Тема 14.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СЖАТОЙ ДУГИ. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ И МИКРОПЛАЗ­МЕННОЙ СВАРКИ

Особенности горения сжатой дуги и требования к источникам

Сжатая дуга используется при плазменной сварке, наплавке, напы­лении, а также при плазменной резке.

Плазменная сварка и наплавка выполняются с помощью плазмотро­на, изображенного на рис. 6.18,а. Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и деталью, сжимается потоком аргона, проходящего по ка­налу сопла диаметром от 0,5 до 6 мм. По сравнению со свободной дугой

Рис. 6.18. Схемы плазменных процессов: а — сварки на постоянном токе, б — сварки на переменном токе, в — резки, г — напыления

сжатая дуга имеет более высокую температуру (до 20 ООО К на оси столба), повышенную проплавляющую способность и высокую пространственную устойчивость. Увеличение глубины проплавления в 1,5-2 раза по срав­нению со сваркой свободной дугой позволяет соединять за один проход металл толщиной до 20-30 мм. Малые размеры и высокая стабильность положения сжатой дуги позволили рекомендовать ее и для соединения сверхтонких материалов (до 0,05 мм) без прожогов и непроваров. Эта раз­новидность сварки (при токе до 25 А) названа микроплазменной. Сжатая дуга возбуждается поэтапно. Сначала зажигается дежурная дуга 1 между электродом и соплом. Выдуваемая из сопла плазменная струя касается детали, в результате между электродом и деталью возникает основная дуга 2, после чего дежурная дуга гаснет. При неблагоприятных услови­ях сварки (малый диаметр и большая длина сопла, малый расход газа, резкое нарастание тока) основная дуга может перейти на сопло, при этом возникает каскадная (двойная) дуга 3, быстро разрушающая сопло.

Начальное зажигание дежурной дуги выполняется осциллятором или возбудителем G1, обычно последовательного включения. Источник де­журной дуги G2 должен обеспечивать небольшой ток (до 20 А). В качестве такого источника используют маломощный выпрямитель с падающей ха­рактеристикой или питают дежурную дугу от основного источника через балластный реостат.

Требования к основному источнику G3, как и при сварке свободной дугой, определяются родом сварочного тока и характером его модуляции. Основной источник постоянного тока рекомендуется для большинства металлов, при этом обычно применяется прямая поляр­ность, как и при сварке свободной дугой. Внешняя характеристика ис­точника должна быть падающей, при этом обеспечивается устойчивость дуги и стабильность проплавления. Кроме того, при падающей характе­ристике легко выполнить ограничение тока величиной, на которую рас­считан конкретный плазмотрон, что гарантирует его высокую стойкость. Постепенное нарастание основного тока снижает опасность образования двойной дуги. Основной импульсный источник может применяться при сварке сжатой пульсирующей дугой.

Основной источник переменного тока рекомендуется для сварки алю­миниевых сплавов, но из-за низкой стойкости вольфрамового электрода его применение ограничено. Оригинальное решение найдено при микро- плазменной сварке тонколистового алюминия (рис. 6.18,6). В этом случае от сварочного трансформатора Т через тиристор FS1 питается основная дуга 2 прямой полярности между электродом и деталью. От того же транс­форматора, но уже через тиристор FS2 питается дуга 4 обратной поляр­ности, горящая между соплом и деталью. Высокая стойкость электрода гарантируется здесь использованием его только в полупериоде прямой по­лярности. Надежному повторному зажиганию способствует непрерывно горящая дежурная дуга 1.

Плазменная резка (рис. 6.18,в) выполняется за счет расплавления металла сжатой дугой и удаления его из полости реза с помощью кине­тической энергии плазменной струи. Благодаря использованию медных электродов со стойкими циркониевыми и гафниевыми вставками резка выполняется с использованием дешевого сжатого воздуха. Длина дуги при плазменной резке с учетом большой внутрисопловой составляющей (не менее 10 мм) и участка внутри реза, имеющего протяженность около 2/3 толщины детали, очень велика (20-200 мм). Градиент потенциала в столбе дуги также велик — внутри сопла до 20 В/мм. Поэтому напря­жение режущей дуги достигает 65-350 В, т. е. существенно выше, чем при сварке. Высокое напряжение холостого хода 150-500 В — специфическое требование к источнику для плазменной резки. Режущая дуга непрерывно перемещается по глубине реза, при этом амплитуда колеба­ний напряжения дуги может достигать 40-60 % от его среднего значения. В этом случае устойчивость дуги может быть достигнута не просто при по­ложительном, но еще и сравнительно большом значении коэффициента устойчивости системы «источник-дуга» (k_y = _д — _и > 0). Внешняя ха­рактеристика источника должна быть вертикальнопадающей с наклоном _и < — 5 В/А. Остальные требования к источнику совпадают с таковыми для плазменной сварки.

Плазменное напыление (рис. 6.18,г) происходит при косвенном на­греве детали и плавлении порошка плазменной струей. Дуга горит только в плазмотроне между электродом и соплом. Отдельный источник дежур­ной дуги здесь не нужен, в остальном требования к источнику совпадают с изложенными выше.