Плазменная резка и сварка: Плазменная резка и сварка металла

Плазменная резка и сварка металла

Плазменная резка и сварка — это просто процесс резания электропроводящих материалов (алюминия, стали, меди и т. Д.) с помощью ускоренной струи горячей плазмы. Широко используется во многих отраслях промышленности. Убедитесь сами, что делает плазменную резку и сварку одной из самых интересных технологий.

Плазменная резка и сварка может выполняться механическим способом или вручную. Механизированные процессы резки в основном касаются резки с использованием фрез с ЧПУ или промышленных роботов. Источником тепла, который плавит металл, является плазменная дуга, светящаяся между электродом и заготовкой.

Плазменная резка и сварка были популярной техникой в ​​1960-х годах. Технология была представлена как идеальный метод резки в 1980-х годах. Почему она стала такой популярной? Причина в том, что плазменная резка не создает металлической стружки и очень точна при резке. Первые машины плазменной резки и сварки были очень большими и были предназначены в основном для массового производства из-за повторяющихся схем резки.

Безопасность плазменной резки и сварки

Во время резки плазмой все участники должны сосредоточиться на своей защите. У специалистов должна быть надлежащая защита глаз и лица. Плазма очень горячая и может повредить глаза и кожу в считанные секунды. Кроме того, нужно иметь правильную одежду: кожаные перчатки, фартук и жакет защитят наше тело от искр или мусора.

Конфигурации резки с ЧПУ

Можно легко сказать, что существует три основных конфигурации плазменной резки и сварки с ЧПУ. Каждый из них зависит от формы материала, который будет обрабатываться. Также очень важным фактором в плазменной резке и сварке является гибкость режущей головки. В любом случае, давайте подробнее рассмотрим конфигурации:

• 2-х мерная / 2-осевая плазменная резка и сварка
• 3-х мерная / 3+ осевая плазменная резка и сварка
• Трубная / секционная плазменная резка и сварка

Сколько стоит плазменная резка и сварка

В то время как в 1980-х данная технология была дорогой, сейчас мы можем найти эти машины практически везде.  Они широко используются как в производственных компаниях, так и в частных мастерских. Это стало настолько распространенным явлением, что даже любитель может купить его и начать работать с металлом.

Оборудование плазменной резки и сварки с ЧПУ

ЧПУ означает компьютерное числовое управление. Это система числового управления, оснащенная микрокомпьютером, который можно свободно программировать. Этот термин обычно используется для обработки материалов с помощью устройств с компьютерным управлением, таких как фрезерные и токарные станки.

Обработка с ЧПУ позволяет быстро, точно и с высокой повторяемостью выполнять сложные формы.

Оборудование плазменной резки Promotech

Станки плазменной резки и сварки — Promotech MCM — это портативные станки с ЧПУ для резки и сварки. Они могут работать на круглых, конических или плоских поверхностях, а также на многослойных деталях. Эти машины разработаны и изготовлены компанией Promotech и выполнены из высококачественных европейских деталей.

Плазменную резку выполняют следующие станки компании Promotech:

что это такое, схема, принцип работы, преимущества и отличия от других видов сварки

Плазменная сварка (PAW сварка – Plasma Arc Welding) – это сварка плавлением металла, нагрев которого проводится направленным потоком сжатого ионизированного газа (плазмы).

Данная технология известна еще с советских времен – 80-х годов прошлого столетия, существенное развитие получила на Западе и за время своего существования претерпела множество изменений в лучшую сторону.

Так, например, источники стали производить инверторными, программируемыми, плазматроны заметно уменьшились в габаритах, технологические возможности расширились, сильный шум, который присутствовал раньше при сварке, отсутствует.

Промышленный источник плазменной сварки состоит из двух инверторов – вспомогательного и основного. Именно это является в том числе причиной, почему плазменные источники дороже аргонодуговых. НО при этом они имеют большие преимущества по сравнению с TIG сваркой.

Схема классического промышленного аппарата плазменной сварки

Вспомогательный инвертор зажигает дугу между вольфрамовым электродом и соплом, которая затем выдувается, и в работу включается основной инвертор, который уже обеспечивает поддержание и регулировку сварочного процесса. Именно благодаря наличию малоамперной 3-15 А вспомогательной дуги поджиг осуществляется на плазме всегда стабильно в отличие от аргонодуговой TIG сварки. Особенно это заметно при сварке алюминия и при сварке/пайке оцинкованных сталей, где при ТИГ сварке электрод разрушается и загрязняется, а при плазме стойкость электрода в 30-40 раз выше, т.к. электрод «спрятан» за плазменным соплом и помимо этого обдувается сжатым газом аргоном.

Благодаря наличию плазменного сопла и подачи сжатого газа аргона, сварочная дуга сжимается, становится узконаправленной, а не свободно горящей как при ТИГ, поэтому иногда плазменную сварку называют «аргонодуговая сварка сжатой дугой». Из-за того, что дуга при TIG сварке является свободной, при ТИГе существуют проблемы, когда при нахлесточном шве дуга переходит на верхнюю кромку, то же происходит и при стыковой сварке, когда один лист в зажатом состоянии выше другого, в этом случае – прожог или непровар. При плазме прожога или непровара не происходит из-за сжатой дуги.

Говоря простым языком, плазменная сварка – это доработанная аргонодуговая сварка.

По качеству плазменная сварка по праву занимает положение между аргонодуговой и лазерной сваркой. 

Отличия от других видов сварки

Главные отличия плазменной сварки от аргонодуговой и полуавтоматической МИГ/МАГ наглядно показаны на рисунке. Применение плазменной сварки помогает решить такие вопросы как образование брызг и пор, непровар и большой расход сварочной проволоки, повреждение электрода и коробление изделия.

Виды плазменной сварки

•  Шовная плазменная сварка
•  Точечная плазменная сварка

Свариваемые материалы

– нержавеющие стали
– низкоуглеродистые стали
– оцинкованные стали
– титан
– медь, бронза, латунь
– сплавы алюминия (для источника PMI 350AC)
– для оцинкованных сталей также возможен процесс плазма-пайки

Преимущества технологии плазменной сварки

• повышение производительности процессов сварки в 2-3 раза, cкорость сварки до 4 м/мин;
• повышение качества сварочных швов, швы более узкие, можно варить с усилением и без;
• отсутствие брызг в отличие от полуавтоматической МИГ/МАГ сварки и большая экономия на сварочной проволоке, т. к. варим без разделки и ток и скорость подачи проволоки при плазме – независимы;
• малая зона термического влияния, благодаря механическому сжатию плазменным соплом, вследствие этого незначительный нагрев основного металла и минимизация коробления после и во время сварки;
• глубокое проплавление в стыковом соединении, сварка проникающей дугой без разделки до 8 мм. По сравнению с МИГ и ТИГ плазменная сварка не имеет конкурентов по качеству и производительности на диапазоне толщин от 3 до 8 мм;
• гладкая поверхность швов, не требующая дополнительной обработки;
• высокая надёжность зажигания основной дуги благодаря наличию вспомогательной;
• отсутствие включений вольфрама в сварном соединении;
• высокая стойкость расходных материалов.

 

Более подробно о применении и преимуществах плазменной шовной и плазменной точечной сварки можно прочитать в статьях:

«Плазменная шовная сварка: особенности и преимущества шовной плазменной сварки при сварке различных материалов»

«Плазменная точечная сварка: особенности, преимущества и применение»

К статье “Установки для плазменной сварки продольных швов компании SBI, Австрия, их отличия и преимущества”

Что нужно знать о плазменной резке и сварке в современную эпоху

Блог Ассоциации строительного маркетинга > Строительство > Что нужно знать о плазменной резке и сварке в современную эпоху

Процесс сварки значительно улучшился за последние несколько десятилетий. Сегодня процедуры сварки и плазменной резки выполняются быстрее и точнее благодаря изобретению высокотехнологичного оборудования. Плазменная резка обычно относится к резке алюминия, стали и других проводящих металлов с использованием потока горячей плазмы. Это производительный и точный инструмент для резки металлических листов и блоков.

