Назначение и организация плазменной сварки

Современное развитие промышленных технологий дало практикам множество самых разных сварочных методов. Сварка плазменная – один из самых продвинутых способов.

Схема плазменной сварки.

Удобное плавление, резка и соединение различных металлических деталей и конструкций с помощью спецоборудования на основе применения плазмы значительно облегчают сложные монтажные работы. Вместе с тем одной из особенностей плазменной сварки металлов является ее высокая степень безопасности. Разумеется, если сварщик будет соблюдать все правила работы и меры предосторожности.

Что такое плазменная сварка: назначение и принципы работы

Активное вторжение в современные технологические процессы многих видов «продвинутых» металлов и их сплавов, таких как, например, нержавеющая сталь, различные цветные металлы, соединения цветмета и некоторые специальные металлические сплавы, вынудило технологов искать новые эффективные способы сварки. Ведь во многих случаях указанные металлы и их соединения довольно плохо обрабатываются традиционной газовой и прочими видами сварки.

Схема плазменного резака.

Так появилась основанная на использовании подходящих технологических свойств плазмы сварка, которую сегодня широко применяют в самых разных ремонтно-строительных операциях.

При всей похожести на аргонную сварку, плазменный способ отличается от сварочных технологий, применяющих обычную дугу, намного более высокой рабочей температурой.

В частности, дуга достигает пределов от 5000 до 30000 градусов Цельсия.

Именно благодаря данному обстоятельству при сварке плазмой удается соединять такие детали, которые неподвластны обычной сварочной дуге с температурой не больше 5000 градусов.

Сущность метода состоит в расплавлении ограниченного сегмента металлической поверхности в результате воздействия на него потока ионизированного газа, составные частицы которого способны проводить электрический ток.

Поток подвергается ионизации во время нагревания скоростной сжатой дуги, выходящей из плазмотрона. Уровень ионизации повышается с ростом температуры газа.

Плазменная дуга, характеризующаяся сверхвысокой температурой и мощностью, получается из обычной дуги после того, как последняя подвергается сжатию и вдуванию в дугу, формируемую плазмообразующим газом. В качестве такого газа обычно выступает аргон (иногда к нему добавляют гелий или водород).

Во время ионизации кинетическая энергия частиц, содержащихся в газе, приумножает выделяемую тепловую энергию дуги. Кроме того, плазменная дуга получает возможность, по сравнению с обычной дугой, в несколько раз увеличить давление на металл за счет уменьшения своего диаметра.

Основные преимущества плазменной резки и сварки

Виды плазменных резаков.

Сравнивая с «классическими» сварочными технологиями, можно выделить следующие преимущества плазменно-дуговой сварки:

• возможность использования аппарата плазменной сварки при обработке практически любого металла;
• резать металлы толщиной от 50 до 200 мм можно быстрее в 2-3 раза;
• меньшие затраты за счет возможности обходиться без таких газов, как ацетилен, пропан-бутан;
• швы при данном типе сварки получаются более точными и аккуратными;
• отсутствует деформация свариваемого металла;
• работать с такой сваркой достаточно безопасно, так как при операциях с «плазмой» газовые баллоны не применяются.

Микроплазменная сварка: некоторые особенности процесса

Плазменная сварка подразделяется на три вида в зависимости от применяемой силы электрического тока:

• сварка микроплазменная (при 0,1-25 А);
• сварка на средних токах (50-150 А);
• сварка на больших токах (выше 150 А).

Первый из указанных видов представляет собой наиболее распространенный вариант плазменной сварки. При таком способе с помощью низкоамперных источников тока образуется дежурная дуга, постоянно горящая между медным соплом водоохлаждения и вольфрамовым электродом диаметром 1-2 мм.

Основная дуга инициируется после того, как плазмотрон подводится к обрабатываемому изделию из металла. По плазмотронному соплу диаметром от 0,5 до 1,5 мм подается газ, образующий плазму.

Сила тока плазмореза для резки различных материалов.

Диаметр плазменной дуги не превышает 2 мм, благодаря чему очень большая тепловая энергия фокусируется на относительно малом сегменте свариваемой (разрезаемой) заготовки. Такой вид сварочных работ особенно эффективен при работе с металлическими изделиями толщиной не более 1,5 мм.

Для образования защитного газа и формирования плазмы при указанном способе используется аргон. В зависимости от материала заготовок, вместе с аргоном применяются различные добавки, повышающие КПД «плазмы».

Оборудование для плазменной сварки указанного вида может сваривать металлы в различных режимах. Диапазон его применения достаточно широк: это и изготовление тонкостенных емкостей и труб, и производство разнообразных ювелирных украшений, и сварка фольги, и крепление различных мембран к габаритным конструкциям, и многие другие операции.

Некоторые особенности сварки на средних токах

Второй вид сварочной технологии, основанной на применении неоспоримых достоинств раскаленных ионизированных газов, это плазменная сварка, формируемая с помощью источника средних токов в пределах от 50 до 150 А. В соответствии с основными электрическими характеристиками, она находится между традиционной сварочной дугой и электронным (лазерным) лучом.

Данный способ по своим основным параметрам очень похож на аргонодуговой вариант с использованием вольфрамового электрода. Но поскольку плазменная сварка обладает более мощной дугой, чем аргоновая, а также способна воздействовать на довольно ограниченный участок, то указанный вид считается намного более эффективным.

Работа плазморезом.

В техническом плане, благодаря действию оборудования на средних токах, гарантируется достаточно глубокое и качественное проплавление металла, в то же время сварной шов получается более узким, чем при воздействии на заготовку обычной дуги.

К такому результату приводит не только весь набор энергетических свойств, но и повышенное давление самой плазменной дуги на сварочную ванну.

Вследствие такого воздействия под дугой образуется слой жидкого металла минимальной толщины.

Кроме того, основная металлическая заготовка хорошо прогревается на такую глубину, которая необходима для высококачественного сваривания.

Практическое применение плазменной технологии на больших токах

Третий вид, сварка на больших токах силой более 150 А, еще с большей мощью действует на свариваемый металл. Дуга, образуемая таким током, как минимум вдвое превышает соответствующий параметр сварки с использованием неплавящегося электрода.

При этом происходит полное проплавление заготовки. Воздействие настолько значительное, что в сварочной ванне возникает сквозное отверстие. Фактически весь сварочный процесс включает этап своего рода разрезания заготовки, после которого происходит ее заваривание. Расплавленный металл, выступающий на обратной стороне проникающего шва, удерживает в нужном месте сила поверхностного натяжения.

Применяют этот вид сваривания металлоизделий в случаях, когда необходима соответствующая обработка заготовок из титана, легированных и низкоуглеродистых сталей, деталей из меди и сплавов на основе алюминия и других металлов.

Использование данной технологии дает возможность существенно сократить затраты на качественную сварку металлоконструкций, сделать работу более производительной, а швы – более качественными.

Что собой представляет аппарат для плазменной сварки?

Среди четырех самых распространенных типов сварочных аппаратов: для электросварки, для газосварки, сварочного инвертора и плазменного аппарата – последний рассматривается специалистами как технологически наиболее продвинутый.

По возможности все больше и больше и профессионалов на производстве, и частных мастеров у себя дома стараются применять для своей работы именно плазменное оборудование. Людям, знающим толк в сварочных работах, больше всего импонирует возможность очень быстро выполнить сварку, причем с высоким качеством и при малом количестве неоправданных отходов.

Таблица сравнения некоторых видов плазморезов.

Для того чтобы аппарат для плазменной сварки работал нормально, фактически необходимы всего лишь два функциональных компонента: электричество и сжатый воздух. Данное оборудование привлекает внимание и тем положительным фактором, что при периодических ремонтах и регламентных операциях в нем требуется поменять только плазмотронное сопло и электрод, в то время как, например, газокислородные приборы требуют периодической перезаправки с использованием сертифицированных газовых баллонов и соответствующих присадок.

Все плазменное сварочное оборудование делится на две группы, в зависимости от типа плазменной струи, на аппараты прямого и косвенного действия. Сварочная дуга, образуемая в приборах первой группы, имеет форму цилиндра и отличается повышенной температурой. Такие сварочные устройства снабжены более эффективной системой превентивного охлаждения.

У аппаратов с дугой прямого действия, по сравнению с аппаратами косвенного действия, более высокий КПД. По этой причине приборы первой группы используются в основном в операциях по сварке, резке и наплавке металлов, в то время как устройства косвенного действия чаще применяются при нагревании или напылении.

Плазменная сварка своими руками: некоторые рекомендации

Плазменная технология отличается от других сварочных видов. В соответствии с этими особенностями осуществляется подготовка оборудования и материала и их непосредственное использование во время работы.

В частности, для нормальной работы требуется заточка электрода под углом 25-30 градусов. Образуемый при этом конус по длине должен равняться 5-6 его диаметрам. Острие конической части следует слегка притупить.

При сваривании металлических листов необходимо следить, чтобы не образовались зазоры более 1,5 мм. Заготовки желательно закреплять таким образом, чтобы оси сварных стыков четко совпадали друг с другом.

Весь процесс сварки рекомендуют проводить на постоянном токе. Защитный газ подается к месту сваривания за 10-20 секунд до начала возбуждения плазменной дуги.

Во время работы плазмотрон необходимо удерживать на расстоянии не более 1 см от обрабатываемой заготовки.

В течение всего сварочного процесса надо следить, чтобы дуга не обрывалась. В случае обрыва точка, где это произошло, тщательно зачищается. Возобновить сварку следует чуть ранее точки обрыва.

Соблюдение этих и некоторых других правил эксплуатации плазменного сварочного оборудования поможет сделать весь процесс эффективным и безопасным.