратов есть:

  • большой КПД и короткое время на выполнение разного вида работ;
  • при плазменной резке металлических поверхностей края получаются без засечек;
  • работать можно с толстым металлом (до 1 см.);
  • не образуется изгарина;
  • возможно регулировать глубину провара металла;
  • доступность в работе с аппаратом.

Но все же, существуют и минусы:

  • высокие цены на аппараты;
  • разряд сварщика должен быть 4 или выше;
  • обязательность в контроле температуры при которой выполняется сварка / резка.

Подведем итог

Но если у сварщика есть 4 разряд и он профессионал в своем деле, можно зарабатывать высокую зарплату, так как такие мастера очень ценятся на крупных промышленных предприятиях.

Рекомендации квалифицированных пользователей:

  • работу необходимо выполнять в специальной одежде и приводить в порядок свое рабочее место и сварочный аппарат;
  • контролировать давление в баллонах для плазменных газов;
  • при работе с цветными металлами сила тока должна не превышать 12А;
  • плазмотрон должен быть продут и очищен от мусора;
  • что бы научится работать с плазменной сваркой – начинать нужно с микро плазменной сваркой.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: