Сварка сжатой дугой (плазменная)

Сварка сжатой дугой (плазменная) применяется для металлов с повышенной теплопроводностью или при необходимости увеличить глубину проплавления и производительность процесса. Плазменная дуга образуется в результате обжатия столба дуги в канале сопла горелки газовым потоком и отличается от обычной дуги высокой температурой (15 000—25 000 К и более), высокой плотностью мощности в пятне нагрева и высокими скоростями потока плазмы (рис. 3.10). Сопло — стабилизирующий канал, через который проходит столб дуги, является основной отличительной особенностью плазмотрона от обычной горелки для сварки в защитных газах. Плазменную дугу применяют для резки, сварки, наплавки и напыления. В качестве плазмообразующего газа обычно используют аргон, азот, гелий, водород, воздух и их смеси, а также воду (в плазмотронах с водяной стабилизацией).

Схема сварки плазменной дугой

Рис. 3.10. Схема сварки плазменной дугой:

а — прямого действия (плазменно-дуговая); б — косвенного действия (плазменной струей); 1 — подача газа; 2 — дуга; 3 — струя плазмы;

  • 4 — свариваемый металл; 5 — сопло; 6 — электрод;
  • 7 — электроизолятор; 8 — катодный узел

В зависимости от вида положительного электрода (анода) плазменная дуга может быть прямого (анодом служит изделие) и косвенного действия.

Сжатая дуга прямого действия наряду с более эффективным плавлением свариваемого металла обладает высокой пространственной стабильностью — не отклоняется от направления движения. Сварку плазменной дугой прямого действия принято называть плазменно-дуговой. Если анодом служит сопло, то поток плазмы, вытекающий из канала, становится независимым от изделия. Выделенный из столба дуги в виде факела поток называют дугой косвенного действия или просто плазменной струей.

В этом случае передача теплоты к изделию осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением плазмы. Такой источник нагрева можно использовать как газовое пламя для различных процессов, связанных с нагревом обрабатываемых изделий. Кроме упомянутых — сварки, наплавки и резки — независимой плазмой можно производить высокотемпературную пайку, термообработку и др.

В условиях мастерских целесообразно использовать факел плазмы, полученный за счет дуговой диссоциации воды, например, в аппарате «Мультиплаз 2500» (длина факела — 59—80 мм, диаметр — 6—10 мм, температура — 2000—4000 К).

В испарителе плазменной горелки вода превращается в пар, который, нагреваясь и увеличиваясь в объеме, поступает в дугу, диссоциирует, переходя из молекулярного в атомарное и затем в ионизированное состояние — плазму воды, имеющую температуру около 8000 °С. Основная масса водяного пара диссоциирует при температуре 3700 °С. Дальнейшее повышение температуры способствует диссоциации водорода с поглощением тепла, которое составляет 420 кДж на одну грамм- молекулу. При высоких температурах, которые имеют место в зоне дугового столба плазменной струи, водяной пар, переходя в ионизированное состояние, обеспечивает движение зарядов в дуге. При прохождении по каналам герметичного корпуса горелки пар охлаждает сопло и катод, что поддерживает необходимую работоспособность этих узлов. Энергия дугового разряда, затраченная на нагрев, испарение, диссоциацию и ионизацию воды, выделяется в факеле за пределами сопла горелки. Температура факела вне зоны горения дуги составляет —2000 °С.

Представляется перспективным применение микроплазмы — сжатой дуги, образующейся в канале сопла диаметром менее 1,0 мм. Микроплазма характеризуется малым пятном нагрева и высокой концентрацией энергии, что приближает ее к лучевым источникам энергии при сварке. Наиболее рациональная область применения — ювелирное дело и малая металлопластика для сварки и нагрева при пайке изделий из драгоценных металлов, мельхиора, нейзильбера и других сплавов толщиной 0,1—1,5 мм.

Различие основных технологических параметров связано с необходимостью образования «дежурной» дуги — малоамперной дуги, горящей между соплом и электродом до возбуждения основной сварочной дуги. Поэтому кроме силы тока, напряжения дуги и расхода защитного газа необходимо выбрать диаметр сопла и расход плазмообразующего газа. Кроме того, для уменьшения теплового воздействия при сварке тонколистовых материалов возможно применение импульсных режимов и, следовательно, необходимо выбрать длительность импульса и паузы.

Аппарат для получения низкотемпературной плазмы за счет дуговой диссоциации «Мультиплаз 2500» имеет следующие характеристики: напряжение питающей сети — 220 В; потребляемая мощность — до 2,8 кВт; давление пара в плазмотроне — 0,4—1,0 бар; расход рабочей жидкости — не более 0,25 л/ч; вес аппарата — 6,4 кг.

Отсутствие газового оборудования и систем охлаждения делают удобным применение аппарата в условиях мастерских при работе с металлическими изделиями толщиной от 0,5 мм.

Основные характеристики аппарата для микроплазменной сварки Microplasma 50:

напряжение питающей сети — 220 В; пределы регулирования сварочного тока — 0,1—50 А; регулируемая дежурная дуга — 1—10 А; масса — 50 кг.

Аппарат оснащен устройством для смешивания газов, цифровой индикацией сварочного тока и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >