что такое плазма в сварке

Отправим материал на почту

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

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:

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:

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.

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:

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%.

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.

Видео описание

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.

Источник

Виды и особенности плазменной сварки

Плазменная сварка является достаточно молодым методом соединения деталей. Несмотря на то, что он появился относительно недавно, уже набрал большую популярность за счет своих преимуществ и возможностей. Рассмотрим более подробно, что такое плазменная сварка, в чем она заключается и чем отличается от других видов сварок.

Сущность плазменной сварки

Плазмой называется состояние газа, в которое оно переходит под воздействием электрической дуги. Образуется она в специальном наконечнике, который называется плазмотрон (это как горелка в газовой сварке). Плавление плазмой – это такая техника, при которой для образования плазмы применяются горелка, в которой находится вольфрамовый электрод, сопла плазмы и труб подачи газа и водяного охлаждения. Данный вид незаменим для обработки изделий из металла высокой прочности и толщины (до 9 мм). Он немного схож с методикой дуговой сварки, но в отличие от электрода, который обеспечивает нагрев до 5-7 тысяч градусов, воздействует на изделие сверхвысокой температурой – до 30 тысяч градусов. От этого данный способ часто называют «плазменно-дуговая сварка». Выполнять работы таким аппаратом можно в любом пространственном положении изделия.

Плазменная сварка металла, благодаря высокой температуре воздействия на изделие позволяет обрабатывать широкий спектр металлов – бронза, титан, нержавейка, углеродистая сталь, латунь, чугун, алюминий. Такой способ применяется в разных отраслях производств – приборостроение, машиностроение, пищевая промышленность, изготовление медицинского оборудования, ювелирное дело, химическое производство и многие другие. Плазменная сварка и резка металлов необходима и незаменима практически в каждом производстве.

Плазменная сварка и резка металлов бывает двух видов:

В качестве материалов для образования плазмы чаще всего применяется воздух, кислород, аргон и азот. Величина тока в плазме может быть разной, и различают три подвида:

Говоря простыми словами, суть данного способа состоит в ионизации рабочего газа, который под давлением переходит в состояние плазмы и обеспечивает высокую температуру, используемую для расплавления металлов для резки или соединения.

Технология плазменной сварки делится на две разновидности:

Плазменная сварка прямого действия

Это самый распространенный вид соединения металлов в данной технике исполнения швов. Он реализуется за счет электрической дуги, которая возбуждается между электродом и рабочим изделием.

Плазменная сварка алюминия должна проводиться крайне осторожно, так как этот плавиться при температуре 660,3 градуса. Важно контролировать весь процесс, чтобы не допустить пропал. В инструкции к аппаратам есть таблица, в которой указана рекомендованная сила тока для каждого вида металла. Например, плазменная сварка нержавейки проводится на среднем токе, а стали – на высоком.

В дуге прямого действия изначально возбуждается дуга на малых токах, между соплом и заготовкой, после касания плазмой свариваемого изделия возбуждается основная дуга прямого действия. Питание дуги может выполняться переменным и постоянным током прямой полярности, а ее возбуждение осуществляется осциллятором.

Плазменная сварка косвенного действия

В данном случае плазма образуется похожим способом, как и в плазменной сварке прямого действия. Отличие состоит в том, источник питания подключен к электроду и соплу, в результате чего образуется дуга между ними, и как следствие, на выходе из горелки — плазменная струя. Скорость выхода потока плазмы контролируется давлением газа. Основной секрет кроется в том, что газ, переходя в состояние плазмы увеличивает свой объем в 50 раз, за счет чего буквально вылетает из аппарата струей. Энергия расширяющегося газа совместно с тепловой энергией, сообщаемой струе газа, делает плазму мощным источником энергии.

Этот метод не так широко применяется, как первый, хотя имеет достаточное количество преимуществ. Во-первых, он обеспечивает бесперебойную работу даже при микроплазменной сварке (на малых токах). Во-вторых, он позволяет экономить газ (который стоит немало). В-третьих, за счет высокого давления практически нет разбрызгивания. Таким способом можно и варить и резать металл, но для резки не потребуется инертный газ, так как его функция – защищать сварочную ванну, а при разрезании металла она не образуется.

В завершение можно отметить, что устройство горелки прямого и косвенного метода сильно не отличаются. На картинке слева указана технология образования плазменной струи. Процесс происходит следующим образом: вольфрамовый электрод 2 подключен к отрицательному заряду, а сопло 4 к положительному. За счет этого дуга образуется между соплом и электродом,что характерно при косвенном методе.

На картинке справа, при прямом методе, дуга образуется между негативно-заряженным электродом и рабочей деталью, с положительным зарядом. Для поджога и возбуждения дуги используется временно подающийся ток на сопло, который после возбуждения дуги отключается.

Аппарат для работы

Аппарат воздушно плазменной сварки представляет собой небольшое техническое оборудование, весом не более 9-10 килограмм. Принцип работы его следующий: внутри находятся схемы управления, выпрямитель тока и трансформатор. Для работы к нему подключается установка с рабочими газами в баллонах – для образования плазмы и инертный газ, необходимый для защиты сварочного шва от окисления. На выходе подключается горелка с газами отдельно для резки. В связи с тем, что данный способ образует слишком высокий температурный режим, в горелке есть специальный отсек для охлаждающей жидкости. Данный аппарат по внешним признаком похож на инвертор. В продаже представлено множество моделей с различными функциями. Если говорить о самом простом, он самый компактный (около 5 кг) с минимальным количеством настроек, в которых разберется не то что новичок, а даже ребенок.

