Плазменная и микроплазменная сварка Сущность и технологические возможности сжатой дуги Ю.А.Дементьев Краевое государственное образовательное учреждение начального профессионального образования «Профессиональное училище 46»

Плазменной называют сварку сжатой дугой. Столб дуги помещают в узкий канал, который ограничивает его расширение. Устройства для получения сжатой дуги называют плазмотронами (рис. 113). Простейший плазмотрон состоит из изолятора 1, неплавящегося электрода 2 и медного охлаждаемого водой сопла 3. Рис Схемы дуговых плазмотронов прямого (а) и косвенного(б) действия:1 - изолятор; 2 - электрод; 3 - сопло; 4 - обрабатываемая деталь; 5 - сварочная дуга

В сопло тангенциально (по ка­сательной к его цилиндрической поверхности) или аксиально (вдоль оси электрода) подают плазмообразующий инертный, нейтральный или содержащий кислород газ, который в столбе дуги нагревается до высокой температуры. Плазмотроны могут работать на постоянном или переменном токе. Различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В плазмотронах косвенного действия дуга горит между электродом и соплом. Их применяют при обработке неэлектропроводных материалов и в каче­стве нагревателей газа. Для сварки и резки чаще применяют плазмотроны прямого действия. В них дуга горит между электродом и обрабатываемым изделием.

Расстояние между ними в плазмотроне больше, чем при сварке горелками для свободной дуги, поэтому сжатую дугу зажигают в две стадии. После подачи в плазмотрон газа зажигают вспомогательную (дежурную) дугу между электродом и соплом плазмотрона искровым разрядом от осциллятора или замыкая промежуток электрод -сопло графитовым стержнем, хотя последнее и повышает износ электрода и сопла. Дежурную дугу питают от отдельного маломощного источника или от основного источника через ограничивающее сопротив­ление, чтобы ограничить ее ток и уменьшить износ сопла.

Под действием газа дежурная дуга образует струю плазмы небольшой мощности. При ее соприкосновении с деталью зажигается рабочая дуга. Если в цепь детали включить контактор, то рабочую дугу можно зажигать в нужный момент времени. После зажигания рабочей дуги дежурная при автоматической сварке может отключаться. Для ручной сварки лучше, если дежурная дуга горит постоянно.

Столб сжатой дуги состоит из досоплового участка I, участка сжатия II и открытого участка III (рис. 114). Если сжатая дуга используется для резки, у ее столба появляется и четвертый участок - в полости реза.

Плазмообразующий газ, попадая в дугу, проникает в ее столб и, проходя вдоль канала, нагревается. Плотность газа уменьшается, возрастает его объем. Поэтому резко увеличивается скорость газа по мере его движения вдоль канала. Она достигает максимума на выходе из сопла. Нагретый в дуге газ, сталкиваясь с поверхностью свариваемой детали, нагревает и оплавляет ее. Под давлением газа расплавленный металл раздвигается, тепло передается непосредственно твердому металлу дна сварочной ванны. Поэтому эффективная тепловая мощность примерно в два раза выше, чем у свободной дуги.

Меняя расход газа и диаметр канала сопла, можно изменять давление струи плазмы, а также плотность теплового потока, передаваемого от дуги к детали. Это основные технологические преимущества сжатой дуги, позволяющие регулировать размеры и форму сварочной ванны. В сжатой дуге достигается более высокая плотность теплового потока, особенно при малой мощности дуги. Это позволяет получать узкие швы с малой шириной зоны термического влияния и увеличивать скорость сварки.

В качестве плазмообразующих газов используют аргон, гелий, углекислый газ, воздух, кислород, азот, водород и смеси газов. При сварке в большинстве случаев используют аргон. Он имеет хорошие защитные свойства и обеспечивает высокую стойкость электрода. Теплоемкость и теплопроводность аргона низкие, поэтому дуга в нем имеет самое низкое напряжение, что удобно при ручной сварке.

На практике чаще применяют дугу прямой полярности, обеспечивающую более высокую стойкость неплавящегося электрода. Кроме того, такая дуга передает детали наибольшую мощность, ею сваривают высоколегированные стали, титановые сплавы, медь. При сварке алюминиевых сплавов сжатая дуга прямой полярности не используется, так как не обеспечивает разрушения тугоплавкой окисной пленки. Хорошо разрушается пленка окиси алюминия при сварке аргоновой сжатой дугой на обратной полярности, однако при этом низка тепловая эффективность.

Разновидностью дуги переменного тока является трехфазная дуга. Для трехфазной сжатой дуги (рис. 115) устанавливаются два неплавящихся электрода. Дежурной дугой служит дуга между этими электродами, а сопло остается электрически нейтральным. Дежурная дуга питается от фаз основного источника питания.

Преимущество трехфазной сжатой дуги Для ограничения силы тока дежурной дуги не требуется никаких специальных устройств. Уменьшается диаметр электродов что позволяет уменьшить габариты и массу плазмотрона, что важно для ручной сварки. Повышается стабильность повторных зажиганий в моменты перемены полярности. По устойчивости трехфазная дуга близка к дуге постоянного тока.

Для работы в инертных газах (аргон, азот ) применяют катоды из вольфрама. Они выполняются в виде ; фиксируется цанговым зажимом, закрепленным в электродном узле плазмотрона, или в виде медной державки с заделанным в нее стержнем вольфрама (рис. 117).

Требования к материалу изолятора плазмотрона Он должен обладать высокой электрической прочностью, поскольку дежурная дуга возбуждается с помощью высоковольтного высокочастотного разряда осциллятора высокой механической прочностью, так как изолятор часто выполняет функции несущей конструкции, на которой крепятся остальные узлы плазмотрона термостойкостью, так как отдельные его части подвержены действию теплового и светового излучения герметичностью, поскольку через изолятор проходят коммуникации плазмообразующего газа и охлаждения возможностью обработки обычным режущим инструментом