Плазмове зварювання
Сутність способу.
Плазма - іонізований газ, що містить електрично заряджені
частинки та здатний проводити струм. Іонізація газу відбувається за його нагріванні. Ступінь іонізації тим вищий, що вище температура газу. У центральній частині зварювальної дуги газ нагрітий до температур 5000-30000 ° С, має високу електропровідність, яскраво світиться і є типовою плазмою. Плазмовий струмінь, що використовується для зварювання та різання, отримують у спеціальних плазматронах, в яких нагрівання газу та його іонізація здійснюються дуговим розрядом у спеціальних камерах. Газ, що вдується в камеру, стискаючи стовп дуги в каналі сопла плазматрона і охолоджуючи його поверхневі шари, підвищує температуру стовпа. В результаті струмінь проходить газу, нагріваючись до високих температур, іонізується і набуває властивостей плазми. Збільшення при нагріванні об'єму газу 50-100 і більше разів призводить до закінчення плазми з надзвуковими швидкостями. Плазмовий струмінь легко розплавляє будь-який метал.
Дуговий плазмовий струмінь для зварювання та різання отримують за двома основними схемами. При плазмовому струмені прямої дії виріб включений у зварювальний ланцюг дуги, активні плями якого розташовуються на вольфрамовому електроді та виробі. При плазмовому струмені непрямої дії активні плями дуги знаходяться на вольфрамовому електроді та внутрішній або бічній поверхні сопла. Плазмоутворюючий газ може бути також захистом розплавленого металу від повітря. У деяких випадках для захисту розплавленого металу використовують подачу окремого струменя спеціального, дешевшого захисного газу. Газ, що переміщається вздовж стінок сопла, менш іонізований та має знижену температуру. Завдяки цьому попереджається розплавлення сопла. Однак більшість плазмових пальників має додатковеВодяне охолодження. Дуговий плазмовий струмінь - інтенсивне джерело теплоти з широким діапазоном технологічних властивостей. Її можна використовувати для нагрівання, зварювання або різання як електропровідних металів, так і неелектропровідних матеріалів, таких як скло, кераміка та ін (плазмовий струмінь непрямої дії). Теплова ефективність дугового плазмового струменя залежить від величини зварювального струму і напруги, складу, витрати і швидкості закінчення плазмоутворюючого газу, відстані від сопла до поверхні виробу, швидкості переміщення пальника (швидкості зварювання або різання) і т. д. Геометрична форма струменя може бути різною (квадратної, круглої тощо) і визначатися формою вихідного отворів сопла.
Відмінні риси плазмового зварювання в порівнянні з аналогами газового, електродугового в середовищі захисного газу, електроннопроменевого та лазерного зварювання, процес плазмового зварювання має переваги:
- висока стабільність і стійкість стиснутої дуги, у тому числі на малих струмах, при збільшеній довжині дуги на будь-якій полярності струму;
- Висока універсальність вибору режиму;
- висока концентрація тепловводу зменшує обсяг основного і присадочного металу, що розплавляється, зменшує в ряді випадків кількість дефектів у шві, знижує зварювальні деформації;
- імпульсні режими плазмового зварювання зменшують перегрів виробу, небезпеку пропалів та зварювальні деформації, покращують структуру шва;
- ведення процесу плазмового зварювання на постійному струмі зворотної полярності підвищує якість і стабільність властивостей зварного шва за рахунок ефекту катодного очищення, що виявляється у видаленні оксидних та адсорбованих плівок з поверхонь, що зварюються;
- можливість повної механізації та автоматизації технологічногопроцесу;
- відсутність включень вольфраму у зварному шві;
- можливість виключення оброблення кромок деталей, що зварюються за рахунок підвищеної проплавної здатності стиснутої дуги;
- повне виключення розбризкування розплавленого металу при зварюванні;
- можливість формування шва без посилення або ослаблення, врівень з основним металом;
- автоматизоване плазмове зварювання проникаючою дугою дозволяє отримати шви мінімальної ширини, при цьому витрати на обладнання істотно нижчі, ніж при лазерному або електроннопроменевому зварюванні.
Приклади застосуванняплазмового зварювання
Створення нероз'ємних з'єднань однорідних і різнорідних металів і сплавів, заварювання дефектів лиття, зварювання листів, провідників, мікродеталей, алюмінієвих ємностей для молока та ін. протезів.
Економічна ефективність плазмового зварювання визначається:
- економією витратних матеріалів (газі, вольфрамі, присадці), часу зварювання;
- Підвищенням експлуатаційних характеристик зварних конструкцій:
- зниженням витрат на підготовку кромок, що зварюються, на усунення шлюбу, на зачистку шва і на правку зварених виробів.