- •5.1. Общая характеристика сварочного производства
- •5.2. Основные типы сварных соединений и подготовки кромок под сварку
- •5.3. Дуговая сварка
- •5.4. Плазменная сварка
- •5.5. Электрошлаковая сварка
- •5.6. Лучевые способы сварки
- •5.7. Газовая сварка
- •5.8. Контактная сварка
- •5.9. Контактная стыковая сварка
- •5.10. Точечная сварка
- •5.11. Шовная сварка
- •5.12. Сварка аккумулированной энергией
- •5.13. Высокочастотная сварка
- •5.14. Холодная сварка
- •5.15. Сварка трением
- •5.16. Ультразвуковая сварка
- •5.17. Диффузионная сварка
- •5.18. Сварка взрывом
- •5.19. Влияние остаточных напряжений и деформаций на форму и размеры сварной конструкции
- •5.20. Дефекты в сварных соединениях
- •5.21. Технологичность сварных конструкций и методы повышения их качества
- •5.22. Наплавка
- •5.23. Металлизация
- •5.24. Пайка
- •5.25. Термическая резка
5.4. Плазменная сварка
Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток ионизированного газа, имеющего температуру 20000–30000С. Плазму получают в плазменных горелках (плазмотронах), пропуская газ через столб горящей дуги, сжатой в узком канале сопла горелки. Сжатие столба дуги приводит к повышению в нём плотности энергии и температуры. Газ, проходящий через столб дуги, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В зависимости от процесса обработки и вида обрабатываемого материала в качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух или их смеси.
Применяют два основных вида плазменной сварки, в одном из которых в качестве источника нагрева заготовки используют плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги, а в другом –плазменную дугу, т.е. дугу прямого действия, совмещённую с плазменной струёй.
При сварке плазменной струёй (рис. 5.11-а) дуга1горит между неплавящимся вольфрамовым электродом2, изолированным от корпуса горелки керамической прокладкой3, и интенсивно охлаждаемым водой соплом4, к которому подключён положительный полюс источника тока (т.е. тут фактически реализуется схема косвенной дуги, представленная ранее на рис. 5.5-в). Внутрь горелки подаётся газ, который, пройдя через столб дуги, ионизируется, раскаляется и выходит из сопла в виде ярко светящейся плазменной струи5, которая представляет собой независящий от заготовки источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления основного материала6. Через вспомогательное сопло7, концентрически охватывающее основное сопло4, в зону сварки дополнительно подаётся защитный газ.
2 3
газ газ вода
7
вода
1 4
5 6
а) б)
Рис. 5.11. Плазменная сварка: а – плазменной струёй; б – плазменной дугой: 1 – дуга; 2 – электрод; 3 – изолятор; 4 – сопло; 5 – плазменная струя; 6 – заготовка; 7 – сопло для подачи защитного газа |
Сварку плазменной струёй применяют для сварки или резки тонких металлических листов и неэлектропроводных материалов, а также для напыления тугоплавких материалов на поверхность заготовки.
При сварке плазменной дугой (рис. 5.11-б) устройство горелки принципиально не отличается от рассмотренного. Но при такой сварке дуга горит уже не между электродом и соплом, а между электродом и заготовкой, к которой в этом случае и подключён положительный полюс источника тока. Лишь в самом начале процесса для облегчения зажигания дуги возбуждается маломощная вспомогательная дуга между электродом и соплом, к которому кратковременно подводится ток, выключаемый сразу же после того, как возникшая плазменная струя коснётся заготовки и зажжётся основная дуга.
Плазменная дуга, обладающая большей тепловой мощностью по сравнению с плазменной струёй, имеет и более широкое применение при обработке материалов. Помимо сварки, в частности, тугоплавких металлов её применяют для их наплавки на поверхность заготовки, а также для резки материалов, особенно тех, резка которых другими способами затруднена.
По сравнению со сваркой в защитных газах неплавящимся электродом плазменная дуга обладает рядом преимуществ.
Во-первых, она является более концентрированным источником теплоты и вследствие этого обладает большей проплавляющей способностью. Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной 10 мм без разделки кромок и применения присадочного металла. При этом снижается тепловое влияние дуги на основной металл и уменьшаются сварочные деформации.
Во-вторых, плазменная дуга обладает более высокой стабильностью горения, что обеспечивает повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять так называемую микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.
В-третьих, увеличивая ток и расход газа, можно получить проникающую плазменную дугу, имеющую резко повышенные тепловую мощность, скорость истечения и давление плазмы. Такая дуга обеспечивает эффективный процесс резки, поскольку не только даёт сквозное проплавление, но и выдувает расплавленный металл из зоны воздействия.
Недостатком плазменной сварки является недолговечность горелок вследствие частого выхода из строя сопел и электродов.