Принцип работы плазменной сварки: Плазменная сварка принцип работы

Содержание

Плазменная сварка принцип работы

Плазменная сварка, принцип работы которой описан ниже, применяется для сваривания металлов любой температуры плавления, хотя рекомендовано использовать технологию для работы с тугоплавкими сплавами. Один и тот же аппарат успешно справляется как со свариванием, так и с резкой, поэтому это достаточно универсальный инструмент и технология, благодаря чему она и получила широкое распространения в промышленности и бытовых условиях.

Принцип работы плазменной сварки основан на локальном разогреве металла потоком плазмы, которая генерируется в плазмотроне. Плазма представляет собой ионизированный газ, который под давлением выбрасывается через сопло плазмотрона. В этом газе содержаться заряженные частицы, которые отличаются способностью проводить электрический ток. Процесс ионизации газа производится непосредственно в плазмотроне под воздействием сжатой электрической дуги высокой мощности.

Температура генерируемой плазмы находится в пределах от 5 000 — 30 000 градусов по шкале Цельсия, чего достаточно, чтобы расплавить любой тугоплавкий металл.

Важно отметить, что на «выходе», обычный, бытовой плазменный аппарат способен выдать до 7 000 градусов Цельсия. При соблюдении ряда технологических требований и создании должных условий, с помощью плазмы возможно сваривание металлических и не металлических деталей.

Не смотря на внушительные характеристики, приведенные выше, плазменная сварка, принцип работы которой не сложен, достаточно проста в устройстве и обслуживании. Как упоминалось выше, в этой технологии применяется направленная плазменная дуга, генерируемая подаваемым электрическим током требуемой сил (А). В свою очередь плазменная дуга образуется из так называемой «дежурной» (обычной). Основными характеристиками установки является следующие три качества:

Минимальный диаметр плазменной струи;
Высокая мощность;
Высокие рабочие температуры.

Перечисленные характеристики вносят свои корректировки и в саму конструкцию, что вполне логично (можно читать и наоборот). Для достижения описанных выше характеристик, обязательным образом выполняются следующие условия:

Интенсивное охлаждение стенок плазмотрона производится непрерывно;
Используется не плавящийся вольфрамовый электрод, производимый с присадками тория;
Обязательно организуется защита электрода путем подачи инертного газа (аргона).

Плазменная сварка принцип работы или как с ней работать?

Плазменная сварка принцип работы которой заключается в следующих действиях, имеет высокую производительность и качество сварных соединений. Итак, вот основополагающие принципы сваривания металлов плазменной сваркой:

сварочный аппарат передает ток в плазмотрон, где возбуждается дуга. Затем подводится газ, образующий плазму. Газ нагревается дугой и ионизируется. Этот газ состоит из заряженных ионов и электронов, а также нейтральных молекул и атомов;

получается плазма, которая вырывается из горелки со скоростью более 2000 км/ч. Она имеет температуру 10000⁰С;
сжатие плазменной дуги происходит устройством плазмотрона, которое охлаждается водой;
после этого необходимо взять присадочную проволоку, одеть средства защиты и подвести сопло горелки к стыку детали на расстоянии 5 мм. Горелку держать под углом 70<sup>0</sup>;
поверхность нагревать до расплавления на стыке и образования сварной ванны. Для качественной сварки необходимо поддерживать одно расстояние между соплом и стыком детали. Выбрать скорость перемещения горелки такой, при которой не будет происходить выдувания металла. При необходимости используется присадочная проволока.

Такая технология плазменной сварки металла позволяет качественно производить соединение деталей с наименьшими затратами времени, энергии и ресурсов. Процесс практически аналогичен и для использования этой технологии как на производстве, так и в бытовых условиях.

Принцип работы и оборудование для плазменной сварки

Плазменной сваркой называют процесс плавления, в котором используется сжатая дуга для нагрева. Дуга считается сжатой, когда ее столб сжимается потоком газов для сварки (азота, аргона) либо соплом горелки, используемой в плазменно-дуговой сварке. Под плазмой подразумевается газ, наполненный разнородно заряженными атомами с нулевым суммарным зарядом.

