5.1.5. Плазменная сварка

Для получения плазменной дуги служит устройство, называемое плазмотроном. Существует два способа подключения плазмотрона для генерации дуги: прямого действия (рис. 5.7 а); и для генерации дуги косвенного действия, называемой плазменной струёй (рис. 5.7 б).

а) - плазменная дуга; б) – плазменная струя;

Рис. 5.7. Схемы плазмообразования:

1 – подача газа; 2 – дуга; 3 – струя плазмы; 4 – обрабатываемый металл; 5 – сопло; 6 – катод; 7 – изолятор; 8 – катодный узел

В плазмотронах прямого действия возбуждается дежурная дуга, малой мощности, между стержневым (как правило, вольфрамовым) электродом, вмонтированным в газовую камеру, и соплом. При касании факела дежурной дуги поверхности изделия возбуждается основная дуга номинальной мощности между электродом и свариваемым изделием. После возбуждения основной дуги сопло становится электрически нейтрально от электродного (катодного) узла и служит для сжатия и стабилизации дуги.

В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создается между электродом и соплом, а поток плазмы выдувает плазменную струю.

Для плазменной сварки металлов обычно применяют плазмотроны с дугой прямого действия.

Сжатие столба дуги происходит следующим образом: рабочий газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи.

Плазменная дуга прямого действия имеет почти цилиндрическую форму, немного расширяющуюся у поверхности изделия.

Плазменная дуга косвенного действия (струя) имеет форму ярко выраженного конуса с вершиной, обращенной к изделию и окруженной факелом. Слой газа, омывающий столб дуги снаружи, остается относительно холодным, образуя тепловую и электрическую изоляцию между плазменной дугой и каналом сопла. Плотность тока дуги в плазмотронах достигает 100 А/мм², а температура 15 000 – 30 000 ^оС.

Плазменная струя, истекающая из плазматрона с дугой прямого действия, совмещена со столбом дуги в отличие от плазматронов с дугой косвенного действия и поэтому характеризуется более высокой температурой и тепловой мощностью.

В плазмотронах с дугой прямого действия в изделие вводится дополнительное тепло за счет электронного тока и КПД их значительно выше, чем у плазмотронов с дугой косвенного действия. В связи с этим плазмотроны с дугой прямого действия целесообразно применять для сварки, резки, наплавки, а плазмотроны с дугой косвенного действия для напыления, нагрева и т.п.

Преимущества плазменной сварки: высокая температура и высокая концентрацией тепловой энергии плазменной струи; широкий диапазон регулирования ее технологических свойств; повышенная производительность; меньшая зону термического влияния; более низкая деформация при сварке; пониженный расход защитных газов; более высокая стабильность горения дуги; меньшая чувствительность качества шва от изменения длины дуги (ввиду её неизменной геометрии по длине.

К недостатка следует отнести: сложность конструкции плазматронов; высокие требования к плазмообразующему газу.

Плазменная дуга может быть использована: при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы; при сварке металлов с неметаллами; для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электродной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки; для пайки; разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов.