Плазменная сварка - Страница 16

Другие виды сварки - Плазменная сварка

Подробности

Плазменная сварка — сварка плавлением, при которой нагрев производится сжатой дугой. Сжатая дуга — дуга, столб которой сжат с помощью сопла плазменной горелки или потока газов (аргона, азота и др.). Плазма — это газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц, общий заряд которых равен нулю.

 

Плазма генерируется в канале сопла, обжимается и стабилизируется его водоохлаждаемыми стенками и холодным плазмообразующим газом. Обжатие и охлаждение наружной поверхности столба дуги вызывает его концентрацию, что приводит к резкому увеличению числа соударений между частицами плазмы, увеличению степени ионизации и резкому повышению температуры столба дуги (до 10 ООО—20 ООО К) и кинетической энергии плазмы, которая используется для сварки и резки. Устройство для создания направленного потока плазмы, движущегося с большой скоростью и обладающего большим запасом энергии, называется плазмотроном или плазменной горелкой. Имеется несколько схем устройств для получения плазменных дуг и струй: для получения плазменной дуги, когда сопло и канал совмещены, плазменная струя совпадает со столбом дуги, одним из электродов является обрабатываемый материал (рис. 76, а); для получения плазменной струи, выделенной из столба дуги при раздельных сопле и канале (рис. 76, б); то же, но с совмещенными соплом и каналом. Плазменная струя создается дуговым разрядом 4, возбуждаемым между электродом 1 и вторым электродом, в качестве которого может служить изделие 7, раздельное сопло 5 или стенки канала 2. Эффективный к. п. д. плазменно-дугового нагрева ниже, чем к. п. д. дуги, что объясняется большой теплоотдачей стенкам сопла и окружающему пространству, и составляет т]й=0,Зч-0,8. Сварка плазменной дугой осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности. Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между соплом горелки и электродом. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники питания сварочного тока G рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким. Плазменной (сжатой) дугой можно сваривать практически все металлы в различных пространственных положениях. В качестве плазмообразующего газа используют аргон и гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической грибовидной формы, что объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки. Плазменной струей сваривают стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. При сварке листов толщиной до 25 мм требуется V- или U-образная разделка кромок, причем глубина и угол разделки значительно меньше, чем для аргонодуговой сварки. При плазменно-дуговой сварке количество присадочного металла снижается примерно в 3 раза. Присадочный металл вводят в плазменную струю в конце сварочной ванны. Наибольшие преимущества сварка плазменной дугой дает при соединении листов без разделки кромок и без присадочного металла. Многопроходная плазменно-дуговая сварка толстых листов не должна сопровождаться сквозным проплавлением, поэтому при укладке последующих слоев силовое действие плазменной струи регулируют изменением расхода плазмообразующего газа так, чтобы расплавленный металл не вытеснялся из сварочной ванны. Примерные режимы сварки плазменной дугой некоторых металлов со сквозным проплавлением приведены в табл. 17 (сварка алюминия проводилась на обратной полярности, сварка остальных металлов — на прямой полярности). Значительный объем сварочных работ составляет сварка металлов и сплавов малых толщин (0,05—1,5 мм). Среди известных способов соединения металлов малой толщины распространение получила газовая сварка, пайка и дуговая сварка неплавящимся электродом в непрерывном и импульсном режимах. Однако малая скорость нагрева, большая зона термического влияния при газовой сварке, а при дуговой — низкая стабильность дуги на малых токах и сильная зависимость параметров шва от длины дуги затрудняют процесс сварки, а в ряде случаев делают его невозможным. Использование других способов сварки (контактной, электронно-лучевой, лазерной, диффузионной) не всегда возможно по ряду конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.

Работы по плазменной сварке на больших токах показали, что сжатая дуга, формируемая каналом плазмотрона, имеет значительно большую пространственную устойчивость, чем свободно горящая, а раздельная подача плазмообразующего и защитного газов позволяет применить при сварке различные смеси газов. Указанные преимущества сжатой дуги пригодны и для сварки металлов малой толщины (<1 мм), что обусловило появление, по существу, нового способа сварки — микроплазменной, т. е. сварки сжатой малоамперной дугой тонких и особо тонких материалов. Сжатая дуга, используемая при этом способе в качестве концентрированного источника теплоты, получила название микроплазмы. Микроплазма формируется специальными горелками — плазмотронами, принципиальная схема которых соответствует рис. 76. Применение дежурной дуги обеспечивает устойчивость процесса даже при весьма малых токах, вплоть до / д ^0, 1 А, что позволяет сваривать металл таких малых толщин (~0,01 мм), которые недоступны аргонодуговой сварке. Подавляющее большинство металлов сваривают в непрерывном или импульсном режимах дугой прямой полярности, горящей между вольфрамовым электродом плазмотрона и изделием в струе плазмообразующего инертного газа (как правило, аргона). Для предотвращения взаимодействия расплавленной ванночки жидкого металла и околошовной зоны с атмосферой по периферии дуги подают защитный газ: Аг, Не, N2, С02, смеси Аг с Н2, Аг с Не, Аг с N2 и другие в зависимости от свойств свариваемого металла. Раздельная подача плазмообразующего и защитного газов обусловливает отличительную особенность микроплазмы: ее прикатодная область (на электроде) существует в среде плазмообразующего газа, а столб и прианодная область (на изделии) — преимущественно в среде защитного газа. Это обстоятельство позволяет гибко управлять формой дуги и ее технологическими возможностями. В табл. 18 приведены оптимальные режимы механизированной микроплазменной сварки низкоуглеродистой стали 08кп толщиной 0,5 мм. При сварке химически активных и тугоплавких металлов (Ti, Zr, Nb, Та, Mo, W) необходимо применять более эффективные средства защиты с минимальным содержанием газов. Для сварки таких металлов разработан способ плазменной сварки в вакууме 133•(10~1—5-Ю"4) Па, обеспечивающий хорошее качество соединений металла толщиной более 1 мм. Это достигается благодаря контрагированию (сжатию) дуги низкого давления, наблюдаемому на токах свыше 80 А. Питание дуги импульсами позволяет уменьшить средний сварочный ток при сохранении высокой плотности в течение импульса. Выбором параметров импульсного режима (амплитуды тока, длительности импульсов, частоты их следования) можно в широком диапазоне регулировать средний ток (2,5—50 А) и мощность (0,1—2,5 кВт) плазменной дуги низкого давления. При этом удается свари вать металл весьма малой толщины (0,1—0,2 мм). Микроплазма прямого действия нашла широкое при менение для сварки и резки тонких металлов: углеродистых и нержавеющих сталей, цветных металлов и их сплавов, химически активных металлов. Для пайки, сварки фольги и тонких сеток, для обработ ки тонких неметаллических материалов используется мик роплазма косвенного действия. § 38. Лучевые виды сварки Электронн о-л учевая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев металла осуществляется электронным лучом. Электронный луч — поток электронов, испускаемых одним источником и движущихся по близким траекториям в определенном направлении. Сущность процесса сварки электронным лучом в вакууме состоит в использовании кинетической энергии электронов. При бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которую используют для расплавления металла.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER