Все о сварке

Микроплазменная сварка


Плазменная и микроплазменная сварка

Плазменная и микроплазменная сварка

Плазменная сварка — это та же сварка плавлением. Здесь действует тоже электрическая дуга. Но это уже сжатая дуга, которую позволяет получить специальная горелка, плазмотрон. Плазмотрон позволяет получить сжатую дугу с температурой до 30000°С.

Сущность метода

1 - вольфрамовый электрод - катод; 2 - канал сопла; 3 - столб дуги; 4 - поток плазмы

Подробная иллюстрация плазменной сварки

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 (квадрат, ной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстий сопла.

Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минуя на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки.. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторый случаях и более высоким; для питания плазматрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях, В качестве плазмообразующего газа используют аргон или гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1-10 А.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

1 - Вольфрамовый электрод; 2 - канал для подачи плазмообразующего газа; 3 - канал для подачи защитного газа; 4 - керамическое сопло; 5 - сопло плазмообразующего канала; 6 - присадочная проволока; 7 - свариваемые детали; П - плазмообразующий газ; З - защитный газ.

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

Микроплазменная сварка

Сварка деталей малых толщин (5 - 0.2 мм) является сложной задачей при использований многих других методов сварки плавлением.

Малоамперная плазменная дуга, сформированная специальным плазмотроном с вольфрамовым электродом, имеет конусообразную форму с вершиной, обращенной к изделию. Такая форма ее обеспечивается конструктивными особенностями плазмотрона, правильным выбором плазмообразующего и защитного газов и их расходом. Наиболее часто в качестве плазмообразующего газа используется аргон. У нижнего среза сопла плазменная дуга существует только в струе аргона. По мере приближения к аноду (изделию) плазмообразующий и защитный газы перемешиваются и плазменная дуга горит уже в смеси этих газов. Чем ближе к аноду, тем больше в смеси содержится защитного газа. Если защитный газ имеет больший коэффициент теплопроводности, чем плазмообразующий, то степень сжатия дуги по мере приближения к аноду увеличивается, и она приобретает конусообразную форму (форму копья).

При правильно выбранном расходе плазмообразующего газа указанная форма малоамперной плазменной дуги образуется при использовании в качестве защитного газа аргоноводородной смеси (90% Аг + + 10% Н2), гелия, азота и углекислого газа. Если защитный газ аргон, то форма дуги цилиндрическая или слегка расширяющаяся в направлении к аноду. Такая же форма дуги сохраняется при ее существовании на токах больших 20 А, так как влияние защитного газа на сжатие дуги заметно ослабляется. Эффект сжатия дуги уменьшается и при увеличении расхода плазмообразующего газа более оптимального.

Особо тонкие металлы свариваются малоамперной дугой в импульсном режиме с формированием однополярных или разнополярных импульсов. Нагрев и плавление свариваемого металла происходит в течение импульса тока определенной длительности дугой прямой полярности. Во время паузы, когда ток в рабочей цепи питания плазменной дуги равен нулю, жидкий металл кристаллизуется и формируется сварная точка. Время импульса и паузы, а также скорость сварки выбираются таким образом, чтобы обеспечивалась определенная величина перекрытия кристаллизующихся точек.

Импульсная микроплазменная сварка значительно облегчает процесс получения качественного сварного соединения, поскольку позволяет таким образом подобрать амплитуду тока, длительности импульсов сварки и паузы, что прожоги свариваемого металла практически исключаются даже в случае остановки процесса или неравномерности его осуществления.

Разновидностью способа микроплазменной сварки в импульсном режиме является сварка разнополярными импульсами. В течение импульса тока прямой полярности свариваемым кромкам передается достаточное количество теплоты, которая обеспечивает их расплавление, образование сварочной ванны и, после ее кристаллизации, формирование сварной точки. В течение импульса тока обратной полярности в свариваемые кромки вводится меньшее количество теплоты, достаточное только для разрушения окисной пленки. За это время сварочная ванна охлаждается до полной или частичной кристаллизации. Следующий импульс тока прямой полярности создает сварную точку на определенном (в зависимости от скорости сварки) расстоянии от предыдущей. Перекрытие точек задается их размером и шагом.

Для сварки Al, Mg и их сплавов разработан процесс микроплазменной сварки на обратной полярности. Особенность способа состоит в том, что используются два источника питания. Один (ИП1) для непрерывного поддержания горения дежурной дуги между вольфрамовым электродом и медным соплом плазмотрона. Другой (ИП2) для питания основной дуги, горящей между медным соплом (анодом) и свариваемой деталью (катодом). Использование медного водоохлаждаемого сопла в качестве анода основной дуги позволяет исключать влияние тока обратной полярности основной дуги на вольфрамовый электрод, тем самым обеспечивается его высокая стойкость. Небольшой диаметр электрода обеспечивает устойчивое горение дежурной дуги на токах 2...5 А. При малых расходах плазмообразующего газа (0,2...0,8 л/мин) анодное пятно основной дуги размещается внутри канала сопла, а сжатие столба дуги на открытом ее участке и вблизи катода обеспечивается защитным газом, также как и при сварке на прямой полярности. Катодное пятно непрерывно блуждает по поверхности изделия и разрушает тугоплавкую оксидную пленку. Этот способ позволяет соединять AI и его сплавы толщиной в десятые и сотые доли миллиметра. Однако блуждание пятна приводит к получению широкого шва и большой зоны термического влияния.

В настоящее время успешно осуществляется микроплазменная сварка алюминия на переменном токе. При этом способе между соплом и электродом плазмотрона непрерывно горит дежурная дуга постоянного тока. При подаче на вольфрамовый электрод положительного относительно изделия полупериода напряжения, между ними формируется сжатая дуга обратной полярности с нестационарным катодным пятном, разрушающим оксидную пленку. Затем на вольфрамовый электрод плазмотрона поступает отрицательный относительно изделия полупери-

од напряжения. При этом генерируется сжатая дуга с большой плотностью энергии, достаточной для осуществления сварки металлов, имеющих на поверхности тугоплавкие окисные пленки. При этом, так как по вольфрамовому электроду проходит только ток прямой полярности, разрушения его не происходит. Возможность раздельной подачи тока прямой и обратной полярности на вольфрамовый электрод является важным технологическим достоинством данного способа микроплазменной сварки.

Микроплазменной сваркой наиболее технологично выполняются стыковые, отбортованные и торцовые соединения. Качество сварного шва зависит от правильности подготовки кромок под сварку, точности сборки и качества применяемой оснастки. Стыковые соединения рекомендуются при толщинах 5 = 0,3...2,0 мм. При 5

mirznanii.com

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ МИКРОПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ

МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

Микроплазменную сварку применяют в настоящее время прак­тически для всех металлов и сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов. Наибольшее распространение для изготовления тонкостенных сварных конструкций получили углеродистые н легированные стали. За ними следуют алюми­ний и алюминиевые сплавы. В последние годы в промышлен­ности широко используют также тонколистовую медь, никель, титан, тугоплавкие металлы и сплавы, а в некоторых случаях и благородные металлы.

Технология сварки различных металлов и сплавов во многом зависит от их физико-химических свойств. В настоящей главе приведены основные сведения о характерных особенностях и режимах сварки черных и цветных металлов. Техника сварки в каждом конкретном случае должна разрабатываться с учетом свойств данного металла или сплава, а также типов соедине­ний и конструкции изделия. При выборе технологии следует учитывать технические требования к качеству сварных сое­динений, наличие соответствующего оборудования и технологи­ческой оснастки.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКЕ МИКРОПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ

Сварное соединение, выполняемое микроплазменной сваркой, состоит из основного металла, металла околошовной зоны, зо­ны сплавления и шва. Исходя из конструкции изделия, шов при данном способе сварки можно получать только за счет пере­плавленного основного металла или за счет основного и допол­нительного (присадочного) металла. Размеры околошовнойзоны, прилегающей к шву и претерпевающей определенные структурные изменения вследствие нагрева и последующего ох­лаждения, при микроплазменной сварке обычно не превышают нескольких миллиметров. Зона сплавления, представляющая собой совокупность пограничных участков околошовной зоны и металла шва, в большинстве случаев при микроплазменной сварке практически пе обнаруживается.

Вследствие многообразия условий изготовления и эксплуа­тации изделий сварные соединения металлов малых толщин можно классифицировать по различным признакам. В зависи­мости от взаимного расположения свариваемых элементов при­меняют стыковые, угловые и нахлесточные соединения. Стыко­вые соединения сваривают, как правило, стыковыми швами. В угловых и нахлесточных соединениях при расплавлении сва­риваемых кромок образуются швы более сложной формы, отли­чающиеся от швов, получаемых при дуговой сварке металлов средних и больших толщин.

