Как устроен и работает плазменный сварочный аппарат.

Сущность способа.

Плазма - ионизированный газ, содержащий электрически заряженные

частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000-30000° С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазматронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах. Вдуваемый в камеру газ, сжимая столб дуги в канале сопла плазматрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 и более раз приводит к истечению плазмы со сверхзвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум основным схемам. При плазменной струе прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла. Плазмообразующий газ может служить также и защитой расплавленного металла от воздуха. В некоторых случаях для защиты расплавленного металла используют подачу отдельной струи специального, более дешевого защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль стенок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благодаря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство плазменных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение. Дуговая плазменная струя - интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (плазменная струя косвенного действия). Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т. д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадратной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстий сопла.

Отличительные особенности плазменной сварки по сравнению с аналогами газовой, электродуговой в среде защитного газа, электроннолучевой и лазерной сваркой, процесс плазменной сварки имеет преимущества:

Высокая стабильность и устойчивость сжатой дуги, в том числе на малых токах, при увеличенной длине дуги, на любой полярности тока;

Высокая универсальность выбора режима;

Высокая концентрация тепловвода уменьшает объем расплавляемого основного и присадочного металла, уменьшает в ряде случаев количество дефектов в шве, снижает сварочные деформации;

Импульсные режимы плазменной сварки уменьшают перегрев изделия, опасность прожогов и сварочные деформации, улучшают структуру шва;

Ведение процесса плазменной сварки на постоянном токе обратной полярности повышает качество и стабильность свойств сварного шва за счет эффекта катодной очистки, проявляющегося в удалении оксидных и адсорбированных пленок со свариваемых поверхностей;

Возможность полной механизации и автоматизации технологического процесса;

Отсутствие включений вольфрама в сварном шве;

Возможность исключения разделки кромок свариваемых деталей за счет повышенной проплавляющей способности сжатой дуги;

Полное исключение разбрызгивания расплавленного металла при сварке;

Возможность формирования шва без усиления или ослабления, заподлицо с основным металлом;

Автоматизированная плазменная сварка проникающей дугой позволяет получить швы минимальной ширины, при этом расходы на оборудование существенно ниже, чем при лазерной или электроннолучевой сварке.

Примеры применения плазменной сварки

Создание неразъемных соединений однородных и разнородных металлов и сплавов, заварка дефектов литья, сварка листов, проводников, микродеталей, алюминиевых емкостей для молока и др. различных резервуаров, облицовочных панелей из нержавеющих сталей и титановых сплавов, медных шин и др. изделий, микроплазменная сварка зубных протезов.

Экономическая эффективность плазменной сварки определяется:

Экономией расходуемых материалах (газе, вольфраме, присадке), времени сварки;

Повышением эксплуатационных характеристик сварных конструкций:

Снижением затрат на подготовку свариваемых кромок, на устранение брака, на зачистку шва и на правку сваренных изделий.

С ростом точности деталей, изготавливаемых в промышленности и на частных предприятиях, появляется потребность в новых технологиях сварки и резки металлов. Одним из таких нововведений является плазменная сварка. Несмотря на то, что метод появился относительно недавно, он уже успел получить и занять свою нишу в промышленности и в руках частных лиц. Давайте рассмотрим, что такое технология плазменно дуговой сварки?

Во многом, плазменные сварочные аппараты напоминают принцип действия аргонно-дуговых и имеют схожую конструкцию горелки, которая в нашем случае называется – плазмотроном. Процесс образования плазмы происходит именно в горелке (об этом далее).

Плазма – это одно из состояний газа, которое образуется, если пропустить его через дугу. В этот момент происходят сложные химические и физические процессы, газ приобретает особые свойства. Нам, в данном случае интересен тот факт, что температура вырывающейся из сопла плазмы может доходить до 30 тысяч градусов, а это в 6 раз больше самой горячей дуги.

Таким образом, сущностью плазменной сварки является ионизация газа, проходящего под давлением.

В таких условиях происходит резка металла, который расплавляется мгновенно, а часть его просто испаряется. Для сваривания используют более щадящие режимы, а также технологию контроля дуги. Плазменные резаки считаются одними из наиболее точных и эффективных методов резки различных металлов.

Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей

Чтобы понять принцип работы плазменной сварки, нужно перейти непосредственно к аппарату. Сама плазменная сварка представляет собой небольшую, весом 5 – 9 кг установку, внутри которой расположился понижающий трансформатор, выпрямитель и набор схем управления. К ней подключается воздушный компрессор (если в сопло подается сжатый воздух) или специальные баллоны с плазмообразующим газом и инертным газом. В качестве газа для создания плазмы используют азот, кислород, аргон, воздух. На выходе устройства имеем горелку с набором газов (для сварки) или один вид газа для резки, а также плюсовую клемму (для прямого вида сварки). Так, как температура работы этого компонента очень высока, внутри горелки имеется жидкостное охлаждение.

Обратите внимание! От эффективности охлаждения горелки будет зависеть не только качество шва, но и долговечность электрода и других компонентов. Сварщик должен внимательно следить не только за ходом сварки, но и за поступлением воды.

Дальнейшее описание технологии приводит нас к двум ее разновидностям:

Первый и наиболее распространенный метод плазменной сварки имеет прямое действие дуги на деталь. Сваривание происходит прямой дугой, образующейся между деталью и электродом, однако сам процесс розжига плазмы имеет двухступенчатую схему.

На первом этапе внутренний стержень плазмотрона (изображение ниже) имеет отрицательную полярность, в то время, как ближняя стенка сопла получает положительный заряд из-за замкнутого переключателя (0). Внутри сопла образуются дуги (отмечено красным), которые ионизируют проходящий газ (2) и превращают его в плазму.

Следующий этап – непосредственно сварка, для этого на деталь цепляют плюсовую клемму и подносят работающий плазмотрон. В этот момент изделие имеет лучшую проводимость, поэтому дуги концентрируются на конце вольфрамового электрода, переключатель размыкает внутреннюю цепь плазмотрона и под действием давления, а также естественного расширения газа при превращении в плазму, происходит направленный выплеск энергии. При этом плазменная дуга имеет высокую стабильность, а минимальное разбрызгивание и изоляцию сварного участка обеспечивает инертный газ, проходящий по каналу (1). Газ не только защищает плазменную дугу, но и изолирует сварную ванну.

Плазменная сварка косвенного действия

Механизм плазмообразования в данном случае схож с предыдущим методом. Главное отличие в том, что направленность плазменного потока контролируется не направленностью электрического потока, а давлением газа, созданным системой и внутренним давлением сопла. Здесь помогает тот факт, что при переходе в состояние плазмы газ начинает увеличиваться в объеме до 50 раз, поэтому при возросшем давлении естественным образом стремится вырваться из сопла.

Оба описанных способа имеют место в современном мире, однако прямой метод имеет больше плюсов. Так он гарантирует более стабильную работу на малых силах тока, позволяет меньше расходовать дорогостоящий газ и имеет заметно меньшую степень разбрызгивания.Аналогичным образом происходит резка металла, только без использования инертного газа (1).

Оборудование для плазменной сварки

Современные сварочные плазменные аппараты — это компактные устройства, сравнимые по размерам с аргонно-дуговыми, инверторными или трансформаторными аппаратами. Простейшие модели имеют компактный размер и минимум настроек для удобства пользования. С их помощью можно производить сварку и резку металла.

С ростом цены увеличивается функциональность аппаратов, так в продаже можно найти оборудование, с функцией пайки. Устройства профессионального уровня позволяют проводить операции воронения, термического оксидирования, порошкового напыления и закалки.

Ценовую политику оборудования можно разделить на несколько категорий. К стартовым, относятся устройства мощностью 8 – 12 А. Их стоимость находится в пределах 25 – 40 тысяч рублей, это самые дешевые аппараты, которые можно приобрести и они уже в разы дороже инверторов, полуавтоматов. Некоторые аппараты поддерживают функцию микроплазменной резки, другими словами работы при малых токах от 0.1А.

В средней ценовой категории расположились сварки мощностью 25 – 150А. Они имеют расширенные настройки, позволяют подключать несколько видов газов и нередко имеют расширенный функционал. Стоимость таких аппаратов от 40 до 150 тысяч рублей.

Самые дорогие из неавтоматизированных — сварки мощностью выше 150 А. В их конструкцию заложен практически весь возможный функционал плазменной технологии, но все работы производятся сварщиком. Цена начинается со 100 тысяч и может превышать отметку 1 миллион рублей.

Область применения

Благодаря работе при температурах, доходящих до 30 000 градусов, технология позволяет работать со многими видами металлов: нержавеющая сталь, углеродистая сталь, чугун, медь, латунь, бронза, титан, алюминий и другие. Вместе с высокой точностью работ, это обуславливает такие области использования технологии:

пищевая промышленность;
энергетическая сферы;
химическое производство;
ювелирное дело;
машиностроение;
приборостроение;
медицинское оборудование;
изготовление деталей высокой точности.

Преимущества и недостатки метода

Как видно, использование плазмы имеет свои преимущества, но не обошлось и без недостатков. Ниже, мы выделили основные положительные и негативные моменты.

Плюсы

Высокое качество и скорость работ.
Контроль глубины провара.
Доступность технологии частным лицам.
Безопасность работ.
В процессе работы не остается отходов.
Высокая точность резки позволяет дополнительно не обрабатывать кромки.

Основной положительный момент технологии – ее незаменимость. Большая часть работ может быть выполнены и другими методами, но когда речь идет о лучшей скорости, качестве и удобстве сварки, мы неизбежно приходим к плазменному методу.

Недостатки

Дорогие аппараты и высокая стоимость работ.
Высокие требования к квалификации сварщика.
Необходимость качественного охлаждения из-за высоких температурных потерь.

Главный минус технологии – ее сложность. Чтобы обучить хорошего специалиста требуется время и деньги, в противном случае метод не сможет принести должных результатов. Это связанно с тем, что в процессе работ важно не только контролировать процесс сварки, но и внимательно следить за охлаждением, поступлением газов и многими другими параметрами.

Заключение

Теперь вы знаете, как работает плазменная сварка. Если стоимость оборудования вас не пугает, то технологию вполне успешно можно использовать для выполнения высокоточных работ в условиях дома или небольшого предприятия. Для создания герметичных швов и изготовления соединений высокой точности, подобные аппараты будут незаменимы, тем более, если мы говорим о промышленных масштабах. Здесь в дело вступают автоматизированные плазменные комплексы, сводящие к минимуму человеческий фактор и погрешность работ.

Обработки металлов. Без лишних преувеличений, его можно назвать лучшим, среди существующих методов сваривания.

Метод плазменной сварки применим для сваривания и пайки тугоплавких металлов толщиной до одного миллиметра. Подходит также для сварки металлов с неметаллами и резки. Сущность этого метода заключается в локальном расплавлении металла плазменным потоком. Плазма – ионизированный газ, который содержит заряженные частицы, обладающие способностью проводить ток. Ионизируется газ при нагреве сжатой дуги, вытекающей из плазмотрона. Ее температура может достигать 5000-30000°С. В целом, есть сходство с аргонной сваркой, но там рабочая температура до 5000 градусов. Плазменная дуга считается более мощным источником энергии, чем обычная.

На чём работает плазменная сварка

В данном методе используется направленная плазменная дуга, которая образуется из обычной электрической (дежурной). Основные характеристики: высокая температура и мощность, малый диаметр струи. Давление на металл увеличивается в разы по сравнению с электродуговой сваркой.

При работе с плазмой выполняются условия:

организуется защита электрода путем подачи инертного газа (аргон);
применяется неплавящийся вольфрамовый электрод с присадками тория;
разогретые стенки плазмотрона интенсивно охлаждаются.

Для запуска плазменной горелки может использоваться постоянный или переменный ток.

СПРАВКА . Плазма – это ионизированный газ, в состав которого входят нейтральные частицы и электрически заряженные.

Как это работает

После зажигания дежурной дуги ее сжимают в специальном устройстве (плазмотроне). Затем туда вдувают под давлением плазмообразующий газ (аргон). В результате зона разогревается до 50 000°С, газ увеличивается в объеме и истекает из узкого сопла с высокой скоростью.

К сведению ! В обычном аргонодуговом аппарате температура достигает 5000–7000°С.

Тепловая и кинетическая энергии дополняют друг друга, образуя мощный источник. Вытекающая раскаленная струя, расплавляя металл деталей, образует шов. В зависимости от величины рабочего тока (малый, средний, большой) в технологии существуют различия.

Плазмообразующий и защитный газы проходят по отдельным каналам и не соприкасаются.

Как работает ручная и как автоматическая

Для малых объемов работ с черным и цветными металлами применяют ручные аппараты. После образования плазменной дуги сварщик подводит горелку к материалу, другой рукой подает в зону шва проволоку. Перемещая горелку и присадку вдоль шва, образует соединение. Технология позволяет вести сварку с присадками и без них.

Автоматическая сварка применяется в промышленном производстве. Оператор управляет процессом с пульта. Разработаны автоматические установки:

для плоских деталей, труб;
однопроходные с подачей проволоки;
многопроходные;
для нанесения упрочняющего порошкового напыления и т.п.

Алюминий сваривают проникающей дугой. Чаще всего детали из алюминиевых сплавов обрабатываются автоматическими установками.

ВНИМАНИЕ! Сварщик должен: защитить глаза от излучения; предупредить термические ожоги; в помещении использовать вытяжную вентиляцию.

Принцип работы

Обычная дуга может превратиться в плазменную, благодаря двум процедурам. Сжатию, а также процессу принудительного вдувания плазмообразующего газа в дугу. В качестве этого газа используют аргон в чистом виде, или с добавкой гелия, водорода. Аргон необходимо использовать также как защитный газ. Электроды применяются вольфрамовые.

Дуга располагается в плазмотроне, его стенки активно охлаждаются водой, за счет этого и происходит ее сжатие. В результате чего, снижается поперечное сжатие дуги и как результат – рост мощности. В тоже время со сжатием вдувается плазмообразующий газ в область дуги. За счет нагрева дугой он ионизируется и увеличивается в объеме в сто раз. В плазмообразующем газе содержится кинетическая энергия, она дополняет тепловую, которая образуется в дуге. За счет этого, плазменная дуга и отличается высокой мощностью. Есть несколько отличий плазменной дуги от обычной:

высокая температура;
цилиндрическая форма;
меньший диаметр;
давление на металл больше;
способность поддерживания дуги на малых токах (0,2–30А).

Прямого и косвенного действия

Есть два варианта плазменной сварки. Первый – когда дуга горит между изделием и электродом. Процесс сварки осуществляется плазменной дугой. Второй – когда дуга горит между соплом и электродом, и выдувается газами. Процесс сварки происходит за счет использования струи плазмы. Первый способ распространеннее.

Что такое плазменная сварка прямого действия?

Плазменной сваркой прямого действия называется плазменная сварка, при которой следует подключать используемый источник питания к металлическому изделию и электроду. Энергоносителем в данном случае служит электрический разряд. Такая разновидность сварки достаточно часто применяется во многих отраслях современной техники для обработки самых различных металлов. Она характеризуется довольно большими показателями температур, а также широким диапазоном контроля многих свойств процедуры.

К ее основным преимуществам относятся:

Высокая производительность ;
Небольшие деформации;
Под воздействие температурами попадает зона маленького размера;
Экономный расход защитного газа;
Малоамперная дуга отличается стабильным горением ;
Качество швов является менее чувствительным к колебаниям длины дуги.

Как осуществляется процесс такой сварки?

Чтобы получить прямую плазменную дугу, необходимо использовать специальный плазмотрон с прямой дугой. Она возникает между обрабатываемым изделием и электродным стержнем, выполненным, как правило, из вольфрама, помещенным в небольшую газовую камеру. Сопло оборудования не имеет электрического заряда и предназначается для регулирования дуги. Последнее происходит за счет того, что через нее проходит рабочий газ, который постепенно нагреваясь, ионизируется и из сопла выходит плазменной струей цилиндрической формы , слабо расширенную к металлу.

Что такое плазменная сварка косвенного действия?

Достаточно большой популярностью пользуется и плазменная сварка косвенного действия, представляющая собой сварку, проводимую при подключении источника питания одновременно к соплу и электроду для образования плазменной струи. В этом случае форма плазменной дуги напоминает конус с окруженной факелом вершиной , направленной в сторону изделия.

Процесс выполнения сварки такого типа

При выполнении плазменной сварки дугой косвенного действия тонкий газовый слой, окружающий дугу, практически не нагревается, в результате чего обеспечивается электрическая, а также тепловая изоляция между каналом сопла и дугой. Плазменная струя при этом не совмещается со столбом дуги.

Воздействие силы магнитного поля сварочного контура приводит к изгибанию линии тока. Частицы с зарядом разлетаются в стороны, соударяются друг с другом и образуют факел пламени из относительно горячего газового потока длиной в 10-20 сантиметров. Его температура повышается ближе к концу, достигая 800-1000°С.

Одним из способов проведения данного вида сварки называется атомноводородным. Переменный ток образуется между используемыми электродами из вольфрама. По каждому из них в необходимую зону поступает водородная струя, а само изделие находится вне сварочной цепи. Концы таких электродов оплавляются достаточно медленно, поэтому при работе в нормальном режиме расход вольфрама незначительный. Столб дуги окружается достаточно ярким факелом в виде плоского диска.

