23. Плазменная струя и плазменная дуга. Схема, работа и применение.

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10 000…20 000 ⁰С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. Дуга горит в узком канале сопла горелки, через который про­дувают газ. 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.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых 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. 5.12, 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, для напыления тугоплавки материалов.

Устройство горелок для получения плазменной дуги (рис. 5.12, б) принципи­ально не отличается от устройства горелок первого типа. Только дуга горит между электродом и заготовкой 7.

Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.

Недостаток плазменной сварки – недолговечность горелок.

24. Аргонно-дуговая сварка неплавящимися и плавящимися электродом. Схема, особенности, применение.

При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа. Аргон - бесцветный газ, в 1,38 раза тя­желее воздуха, нерастворим в жидких и твердых металлах. Аргон выпускают высшего и первого сортов, имеющих соответственно чистоту 99,992 и 99,987 %. Будучи на 38% тяжелее воздуха, аргон вытесняет его из зоны сварки и надежно изолирует сварочную ванну от контакта с атмосферой.

Сварку неплавящимся вольфра­мовым электродом (Т_пл = 3370 °С) приме­няют, как правило, при соединении метал­ла толщиной 0,8 ... 6 мм. Неплавящиеся электроды для аргоно­дуговой сварки изготовляют из стержней вольфрама с добавками оксидов тория, лантана и иттрия в количестве 1 ... 3 % (вольфрам торированный и т.п.). Выпуска­ются электроды диаметром 0,2 ... 12 мм. Ориентировочно ток выбирают из расчета 100 А на 1 мм диаметра электрода. В каче­стве присадочного материала и плавяще­гося электрода применяют стандартную сварочную проволоку из металла, сходно­го по химическому составу со сваривае­мым металлом. Сварку неплавящимся электродом ве­дут на постоянном токе прямой полярно­сти. В этом случае дуга горит устойчиво при напряжении 10 ... 15 В и минималь­ном токе 10 А. Это обеспечивает возмож­ность сварки малых толщин металла 0,8 ... 1,0 мм. При обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость горения и снижается стой­кость вольфрамового электрода. Для сварки листового металла толщи­ной 0,2 ... 1,5 мм применяют автоматиче­скую сварку неплавящимся электродом в импульсном режиме.

Сварку плавящимся электродом выполняют автоматическим или механизированным с помощью полуавтоматов. Сваривают металл толщи­ной 3 мм и более. В соответствии с необходимостью при­менения высоких плотностей тока (100 А/мм² и более) для свар­ки плавящимся электродом используют проволоку малого диаметра (0,6 ... 3 мм) и большую скорость ее подачи. Такой ре­жим сварки обеспечивается только меха­низированной подачей проволоки в зону сварки. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности.

1 - присадочный пруток или проволока; 2 - сопло; 3 - токоподводящий мундштук; 4 - корпус горелки; 5 - неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 - рукоять горелки; 7 - атмосфера защитного газа; 8 - сварочная дуга; 9 - ванна расплавленного металла; 10 - кассета с проволокой; 11 - механизм подачи; 12 - плавящийся метал­лический электрод (сварочная проволока).

Области применения аргонодуговой сварки охватывают широкий круг мате­риалов и изделий (узлы летательных аппа­ратов, элементы атомных установок, кор­пуса и трубопроводы химических аппара­тов и т.п.). Аргонодуговую сварку приме­няют для соединения цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, нио­бия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоко­легированных сталей. Сварку выполняют в любом пространственном положении.