Плазма образуется внутри сопла, обжимаясь в нем образующим плазму газом и охлаждаемыми водой стенками и стабилизируясь. Это способствует образованию концентрированного столба дуги со значительным увеличением числа ударений друг с другом частиц плазмы. Одновременно сильно повышаются температура столба дуги со степенью ионизации, а также плазменная кинетическая энергия, используемая в аппаратах плазменной резки и сварки. Горелка, называемая еще плазмотроном, представляет собой приспособление, предназначенное для образования направленного потока плазмы. Он, обладая значительным запасом энергии, способен перемещаться со значительной скоростью.

Дуги со струями в плазменной сварке металла получают с помощью устройств с различными схемами. Дуга плазмы получается от совмещения канала с соплом, причем обрабатываемый материал служит одним из электродов, а столб дуги совмещен со струей плазмы. Разряд дуги, получаемый между электродами, создает струю плазмы. В качестве одного из электродов могут выступать как само изделие, так и стены канала с раздельным соплом.

Сущность технологии плазменной сварки

В основе принципа работы плазменной сварки лежит образование посредством осциллятора плазменной дуги. Чтобы облегчить эту операцию пользуются обычной дугой, имеющейся между электродом и горелкой. Питает дугу, образующую плазму, источник сварочного тока. Аппараты плазменной сварки работают на токах с прямой полярностью.

С использованием плазменной, то есть сжатой, дуги проводят сварку почти любых металлов в соединениях всех пространственных положений. В виде газа, образующего плазму, в установках плазменной сварки служат аргон с гелием, они же применяются и в качестве защиты. К достоинствам этой сварки относят большую эффективность с незначительной чувствительностью к изменениям длины дуги, а также способность к удалению вольфрамовых частиц из металла шва. При этом возможно без скоса кромок сваривание металлов толще 15 мм с особым грибовидным проваром. Эта особенность объяснима получением в основном материале отверстия, проходящего насквозь. В него возможен выход плазменной струи с переходом на обратную часть детали. В сущности, вся процедура является прорезанием детали с последующей заваркой разреза.

Плазменной сварке и резке доступны многие соединения. Например, стыковые – с металлом толщиной около 2 мм варят с проведением отбортовки кромок, а при работе с заготовками большей толщины (около 10 мм) рекомендован скос кромок. Когда это необходимо, применяют добавочный металл. Сварка металлических деталей с толще 25 мм требует разделки кромок с ее углом и глубиной намного меньшими, чем в случае использования аргонодуговой сваркие. Благодаря этому технология плазменной сварки позволяет снизить в несколько раз количество используемого присадочного материала. Он вводится в плазменную струю по краю сварочной ванны. Самым большим числом достоинств обладает сварка сжатой дугой для работы с листовым металлом без разделывания кромок и пользования присадочным материалом.

Характеристики плазменной сварки должны позволять соединение толстолистных материалов в несколько проходов без сквозного проплавления. С этой целью при укладке второго и последующих слоев металла требуется регулировка силового воздействия плазменной струи, чтобы не был вытеснен расплавляемый металл из сварочной ванны. Делается это путем изменения уровня потребления плазмообразующих газов.

Характеристики оборудования для плазменной сварки

Основная часть сварочных работ с металлами и сплавами малой толщины (около миллиметра) также ведется плазменной сваркой. Применение прочих видов сварки для этих случаев не всегда доступно из-за ряда причин, кроющихся в эксплуатации, технологии либо конструкции изделия. А оборудование для плазменной сварки, использующее большие токи, формирует посредством плазмотрона дугу, обладающую намного устойчивостью в пространстве большей, чем просто горящая дуга. Причем разделение в подаче газов (защитного и плазмообразующего) способствует применению для сварки разнообразных газовых смесей.