Если вы не хотите платить огромные деньги за плазменный резак, вы можете просто купить бюджетный плазменный резак, который предлагает эффективную резку металла.

Вот 4 вещи, которые вам нужно знать о плазменной резке и сварке в современную эпоху:

1. Это быстро и точно

Процессы плазменной резки и сварки достаточно быстрые и точные. Плазма — отличный проводник электричества, позволяющий разрезать металлические листы с минимальными усилиями. Кроме того, полученный срез получается чистым. Плазменная резка на самом деле произошла от плазменной сварки, уникального подтипа сварки, в котором используется электрически ионизированный газ (плазма) для сплавления двух металлов. Увеличивая разряд плазмы, вы можете превратить электронный сварочный аппарат в резак. Прежде чем генерировать плазму, необходимо сначала создать стартовую дугу. Они бывают двух типов: Пилотная дуга и Высокочастотный контакт .

2. Три основных процесса сварки

Сегодня сварка обычно настолько точна, что позволяет получать очень чистые сварные швы. Существует три основных типа сварки, включая сварку MIG, TIC и Stick. Эти процедуры сварки сильно различаются по типу используемых материалов и качеству сварного шва. Сварка металлов в среде инертного газа (MIG) является самым простым и наиболее предпочтительным типом, за которым следует сварка стержнем. Однако, если вы заинтересованы в более профессиональных сварных швах, таких как те, которые требуются в архитектуре и автомобилестроении, то сварка TIG должна быть вашей сильной стороной. Начинающие должны ознакомиться с этими тремя способами сварки, если они хотят развить свои навыки сварки.

3.

Плазма и вода несовместимы

Хотя плазма является наиболее эффективным способом резки металла, у нее есть один главный враг: вода. Однако поначалу источник влаги может быть неочевидным. Вода обычно задерживается в сжатом воздухе, находящемся в металле. Такая влага может препятствовать способности плазменной горелки генерировать дугу и поддерживать ее. Когда ваши обычные процессы плазменной резки приводят к чрезмерному разбрызгиванию и хлопкам, вода обычно удерживается в сжатых пространствах внутри металла. Вы можете использовать одноразовый воздушный фильтр, чтобы устранить любые следы влаги при использовании плазменной резки.

4. Техническое обслуживание ваших сварочных аппаратов и плазменных резаков имеет решающее значение

Помимо очистки вашего оборудования и рабочей зоны после каждой операции, важно поддерживать эти инструменты в идеальном состоянии. Проверьте газовые баллоны, оцените электрические соединения и замените изношенные детали. Регулярное техническое обслуживание продлевает срок службы вашего сварочного аппарата/плазменного резака, позволяя вам использовать такое оборудование в течение многих лет. Кроме того, проверка ваших электроинструментов помогает повысить их эффективность. Свариваемая поверхность всегда должна содержаться в чистоте, чтобы избежать возможных ошибок во время сварки.

Процедуры сварки и плазменной резки значительно улучшились, обеспечивая лучшие результаты в современную эпоху.

Связанное чтение: 2 типа сварочных шлемов, которые необходимо учитывать

В плазменной дуге многое происходит от ее образования на поверхности электрода до заготовки. Среди многих других факторов плазмообразующий газ и окружающий его защитный материал, будь то газ или жидкость, играют важную роль в качестве окончательного реза.

Высококачественный срез характеризуется малым углом скоса (в идеале от 0 до 1 градуса), отсутствием окалины на дне, закруглением верхней кромки, минимальной зоной термического влияния (ЗТВ) и гладкой поверхностью среза. На гладкость кромки реза может влиять стабильность столба плазменной дуги, отчасти из-за конструкции резака, а также точность стола для резки или робота.

Кроме того, оптимальный разрез качество требует надлежащей высоты резака для получения минимального угла скоса.

Все варианты плазменной резки имеют оптимальное окно скорости резки, обеспечивающее резку без окалины. Если резак движется быстрее, угол скоса увеличивается, что в конечном итоге приводит к образованию высокоскоростной окалины, которая прилипает к нижней части разреза, и ее трудно стачивать. Если горелка движется слишком медленно, в процессе образуется низкоскоростная окалина, которая становится густой, пористой и ее легче удалить. Но медленный скорость также нагревает материал больше, чем необходимо, что приводит к увеличению ЗТВ и закруглению верхней кромки.

Любая грубая или химически загрязненная кромка реза может создать проблемы для сварщика. Чтобы обеспечить целостность сварного шва, ему, возможно, придется рассмотреть другие процедуры, такие как шлифовка; альтернативный присадочный металл; или изменение скорости движения. Обширная шлифовка может привести к получению поверхности, готовой к дуговой сварке металлическим электродом с коротким замыканием, но без такой шлифовки режим переноса может быть проблематичным, поскольку он позволяет жидкость сварочной ванны быстро замерзает и, возможно, улавливает загрязняющие вещества, такие как азот.

Сварочные процессы, которые создают более медленно замерзающую сварочную ванну, такие как дуговая сварка под флюсом или дуговая сварка с флюсовой сердцевиной, позволяют выделять больше загрязняющих веществ.

Выбор наилучшего газа для резки

В 1970-х годах плазменная резка листов из углеродистой стали с комбинацией азота и воды была предпочтительнее кислородной плазменной резки из-за ее надежности и универсальности. По сути, закачка азота и воды может резать любой металл. Загрязненная азотом поверхность разреза, вредная для последующей сварки, просто считалась компромиссом в пользу повышенной скорости плазменного процесса и наилучшего жизнеспособного решение в то время.

Тем не менее, время, затрачиваемое на обширную подготовку к сварке, легко может свести на нет любые выгоды, полученные от более быстрой плазменной резки. Иными словами, не имеет значения, насколько быстро плазменная резка, если полученная поверхность разреза не может быть эффективно сварена. Однако произошли значительные прорывы в кислородно-плазменной резке, настолько важные, что сегодня это предпочтительный процесс при работе с углеродом. сталь.

Углеродистая сталь: почему лучше использовать кислород

При резке углеродистой стали азотной плазмой азот поглощается поверхностью реза основного металла; точно так же при резке кислородной плазмой остается кислород. Азот, однако, химически менее активен, чем кислород. Кислород легче вступает в реакцию с рядом элементов, таких как кремний, алюминий и марганец, которые можно подавать в зону сварки через легирующие элементы в наполнители, защитный газ или флюсы. Таким образом, азот с большей вероятностью останется в зоне сварки. Это может привести к островкам нитридов на границе зерен, а также к пористости в сварном шве, что делает необходимой дополнительную подготовку поверхностей реза механическими средствами, такими как шлифовка или механическая обработка.

Плазменная резка углеродистой стали цеховым воздухом может быть еще хуже для сварки. Согласно исследованиям, синергия возникает в сильно нагретой плазменной дуге между молекулами кислорода и азота в окружающем воздухе.

1 Было обнаружено, что воздушная плазма увеличивает поглощение азота поверхностью реза при одновременном снижении содержания железа в стали в ЗТВ, потенциально оставляя поверхность реза более подверженной трещинам. Деньги, сэкономленные за счет использования заводского воздуха, могут оказаться неактуальными, если принять во внимание дополнительное время, необходимое для подготовки поверхности реза к сварке, и вероятность образования неоднородностей на поверхности, которые могут привести к изменению механических свойств сварного шва.

Кислородно-плазменная резка углеродистой стали приводит к лучшему качеству резки: более высокая скорость, меньшие углы скоса (прямоугольность), меньшая шероховатость поверхности реза, большее окно без окалины, более тонкая ЗТВ и более благоприятная для сварки поверхность реза, которая может снизить количество дефектов, наносящих ущерб конструкции.

В дополнение к резкому снижению содержания нитридов на поверхности реза кислород также уменьшает образование окалины, которая прилипает к материалу во время резки.