При микроплазменной сварке стыковые соединения (рис. 87, а) применяют для металлов толщиной 0,1—2,0 мм. Разделка свариваемых кромок для этих толщин не произво­дится. В случае необходимости сварки элементов различной толщины на более толстом из них выполняют скос кромок с одной или двух сторон до толщины меньшего элемента (рис. 87,6). В том случае, если разница в толщинах неболь­шая (не более чем в 2—3 раза), скос кромок не производят. Частым вариантом стыковых соединений металлов толщиной менее 0,2—0,3 мм являются соединения с отбортовкой кромок (рис. 87, в).

Сварку стыковых соединений осуществляют в прецизионных зажимных приспособлениях на технологических подкладках. При сварке легких металлов и сплавов толщиной 0,5—2,0 мм с использованием присадочной проволоки в подкладках преду­сматривают канавки овальной, прямоугольной или треугольной формы. Канавки служат для формирования обратной стороны шва. Ширина и глубина формирующей канавки в зависимости от толщины металла соответственно равны 2—3 и 0,2—0,5 мм. Металлы толщиной до 0,3 мм сваривают преимущественно на подкладках без формирующих канавок.

Качественное соединение легких металлов и сплавов тол­щиной 0,2—0,5 мм при сварке с присадочной проволокой может быть получено, если стыкуемые кромки соединяемых элемен­тов деформировать по форме канавки в подкладке с выводом торцов кромок в корень шва за пределы основного металла (рис. 87, г) [53]. По этой схеме в процессе сборки стыковых соединений производят предварительный изгиб свариваемых кромок по форме канавки в технологической подкладке, к кото­рой поджимают кромки свариваемых металлов. Сборку осу­ществляют с перекрытием кромок друг другом на величину (2—4)й. Образовавшееся углубление заплавляют в процессе сварки присадочной проволокой.

При оплавлении кромки верхнего листа образуется ванночка жидкого металла, которая, растекаясь, уплотняет зазор между свариваемыми кромками, что дает возможность производить сварку тонкого металла без прожогов. Предварительное форми­рование кромок по канавке позволяет вывести нахлесточное соединение за пределы плоскости основного металла. Последнее способствует удалению окисных пленок из рабочего сечения шва. При этом достигается стабильное сплавление обеих кро­мок. Введение дополнительной присадки обеспечивает качест­венные швы, толщина которых превышает толщину свариваемо­го металла. Варьируя количество присадочного металла и глу­бину канавки в технологической подкладке, можно получать усиление швов различной формы, в том числе заподлицо с ос­новным металлом.

Ориентировочные размеры стыковых швов на металлах тол­щиной 0,3, 0,5 и 1,5 мм приведены на рис. 88 [54, 55]. Основ­ными конструктивными элементами таких швов являются об­щая толщина шва, ширина провара в верхнем и нижнем осно­ваниях, величина проплава и высота усиления (ослабления).

При микроплазменной сварке стыковых соединений приме­няют односторонние швы, выполняемые обычно за один проход с полным проплавленисм кромок на всю толщину металла. Для обеспечения высококачественных соединений в некоторых случаях может предусматриваться также многократное ведение дуги вдоль шва с одной стороны. Параметры режимов каждого прохода при этом изменяются. Такие приемы используют, на­пример, для стыковых соединений кольцевых швов. Первый проход, выполняемый на малых токах, служит для прихватки соединяемых кромок. Следующим проходом добиваются пол­ного проплавлення кромок.

В угловых соединениях (рис. 89) угол между сопрягаемыми элементами может быть прямым, острым или тупым. Швы угло­вых соединений в зависимости от угла расположения детален по форме являются стыковыми и торцовыми. Угловые соеди­нения с тупым углом между сопрягаемыми элементами толщи­ной более 0,5 мм спаривают аналогично стыковым соединениям. Если толщина металла меньше 0,5 мм, соединяемые кромки - собирают впритык и выполняют сварку торцовым швом. Затем сваренные элементы разгибают на необходимый угол. Соеди­нения впритык (иногда их называют торцовыми или бортовыми соединениями) весьма распространены при микроплазменной сварке. Такие соединения для данного способа сварки наибо­лее технологичны, поскольку при их выполнении отпадает необ­ходимость применения присадочной проволоки и технологиче­ских подкладок.