Как выполняется процесс плазменной сварки в нижнем положении?

Используя плазменную сварку, можно сваривать самые различные металлы и их сплавы, находясь в нижнем пространственном положении. Плазмообразующими газами являются аргон и гелий, которые нередко применяются и в качестве защитного вещества. Данный способ сваривания используется в тех случаях, когда швы идут в горизонтальном направлении по горизонтально расположенной поверхности.

В процессе плазменной сварки в нижнем положении из сильно нагретого электрода жидкий металл под силой собственного веса постепенно стекает в специальный кратер, а затем накапливается в небольшой расплавленной ванне из металла. Его вытеканию препятствуют сварные кромки обрабатываемых изделий. Также из сварочной ванны выходят шлаковые и газообразные вещества, за счет чего качество швов получается значительно лучше.

Сварные швы можно выполнять либо на себя, либо слева направо. Благодаря применению такой техники можно полностью контролировать весь процесс.

По силе тока

Плазменная сварка бывает трех видов, обусловлено это силой тока:

микроплазменная;
на среднем токе;
на большом токе.

Каждый способ эффективен в своей области использования. Это еще раз подчеркивает прогрессивность и популярность метода плазменной сварки.

Микроплазменная сварка

Плазменная и микроплазменная сварка – это метод соединения (а также резки) деталей с использованием ионизированного газа с температурой от 5 000 до 30 000 C, который называется плазмой.

Что это такое

Как можно отличить плазменную сварку от микроплазменной? Если величина силы тока, применяемого при сварке, составляет до 25 А – сварку называют микроплазменной, если сила тока больше – речь идет о плазменной сварке. В отличие от плазменного процесса микроплазменная сварка происходит при воздействии микротоков, что позволяет соединять детали малой толщины от 0,025 до 0,8 мм.

Микроплазменная сварка имеет следующие отличия:

происходит при силе тока от 0,1 до 25 А;
используется вольфрамовый электрод;
размер плазмотрона меньше (используется микроплазмотрон).

Чаще всего микроплазменная сварка используется для соединения тонкостенных деталей приборов, для соединения трудносвариваемых металлов, например, алюминия, пластмасс, даже тканей.

Для выполнения процесса сварки нужен плазмообразующий газ, это, как правило, аргон, и защитный газ. Чаще всего это тоже аргон либо гелий, углекислый газ, или смесь аргона с гелием, водородом.

Для получения плазмы используется устройство, называемое плазмотрон. Когда включается источник питания, от вольфрамового электрода к соплу проходит дежурная электрическая дуга. По мере приближения горелки к свариваемым деталям, когда между ними остается 1-1,5 мм, образуется дуга между электродом и изделием, в этот момент плазмообразующий и защитный газы смешиваются. В сопле очень малого размера дуга плотно обволакивается защитным газом, образует узкую плазменную струю в виде «шила». При такой форме получаются сварные швы малой толщины. В этом случае деформация деталей встречается редко, поскольку площадь нагрева незначительна. Сварку можно проводить на постоянном токе или в импульсном режиме.

Достоинства микроплазменного способа:

Возможность соединения деталей малой толщины.
Устойчивое горение плазмы позволяет выполнить сварочные швы высокого качества даже малоопытным сварщикам.
Возможность сварки деталей из пластмасс и текстиля.
Возможность механизировать процесс.

К недостаткам данного способа следует отнести невысокую стойкость плазменных горелок. Стойкость горелок повышают путем введения водяного или естественного воздушного охлаждения.

Процесс может производится на ручном и автоматическом оборудовании.

Аппараты для микроплазменной резки

Во всех аппаратах для осуществления микроплазменной сварки есть два основных узла, которые определяют возможности соединений.

Первый узел: источник питания , инвертор. Также содержат устройство для розжига электрической дуги, автоматику. Различаются по:

продолжительности нагрузки , %;
величине силы тока (номинальной и регулируемой), А;
напряжению холостого хода, В;
потребляемой электрической мощности , кВА.

Для соединения черных, тугоплавких деталей применяется МПУ-4, Н-146. Установка УМПС-0301, И-167 считаются более современными и удобными, сваривают почти все металлы, включая алюминий.

Вторым компонентом является плазмотрон . Отличаются друг от друга конструктивными характеристиками, такими как:

Наибольшая толщина стали, которую можно сварить за 1 проход.
Сила тока (прямой дуги и дежурной), А.
Размер электрода, мм.
Размер сопл (плазмообразующих и для защитных газов), мм.

Плазмотроны типа УСДС.Р-45 и Т-169 могут сварить сталь толщиной до 2,5 мм, ими укомплектованы установки МПУ-4, Н-136. Плазмотроны ОБ-2592 и ОБ-2628 разработаны позднее, более удобны, имеют лучшую, более экономичную конструкцию, эргономичны. Ими дополнены новые источники питания УМПС-0301, И-167, Н-155.

Существуют и готовые установки, сразу же укомплектованные всеми необходимыми компонентами. К ним относятся аппараты Microplasma 20,50,150, отличающиеся друг от друга мощностью установки, а также Мультиплаз 3500, 4000, 7500, имеющие возможность сварки водно-спиртовой смесью.

Как работать

Работа с плазменной сваркой начинается с проверки требований правил безопасности при работе. В этом случае есть вероятность взрыва сжатого газа, ожог от расплавленного металла, пожар, поэтому сварщик должен быть обеспечен защитным костюмом, обязан соблюдать осторожность и продумывать последовательность своих действий.

ВАЖНО :

В процессе выполнения работ существует вероятность поражения электрическим током, сварщику необходимо быть внимательным, стоять на токоизолирующем коврике.
При повышении силы тока увеличивается шум до 115 дБ, тогда необходимо защищать уши от шума с помощью беруш либо с помощью противошумной каски, наушников.
Для защиты от выделений газов, пыли помещение нужно оборудовать не только общей, но ещё местной вентиляцией.
Для защиты глаз от пыли, частиц металла, газа необходимо надеть очки защитные со светофильтрами В-2 или В-3 или защитный щиток.