Модели, которые в цене дороже, имеют дополнительные настройки и функции, которые кроме резки и сварки могут выполнять пайку, воронение, оксидирование и закалку металла. Самыми простыми изделия считаются с минимально мощностью до 12А. Их стоимость колеблется в пределах 30 тысяч русских рублей. Оборудование на класс выше и мощнее, до 150А стоят от 40 и до 150 тысяч, зависимо от производителя и дополнительных функций. Самые дорогие модели имеют мощность от 150А, а их стоимость может даже превышать миллион рублей. Для профессионалов, которые постоянно занимаются сплавлением, рекомендуется приобретать качественное и дорогое оборудование. Заплатив один раз можно получить многофункциональное устройство, с помощью которого можно выполнять всевозможные процедуры по металлообработке.

Преимущества и недостатки

Плазменная сварка прямого действия и косвенного имеет свои преимущества и недостатки, как и другие виды сварки. Основными плюсами, что делают этот метод незаменимым для использования во многих промышленных отраслях, являются следующие:

Кроме положительных моментов, можно отметить несколько недостатков:

В принципе, все эти минусы, можно превратить в плюсы, если посмотреть на это с другой стороны. Профессиональный мастер, имеющий качественное оборудование может работать в любой сфере и при этом зарабатывать хорошие деньги.

Советы от профессионалов

Источник

Технология плазменной сварки

Плазменная сварка применяется во многих отраслях промышленности. Оборудование используют для соединения металлических листов любой толщины. Плазменный метод нередко путают с аргонодуговым, что объясняется внешней схожестью аппаратов. Однако технологии имеют существенные отличия.

Описание и сфера применения плазменной сварки

Главное отличие этого способа соединения деталей – высокая температура нагрева (до 8000 °С). Сварочная ванна защищается средой аргона. Система охлаждения препятствует критическому повышению температуры.

Без этого блока происходит расплавление плазмотрона, рабочая зона нагревается до 30000 °С.

Сущность сварки заключается в способности аргона принимать состояние плазмы под влиянием электрической дуги.

Ток, являющийся плазмогенератором, меняет физические свойства электропроводного газа.

Плазменная сварка используется для соединения заготовок из материалов, имеющих высокую температуру плавления. Чаще всего агрегаты такого типа применяют на производственных площадках. Реже встречаются модели для работы в домашних мастерских.

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:

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:

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.

Принцип работы плазменной сварки

Характер функционирования устройств зависит от способа регулировки параметров.

Ручной метод

Для простых операций по соединению цветных и черных металлов применяется оборудование, не имеющее автоматических блоков управления. После появления плазменной дуги мастер одной рукой подносит горелку к детали, другой – подает в сварочную ванну расходный материал.

Перемещая инструмент и присадку вдоль соединения, сварщик формирует прочный шов. Процесс ручной сварки может вестись и без проволоки.

Использование автоматики

Такие плазменные сварочные аппараты применяют на производственных площадках. Оператор управляет всеми параметрами дистанционно.

Существуют автоматические установки следующих типов:

Автоматические устройства с проникающей дугой часто используются для сварки алюминия и сплавов на его основе.

Требования и условия для использования технологии

К плазменно-дуговой сварке предъявляются следующие требования:

Плюсы и минусы

К преимуществам плазменного метода относятся:

К отрицательным качествам такого способа сварки относят:

Как пользоваться плазменной сваркой

Для работы таким методом сварщик должен иметь допуск, соблюдать требования безопасности.

Общие положения и правила

При работе с плазменным оборудованием учитывают следующие рекомендации:

Техника безопасности

К рабочему процессу предъявляются требования по охране труда:

Работа с цветметом

При сварке таких материалов требуется меньшая температура воздействия. Однако из-за большой теплопроводности мощность электрической дуги должна быть достаточно высокой.

Сложность сварки может заключаться в окислении цветных металлов под воздействием кислорода, однако большинство оксидов легко восстанавливается.

Достаточно наличия в плазме органических окислителей радикалов – водно-спиртовых или ацетоновых растворов.

Тонкостенные металлы

При сварке и резке подобных заготовок горелку нельзя подносить слишком близко к обрабатываемой зоне. В этом случае повышается вероятность появления сквозных дефектов в шве. Давление плазменной дуги на материал выше, чем простой. Сварочный ток поддерживают на уровне 12-14 А. Иногда достаточно более низких значений.

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.

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.

Конструкция и устройство плазменного аппарата

Процесс образования плазмы протекает в плазмотроне. Узел представляет собой открытый с 2 сторон конус, в центральной части которого установлен тугоплавкий вольфрамовый электрод с легирующими добавками.

В нижнем отделе основного блока находится сопло, из которого под давлением подается плазма. Образующим ее веществом является смесь аргона с водородом. Газ принудительно подается в конус через верхнее отверстие. При нагреве он расширяется, выходит из плазмотрона мощной струей. Для регуляции подачи используется сопло.

Описание самого популярного устройства для плазменной сварки «Горыныч»

Данный аппарат стоит из 2 отдельных модулей – плазмогенератора и управляющего блока. В качестве плазмообразователя используется вода.

Агрегат отличается компактными размерами, низким энергопотреблением. Его часто применяют в бытовых условиях.

Принцип действия устройства таков:

Научиться работать с аппаратом «Горыныч» может любой домашний мастер. Устройство удобно в управлении, к нему прилагается инструкция с подробным описанием способов подключения. Агрегат можно применять для сварки, резки, пайки, тушения огня.

Коротко о самодельных устройствах

Создать простой прибор для плазменной сварки можно своими руками.

Конструкция включает следующие элементы:

Дуга образуется после нажатия клавиши «Пуск». Изначально искра загорается в сухой горелке. Затем дуга переходит в режим горения от тока. После нагрева анода вместо воздуха рабочим газом становится нагретая спиртовая смесь.

Источник