Работая с углеродистой сталью, кислород экзотермически реагирует с железом в жидком металле, создавая оксид железа. Реакция высвобождает дополнительную энергию, которая делает жидкий металл еще более горячим и менее вязким. Это облегчает удаление жидкого металла плазменная струя, оставляющая чистую кромку реза без окалины на дне.

Когда работает азот: нержавеющая сталь и алюминий

Это не означает, что азотная плазма никогда не работает. Металлы, не содержащие железа, такие как алюминий, или нереакционноспособные сплавы железа, такие как нержавеющая сталь, не получают преимуществ от кислородно-плазменной резки. Для алюминия газообразный кислород может привести к образованию тяжелых оксидов в разрезе.

При отсутствии реакции железо-кислород плазменная резка этих металлов основана исключительно на передаче тепла от плазменной дуги к изделию. С этими материалами хорошо себя зарекомендовал аргонно-водородный плазмообразующий газ, поскольку он обладает высокой теплопроводностью.

Лучшая теплопроводность означает, что больше тепла может передаваться от дуги к металлу. Обычная смесь h45 содержит 35 процентов водорода по объему. Чтобы ограничить поступление тепла в тонкие материалы, смесь может иметь содержание водорода всего 5 процентов по объему.

Поскольку теплопроводность аргонно-водородной дуги выше, дуга теряет больше тепла, что заставляет плазменную дугу сжиматься, повышая температуру ядра для противодействия потерям энергии. Конечно, для поддержания такой дуги требуется более высокая мощность.

Но аргон-водород не единственная альтернатива для резки алюминия и нержавеющей стали. При правильной конструкции горелки впрыск азота и воды, менее дорогой, чем другие газы, может хорошо работать при плазменной резке алюминия и нержавеющей стали для последующей сварки.

В процессе используется электрод, окруженный азотом, который нагревается электрической дугой для образования плазмы. Образовавшаяся плазменная дуга выходит из сопла, и на него падает радиальный водяной экран. На границе раздела плазмы и воды образуется паровая завеса, которая экранирует плазму от атмосферы и охлаждает периметр плазмы. Это уменьшает диаметр плазменного факела и концентрирует энергию в направлении внутреннее ядро ​​плазмы, используя тот же механизм, который был объяснен ранее для h45. Горячее внутреннее ядро ​​эффективно сжижает и выбрасывает расплавленный металл через срезанное дно (см. 9).0009 Рисунок 1 ).

Недавнее исследование протестировало 1/4-дюйм. нержавеющая сталь 304 и алюминий 5052-х3.

2 Исследование включало плазменную резку каждого из этих металлов с помощью комбинации азот-вода (N ₂ /H ₂ O), а затем их автогенную (без использования присадочного металла) сварку вольфрамово-дуговым процессом (см. Рисунок 2 и Рисунок 3 ). Были проведены механические и металлургические испытания. сварных соединений, в том числе на растяжение и изгиб. После резки содержание азота на обработанных поверхностях измеряли с помощью сканирующего шнекового микроанализа (SAM). В гранях среза включений азота практически не обнаружено.

Два фактора в азотно-водной плазменной резке могут способствовать получению таких гладких резов. Во-первых, процесс очень быстрый; во-вторых, край плазмы относительно холодный по сравнению с обычными плазменными струями из-за воды, которая обладает эффектом гашения, что приводит к очень узкой ЗТВ в основном металле.

Более высокая плотность, лучшая резка

Целью плазменной резки, как и лазерной, является достижение максимально возможной плотности энергии для эффективного проникновения в пластину. Общие для всех плазменных процессов сужение и стабилизация достигаются малым диаметром сопла в сочетании с вихревым движением плазмообразующего газа. В зависимости от варианта процесса дальнейшее сжатие может быть достигнуто с использованием воды в качестве экранирующий материал.

Для сужения и стабилизации дуги можно использовать другие механизмы, например, материалы с высокой теплопроводностью для сопла для отвода тепла, излучаемого суженной дугой, или даже сильные магнитные поля.