Как известно, аргонодуговая сварка не всегда обеспечивает качественные торцовые соединения, особенно для металлов с тугоплавкими поверхностными окислами. Вследствие более вы­сокой концентрации энергии при микроплазменной сварке такого типа соединений достигается глубина проплавления, превышаю­щая толщину свариваемого металла. Это обстоятельство позво­ляет рекомендовать торцовые соединения для изделий, от кото­рых требуются высокая прочность и плотность. Торцовые соеди­нения выполняют, как правило, за один проход.

В нахлесточных соединениях при микроплазменной сварке предусматривают проплавление верхнего и нижнего листов на всю их глубину (рис. 90, а). Как и при других способах сварки плавлением, микроплазменной сваркой можно получать также

Рис. 88.

Размеры стыковых швов металла толщиной 0,3 (а), 0,5 (б) и 1,5 (в) мм.

Рис. 89.

Угловые соединения с прямым (а), острым (б)у тупым (с) углом и соединение виригык (г).

нахлесточные соединения с электрозаклепочными и шпоночными швами, заполняемыми присадочным металлом (рис. 90, б, в). Техника сварки тавровых соединений при микроплазменпом способе затруднена. Такие соединения следует заменять стыко­выми, угловыми или торцовыми.

Микроплазменную сварку применяют для нижних, верти­кальных, горизонтальных и потолочных швов (рис. 91). Естест­венно, технологически в большинстве случаев наиболее просто выполнять швы в нижнем положении. Однако, поскольку при микроплазменной сварке объем сварочной ванны небольшой, возникают благоприятные возможности получения качественных швов, расположенных в различных пространственных положе­ниях. Примером служит сварка неповоротных стыков трубо­проводов, ось которых занимает горизонтальное положение. Вследствие малого объема сварочной ванны силы поверхност­ного натяжения надежно удерживают жидкий металл от стека - иия, в том числе при сварке участков швов, расположенных в потолочном положении. Следует отметить, что выполнение потолочных и горизонтальных швов в значительной мере упро­щается при импульсной микроплазменной сварке.

Поскольку микроплазменную сварку применяют Для тонко­стенных, а в некоторых случаях и для миниатюрных изделий, к технике сборки и сварки соединений предъявляются повышен­ные требования. Резку листовых заготовок осуществляют на ручных и механических гильотинных ножницах, рабочие части которых тщательно очищены от загрязнений. Из-за малой тол­щины заготовок размечать их керном или чертилкой рекомен­дуется только для линий реза. Остальная разметка произво­дится карандашом. Кромки стыков тщательно очищают от поверхностных загрязнений. Рихтовку заготовок следует произ­водить деревянным молотком с плоским рабочим основанием.

Рис. 90.

Нахлесточные соединения G угловыми (а), точечными (б) и шпоночными (в) швами.

Рис. 91.

Типы швов в зависимости от пространственного положения:

а — нижниП,

б— вертикальный?

о — горизонтальный; a — потолочный.

В процессе сборки изделий для фиксации отдельных элемен - тов применяют прецизионную оснастку с соответствующими

удобными зажимными устройствами. При сборке без прихваток сборочные приспособления должны обеспечивать минимальные величины зазоров и превышений кромок. В случае протяжен­ных швов перед сваркой производят постановку прихваток длиной 3—5 мм. При сборке и сварке особо тонких заготовок (Ь находится в пре­делах G= —■= 0,5-=-10.

и

В общем случае процесс микроплазменной обработки состо­ит из ряда последовательных операций: возбуждения и поддер­жания горения дежурной и основной дуги; манипуляции горел­кой для придания шву требуемой формы; направления дуги ■и перемещения ее вдоль кромок; подачи присадочного мате­риала и прекращения процесса сварки. По степени механизации указанных операций различают ручную и автоматическую свар­ку. При ручной сварке все перечисленные операции выполняют без применения механизмов; при автоматической — с приме­нением механизмов перемещения горелки, подачи проволоки, корректировки и пр. Возможна также полуавтоматическая мик- роплазменная сварка, при которой присадочную проволоку на­правляют в зону сварки механизмом подачи, а перемещение горелки вдоль шва осуществляют вручную. Применяют микро - плазменную сварку с одной или несколькими горелками. Ис­пользование многодуговой сварки позволяет в несколько раз повысить производительность процесса и довести линейную скорость сварки до нескольких сот метров в час.

Условия работы сварных тонкостенных конструкций во мно­гих случаях характеризуются высокими давлениями, цикли­ческим характером нагрузок, значительными скоростями пере* мещения, повышенными и отрицательными температурами экс­плуатации. Обеспечение надежности и долговечности таких изделий зависит от свойств сварных соединений. Последние определяются качеством основного металла и технологических материалов (присадочной проволоки, защитных и плазмообра­зующих газов), состоянием сборочно-сварочного оборудования и оснастки, квалификацией сборщиков и сварщиков, правиль­ностью сборки деталей и соблюдением заданной технологии и техники сварки. При изготовлении изделий из металлов малых толщин большое значение имеют наличие простых и удобных способов выявления качества сварных соединений, а также возможность быстрым и надежным выборочным контро -

лем предупредить отклонения сварных швов от норм, которые снижают прочность, плотность, коррозионную стойкость, жаро­прочность и другие служебные характеристики сварных изделий, Для предупреждения образования дефектов в соединениях, выполненных микроплазменной сваркой, производят предвари­тельный контроль, контроль в процессе выполнения сварки (текущий контроль) и окончательный контроль готовой про­дукции. Внешний осмотр производят с помощью лупы с увели­чением от 2 до 10 раз. Он обязателен для всех швов и выпол­няется на всем их протяжении. При этом проверяют равномер­ность формирования швов, отсутствие наплывов, подрезов, про­жогов, наружных трещин и пор. Внешнему осмотру подвергают основной металл и исходные сварочные материалы, качество подготовки заготовок и сборки, сборочно-сварочные приспособ­ления и оборудование. Перед сборкой контролируют качество заготовок. Их размеры должны соответствовать требованиям чертежа, а шероховатость поверхности — требованиям техноло­гического процесса. В собранной конструкции определяют пере­косы, несовмещения кромок, величину зазоров, общие размеры узла, размеры и места расположения прихваток. Проверка при­способлений заключается в контроле базовых размеров, фикса­торов и крепежных деталей, а также состояния поверхности мест, соприкасающихся с изделием.

‘ Сварочное оборудование должно обеспечить точность и правильность установки и регулирования режимов сварки. В процессе сварки величину тока и напряжения контролируют амперметром и вольтметром, а в некоторых случаях и осцил­лографами. При окончательном контроле сварных изделий по­мимо внешнего осмотра и обмера швов применяют специаль­ные методы испытаний качества согласно техническим требо - ваниям на данное изделие.

*

Сварочные работы представляют собой определенную опасность, поскольку в процессе сварки велика вероятность отравления вредными газами. А так же различных повреждений глаз, связанных с инфракрасным, ультрафиолетовым и тепловыми излучениями. Для того, …

Плазменная резка для промышленности сейчас такое же привычное явление, как сотовый телефон в руках обычного человека. В нашем обзоре мы расскажем о двух разных моделях плазменных станков: Sato Satronik FB 3000 и Hezinger PlasmaCut Modell HPOV1530

Современные сварщики уже практически отказались от использования громоздких и неудобных сварочных трансформаторов в пользу более современных и технологичных сварочных инверторов. Давайте попытаемся разораться почему данные аппараты стали так популярны

msd.com.ua

Плазменная сварка металла. Микроплазменная сварка. Плазмотрон схема. | мтомд.инфо

Плазменная сварка — плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…200000С. Плазму получают в плазменных горелках (плазмотронах), пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводящих материалов, для напыления тугоплавких материалов.

Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.

Рисунок 1 — Плазмотрон схема

Работа плазмотрона в режиме: А — прямой полярности; Б — дуги косвенного действия (сопло 4 вы­полняет одновременно роль анода)

Принцип действия плазмотрона, питающаяся от источника 1, заключается в том, что дуга между электродом 2 и изделием 3 проходит через очень маленькое сопло 4. Именно проходя через сопло 4 плазмообразующий газ сжимает дугу. Защитное сопло 5 плазмотрона защищает зону горения от окружающего воздуха. Плазмообразующий и защитный газы проходят по двум независящим друг от друга каналам. В качестве плазмообразующего газа используют инертные газы (гелий, аргон) если речь идет о сварке изделий. Если же предполагается резка металлов, то основу плазмообразующего газа составляет очищенный от примесей воздух.

В зависимости от материала изделия плазменную сварку проводят на постоянном токе прямой полярно­сти или в импульсном режиме. Для этого плазмотрон со­единяют с источником питания 1 постоянного тока или источником питания, обеспечивающим импульсный ре­жим.

Микроплазменная сварка

Разновидностью плазменной сварки является микро­плазменная сварка. По конструкции это тот же плазмотрон, но меньших размеров. Микроплазменная сварка позволяет соединять различные материалы, сплавы, даже неметаллические изделия (пластмассы, диэлектрические материалы) вплоть до текстильных изделий. Устройство плазмотрона для микроплазменной сварки показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Плазмотрон для микроплазменной сварки

В корпусе 2 закреплен электрод 1 с помощью цанги 3. Корпус вставляется в верхний каркас 4. Сам каркас со­единен с нижним каркасом б через керамическую втул­ку 5. Вставленный во внутреннюю часть сопла 8 нако­нечник 7 соединен с нижним каркасом 6. Электрод 1 зажимается в цанге 3 с помощью гайки 9 и специальной втулки 11. Внутренняя конструкция плазмотрона заклю­чена в изолирующий корпус 10, который сверху закры­вается колпачком 12.

Для проведения плазменной и микроплазменной сварки в настоящее время применяются следующие ус­тановки: УПС-501, УПС-804 и УПС-301 для плазмен­ной сварки и установка А-1342 — для микроплазменной сварки.

Главный недостаток плазменной сварки – недолговечность горелок-плазмотронов.

www.mtomd.info

СПОСОБЫ МИКРОПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ

МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

1. СУЩНОСТЬ МИКРОПЛАЗМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Изложенные выше результаты исследования свидетельствуют о том, что изменением состава среды можно эффективно воздей­ствовать на энергетические характеристики дуги и создавать высококонцентрированные источники тепла. Они явились осно­вой ноьых способов термической обработки материалов малых толщин, в частности микроплазменной сварки как при нормаль­ном, так и при низком давлении. Большая потребность многих отраслей промышленности в получений высококачественных сварных соединений при изготовлении различных гонкостенных изделий и прецизионных конструкций открыла микроплазменной сварке широкие перспективы и определ-ила темпы ее развития.

Способ микроплазменной сварки на постоянном токе дугой прямой полярности был разработав в Швейцарии фирмами «Сешерон» и «Мессер — Грисхайм» в 1965 г. В этом же году оборудование по швейцарскому образцу было создано в Англии фирмой «Бристол аэроджет».

Другая английская фирма «Бритиш оксиджен корпорейшн» в 1968 г. сообщила о разработанной ею аппаратуре для микро­плазменной сварки. В эти же годы микроплазменная сварка на­чала применяться и во Франции. В США этот вид сварки впер­вые был внедрен фирмой «Линде» в 1966 г.

С 1966 г. плазменной сваркой металлов малых толщин (Ь < ] мм) занимаются в ЧССР, позже — в НРБ, ГДР и ПНР.

В Советском Союзе малоамперная сжатая дуга для сварки тонких материалов применялась в начале 60-х годов. Работы велись в основном в НИИАТе и в ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР. В ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР были начаты комплексные исследования по изучению физических процессов в малоамперной дуге, на основе которых были разработаны новые способы микроплазменной сварки металлов малых тол - шин, в том числе алюминия и его сплавов на переменном токе, а также других металлов и сплавов однополярными и разномо­лярными импульсами тока. Создана аппаратура и разработана технология микроплазменной сварки практически всех метал­лов и сплавов. Основные разработки института по данной про­блеме защищены патентами многих стран.

Основными недостатками малоамперной аргоновой дуги, за­трудняющими осуществление качественной сварки металлов малых толщин, являются низкая стабильность (во времени и в пространстве) дуги на малых токах и малая плотность тока в анодном пят. не. Повышение плотности тока путем правильного выбора защитного газа ведет к увеличению падения напряже­ния на дуге и к еще большему снижению устойчивости ее горе­ния. Кроме того, свободно горящая дуга с вольфрамовым като­дом не позволяет применять в качестве защитных сред химически активные газы, которые существенно повышают плот­ность тока в анодном пятне.

Работы по плазменной сварке на больших токах показали, то сжатая дуга, формируемая каналом плазмотрона, имеет значительно большую пространственную устойчивость, чем сво­бодно горящая, а раздельная подача плазмообразующего и защитного газов позволяет применять при сварке различные смеси газов, в том числе и обигащенные химически активными газами.

Указанные преимущества сжатой дуги приемлемы также и Дw7Я сварки металлив малых толщин (о< 1 мм), что обусло­вило появление по существу нового способа — микроплазменной сварки.

