Плазмено заваряване

Плазмено заваряване

Обща нотация

PAW - Заваряване с плазмена дъга - плазмена дъгова заварка

Технология на плазменото заваряване

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ, състоящ се от неутрални атоми и молекули, както и електрически заредени йони и електрони. В това определение обикновена дъга може да се нарече плазма. Въпреки това по отношение на конвенционалната дъга терминът "плазма" практически не се използва, тъй като конвенционалната дъга има относително ниска температура и има нисък резерв на енергия в сравнение с традиционната концепция за плазмата.

Фигура. Диаграма на процеса на заваряване в плазмата

За да се повиши температурата и мощността на обикновена дъга и да се превърне в плазмена дъга, се използват два метода: компресиране на дъгата и принудително инжектиране на плазмообразуващия газ в нея. Схемата за получаване на плазмена дъга е показана на фигурата по-горе. Арката е компресирана чрез поставянето й в специално устройство - плазмена горелка, чиито стени са силно охладени от вода. В резултат на компресията напречното сечение на дъгата намалява и мощността му се увеличава - количеството енергия на единица площ. Температурата в колоната с обикновена дъга, изгаряща в аргонова среда, и пара от желязо е 5000-7000 ° С. Температурата в плазмената дъга достига 30 000 ° С.

Едновременно с компресията, плазмообразуващият газ се издухва в зоната на плазмената дъга, която се нагрява от дъга, йонизира и се увеличава с 50-100 в резултат на термичното разширение. Това кара газта да излезе от канала на дюзата на плазмената горелка при висока скорост. Кинетичната енергия на движещите се йонизирани частици на плазмообразуващия газ допълва топлинната енергия, отделена в дъгата, в резултат на възникващите електрически процеси. Поради това плазмената дъга е по-мощен източник на енергия, отколкото конвенционалната.

Основните характеристики, които отличават плазмената дъга от конвенционалната, са:

• висока температура;
• по-малък диаметър на дъгата;
• Цилиндричната форма на дъгата (за разлика от обикновената конична форма);
• натискът на дъгата върху метала е 6-10 пъти по-голям от този на обичайния;
• способността да се поддържа дъга върху малки токове (0,2-30 А).

Горните отличителни белези правят плазмената дъга в сравнение с обичайния по-гъвкав източник на метално отопление. Той осигурява по-дълбоко проникване на метала, като същевременно намалява обема си на топене. Фигурата показва формата на проникване за конвенционална дъга и плазмена дъга. От фигурата може да се види, че плазмената дъга е по-концентриран източник на нагряване и позволява заваряване на големи дебели метали без режещи ръбове. Поради своята цилиндрична форма и способността за значително увеличаване на дължината, такава дъга позволява заваряване на труднодостъпни места, както и с изменения в разстоянието от дюзата на горелката до продукта.

Фигура. Форма на проникване за конвенционална и плазмена дъга

Има две схеми на процеса:

• плазмена дъгова заварка, когато дъгата изгаря между не-консумиращия електрод и продукта,
• и плазмена струя, когато дъгата изгаря между невъзпроизвеждащия се електрод и дюзата на плазмената горелка и се издухва от газовия поток.

Първата схема е най-разпространена.

Като плазмообразуващ газ, заваряването обикновено използва аргон, понякога с добавки на хелий или водород. Като защитен газ най-често се използва аргон. Електродният материал е волфрам, активиран с итрий, лантан или торий, както и хафний и мед.

вид

В зависимост от силата на тока, има три вида плазмена заварка:

• микроплазма (Icb = 0.1-25 А);
• при средни токове (Ic = 50-150 А);
• при високи токове (Icv > 150А).

Заваряване с микроплазми

Най-често срещаното е заваряване с микроплазма. Във връзка с достатъчно висока степен на йонизация на газа в плазмената горелка и с използване на волфрамови електроди с диаметър 1-2 mm, плазмената дъга може да гори при много ниски токове, започвайки от 0,1 А.

Фигура. Схема на процеса на заваряване с микроплазми

Специално захранване с ниска амперия (виж фигурата по-горе) на постоянен ток е предназначено за получаване на дъга, работеща на работното място, непрекъснато изгаряща между електрода и медната водно охладена дюза. Когато плазматронът се довежда до продукта, основната дъга се запалва, която се подава от източника. Плазмообразуващият газ се доставя през дюза с плазмена горелка с диаметър от 0.5-1.5 mm.

Защитният газ се подава през керамична дюза. Плазмената горелка се охлажда с вода. За запалване на дъгата в заваръчната инсталация има генератори на дежурство и основна дъга.

Заваряването с микроплазми е много ефективен начин за сливане на продукти с малка дебелина до 1,5 мм. Диаметърът на плазмената дъга е около 2 мм, което позволява да се концентрира топлината в ограничена площ на продукта и да се затопли зоната на заваряване, без да се повредят съседни площи. Това дъга има цилиндрична форма, така че дълбочината на проникване и други параметри заваръчни зависи малко от дължината на дъгата, което позволява манипулиране на факела на спояващия избегне изгаряне чрез характеристика на конвенционалните TIG заваряване на тънък метал.

Основният газ, използван като плазмообразуващ и защитен, е аргон. Въпреки това, в зависимост от заварения метал, към него могат да се добавят добавки, които повишават ефективността на процеса на заваряване. При заваряване на стоманите до защитен аргон е целесъобразно да се добави водород (8-10), което прави възможно увеличаването на топлинната ефективност на плазмената дъга. Това се дължи на дисоциацията на водорода в периферията на колоната на дъгата и нейната последваща рекомбинация с освобождаването на топлина върху повърхността на заварения метал. Когато заварявате нисковъглеродни стомани до аргон, е възможно да добавите въглероден диоксид, докато заварявате титаниево-хелиева добавка.

Инсталации за Микроплазмени заваряване позволяват заваряване в различни режими: непрекъсната права полярност, положителна полярност импулс (позволява да се регулира топлинна мощност), импулсите на различни полярности (за алуминий, осигурява унищожаването на филм оксид), непрекъсната обратна полярност. Най-често срещаната инсталация е MPU-4u.

Основните параметри на процеса на микроплазмено заваряване включват токовата мощност, напрежението, дебита на плазмено образуващия и екраниращия газ, диаметъра на канала на дюзата, дълбочината на потапяне в дюзата на електрода и диаметъра на електрода.

Микроплазмени заваряване се използва успешно в производството на тънкостенни тръби и съдове, заваряване на мембраните и с масивна духало подробно съединение фолио термодвойка производството на бижута.

Плазмено заваряване при среден ток

Плазменото заваряване при токове Ic = 50-150 А има много общо с аргоново дъгово заваряване на волфрамов електрод. Въпреки това, поради по-голямата мощност на дъгата и ограничената зона за отопление, тя е по-ефективна. По отношение на енергийните характеристики плазмената дъга заема междинно положение между конвенционалната дъга и електронния или лазерен лъч. Той осигурява по-дълбоко проникване от конвенционалната дъга с по-малка ширина на шева. Също енергийни характеристики, и е свързан с по-висока дъга сила на заваръчната вана, като по този начин намаляване на дебелината на слоя на течния метал под дъгата и подобряване условията за пренос на топлина във вътрешността на основния метал. Заваряването може да се извърши със или без захранващ проводник.

Плазмено заваряване при високи токове

Плазмените заваряване токове за повече I = 150A осигурява още по-голяма сила на метала (плазмена дъга течения в 150A 300A еквивалент дъга заваряване с не-консуматив електрод).

Заваряването се придружава от пълно проникване с образуването на проходен отвор във ваната. Налице е като разрязване на части с последващо варене.

Фигура. Образуване на шев с проникване в плазмено заваряване при високи токове

Металът от задната страна на шева се държи от силите на повърхностното напрежение. Диапазонът от режими е много ограничен, тъй като заваряването може да доведе до изгаряния.

Плазменото заваряване при високи токове се използва за леене на нисковъглеродни и легирани стомани, мед, алуминиеви сплави, титан и други материали. В много случаи тя може значително да намали разходите, свързани с рязане на ръбовете, да подобри производителността, да подобри качеството на шевовете.

Плазменото заваряване изисква висока производствена култура, придържане към технологията на събиране и събиране, внимателно поддържане на условията за охлаждане на плазматроните и правилата за тяхното функциониране. Дори малки нарушения на режима на охлаждане на плазмената горелка поради високите температури и малкия диаметър на дюзата водят до нейното унищожаване.