Перед работой подготовить детали: очистить кромки, выполнить разметку соответствующим инструментом. Риски, царапины и разрывы не допускаются на свариваемых поверхностях, их необходимо удалить или зачистить.

Включить сварочный аппарат, отрегулировать подачу сжатого газа.
Задать ток резки, он выбирается в зависимости от толщины свариваемых изделий.
Запустить горелку. Если дуга не зажигается с трех попыток, нужно проверить износ электрода и сопла, питание.
Зазор между соплом и свариваемыми изделиями должен быть 3-5 мм. Когда будет получена нужная дежурная дуга, можно начинать процесс сварки. Для этого нажимаем на пусковое устройство плазмотрона.Когда горелка приближается к изделиям, образуется дуга между изделием и горелкой. Происходит сварка, при этом нужно следить за скоростью сварки: при высокой скорости возможен непровар детали, при слишком медленной – перегрев, прожог. Самая высокая температура факела образуется возле сопла.
После окончания сварки выключить горелку и источник питания. Охладить горелку в жидкости.

Традиционные методы сварки во многих сферах постепенно отходят на второй план, уступая место более технологичным средствам решения подобных задач. На многих строительных предприятиях и производствах, требующих высокой точности осуществления монтажных операций, задействуются методы плазменной сварки. Это одна из современных технологий, которые дают немало преимуществ. В частности, сварка плазменная отличается экономностью ресурсов и высоким качеством результата. В то же время использование этого метода предполагает учет множества технических нюансов.

Принцип работы метода

В процессе реализации сварочной операции происходит расплав металлического полотна плазмой. Генерация самого потока обеспечивается сжатой высокоскоростной дугой, которая подается плазмотроном. Рабочая температура активного потока может достигать 30 000 градусов. Важной особенностью технологии является допуск газа в область активной дуги, который стимулирует процесс ионизации. Вырабатываемые частицы газовой среды и становятся режущим ферментом, воздействующим на металл. При этом отмечается разная интенсивность потоков, которые способна генерировать плазменная сварка. Принцип работы этой техники немного напоминает аргонную сварку. Главным же отличием является высокая температура плазмы, что позволяет использовать метод в более широком спектре выполнения монтажных работ. Качество же процесса будет зависеть от множества факторов, в числе которых и характеристики применяемой аппаратуры.

Технология выполнения сварки плазменным потоком

Организация рабочих мероприятий предполагает использование оборудования, которое обеспечит генерацию электроэнергии и выпуск сжатого воздуха. Если применяется компрессор, то из дополнительных ресурсов потребуется лишь электричество. Комплекс техники, обеспечивающей генерацию сжатой дуги для резки, может представлять собой и специальная горелка. Дуга между электродом и изделием выпускается через сопло, имеющее небольшие размеры. Это еще одно важное отличие плазменной обработки - режущий сварочный луч деформирует металл по тонкой линии, позволяя экономить рабочий материал и повышать аккуратность выполнения конечного шва. Задействуется в ходе работы и еще одно сопло плазмотрона, которое предназначено для обеспечения защиты зоны горения от негативного воздействия воздуха. Иными словами, плазменная резка и сварка производится в условиях вакуума, что исключает случайные нежелательные деформации заготовок. В зависимости от условий произведения работ иногда требуется и охлаждение активной области потоками воды. Данная мера также служит для стабилизации параметров воздействия плазмы на рабочую поверхность.

Разновидности технологии

Специалисты разделяют операции плазменной резки на две группы в зависимости от характеристик тока. Например, микроплазменная резка выполняется при силе тока величиной до 25 А, позволяя справляться с тонкими листами мягкого металла. Средние токи порядка 100 А позволяют выполнять более крупные объемы, но не годятся для высокоточных ответственных задач. Наиболее производительная сварка требует задействования источника тока в 150 А - эта группа операций используется в промышленности. Микроплазменная технология плазменной сварки выгодна тем, что исключает образование прожогов на поверхности металла. В свою очередь, ток большой величины обеспечивает полную проплавку материала толщиной до 1 см. Если требуется именно выполнение комбинированной операции в виде резки и сварки, то чаще используется оборудование, снабжаемое источниками тока от 100 А. Также разделяют методику по принципу воздействия - косвенный и прямой проплав. Отличаются они тем, что в первом случае между заготовкой и плазмой удерживается электрод, а во втором дуга воздействует непосредственно на целевую область.

Оборудование для плазменной сварки

Аппараты для осуществления сварки плазмой позволяют работать с разными видами металлов от алюминия до титана и оцинкованных сплавов. Наиболее распространенное техническое средство данного типа - это упомянутые плазмотроны и горелки, которые способны выполнять проплав материала по толщине от 8 до 12 мм. Также существуют модификации, реализующие специфическую резку тонколистого 0,5-миллиметрового металла без образования деформации и поводки по краям. Стандартными считаются инверторные установки плазменной сварки, работающие в условиях обеспечения постоянного тока. Причем горелки обычно поставляются в базовой комплектации, позволяя в дальнейшем реализовывать и плазменную, и аргонодуговую сварку. Более современные модификации оснащаются электронными панелями управления и элементами роботизированного выполнения отдельных функций.

Производители аппаратов плазменной сварки

Высокотехнологичные аппараты разрабатывают компании FoxWeld, Hyosung и Fimer, предлагая оборудование за 50-100 тыс. руб. в зависимости от модификации. Это небольшие портативные устройства, позволяющие выполнять ручные операции. Более солидные установки выпускают производители Migatronic и Tetrix. В этом случае можно говорить о многофункциональных и мощных средствах, предназначенных уже для специализированной работы в промышленных условиях. Эти модели стоят порядка 300-500 тыс. руб. Отечественная продукция также представлена достойными вариантами. В частности, аппарат плазменной сварки «Горыныч» является универсальным генератором низкотемпературного плазменного потока, который оптимально подходит для негорючих материалов. Интересные решения предлагает и фирма «Плазар», в семействе которой можно найти высококачественные мобильные устройства для сварки.