Сжатая дуга, используемая в качесіве концентрированного источника тепла, получила за рубежом название микроплазмы, что подчеркивало основное ее назначение: обработка тонких и особо тонких материалов.

Микроплазма формируется специальной горелкой — плазмо­троном. Использование различных защитных газов делает мик­роплазму высококонцентрированным дуговым источником теп­ла. Применение дежурной дуги обеспечивает устойчивость про­цесса даже при весьма малых токах, вплоть до /д « 0,1 А, что позволяет осуществлять сварку металлов таких малых толщин (о ~ 0,01 мм), которые недоступны при аргонодуговой сварке.

Сварка подавляющего большинства металлов производится в непрерывном или импульсном режиме дугой прямой поляр­ности, горящей между вольфрамовым электродом плазмотрона и изделием в струе плазмообразующего инертного газа, как правило, аргона.

Для предотвращения взаимодействия расплавленной ван­ночки жидкого металла и околошовной зоны с атмосферой по

2 в-247периферии дуги подают защитный газ: аргон, гелий, азот, угле - кислый газ, смеси аргона с водородом, аргона с гелием, аргона с азотом и другие смеси в зависимости от свойств свариваемого металла.

Раздельная подача плазмообразующего газа и защит­ного обусловливают отличительную особенность микроплаз­мы: ее прикатодная область существует в среде плазмо­образующего газа, а столб и прианодная область — пре­имущественно в среде защитного газа. Это обстоятельство позоляет управлять формой дуги и ее технологическими свойствами. Степень неоднородности газовой среды в раз­рядном промежутке зависит от соотношения расходов плаз­мообразующего и защитного газов, формы и геометри­ческих размеров сопел плазмотрона, а также теплофизических свойств газа. Правильный выбор защитного и плазмообразую­щего газов, их расходов, а также конструктивные особенности горелки обеспечивают конусообразную форму сжатой дуги с вершиной, обращенной к изделию (рис. 14), и высокую концент­рацию энергии на аноде. Такую форму дуги легко объяснить, исходя из изложенных выше результатов теоретических иссле­дований. У среза сопла плазма существует преимущественно в струе аргона. По мере приближении к аноду плазмообразую­щий и защитный газы все сильнее перемешиваются, и разряд горит уже в смеси этих газов. Чем ближе к аноду, тем больше процентное содержание защитного газа. Если при этом защит­ный газ имеет больший коэффициент теплопроводности, чем

Рис* 14*

Внешний вид дуги при микроплазменной свар­ке* Защитный газ —смесь 90% Аг + 10% На.

шіазмообразующий, то степень сжатия дуги по мере прибли­жения к аноду увеличивается.

Отмеченная форма дуги наблюдается в аргоно-водородной смеси, гелии, азоте, углекислом газе при правильно выбранном расходе плазмообразующего газа. Если защитным газом являет­ся аргон, форма дуги цилиндрическая «ли даже расходящаяся в направлении к изделию. Практически цилиндрическую фор­му приобретает дуга также на токах более 20 А, где, как пока­зали теоретические исследования, влияние среды на контраги - рован-ие дуги заметно ослабляется. В этом случае ее диаметр определяется в основном диаметром канала сопла. При боль­ших расходах плазмообразующего газа из зоны горения дуги оттесняется защитный газ и эффект фокусировки также ослаб­ляется.

Для получения качественных сварных соединений из особо тонких металлов (й < 0,2 мм) в ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР разработан способ импульсной микроплазменной сварки, сущность которого сводится к следующему. Нагрев и плавление металла осуществляются в течение импульса тока длительностью ти дугой прямой полярности. В промежуток вре­мени между импульсами (во время паузы тп) ванночка жидкого металла остывает, металл кристаллизуется и формируется свар­ная точка. Частота импульсов и скорость сварки выбираются так, чтобы обеспечить определенную величину перекрытия свар­ных точек. Таким образом, новая сварная точка формируется из непроплавленного и частично переплавленного металла. Под­бирая амплитуду и длительность импульса тока, а также дли­тельность паузы, можно исключить прожоги металла даже в случаях остановки плазменной горелки или неравномерности ее перемещения, характерной для ручной сварки. Импульсная микроплазменная сварка значительно облегчает процесс свар­ки и улучшает качество сварных соединений. Она позволяет получать качественные соединения из металлов и сплавов, со­держащих легко испаряющиеся химические элементы, сварка которых дугой постоянного тока всегда сопровождается значи­тельными трудностями. Импульсную микроилазменную сварку успешно применяют при изготовлении (герметизации) метал - лостеклянных изделий, корпусов полупроводниковых приборов и интегральных схем, где не допускается перегрев приборов.

