11.2. Сварка плазменной струей

Плазменная струя – это направленный поток ионизированных частиц газа, имеющего температуру 10000–30000 С. Плазму получают, пропуская поток газа (аргон, гелий, смесь аргона с водородом и азотом, углекислый газ) через столб электрической дуги. Атомы газа в зоне дуги теряют один или несколько электронов и ионизируются. Это и обусловливает крайне высокую температуру плазменной струи, повышенную электропроводность и ее взаимодействие с электирческими и магнитными полями.

Возможны две схемы получения плазменной струи: выделенную из дуги и совпадающую со столбом дуги (рис. 11.4.). Сварочная горелка (плазматрон) питается постоянным током прямой полярности от источников с падающей вольт-амперной характеристикой. Дугу зажигают с помощью осциллятора. Наибольшее распространение получила первая схема сварки.

Высокая концентрация энергии и высокая температура позволяют варить тугоплавкие сплавы, разнородные металлы, металлы с неметаллами (стекло, керамика), неметаллы. Плазмообразующий газ защищает расплавленный металл от атмосферного воздуха, хотя здесь возникают и некоторые проблемы из-за подсоса (инжекции) воздуха при большой скорости плазмы.

Достоинства процесса: возможность регулирования тепловой мощности струи в широких пределах; минимальная зона термического влияния; возможна сварка заготовок толщиной до 15 мм без разделки кромок; возможность сварки особо тонкостенных заготовок (до десятков микрон) за счет получения микроплазменной струи (до 0,5 А0; возможность сварки неэлектропроводных материалов (стекло, керамика); отсутствие шлаковой корки.

Недостатки: высокая стоимость и сложность технологического оборудования; быстрый износ неплавящегося электрода и сопла горелки; высокая стоимость процесса в целом.

11.3. Сварка электронным лучом в вакууме

Электронно-лучевая сварка – это сварка плавлением, при которой для нагрева соединяемых частей используется энергия электронного луча. Сварока производится в условиях вакуума (10^-4–10^-5 мм ртутного столба). Электронный луч – это поток сжатых электродов, перемещающихся от катода к аноду с большой скоростью в сильном электрическом поле. При соударении электронного потока с твердым телом более 99% кинетической энергии электронов переходит в тпловую. Температура в месте соудаоения с заготовкой достигает 5000–6000 С. Установка для электронно-лучевоц сварки называется электронная пушка (рис. 11.5.). Ток электронного луча – от 35 до 1000 мА. Разность потенциалов между катодом и анодом достигает 100–150 кВ и выше.

Образовавшиеся за счет эмиссии на катоде 1 элетроны формируются электродом 2 в пучок, ускоряются под действием разности потенциалов между катодом1 и анодом 3, затем фокусируются линзой4, отклоняются в нужном направлении магнитной системой 5 и направляются на изделие 6. Фокусировка луча создает высокую концентрацию мощности (до 15–15 кВт/см² и выше) в точке плавления (диаметр около 0,001 см). При перемещении заготовки (или луча) формируется сварной шов. Иногда используют и присадочный материал. При сварке элетронным лучом тепловая энергия выделяется в самом свариваемом материале. Отношение глубины проплавления к ширине составляет 20:1, то есть получается «кинжальное» пропыление. Электронный луч проникает в материал на большую глубину. Это позволяет не только варить, но и сверлить материал, в том числе – неметаллические (сапфир, рубин, алмаз, стекло). Бывают и другие схемы сварки электронным лучом. В короткофокусных пушках (30–40 мм) анодом служит сама заготовка.

Способ используется в радиоэлектронике и приблростроении. Но возможна сварка и уникальных крупногабаритных изделий, в том числе – в труднодоступных местах.

Достоинства процесса: высокая производительность (до 100 м/ч); минимальная зона термического влияния; минимальное крабление заготовок; высокое качество поверхности шва (зеркальное); небольшая ширина сврного шва (1–5 мм); возможность сварки химически активных металлов; возможна сварка разнородных материалов; возможна сварка как тонкостенных (до 0,002 мм), так и толстостенных заготовок (до 300 мм); возможна сварка неэлектропроводных материалов; отсутствие шлаковой корки.

Недостатки: высокая сложность и стоимость технологического оборудования; ограничение заготовок по размерам и массе (ограниченные размеры вакуумной камеры); высокая стоимость процесса.