Все о плазменной сварке

Плазменную сварку называют относительно молодым способом соединения деталей. Но условная новизна не мешает быстрому набору востребованности: плюсы и возможности, которые даёт этот метод, объясняют его высокие конкурентные качества.

Плазменной сваркой зовётся метод, при котором аргон переходит в плазму под влиянием дуги. Плазмогенератором выступает ток, пронизывающий электропроводный аргон. Но прежде чем перейти к нюансам метода, нелишним будет напомнить отдельные моменты из курса физики.

Плазмой называют такое состояние газа, в которое тот трансформируется под влиянием электродуги. Она формируется в особом наконечнике, называемом плазмотроном. Его легко сравнить с горелкой в обычной газовой сварке. Плазмотроном именуют двухсторонне открытый конус, который становится узким внизу, в центре этого конуса размещается тугоплавкий электрод, а внизу – сопло. Из этого сопла под серьёзным давлением выходит плазма.

Плазмообразующим газом выступает аргон (с включением водорода, конечно). Он нагнетаем в вышеописанный конус сверху. Поле же образует подвод электротока к двум полюсам: наружной зоне горелки и электроду. В ходе нагрева и ионизации газ предсказуемо расширяется, внутренние силы его мощно вытесняют. Сопло же регулирует подачу плазмы. В рабочем месте параллельно с плазменной струёй подводится аргон, что создаёт защитное облако. Его ценность заключается в предохранении сплава от кислородного контакта, который содержится в воздухе.

Именно аргон отвечает за чистые швы. Плазменно-дуговая сварка может называться экономичной, в этом её особенность. Чтобы аппарат работал, менять нужно только электроды и тот самый плазмотрон. В сравнении с иными видами сварки уходовых работ (и ручных тоже) немного. Да и иные сварочные разновидности можно считать более взрывоопасными, с плазмой работать не так рискованно.

Основное преимущество плазменной сварки – высокоскоростная резка металлов. Не менее привлекательна в ней и опция применения оборудования практически со всеми металлами и сплавами. Доскональность шва высока. Цена работ относительно прочих видов сварок более низкая. Радует и то, что деформация металла при плазменном способе не то что низка, а фактически отсутствует.

Но минусы также стоит отметить:

• высокочастотный шум + ультразвук – не самая приятная комбинация;
• ионизация воздуха;
• электромагнитное излучение в оптическом диапазоне;
• сопло плазменной горелки недолговечно, так как нагрузка высокотемпературная.

Правда, недостатки есть в каждой технологии сварки, поэтому выбирать приходится всегда. Иногда в выборе вида помогает простой анализ принципа работы аппарата.

Дежурную дугу после зажигания ожидает сжатие в плазмотроне. Потом туда вдувается под давлением аргон в качестве плазмообразующего газа. Так зона нагревается до 50 000 градусов, газ предсказуемо растёт в объёме и из сопла выходит очень быстро.

Мощный источник – это соединение тепловой и кинетической энергии. Раскалённая струя вытекает и образует шов. Защитный и плазмообразующий газы не контактируют, так как проходят по разным каналам.

И ещё кое-что из проясняющей информации о плазменной дуге:

• обычная дуга становится плазменной путём сжатия и принудительного вдувания аргона в дугу;
• сжатие дуги получается путём активного охлаждения водой плазмотроновых стенок;
• когда поперечное сжатие дуги снижается, растёт мощность;
• газ нагреваем дугой, он ионизируется и в 100 раз растёт в объёме;
• плазменная дуга от другой отличается высокими термопоказателями, меньшим диаметром, цилиндрической формой, большим давлением на металл и опцией поддержания дуги на малом токе.

Разновидности плазменной сварки тоже следует учесть перед выбором того или иного способа.

Виды плазменной сварки определяет сила тока. Сварка бывает микроплазменной, на средних и на больших токах.

Данный вариант используется, если нужно соединить тонкие детали, толщина которых до 1,5 мм. Диаметр дуги в таком случае не превысит 2 мм, что даёт возможность фокусировать тепло в маленькой области без ненужного нагрева соседних зон.

Прибор микроплазменной сварки может работать в следующих режимах: импульсный, непрерывный, непрерывный обратной полярности. Основной газ технологии – аргон, но это обстоятельство не исключает добавление разных примесей, которые делают процесс более эффективным.

Она имеет множество сходств с аргонодуговой сваркой. Но всё же температурные данные сварки на средних токах более высоки, а вот область нагрева намного меньше. Поэтому данная технология справедливо считается более продуктивной.

Такая сварка проплавляет материал более глубоко, чем аргоновая, но ширина шва при этом будет меньшей. Сварочные работы проводятся и с присадочным материалом, и без него.

Работы с большим амперажем – это подходящий вариант для варки элементов с толстыми стенками. Или же такая технология подходит прошивному свариванию металла. Под таким амперажем подразумевается показатель до 150 А. Этот способ связан с силовым действием на металл, то есть полным его проплавлением. Если говорить образно: детали обрабатываемого изделия сначала словно разрезаются, а потом сплавляются вновь.

Тип действия бывает либо прямым, либо косвенным.

Дуга образуется путём подведения одного из полюсов к тугоплавкому электроду, второго – к оболочке плазмотрона (то есть «минус» к «плюсу»). Данный вид сварки можно считать экономичным относительно газа: его надо меньше для образования стабильной дуги, которая с силой выходит из сопла.

При косвенном сварочном процессе температура плазмы ниже (если сравнивать с прямым методом). Дуга под воздействием газа идёт к металлу с большой силой – этот метод даёт возможность работать с металлами, отличающимися низкой теплопроводностью.

Работает это так: один полюс подключается на электрод (при прямой полярности минус), второй – к металлу, что в данный момент обрабатывается. Так получается прямая дуга, направляемая на обрабатываемую деталь.

Клемму изначально фиксируют к соплу для ионизации газа, идущего по плазмотрону. После образования плазмы клемму переводят на деталь, осуществляется пробой дуги на деталь, и из сопла исходит плазма. Плазменную струю корректирует сила тока. А газ не просто вырвется из сопла, но и станет защитой рабочей зоны.

И один, и другой метод применяется как для сварочных работ, так и для резки металлов.

Внешняя конструкция плазменной сварки не имеет радикальных отличий от прочего оборудования, используемого в тех же целях. И по габаритам, и по весу такое оборудование можно сравнить и с инверторами, и с электродуговыми полуавтоматами, и, конечно, с аргоно-дуговыми сварочниками.

Какие ещё операции может выполнять плазменная сварка:

• воронение – т. е. химико-теоретическую обработку, чтобы получить нужный оттенок металла;
• порошковое напыление различных красителей и продуктов защиты – на самой детали он создаёт ровную плёнку;
• температурное оксидирование чёрных сплавов – получается диоксид кремния с тугоплавкими характеристиками;
• закалка – внутренняя структура сплавов становится термически более прочной, так как снимаются внутренние напряжения.

В структуру плазменного оборудования входят сам аппарат, плазмотрон, компрессор, шлангопакет, режим заземления.

Плазменная дуга, если перейти к её возможностям, уступает разве что тем технологиям, что опираются на лазерные и электронные лучи. В основном задача использования этой сварки – резка металлов. Особую эффективность она проявляет в отношении меди, нержавеющей стали, латуни. Тонколистовой металл с этой сваркой соединяется без присадочной проволоки. Швы получаются оптимальные.

В место соединения из плазмотрона подходит плазма. В плазменной струе собрана вся энергия. Поэтому нагрев не расходится по всему изделию, а концентрируется именно в месте соединения. И хоть температура будет очень высокой, вследствие скорого отвода тепла металлом она скоро же падает в области стыка до температуры плавления.

Корпус горелки стальной, анод медный, он охлаждается водой. Дугу питает газ, который под большим давлением подается в полость между анодом и катодом. Аргон же быстро улетучивается, смешивается с воздухом. Для того чтобы он действительно был защитным, нужного расстояния между деталью и горелкой следует придерживаться всегда.

Полную схему сварки можно увидеть на чертеже.

Если машина для сварки с дефектом (недостаточной изоляции), электроток может пройти по телу человека – и это очень опасно, чревато судорогами, остановкой сердца. Поэтому работать нужно в защитных перчатках на обеих руках. Сами перчатки должны быть без повреждений, в хорошем состоянии. Чтобы защитить себя от брызг расплавленного металла, также не обойтись без средств индивидуальной защиты. Нужна защитная обувь, кожаный фартук и, конечно, гамаши.

В помещении, где осуществляется сварка, должны быть хорошие вытяжки и вентиляционные системы, так как в процессе выделяются загрязняющие вещества и газы. Если вытяжной системы нет, операторы должны пользоваться респираторной маской или шлемом с фильтром, который отделяет опасные частицы. Защита органов слуха в процессе работы также обязательна, ведь уровень шума при плазменной сварке от 90 до 115 дБ.

По той причине, что процесс плазменной резки сопровождается также сильным видимым и ультрафиолетовым светом, оператор должен защищать глаза и кожу. Это защитная одежда (закрывающая всё тело), защитный щиток и защитные же очки – всё в соответствии с официальными предписаниями и рекомендациями.

Плазменная сварка не случайно считается перспективной: она очень удобна, например, при монтаже теплосистем в загородных домах. Для действий с электроникой она тоже подходит. Область её применения всё больше расширяется, поэтому интерес к плазменной технологии вполне закономерен.

В следующем видео представлена демонстрация плазменного комплекса.