Дополнительный функционал

Нечасто встречаются плазмотроны, которые ограничиваются лишь функциями резки и сварки, хотя эти операции, безусловно, являются ключевыми. Третьей по важности смежной опцией можно назвать пайку. Припой выполняется с мягкими и твердотельными металлическими сплавами под высоким температурным воздействием. Также многие модификации позволяют оператору производить воронение, термическое оксидирование, порошковое напыление и закалку. Многокомпонентная сварка плазменная не всегда характеризуется высоким качеством, но в условиях поточного серийного производства она себя оправдывает. К специализированным же операциям, которые могут выполнять некоторые модели плазмотронов, стоит отнести формирование химических соединений, возможность обработки стекла и нанесение глазури.

Преимущества технологии

По характеристикам рабочего процесса этот метод считается одним из самых выгодных. Начать стоит с того, что сама дуга имеет небольшие размеры. На практике резки это означает минимизацию деформирующих явлений, что и дает чистый и ровный шов. Кроме этого, пользователь может изменять параметры дуги в ходе выполнения сварочной операции, не боясь, что коррекция повлияет на качество результата. Плавное изменение резки тоже повышает эффективность работы. Если планируется ручная плазменная сварка, то оператор может рассчитывать на произведение объемных работ в длительном режиме без потери в мощности термического воздействия. Высокотемпературная обработка сложных по структуре металлов расширяет возможности монтажа. Мощные установки, реализующие этот тип сварки, подходят для соединения и обслуживания элементов ответственных конструкций и коммуникационных сетей.

Недостатки метода

Основные минусы технологии связаны со сложностью технической организации процесса. Хотя производители стремятся разрабатывать компактные и в то же время функциональные установки, имеющие все необходимое в базовом оснащении, при выполнении работы оператор должен отслеживать сразу несколько процессов. Так, помимо непосредственной сварки необходимо контролировать стабильность подачи воды и подводку газа, генерирующего активную среду. Кроме того, сварка плазменная отличается высокими потерями энергии, которая рассеивается в окружающую среду. Но это малозначительный недостаток, поскольку оборудование изначально задействует средние по величине ресурсы по сравнению с другими современными технологиями резки и плавки металла.

Сферы применения

Возможность создания ровного и герметичного шва обусловила широкое распространение плазмотронов в сферах пищевого, энергетического и химического производства. Предприятия данного профиля занимаются изготовлением огнетушителей, резервуаров, котлов, газовых баллонов, емкостей и труб и т. д. В строительной сфере применение плазменной сварки оправдывает себя при изготовлении листового проката и готовых металлических конструкций. Высокоточные задачи сваривания, выполняемые с помощью данной методики, нашли свое место в производстве медицинского оборудования, электротехники и в приборостроении.

Заключение

В выборе подходящего способа соединения металлических заготовок специалисты учитывают множество факторов. Плазма как рабочая среда, конечно, не является во всех смыслах оптимальным решением, но по некоторым параметрам этот вариант оказывается наилучшим. Например, сварка плазменная подходит в тех случаях, когда требуется высокая точность формирования шва. Расплав при такой обработке получается и внешне эстетичным, и по структуре довольно плотным, что и определяет герметичность соединения. Плазма подойдет и в ситуациях, если нужен малозатратный, но относительно быстрый и универсальный способ сварки.

Промышленность на сегодняшний день развивается быстрыми темпами. Возникают каждый год новые методики сварок, которые при современном частном строительстве начинают пользоваться популярностью. Данные способы зачастую облегчают работу, но не теряют по сравнению с раньше придуманными методами, своей безопасности и функциональности. Одним из них является плазменная сварка и плавление деталей.

Сущность плазменной сварки

Плазменную сварку используют для пайки «нержавейки», стальных труб и других металлов. Плазменная сварка представляет собой процесс, при котором совершается локальное расплавление металла с помощью плазменного потока. Плазмой называют ионизированный газ, содержащий заряженные частицы, которые могут проводить ток.

Газ ионизируется при нагреве высокоскоростной сжатой дугой, которая вытекает из плазмотрона. Чем выше температуру имеет газ, тем уровень ионизации будет выше. Температура дуги может достигать 5000-30000 градусов Цельсия. Технология плазменной сварки похожа на процедуру аргонной сварки. Однако обычную сварочную дугу нельзя отнести к плазменной, потому что её рабочая температура намного ниже - до 5 тысяч градусов.

Из всех разновидностей воздействия на металлы наиболее распространенной считается именно плазменная сварка, потому что начали применяться в современной тяжёлой промышленности нержавеющие стали, цветной металл, специальные сплавы и некоторые сплавы цветных металлов, а для данных материалов газовая и прочие обработки считаются малоэффективными.

Плазменной дугой называют более концентрированный источник нагрева, который без разделки кромок позволяет сваривать большие толстые металлы. Из-за собственной цилиндрической формы и возможностей значительного увеличения длины подобная дуга позволяет проводить плазменную сварку своими руками в труднодоступных местах и при изменениях расстояния от изделия до сопла горелки.

Принцип работы

Для превращения обычной дуги в плазменную, для повышения мощности и температуры обычной дуги принято использовать два процесса: сжатие и процедуру принудительного вдувания в дугу плазмообразующего газа. В процессе в качестве плазмообразующего газа принято использовать аргон, иногда с добавкой водорода или гелия. Как защитный газ также необходимо использовать аргон. Материалом электрода является вольфрам, активированный торием, иттрием и лантаном, а также медь и гафний.

Сжатие дуги осуществляют за счет расположения ее в специальном плазмотроне, стенки которого в интенсивном порядке охлаждаются водой. Поперечное сжатие дуги в результате сжатия снижается и в итоге возрастает ее мощность - энергия, приходящаяся на единицу площади.

