Плазменная сварка – эффективная и мощная

1 Плазменная сварка – почему так эффективна?

Такой вид сварки похож по ряду показателей на аргонную сварку. Выполняется она с использованием потока (направленного) плазменной дуги.

Под плазмой понимают полностью либо частично ионизированный газ, который состоит из заряженных электронов и ионов, а также нейтральных с электрической точки зрения молекул и атомов.

В принципе, плазмой можно назвать и стандартную дугу, но всегда нужно помнить, что она не имеет того потенциала энергии и повышенной температуры, которым обладает плазменная дуга.

Увеличения мощности и температуры обычной дуги можно добиться двумя способами: вдуванием в нее в принудительном порядке плазмообразующего газа либо ее сжатием. Сжатие производится в плазмотроне – устройстве, стенки которого постоянно и весьма активно остужают водой. Результатом такого процесса становится достижение температуры до 30 тысяч градусов Цельсия. Для сравнения – данный показатель для обычной дуги не превышает 7 тысяч градусов (да и то, если она горит в атмосфере паров железа и аргона).

При вдувании плазмообразующего газа в зону плазменной дуги (параллельно со сжатием) отмечается его увеличение в 50–100 раз (за счет явления теплового расширения), что приводит к высокоскоростному истечению газа из плазмотрона. В результате тепловая энергия дополняется кинетической, вызванной ионизированными движущимися частицами, и мы получаем более мощную дугу.

Кроме повышенной мощности и температуры плазменная дуга имеет несколько других важных отличий от обычной:

• ее давление на обрабатываемый металл выше в 6–8, а иногда и в 10 раз;
• диаметр дуги по своим размерам получается меньшим;
• плазменную дугу можно без проблем держать на объективно небольших токах (от 0,2 Ампер до 30);
• форма плазменной дуги является не конической, а цилиндрической.

Все указанные отличия обеспечивают плазменной дуге большую универсальность. Благодаря этому сварка плазмой гарантирует проплавление металла на большую глубину и при этом снижает объем расплавления свариваемого материала.

Процесс сварки может идти по двум схемам:

• плазменной струей (дуга, выдуваемая газовым потоком, горит между соплом плазмотрона и неплавящимся электродом);
• дугой, горящей между изделием и электродом.

Более популярной является второй вариант. Для него используются электроды из активированного лантана, иттрия, тория, вольфрама, меди и гафния. Защитным газом выступает аргон, а плазмообразующим – все тот же аргон, в который зачастую добавляют водород либо гелий.

2 Разновидности сварки с использованием плазменной дуги

Такая сварка подразделяется на три вида, главное отличие которых друг от друга обусловлено разной силой тока:

• от 0,1 до 25 А – микроплазменная;
• более 150 А – большие токи;
• от 50 до 150 А – средние токи.

Сварка на средних токах – мощная и безопасная. Она очень похожа на аргоновую сварку с электродом из вольфрама, которая менее эффективна, нежели плазменная, из-за "размытой" площади нагрева и малой мощности дуги. По сути, плазменная дуга по своим возможностям уступает только лазерному либо электронному лучу, но значительно превосходит характеристики обычной дуги.

Кроме того, она давит на сварочную ванну намного сильнее обычной дуги, что позволяет улучшить передачу тепла вглубь металла, жидкая прослойка которого при обработке становится очень тонкой. Добавим, что процесс сварки на средних токах допускается выполнять без присадочной проволоки или с таковой.

Сварка на больших токах для некоторых видов поверхностей. В этом случае металл подвергается еще более мощному воздействию. При такой сварке детали как бы разрезаются, а затем вновь завариваются (в ванне образуется отверстие сквозного вида, обусловленное полным ее проплавлением). При этом силы поверхностного натяжения удерживают шов с обратной от сварочной стороны.

Рекомендована сварка на больших токах для изделий из меди, низкоуглеродистых сталей, титана, легированных сталей. Для таких материалов она демонстрирует не только высокий сварочный эффект, но и нередко гарантирует отличное качество швов, превосходную производительность и снижение затрат, имеющих отношение к разделке кромок.

Сварка микротоками (микроплазменная). Характеризуется малыми токами (если применяются электроды из вольфрама сечением от 1 до 2 миллиметров) и достаточным уровнем ионизации газов. Это обуславливает ее широкое распространение для случаев, когда необходимо сваривать небольшие (до 1,5 мм) по толщине изделия (ювелирные украшения, термопары, фольгу). Также она применяется для приварки к крупным деталям сильфонов и мембран, используется при изготовлении тонкостенных емкостей и труб.

Суть микроплазменного процесса такова:

• дежурная дуга, которая горит непрерывно между охлаждаемым водой медным соплом устройства и электродом, обеспечивается источником питания;
• основная дуга зажигается в тот момент, когда к изделию подводится плазмотрон;
• через сопло плазмотрона поступает газ, образующий пламя, а через керамическое сопло вдувается защитный газ;
• охлаждение горелки производится водой.

Зажигание же дуги в сварочном агрегате осуществляется осциллятором основной и дежурной дуги.

Если свариваются титановые изделия, к аргону, выполняющему роль защитного газа, обычно добавляют гелий, сталей с низким содержанием углерода – углекислый газ, других типов стали – водород. Подобные добавки, несмотря на свою незначительность (не более 10 %), существенно повышают эффективность сварочного процесса.

Добавим, что установки для проведения сварочных работ на микротоках, могут работать в различных режимах:

• обратной непрерывной полярности;
• прямой непрерывной полярности;
• разнополярных импульсов;
• прямой импульсной полярности.

3 Оборудование для сварки по плазменной методике

Любой современный аппарат плазменной сварки относится к одному из двух типов: функционирующий с применением плазменной струи либо воздушно-плазменной дуги. В первом случае используется плазменная дуга, обеспечивающая:

• высокий КПД процесса;
• малый участок термического воздействия;
• небольшой расход защитных газов;
• возможность соединять тонколистовую сталь с неметаллами;
• несущественные деформации свариваемых поверхностей.

А вот тогда, когда применяется воздушно-плазменная дуга, отмечается ускорение процесса и появляется возможность сваривать нержавеющие трубы, электропроводящие, высоколегированные сплавы, а также алюминий, медь.

Кроме того, плазменное сварочное оборудование делят на ручное и автоматическое. Далее мы приводим несколько наиболее популярных в нашей стране плазменных аппаратов:

• "Плазар": мобильная установка с малыми размерами и небольшой массой, оснащена термодатчиками, характеризуется инверторной оптимизированной архитектурой и высокой стойкостью запуска;
• "Горыныч":  идеальный аппарат для использования в быту, сейчас продается несколько моделей таких установок, отличающихся друг от друга мощностью (8, 10 либо 12 ампер)