Плазменная сварка
Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток ионизированного газа, имеющего температуру 20000–30000°С. Плазму получают в плазменных горелках (плазмотронах), пропуская газ через столб горящей дуги, сжатой в узком канале сопла горелки. Сжатие столба дуги приводит к повышению в нём плотности энергии и температуры. Газ, проходящий через столб дуги, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В зависимости от процесса обработки и вида обрабатываемого материала в качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух или их смеси.
Применяют два основных вида плазменной сварки, в одном из которых в качестве источника нагрева заготовки используют плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги, а в другом – плазменную дугу, т.е. дугу прямого действия, совмещённую с плазменной струёй.
При сварке плазменной струёй (рис. 5.11-а) дуга 1 горит между неплавящимся вольфрамовым электродом 2, изолированным от корпуса горелки керамической прокладкой 3, и интенсивно охлаждаемым водой соплом 4, к которому подключён положительный полюс источника тока (т.е. тут фактически реализуется схема косвенной дуги, представленная ранее на рис. 5.5-в). Внутрь горелки подаётся газ, который, пройдя через столб дуги, ионизируется, раскаляется и выходит из сопла в виде ярко светящейся плазменной струи 5, которая представляет собой независящий от заготовки источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления основного материала 6. Через вспомогательное сопло 7, концентрически охватывающее основное сопло 4, в зону сварки дополнительно подаётся защитный газ.
Рис. 5.11.Плазменная сварка: а – плазменной струёй; б – плазменной дугой: 1 – дуга; 2 – электрод; 3 – изолятор; 4 – сопло; 5 – плазменная струя; 6 – заготовка; 7 – сопло для подачи защитного газа |
Сварку плазменной струёй применяют для сварки или резки тонких металлических листов и неэлектропроводных материалов, а также для напыления тугоплавких материалов на поверхность заготовки.
При сварке плазменной дугой (рис. 5.11-б) устройство горелки принципиально не отличается от рассмотренного. Но при такой сварке дуга горит уже не между электродом и соплом, а между электродом и заготовкой, к которой в этом случае и подключён положительный полюс источника тока. Лишь в самом начале процесса для облегчения зажигания дуги возбуждается маломощная вспомогательная дуга между электродом и соплом, к которому кратковременно подводится ток, выключаемый сразу же после того, как возникшая плазменная струя коснётся заготовки и зажжётся основная дуга.
Плазменная дуга, обладающая большей тепловой мощность по сравнению с плазменной струёй, имеет и более широкое применение при обработке материалов. Помимо сварки, в частности, тугоплавких металлов её применяют для их наплавки на поверхность заготовки, а также для резки материалов, особенно тех, резка которых другими способами затруднена.
По сравнению со сваркой в защитных газах неплавящимся электродом плазменная дуга обладает рядом преимуществ.
Во-первых, она является более концентрированным источником теплоты и вследствие этого обладает большей проплавляющей способностью. Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной 10 мм без разделки кромок и применения присадочного металла. При этом снижается тепловое влияние дуги на основной металл и уменьшаются сварочные деформации.
Во-вторых, плазменная дуга обладает более высокой стабильностью горения, что обеспечивает повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять так называемую микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.
В-третьих, увеличивая ток и расход газа, можно получить проникающую плазменную дугу, имеющую резко повышенные тепловую мощность, скорость истечения и давление плазмы. Такая дуга обеспечивает эффективный процесс резки, поскольку не только даёт сквозное проплавление, но и выдувает расплавленный металл из зоны воздействия.
Недостатком плазменной сварки является недолговечность горелок вследствие частого выхода из строя сопел и электродов.