В область плазменной дуги одновременно со сжатием вдувается плазмообразующий газ, нагреваемый дугой, ионизируется и повышается из-за теплового расширения в объеме в сто раз. Кинетическая энергия ионизированных частиц, что содержаться в плазмообразующем газе, дополняет тепловую энергию, которая выделяется в дуге в результате совершающихся электрических процессов. Поэтому плазменные дуги и называют более мощными источниками энергии, чем обычные.

Кроме высокой температуры, основными чертами, которые отличают плазменную от обычной дуги, являются: меньший диаметр дуги, давление на металл дуги больше в шесть-десять раз, чем у обычной, цилиндрическая форма дуги наряду с обычной конической, возможность поддерживания дуги на малых токах - порядка 0,2-30 Ампер.

Возможны две схемы плазменной сварки: сварка плазменной дугой, в рамках которой дуга горит между изделием и электродом, и струей плазмы, когда горит дуга между соплом плазмотрона и электродом и выдувается потоками газа. Наиболее распространенной является первая схема.

Преимущества плазменной сварки

Выделяют следующие преимущества плазменной сварки и плавления металлов по сравнению с классическими способами:

Можно использовать плазменный сварочный аппарат в работе почти со всеми металлами - чугун, сталь, алюминий с его сплавами, медь с её сплавами.
Скорость резки металла, который имеет толщину 50 - 200 миллиметров, выше в 2-3 раза, чем при проведении газовой сварки.
Нет необходимости в использовании ацетилена, аргона, кислорода или пропан-бутана, что существенно уменьшает цену работы плазменным аппаратом.
Точность швов при плавлении и сварке, а также качество процедур практически исключают будущую обработку кромок.
Металл при сварке не деформируется, даже если нужно вырезать сложную конфигурацию или форму. Технология плазменной сварки позволяет проводить процедуру резки по неподготовленной поверхности - окрашенной или ржавой. При резке крашеной конструкции не возгорается краска в области работы дуги.
Безопасное совершение работ, потому что при использовании плазменного резака не применяются баллоны с газом. Данный фактор отвечает за экологичность подобной работы.

Виды плазменной сварки

Плазменная сварка своими силами в настоящее время считается достаточно распространенным процессом, популярность которого является вполне очевидной. Зависимо от силы тока выделяют три разновидности плазменной сварки: микроплазменная, на средних и больших токах. Выбрав определенный вид, вы узнаете, сколько стоит плазменная сварка собственными силами.

Микроплазменная сварка

Самой распространенной считается микроплазменная сварка. Благодаря высокому уровню ионизации газа в специальном плазмотроне и использованию вольфрамовых электродов, которые имеют диаметр 1-2 миллиметра, плазменная дуга способна гореть при чрезмерно малом токе, начиная с показателя 0,1 Ампер.

Специальные малоамперные источники питания постоянного тока предназначены, чтобы получить дежурную дугу, которая непрерывно горит между медным водоохлаждаемым соплом и электродом. При подведении к изделиям плазмотрона зажигается основная дуга, питаемая от источника. Подается плазмообразующий газ через сопло плазмотрона, которое имеет диаметр около 0,5-1,5 миллиметров.

Микроплазменная сварка - весьма эффективный способ сплавления изделий, которые имеют малую толщину - до 1,5 миллиметра. Диаметр плазменной дуги достигает 2 миллиметров, что позволяет теплоту сконцентрировать на ограниченном участке изделий и нагревать области сварки без повреждения соседнего участка. Подобная дуга позволяет избежать прожогов, которые характерны для обыкновенной аргонодуговой сварки тонких металлов.

Основным газом, который используется в качестве защитного и плазмообразующего, выступает аргон. Зависимо от свариваемого металла добавляются к нему различные добавки, которые увеличивают эффективность процедуры плазменной сварки металла. При сварке стали целесообразна добавка к защитному аргону 8-10% водорода для увеличения тепловой эффективности плазменной дуги. При сварке низкоуглеродистой стали к аргону можно добавлять углекислый газ, при сварке титана - гелий.

Установки для процесса микроплазменной сварки позволяют совершать сварку в разных режимах: импульсной или непрерывный прямой полярности, разнополярными импульсами, непрерывный обратной полярности. Микроплазменную сварку успешно применяют при производстве тонкостенной емкости или трубы, приварке сильфонов и мембран к габаритным деталям, изготовлении ювелирных изделий и соединении фольги.

Сварка на среднем токе

Процесс сварки на средних токах 50-150 Ампер много общего имеет с процедурой аргонодуговой сварки электродом из вольфрама. Однако она считается более эффективной из-за ограниченной площади нагрева и высокой мощности дуги. Плазменная дуга по энергетическим характеристикам занимает между обыкновенной дугой и лазерным или электронным лучом промежуточное положение.

Плазменная сварка на среднем токе гарантирует более глубокое проплавление, по сравнению с традиционной дугой, при меньшей ширине швов. Кроме энергетической характеристики, это объясняется и высоким уровнем давления дуги на сварочные ванны, в результате чего уменьшается под дугой толщина прослоек жидкого металла и улучшаются условия передачи теплоты вглубь основного металла. Принцип работы плазменной сварки позволяет осуществлять работу с использованием присадочной проволоки.

Сварка на большом токе

Сварка на токе более 150 Ампер оказывает на металл еще большее воздействие, так как плазменная дуга на токе 150 Ампер является эквивалентной дуге в 300 Ампер при сварке деталей неплавящимся электродом. Подобная плазменная сварка сопровождается абсолютным проплавлением с возникновением сквозного отверстия в ванне. Совершается как бы разрезание изделий с последующей заваркой.

С обратной стороны швов металл удерживается силой поверхностного натяжения. Диапазоны режимов являются весьма ограниченными, потому что при сварке возможно образование прожогов. Плазменная сварка нуждается в высокой культуре производства, соблюдении технологий заготовки и сборки, тщательном обеспечении условий охлаждения аппаратов плазменной сварки и требований их эксплуатации. Даже совершение небольших нарушений режима охлаждения плазмотрона из-за высокой температуры и небольшого диаметра сопла провоцируют его разрушение.

Плазменная сварка на большом токе используется при сплавлении легированных и низкоуглеродистых сталей, алюминиевых сплавов, меди, титана и прочих материалов. Эта процедура во многих случаях позволяет существенно уменьшить расходы, которые связаны с разделкой кромок, улучшить качество швов и увеличить производительность.

Плазменный сварочный аппарат

На данный момент для потребителей доступны несколько видов сварочных аппаратов. Первый из них - электросварка с применением сварочного трансформатора. Однако полагают, что этот метод уже себя изжил. Второй вид аппарата - сварочный инвертор, достаточно простой, надежный и распространённый прибор для электродуговой сварки. Третьим является продвинутый и самый технологичный аппарат плазменной резки.

Опытные специалисты и частные мастера стараются использовать только плазменный прибор для сварки и плавления металлов. Познакомиться с этой методикой можно, просмотрев видео о плазменной сварке и резке сплавов и металлов. Используя специальный плазменный сварочный аппарат в домашних условиях, вы отметите, что остается малое количество отходов и наблюдается высокая скорость работы.

Для работы плазменного сварочного аппарата необходимы только струя сжатого воздуха и электричество, а если применяется компрессор — исключительно электричество. Подобное оборудование при функционировании требует замены сопла плазмотрона и электрода, тогда как приборы для газокислородной обработки металлов необходимо периодически перезаправлять, используя переаттестованные газовые баллоны и присадки.

Плазменную дугу принято помещать в специальное устройство для плазменной сварки - плазмотрон. Поверхность плазмотрона интенсивно и беспрерывно охлаждается потоком воды. Сечение дуги после сжатия уменьшается, а количество энергии, которое тратится на единицу площади (мощность плазменного потока), - увеличивается.

Бывает плазменная струя двух типов - косвенного или прямого действия. Активные пятна цепи в первом случае располагаются на трубе и вольфрамовом электроде, во втором случае - могут размещаться на электроде из вольфрама, на внутренней и боковой поверхностях сопла. Плазмообразующие газы защищают металлические трубы от действия воздуха.

Работать с плазмофоном лучше в большом гараже или на улице, не зависимо от того, что плазменная сварка выступает одним из самых безопасных видов сварки. Единственным минусом этого метода является вес и стоимость плазменной сварки и оборудования.

Плазменная сварка своими руками

Технология плазменной сварки от других видов сварки существенно отличается. Для этого вам понадобится присадочная проволока, плазменный сварочный аппарат для работы и электроды.

Перед работой необходимо заточить электрод в форме конуса с углом порядка 28-30 градусов. Данная коническая часть электрода должна достигать 5-6 его диаметров. Острие конуса стоит притупить на 0,2-0,5 миллиметров. При установке электрода рекомендуется следить, чтобы совпадала ось его симметрии с осью симметрии плазмообразующих насадок.

Сварочный стык необходимо разделать аналогично аргонодуговой сварке. Края, кромки и торцы металла стоит зачистить с помощью стальной щетки на ширину 3 сантиметров. Если вы осуществляли резку металла плазмой, то следует зачистить поверхность реза на глубину не меньше 1 миллиметра. При наличии трещин на поверхности реза нужно зачистить его до удаления дефекта и обезжирить растворителем зачищенные участки.

В свариваемых листах металла не должны присутствовать зазоры величиной больше 1,5 миллиметров. По возможности нужно закрепить их сборочными приспособлениями и устройствами таким способом, чтобы полностью совпадали оси стыков. Покрытыми электродами проведите прихватку так, чтобы материал прихватки располагался заподлицо с главным металлом изделий. Если это нужно, зачистите участки прихватки. Качество прихваточных точек и основной сварочный шов должны быть одинаковыми.

Если вас интересует, как сделать плазменную сварку, то помните, что процедуру рекомендуется выполнять на постоянном токе. За 5-20 секунд до процесса возбуждения дуги необходимо подать в области сварки защитный газ. Выключать его можно через 10-15 секунд после процедуры обрыва сварочной дуги. Держите плазмотрон на расстоянии не больше 1 сантиметра от изделия. Не обрывайте по возможности дугу на протяжении всего процесса сварки. Если это все-таки случилось, стоит зачистить шов на расстоянии 15 миллиметров до точки обрыва. Продолжение создания сварочного шва также следует начать заранее.

При сварке не допускайте перегрева металла. Если материал все же нагрелся до температуры больше 100 градусов по Цельсию, нужно сделать перерыв или металл охладить сжатым воздухом. Чтобы достичь высокого качества сварных швов при методике сквозного проплавления перемещайте горелку равномерно и стабильно, как это делается в автомате.

Для создания швов правильной формы необходимо выполнять плазменную сварку с присадочным материалом, который имеет диаметр от 1,5 миллиметров и выше. Присадочной проволоке и горелке сообщайте определенные колебания, амплитудой 2-4 миллиметра. Контролируйте, чтобы из зоны защитного газа не выходил оплавляемый конец проволоки. Поэтому нельзя слишком резко подавать его в ванну для сварки. В конце шва рекомендуется заделать каплей расплавленного металла сварной картер, одновременно отведите или отключите дугу.

Плазменная сварка по своей сути является технологическим процессом, который основывается на выделении и применении плазмы. В ходе сварки в качестве основного источника используется газ, который с помощью воздействия высоких температур за небольшой промежуток времени способствует образованию плазмы. Цена плазменной сварки вас приятно порадует. К тому же процедура является безопасной для жизни человека, потому что не используются в процессе опасные кислородные баллоны, а сжатый воздух.