Плазменная сварка

Плазменная сварка

Плазменная сварка является дальнейшим развитием и усовершенствованием аргонодуговой сварки вольфрамовым неплавящимся электродом. Плазменная сварка - это сварка плавлением, при которой нагрев производится сжатой дугой. Сжатая дуга - это дуга, столб которой сжат с помощью сопла плазменной горелки, потока газа или внешнего электромагнитного поля. Промышленное развитие получили сварочные плазменные горелки, где стабилизация и сжатие дуги осуществляется с помощью сопла плазменной горелки и потока плазмообразующего газа.
При свободном горении дуги температура столба достигает 5000-6000К и столб дуги имеет форму усеченного конуса (При ограничении возможности свободного расширения дуги температура ее возрастает. Кроме того, при сжатии столб дуги принимает практически цилиндрическую форму, стабилизируется анодное пятно на изделии, тепловой поток становится более сосредоточенным, глубина проплавления возрастает, снижается нагрев основного металла, прилегающего к шву.

Схемы сопловых частей аргонодуговой (а) и плазменной (б) горелок
Сжимающее дугу сопло, через которое проходит плазма, имеет два важных размера - диаметр выходного отверстия dc и длину 1С. Расстояние, на котором установлен электрод от выходного отверстия сопла, называется углублением электрода 1У, а расстояние между внешней поверхностью (торцом) сопла и свариваемым изделием - рабочим расстоянием Н. Рекомендуется длину цилиндрической части сопла 1С выполнять в диапазоне 0.5-2 dc . Соотношение lc/ dc носить название калибра и является важной характеристикой сварочной плазменной горелки, так как определяет давление сжатой дуги на сварочную ванну и возможность возникновения аварийного режима работы горелки — двойного дугообразования (дуга горит между электродом и соплом, соплом и изделием). Чем меньше длина цилиндрической части сопла, тем меньше вероятность возникновения этого аварийного режима.
По сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом плазменная сварка имеет следующие преимущества:
• Меньшее влияние возможного изменения расстояния от торца сопла до изделия на геометрические размеры зоны проплавления;
• Меньшее влияние изменения тока на форму дуги, а, следовательно, и на стабильность проплавления металла;
• Высокая надежность зажигания дуги благодаря дежурной дуге;
• Отсутствие включений вольфрама в сварном соединении;
• Повышенная скорость сварки;
• Меньшее тепловложение и, следовательно, коробление изделий.
Если принять одинаковую скорость сварки, то при плазменной сварке необходим ток в два раза меньший по сравнению с аргонодуговой сваркой, сварные швы более узкие и с уменьшенной зоной термического влияния, благодаря чему уменьшается деформация конструкций. Недостатком плазменной сварки является то, что применяются водоохлаждаемые плазменные горелки и значительно усложняется и удорожается оборудование.
Плазменная сварка алюминия и его сплавов в связи с необходимостью разрушения и удаления окисной пленки выполняется сжатой дугой постоянного тока обратной полярности. Электрод в такой горелке служит анодом. В табл. 2.4 приведены рекомендуемые значения допустимого сварочного тока прямой и обратной полярности для вольфрамовых электродов различных марок и диаметров.

Процесс возбуждения дуги в установках обычно происходит следующим образом:
• С помощью высокочастотного высоковольтного напряжения осциллятора в промежутке электрод - сопло возбуждается искровой разряд, который затем переходит в дуговой (под воздействием электрического поля источника питания), т.е. возбуждается так называемая дежурная дуга постоянного тока, горящая между электродом и соплом.
• Потоком плазмообразующего газа катодное пятно дежурной дуги перемещается с внутренней конической поверхности сопла на его цилиндрическую поверхность, одновременно с этим дежурная дуга растягивается и плазменная струя длиной 20-40 мм истекает из сопла.
• При касании факела дежурной дуги изделия замыкается цепь электрод - изделие и возникает основная дуга, ток дежурной дуги снижается до нуля.
Для плазменной сварки алюминия применяют установки типа УПС-301 (токи до З00А) и УПС-501 (токи до 500А). В последнее время наиболее часто применяют источник питания ВД-306ДК или ВД-506ДК и приставку БУСП-ТИГ для аргонодуговой сварки, которая служит для подключения плазменной горелки, регулировки тока дежурной дуги, базового тока, скорости нарастания-снижения базового тока, времени продувки до и после сварки и времени горения дежурной дуги после выключения основной сварочной дуги.
В качестве плазменной горелки часто применяли плазмотрон типа ПС-3, конструкция которого допускает использование медного или вольфрамового электродов. Плазмотрон разработан СПбГТУ, выпускался заводом «Электрик». В настоящее время наибольший интерес вызывает псевдоплазменная горелка с медным анодом разработки ЗАО НПФ «ИТС» и ВАТТ. Существует соглашение, что после промышленных испытаний промышленное производство этой горелки будет осуществлять немецкая фирма «Abicor Binzel»