Развитие сварочной техники связано с поиском новых сред для защиты ванночки расплавленного металла. Существующие защитные среды в некоторых случаях не удовлетворяют требо­ваниям современной техники. При сварке химически активных и тугоплавких металлов необходимо применять более эффек­тивные средства защиты с минимальным содержанием кисло­рода, азота, водорода и паров воды. Такой средой является тех - 2*

Глава вторая. Способы ^«яроплазменной сварки

нический вакуум, хорошие защитные свойства которого под­тверждены экспериментально при сварке активных и тугоплав­ких металлов.

Способ плазменной сварки в вакууме (10_J — 5 * I0-4 мм рт. ст.) обеспечивает хорошие качества неразъемных соединен ний металлов толщиной более 1 мм. Это достигается благодаря контрагированию дуги низкого давления, наблюдаемому на то* ках свыше 80 А. При снижении тока, что необходимо для свар­ки металлов толщиной менее 1 мм, качество формирования шва резко ухудшается, а при токах менее 50 А вести сварку без спе­циальных магнитных линз невозможно, так как при этом эф - фект замагниченности электронов собственным магнитным по­лем тока дуги уменьшается и столб дуги сильно расширяется.

Результаты исследований процесса контрагирования и энер­гетических характеристик импульсной дуги низкого давления позволили рекомендовать этот источник нагрева для сварки тонких металлов. Питание дуги импульсами тока дает возмож­ность уменьшить средний сварочный ток и при ампаитуде боль­ше 80 А сохранить высокую плотность (примерно 50 А/мм2) в течение всего импульса. Выбором параметров импульсною ре­жима (ампл-итуды тока, длительности импульсов, частоты и следования) можно регулировать в широком диапазоне средний ток (2,5—50 А) и мощность (0,1—2,5 кВт) дуги низкого давле­ния. При этом удается сваривать металл весьма малой толщи­ны (0,1—0,2 мм).

Применение прямонакального катода упрощает процесс воз­буждения и обеспечивает стабильное горение импульсной дуги на малых частотах следования импульсов тока вплоть до оди­ночных.

Импульсной дуюй прямой полярности можно сваривать различные химически активные металлы (титан, никель, молиб­ден, тантал), углеродистые и нержавеющие стали, цветные металлы и их сплавы и т. п.

Микроплазма прямого действия нашла широкое применение в промышленности для сварки и резки тонких металлов. В то же время для пайки, сварки фольги, а также резки фольги и тонких сеток часто требуется точная дозировка малых тепло­вых мощностей. Таким источником тепла может служить мик­роплазма косвенного действия. Ее преимуществом является также то, что она позволяет обрабатывать неметаллические ма­териалы. В этой связи микроплазма косвенного действия откры­вает интересные возмож-ности для решения ряда задач, напри­мер автоматического раскроя текстильных и других волокнист тых материалов.

Таким образом, микроплазма как высококонцентрироваштый источник тепла на прямой полярности в непрерывном и им­пульсном режиме применяется: для высококачественной сварки тонкостенных изделий и прецизионных конструкций из различ­ных черных и цветных металлов и их сплавов (сталь, никель, титан, молибден, ниобий, палладий, ковар, медь, латунь и др.)» для прецизионной наплавки и заварки микротрещин и микро - дефекюв ь готовых изделиях; для приварки проводов при изго­товлении различных электро - и радиотехнических устройств; для пайки, резки и других процессов термической обработки тонких материалов, требующих концентрированного источника тепла.

Сварочные работы представляют собой определенную опасность, поскольку в процессе сварки велика вероятность отравления вредными газами. А так же различных повреждений глаз, связанных с инфракрасным, ультрафиолетовым и тепловыми излучениями. Для того, …

Плазменная резка для промышленности сейчас такое же привычное явление, как сотовый телефон в руках обычного человека. В нашем обзоре мы расскажем о двух разных моделях плазменных станков: Sato Satronik FB 3000 и Hezinger PlasmaCut Modell HPOV1530

Современные сварщики уже практически отказались от использования громоздких и неудобных сварочных трансформаторов в пользу более современных и технологичных сварочных инверторов. Давайте попытаемся разораться почему данные аппараты стали так популярны

msd.com.ua


Смотрите также