Такое устройство плазменной сварки благодаря наличию сжатой дуги идеально в соединении тонколистных материалов. Этим обусловлено возникновение по сути отдельного метода соединения деталей – микроплазменной сварки для особенно тонких металлических материалов, осуществляемой посредством малоамперной сжатой дуги. Используемая для этого в виде концентрированного источника тепла сжатая дуга называется микроплазмой. Она возбуждается особыми горелками – плазмотронами. Применение такой дуги способствует надежности операции сварки даже на самом небольшом токе, это позволяет варить достаточно тонкий металл, что невозможно сделать посредством аргонодуговой сварки.

Для работ с тугоплавкими либо химически активными металлами сварочные аппараты плазменной сварки позволяют вести сварочные работы в вакууме. Они обеспечивают высокое качество сварки материала толще 1 мм. Такая возможность существует из-за сжатия дуги с низким давлением на токе больше 80 А. Ее импульсное питание способствует уменьшению обычных сварочных токов с сохранением значительной частоты импульсов. Возможности импульсного режима позволяют вести регулировку в большом диапазоне не только тока, но и мощности плазменной дуги с низким давлением. Все это позволят варить очень тонкий металл.

Аппараты плазменной сварки, ценой ненамного отличающиеся от прочего оборудования, широко используются при сварке и резке тонколистного металла: сталей (нержавеющей и углеродистой), химически активных либо цветных металлов с их сплавами. Микроплазма также активно применяется в сварке и пайке тонких сеток, неметаллических изделий и фольги.

Процесс плазменно-дуговой сварки – принцип, основные части, работа, преимущества и недостатки с приложением

Плазменно-дуговая сварка (PAW) и процесс резки были изобретены Робертом М. Гейджем в 1953 г. и запатентованы в 1957 г. Этот процесс был уникальным, поскольку он может выполнять точную резку как толстого, так и тонкого металла. Он также может наносить затвердевающий металл распылением на другие металлы.

Принцип работы

PAW представляет собой процесс, при котором коалесценция производится за счет тепла, выделяемого специальной установкой между электродом из вольфрамового сплава и соплом с водяным охлаждением (непереносимая дуга) или между электродом из вольфрамового сплава и изделием ( переданный АРК).
В этом процессе используются два разных газа для двух разных целей –

Один газ используется для формирования плазмы Дуги.
Второй газ используется для защиты плазмы дуги.

Основное оборудование:

Источник изображения

Источник питания: Источник постоянного тока с падающими характеристиками и напряжением холостого хода 70 вольт или выше очень подходит для плазменной дуговой сварки.

Типовые параметры сварки:
Ток: 50–350 А
Напряжение: 27–31 В
Расход газа: 2–40 л/мин

Высокочастотный генератор и токоограничивающие резисторы: Оба они используются для зажигания дуги.
Плазменная горелка: Горелка имеет электрод и систему водяного охлаждения, которая продлевает срок службы сопла и электрода от расплавления из-за чрезмерного выделения тепла во время сварки.
Крепление: Необходимо исключить атмосферное загрязнение расплавленного металла под валиком.
Защитный газ: Инертный газ, аргон, гелий или их смесь, используется для защиты области дуги от атмосферы. Аргон более распространен, потому что он тяжелее и обеспечивает лучшую защиту при более низких скоростях потока.

Читайте также:

Сварка сопротивлением – принцип, работа и применение
Типы сварочных электродов
Что такое дефекты сварки – виды, причины и способы устранения?

Рабочая концепция дуговой плазменной сварки:

Процесс основан на ионизации газа. когда газ ионизируется, он может проводить электричество. Газ используется для передачи электрической дуги на свариваемую деталь. Газ может быть аргоном плюс вторичный газ гелий, который защищает ванну дуговой сварки.

Рабочий процесс:

Процесс плазменной дуговой сварки обычно сравнивают с процессом дуговой сварки вольфрамовым электродом:

Плазменная горелка содержит электрод из вольфрама, закрепленный в сопле из меди. Дуга зажигается между электродом и концом сопла. Затем дуга или пламя переносятся на свариваемый материал.
Небольшое отверстие заставляет газ проходить через суженное отверстие или отверстие. Это концентрирует тепло на меньшей площади. Эта способность позволяет сварщику производить очень качественный сварной шов.
В результате получается процесс, обеспечивающий более высокую скорость сварки, меньшую деформацию, более однородные сварные швы, меньшее количество брызг и больший контроль над зоной сварки.

Процесс плазменной сварки имеет два различных режима:

Режим дуги без переноса: В режиме дуги без переноса ток течет от электрода внутри горелки к соплу с отверстием и обратно к источнику питания. Используется для плазменного напыления.
Режим переноса дуги : В режиме переноса дуги ток передается от вольфрамового электрода внутри сварочной горелки через отверстие к заготовке и обратно к источнику питания. Используется при сварке металлов.

Читайте также:

Как работает процесс термитной сварки?
Типы сварочных процессов – каждый должен знать
Разница между сваркой MIG и TIG

Для лучшего понимания посмотрите видео ниже:

Преимущества:

Узкое отверстие или отверстие дает вам больше концентрированного тепла на меньшей площади.
Более устойчив и не отклоняется от основного металла.
Плазменно-дуговая сварка обеспечивает более глубокое проплавление и обеспечивает сварной шов.
Обеспечивает высокоскоростную сварку.
Меньшая деформация основных металлов.
Больше контроля на небольших участках сварки.

Недостатки:

Требуется замена отверстия.
Это оборудование очень дорогое.
Человеку нужно больше навыков для использования PAW.
Сопло расплавляется, поэтому его необходимо часто менять.

Применение:

Используется в производстве труб (стальных труб)
Используется для сварки мелких деталей из металла.
Используется для стыкового соединения стеновых труб.
Используется в тонких электронных чипах и медицинских установках.

Если вы считаете эту статью информативной, не забудьте поделиться ею на Facebook и Google+. В случае, если вы обнаружите, что чего-то не хватает в этой теме, вы можете сообщить нам об этом в своих ценных комментариях.

Типы, детали, работа и применение [PDF]

В этой статье вы узнаете что такое плазменная дуговая сварка ? и его принцип работы , оборудование, типы, области применения, преимущества и многое другое. Также вы можете скачать PDF-файл этого поста в конце.

Что такое

Плазменная дуговая сварка ?

Плазменно-дуговая сварка — это процесс дуговой сварки с использованием тепла, выделяемого сжатой дугой между вольфрамовым неплавящимся электродом и другим изделием (процесс дуги с переносом) или сужающего сопла с водяным охлаждением (процесс дуги без переноса).

Плазма представляет собой газовую смесь положительных ионов, электронов и молекул нейтрального газа. Процесс переноса дуги создает плазменные струи с высокой плотностью энергии и может использоваться для высокоскоростной сварки и резки керамики, медных сплавов, сталей, алюминия, никелевых и титановых сплавов.

В процессе дугового разряда без переноса образуется плазма с относительно низкой плотностью энергии. Применяется для сварки и плазменного напыления (покрытия) различных металлов. Поскольку заготовка при плазменно-дуговой сварке без переноса не является частью электрической цепи, плазменная горелка может перемещаться от одной заготовки к другой без гашения дуги.

Принцип работы плазменно-дуговой сварки

PAW работает по принципу , когда любому инертному газу передается достаточное количество энергии, некоторые из его электронов высвобождаются из ядра, но путешествуют вместе с ним.

После движения электронов атомы переходят в горячее ионизированное состояние. Это наиболее распространенное состояние вещества, известное как четвертое состояние материи.

Эти ионизированные атомы имеют высокие температуры, которые используются для соединения двух пластин. Это основной принцип PAW. Эта сварка представляет собой форму сварки TIG, при которой для создания дуги используется неплавящийся вольфрамовый электрод.