Плазменная сварка

Рисунок 4 - Схема плазменной сварки и резки прямого действия(а) и косвенного действия(б):

1 - камера горелки; 2 - катод; 3 - изделие(анод); 4,5 - сопло

Сущность процесса. Это сварка плавлением, при которой нагрев проводится сжатой дугой. Если принудительно сжать дугу, то ее температура значительно повысится. Это обеспечивают подачей плазмообразующего газа в камеру 1 горелки, который выходит через узкое сопло 4 и сжимает дугу (рис. 4,а). Часть газа, проходя через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде плазменной струи. Наружный слой газа, окружающий столб дуги, остается относительно холодным и создает электрическую и тепловую изоляцию между дугой и соплом, предохраняя его от разрушения. В связи с высокой скоростью истечения высокотемпературной плазменной струи часто нужна дополнительная защита зоны сварки газом, подводимым через газовое сопло 5.

Если дуга горит между электродом 2 (катод) и изделием 3 (анод), то это — плазменная струя прямого действия (рис. 4,а). Когда (рис. 4,б) дуга горит между электродом 2 и соплом 4, а нагретый и ионизированный газовый поток выдувается из сопла горелки — это плазменная струя косвенного действия.

В горелках прямого действия непосредственное возбуждение дуги между электродом и изделием через узкий канал сопла осуществить трудно. Поэтому изменения сварочного тока и различный состав плазмообразующей среды: аргон, гелий, азот, водород и их смеси. Сваривают стыковые и угловые швы. Сварку осуществляют как проникающей на всю толщину соединяемого металла, так и непроникающей плазменной струей. Для предупреждения прожогов применяют съемные подкладки с канавкой для получения заданной формы обратного валика и защиты газом обратной стороны шва.

Стыковые соединения металла толщиной до 2 мм можно выполнять с отбортовкой кромок. Металл толщиной до 3 мм сваривают обычно непроникающей струей с присадочным металлом или без него. Большая глубина проплавления позволяет сваривать без скоса кромок металл толщиной до 15 мм, однако при толщинах 10... 12 мм ухудшается стабильность формирования шва, поэтому при большей толщине рекомендуют делать скос кромок и использовать дополнительный присадочный металл. Обычно процесс ведут со сквозным проплавлением и выходом плазменной струи с обратной стороны шва.

Разновидности плазменной сварки. Сварка закрытой сжатой дугой осуществляется в микрокамере, охлаждаемой водой и защищающей зону плавления от воздуха. Присадочная проволока подается в зону плавления через специальное отверстие в микрокамере. В процессе сварки тонких металлов микрокамеру поджимают к свариваемым кромкам с силой, достаточной для устранения коробления кромок. Этот способ используют для сварки металлов толщиной 0,1... 15 мм.

Сварка двойной плазменной дугой, возбуждаемой между электродом горелки и изделием и подаваемой в зону сварки токоведущей присадочной проволокой. Первая дуга осуществляет подогрев изделия, а вторая — плавление присадочной проволоки. Способ применяют для сварки соединений с разделкой кромок.

Сварка плавящимся электродом происходит при подаче плавящейся электродной проволоки по оси горелки через медное сопло в плазменную струю, образующуюся между вольфрамовым электродом и изделием. Способ является комбинацией плазменной сварки и дуговой сварки плавящимся электродом.

Сварка в вакууме полым неплавящимся катодом осуществляется в камере при давлении 1...1х10 ² Па и расходе аргона, подаваемого через отверстие в катоде, 2...4 дм³/ч. Способ применяют при сварке тугоплавких и активных металлов толщиной 1...20 мм.

Микроплазменная сварка применяется для соединения изделий толщиной 0,025...0,8 мм. Устойчивый процесс сварки при токах 0,2...15 А обеспечивается за счет высокой степени сжатия плазменной струи в канале диаметром менее 1 мм. Плазмообразующий газ — аргон, а защитные газы — аргон, гелий, азот, водород и их смеси с аргоном. Процесс обеспечивает получение узкого шва и малой зоны термического влияния, что уменьшает деформацию изделий.

Оборудование

Оборудование для сварки покрытыми электродами : сварочные трансформаторы и выпрямители, сварочные инверторы и сварочные агрегаты. Сварка на переменном токе, в связи с отсутствием потерь на выпрямление, даёт экономию примерно 10-15% электроэнергии. Поэтому малоуглеродистые и некоторые низколегированные стали целесообразно сваривать на переменном токе. Для легированных и высоколегированных сталей электроды имеют, обычно, основное покрытие, поэтому сварка ведётся на постоянном токе применяя сварочные выпрямители и инверторы или сварочные агрегаты.

Для ручной дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах разработаны и серийно выпускаются сварочные горелки. Конструкция горелки типа ЭЗР приведена на Рис. 1. Наружная цанга держателя электрода поворотом колпачка 1 втягивается и фиксирует сопло 5. Одновременно наружная цанга сжимает внутреннюю цангу, которая закрепляет вольфрамовый электрод концентрично относительно сопла. На пластмассовой рукоятке расположен вентиль регулировки подачи газа 2.

Имеются горелки с водяным и воздушным охлаждением для работы на постоянном и переменном токе.

Рис. 1. Горелка для сварки неплавящимся электродом ЭЗР: 1 - колпачок; 2 - газовый вентиль; 3 - корпус; 4 - газо- и токоподводящие коммуникации; 5 – сопло.

На Рис. 2, а представлена схема горелки для автоматической сварки вольфрамовым электродом. Электрод 10 зажат в токоподводящей цанге 2 при помощи маховика 7. Для изменения положения электрода относительно сопла 1 служит маховик 5, при вращении которого охлаждаемая проточной водой обойма б передвигается в корпусе 4. Цанга 2 - сменная деталь, предназначенная для электродов определенного диаметра. Газ поступает через штуцер 8 по зазору между обоймой и корпусом 9.

Рис. 2. Головка для автоматической сварки неплавящимся электродом

При сварке неплавящимся электродом качество шва в большой степени зависит от величины дугового промежутка. В большинстве случаев достаточно применения ручных корректоров или механических копирных устройств.

Автоматическую сварку с подачей присадочной проволоки выполняют головками (Рис. 2, б), снабженными кроме горелки 1, механизмом подачи проволоки 2, катушкой 3, направляющим шлангом 4 с наконечником 5 и системой корректоров 6-8. Последние определяют положение наконечника 5 относительно горелки. В ряде случаев для надежного прижатия проволоки к свариваемым кромкам служит ролик. Иногда по технологическим соображениям (например, для повышения производительности сварки или наплавки) присадочную проволоку предварительно подогревают при помощи ТВЧ или пропусканием через участок проволоки электрического тока.