Плазменная сварка

Для плазменной дуги характерны крайне высокая температура (до 30000°С) и широкий диапазон регулирования технологических свойств.

По сравнению с аргонодуговой сваркой плазменная сварка отличается более высокой проплавляющей способностью. Это дает ей следующие преимущества:

• повышенную производительность;
• меньшую зону термического влияния;
• более низкие деформации при сварке;
• пониженный расход защитных газов;
• более высокую стабильность горения дуги;
• меньшую чувствительность качества шва от изменения длины дуги (ввиду её неизменной геометрии по длине (рисунок 1).

Рис. 1. Плазменная (сжатая) дуга, горящая на графит

Плазмотроны прямого и косвенного действия

Плазменную дугу получают при помощи устройства под названием плазмотрон. Есть два способа подключения плазмотрона: для генерации дуги прямого действия (рис. 2,а) и для генерации дуги косвенного действия — плазменной струи (рис. 2,б).

Плазмотроны, подключаемые для генерации дуги, называют плазмотронами прямого действия, а для генерации плазменной струи — косвенного действия. Часто плазмотроны косвенного действия конструктивно отличаются от плазмотронов прямого действия системой охлаждения соплового узла плазмотрона. У первых она более эффективна.

Принцип действия и конструкция плазмотронов

В плазмотронах прямого действия плазменная дуга возбуждается между вмонтированным в газовую камеру стержневым — как правило, вольфрамовым — электродом и свариваемым изделием. Сопло электрически нейтрально от электродного (катодного) узла и служит для сжатия и стабилизации дуги.

В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создается между электродом и соплом, а поток плазмы выдувает плазменную струю.

Рис. 2. Схемы плазмообразования

Для плазменной сварки металлов обычно применяют плазмотроны с дугой прямого действия.

Сжатие столба дуги происходит следующим образом: рабочий газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи.

Плазменная дуга прямого действия по форме почти цилиндрическая и немного расширяется у поверхности изделия.

Плазменная дуга косвенного действия (струя) по форме представляет собой ярко выраженный конус с вершиной, обращенной к изделию и окруженной факелом. 

Слой газа, омывающий столб дуги снаружи, остается относительно холодным, образуя тепловую и электрическую изоляцию между плазменной дугой и каналом сопла. Плотность тока дуги в плазмотронах достигает 100 А/мм2, а температура — 15000–30000 °С.

Особенности дуг прямого и косвенного действия

У плазмотрона с дугой прямого действия плазменная струя совмещена со столбом дуги — в отличие от плазмотрона с дугой косвенного действия. Это значит, что для первого плазмотрона характерна более высокая температура и тепловая мощность.

Процесс возбуждения дуги непосредственно между электродом и изделием осуществить трудно. Поэтому сначала возбуждается дуга между электродом и соплом (дежурная), а когда ее факел касается изделия, происходит автоматическое зажигание основной дуги между электродом и изделием. 

Дежурная дуга отключается при устойчивом горении основной дуги. Обычно дежурная дуга питается от того же источника, что и основная, через токоограничивающие сопротивления.

В плазмотронах с дугой прямого действия в изделие вводится дополнительное тепло за счет электронного тока. КПД таких плазмотронов значительно выше, чем у плазмотронов с дугой косвенного действия. Поэтому плазмотроны с дугой прямого действия лучше применять для сварки, резки, наплавки, а плазмотроны с дугой косвенного действия — для напыления, нагрева и т.п.

Плазменная дуга может быть использована:

• при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы;
• при сварке металлов с неметаллами;
• для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электронной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;
• для пайки;
• разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов.