4.4.10. Плазменная сварка

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10 000…20 000 °С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. Дуга горит в узком канале сопла горелки, через который продувают газ. При этом столб дуги сжимается, что приводит к повышению в нем плотности энергии и температуры. 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. Газ выбирают в зависимости от процесса обработки и вида обрабатываемого материала.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги, и плазменную дугу, в которой дуга прямого действия совмещена с плазменной струёй. Соответственно применяют две схемы плазменных горелок.

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 неэлектропроводных материалов, а также напыления тугоплавких материалов на поверхность загото­вок.

Плазмен­ная дуга, обладающая большей тепловой мощностью по сравнению с плазменной струёй, имеет более широкое применение при обработке материалов. Ее используют для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама и других матери­алов. Плазменную дугу применяют для резки материалов, особенно тех, резка которых другими способами затруднена, например меди, алюминия и др. С помощью плазменной дуги наплавляют тугоплав­кие материалы на поверхность заготовок.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного металла. При этом снижается тепловое влияние дуги на свариваемый металл и уменьшаются сва­рочные деформации. Во-вторых, плазменная дуга обладает более высокой стабильностью горения, что обеспечивает повышенное каче­ство сварных швов. Это позволяет выполнять так называемую микро­плазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм на токах 0,5…10 А.

4.4.11. Электронно-лучевая сварка

Движение электронов в сварочной установке происходит в глубоком ва­кууме. Поэтому установка включает в себя герметичную камеру с системой откачивающих насосов.

Узкий шов, незначительные деформации, малые размеры зоны термиче­ского влияния, хорошая защита металла от взаимодействия с газами, эконо­мичность и возможность автоматизации способствовали быстрому прогрессу электронно-лучевой сварки.

Для свар­ки крупногабаритных конструкций были созданы установки с местным вакуумированием или выводом луча в атмосферу. Наиболее рационально применение электронно-лучевой сварки в промышленности в следующих случаях:

1. Сварка изделий из тугоплавких активных металлов.

2. Сварка с минимальными деформациями и зоной термического влияния.

3. Сварка в труднодоступных местах, узких щелях.

4. Соединение разнородных металлов. Меньшее значение сварочных напряжений при электронно-лучевой сварке благоприятно сказывается на уменьшении склонности к образованию трещин при сварке разнородных металлов.

5. Сварка деталей малых толщин. Возможность тонкого регулирования мощности и диаметра электронного луча, небольшое давление его на сва­рочную ванну позволяют соединять детали толщиной в десятые и сотые доли миллиметра, что широко используется при изготовлении изделий электрон­ной техники.

6. Сварка в космосе. Вакуум космического пространства может быть в перспективе использован для автоматической и ручной электронно-лучевой сварки отдельных деталей, узлов, при сборке космических платформ и раз­личных ремонтных работах.

Недостатки электронно-лучевой сварки, заключаются в необходимости, как правило, использования камер, ограничивающих размеры свариваемых деталей; наличия рентге­новского излучения, которое должно поглощаться стенками камеры и требует периодического контроля; сложности и высокой стоимости обо­рудования.