19.1 Плазменная сварка

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частично или полностью ионизиро­ванного газа, имеющего температуру 10 000...20 000 °С.

Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. Дуга горит в узком канале сопла горелки, через который про­дувают газ. При этом столб дуги сжимает­ся, что приводит к повышению в нем плотности энергии и температуры.

Газ, проходящий через столб дуги, нагревает­ся, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В качестве плазмообразующих га­зов применяют азот, аргон, водород, ге­лий, воздух и их смеси. Газ выбирают в зависимости от процесса обработки и вида обрабатываемого материала.

Применяют два основных плазменных источника нагрева:

- плазменную струю, выделенную из столба косвен­ной дуги, и

- плазменную дугу, в которой дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Соответственно применяют две схемы плазменных горе­лок.

В горелках для получения плазмен­ной струи дуга 1 горит между вольфрамо­вым электродом 2 и соплом 4, к которому подключен положительный полюс источ­ника тока (рис. 19.1, а).

Электрод изоли­рован от корпуса горелки керамической прокладкой 3. Сопло интенсивно охлаж­дается водой. Из сопла выходит ярко све­тящаяся плазменная струя 5. Горелка пи­тается постоянным током прямой поляр­ности от источников с падающей характе­ристикой. Дугу зажигают с помощью ос­циллятора.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позво­ляющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощ­ность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких ме­таллических листов и неэлектропроводя­щих материалов, а также для напыления тугоплавких материалов на поверхность заготовок.

Рис. 19.1 – Схемы процесса получения плазменных источников нагрева: а – плазменной струи, выделенной из дуги; б – плазменной дуги, совмещенной с плазменной струей: 1 – электрическая дуга; 2 – вольфрамовый электрод; 3 – керамическая прокладка; 4 – сопло; 5 – плазменная струя; 6 – концентрическое сопло; 7 – заготовка

Горелки, предназначенные для сварки, снабжены вторым концентриче­ским соплом 6, через которое подается защитный газ.

Устройство горелок для получения плазменной дуги (рис. 19.1, б) принципи­ально не отличается от устройства горелок первого типа. Только дуга горит между электродом и заготовкой 7.

Для облегче­ния зажигания дуги вначале возбуждается маломощная вспомогательная дуга между электродом и соплом. Для этого к соплу подключен токопровод от положительно­го полюса источника тока. Как только возникшая плазменная струя коснется за­готовки, зажигается основная дуга, а вспомогательная выключается.

Плазмен­ная дуга, обладающая большей тепловой мощностью по сравнению с плазменной струей, имеет более широкое применение при обработке материалов. Ее используют для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама и других материалов.

Плаз­менную дугу применяют для резки мате­риалов, особенно тех, резка которых дру­гими способами затруднена, например меди, алюминия и др. С помощью плаз­менной дуги наплавляют тугоплавкие ма­териалы на поверхности заготовок.

По сравнению с аргонодуговой свар­кой вольфрамовым электродом плазмен­ная дуга имеет ряд преимуществ:

1. Плазменная дуга является более концентриро­ванным источником теплоты и вследствие этого обладает большей проплавляющей способностью.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. При этом снижается теп­ловое влияние дуги на свариваемый металл и уменьшаются сварочные деформации.

2. 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 на то­ках 0,5...10 А.

3. Увеличивая ток и расход га­за, можно получить так называемую про­никающую плазменную дугу. В этом слу­чае резко возрастут тепловая мощность дуги, скорость истечения и давление плазмы. Такая дуга дает сквозное проплавление и выдувает расплавленный ме­талл (процесс резки).

Недостаток плаз­менной сварки – недолговечность горелок вследствие частого выхода из строя сопел и электродов.