Источник питания плазменной сварки

Обновлено: 24.01.2025

Плазменная дуга - мощный и чрезвычайно гибкий инструмент для применения во многих областях промышленности. Высокая скорость и качество при относительно небольших затратах делают плазменную сварку неплохой альтернативой более дорогим и сложным методам сварки, таким как лазерная и электронно-лучевая.

Технология плазменной сварки

Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, а также электрически заряженных ионов и электронов. Однако по отношению к обычной дуге термин «плазма» практически не применяют, так как обычная дуга имеет относительно невысокую температуру и обладает невысоким запасом энергии по сравнению с традиционным понятием плазмы. Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве – плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность – количество энергии, приходящееся на единицу площади.

Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000–7000°С. Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С. Одновременно со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью. Кинетическая энергия движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа дополняет тепловую энергию, выделяющуюся в дуге в результате происходящих электрических процессов. Поэтому плазменная дуга является более мощным источником энергии, чем обычная.

Разновидности

В зависимости от силы тока различают три разновидности плазменной сварки:

микроплазменная (Iсв = 0,1–25А);
на средних токах (Iсв = 50–150А);
на больших токах (Iсв > 150А).

Микроплазменная сварка

В связи с высокой степенью ионизации газа в плазмотроне плазменная дуга может гореть при очень малых значениях тока, начиная с 0,1 А. Микроплазменная сварка является эффективным способом сварки изделий малой толщины, от 0,05 до 1,5 мм. Высокая концентрация энергии и иглоподобная форма малоамперной сжатой дуги обеспечивает получение узкого шва и малой зоны термического влияния, что снижает деформацию изделий на 25-30 % по сравнению с аргонодуговой сваркой.

Микроплазменная сварка используется для сварки листов цветных металлов малой толщины, а также нержавеющей стали, никеля, титана, циркония, сплавов серебра и золота, успешно применяется при производстве тонкостенных труб и емкостей, приварке мембран и сильфонов к массивным деталям, соединении фольги, термопар, при изготовлении ювелирных изделий, медицинского оборудования и электроники.

Плазменная сварка на средних и больших токах

Плазменная сварка на токах Iсв = 50–150А имеет много общего с аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом. Однако из-за более высокой мощности дуги и ограниченной площади нагрева она является более эффективной. По энергетическим характеристикам плазменная дуга занимает промежуточное положение между обычной дугой и электронным или лазерным лучом. Она обеспечивает более глубокое проплавление, чем обычная дуга, при меньшей ширине шва. Сварка может осуществляться с применением присадочной проволоки или без нее. Плазменная сварка на токах более I = 150A оказывает еще большее силовое воздействие на металл (плазменная дуга на токах 150А эквивалентна 300А дуге при сварке неплавящимся электродом). Сварка сопровождается полным проплавлением с образованием в ванне сквозного отверстия. Такой способ сварки получил название «сварка проникающей дугой». Процесс характеризуется полным проплавлением свариваемых элементов по толщине с образованием небольшого отверстия, через которое раскаленные газы и пары удаляются за нижние кромки свариваемых элементов. Металл, расплавленный дугой, стекая по стенкам свариваемых элементов, удерживается силами поверхностного натяжения. При подобной технологии подкладки не применяют.

Применение способа сварки проникающей дугой позволяет получать качественное соединение при сварке металлов, обладающих повышенным поверхностным натяжением, например нержавеющих сталей и сплавов титана от 3 до 15 мм на токах от 100 до 300 А.

Автоматическое оборудование с применением плазменной сварки

Добиться максимальной производительности и качества от применения плазменной сварки возможно только при использовании автоматических систем и комплексов. Высокая скорость процесса ограничивает его использование в ручном режиме, за исключением микроплазменной сварки. Использование плазменной технологии широко используется для сварки продольных или кольцевых швов стыковых соединений. Установка для сварки продольных швов является идеальным технологическим решением для работы с продольными сварочными швами различных изделий из нержавеющих сталей, алюминиевых и титановых сплавов.

Установка для сварки продольных швов

Возможность производить сварку на таких установках без предварительной обработки кромок материалов с ограниченной свариваемостью позволяет добиться высокой производительности и качества конечного продукта.

Большое распространение технология плазменной сварки получила в нефтехимической промышленности и при производстве трубопроводного оборудования. Применение способа сварки проникающей дугой совместно со сварочными колоннами консольного типа обеспечивает высокую производительность и качество при изготовлении емкостей, реакторов, теплообменников и других изделий из низко и высоколегированных сталей, а также алюминия.

Современные роботизированные технологии открывают новые возможности по применению плазменной сварки. Роботизированные системы позволяют выполнять сложные сварные соединения, которые ранее приходилось выполнять вручную. Высокая скорость и точность выполнения операций при использовании роботов выводит плазменную сварку на новый уровень производительности.

Рис.2 Плазменная сварка проникающей дугой нержавеющей стали. Без разделки кромок, толщина 10мм

Антон Курищев, специалист по сварочному оборудованию ООО «ДельтаСвар».

Обзор машин термической резки ProArc и их преимущества
Машины термической резки c ЧПУ производства ProArc (Тайвань) – это высокотехнологичное автоматизированное оборудование для обработки листов разных размеров. Станки позволяют решать как простые, так и сложные производственные задачи. .

Разбираемся в новинках от компании EWM AG
Что позволяет идентифицировать любую производственную компанию как успешную? Конечно, её результаты и продукция на мировом рынке! EWM AG по праву можно считать одним из лидеров в области производства сварочного оборудования. .

Выставка «МЕТАЛЛООБРАБОТКА. СВАРКА-УРАЛ»
Приглашаем посетить стенд компании «ДельтаСвар» с 15 по 18 марта 2022 года в МВЦ Екатеринбург-ЭКСПО, г. Екатеринбург! .

Mobile Welder OC Plus — портативный источник питания для орбитальной сварки
Mobile Welder OC Plus — это первый портативный источник питания для орбитальной сварки, специально разработанный для использования на строительных площадках. Mobile Welder OC Plus обеспечивает неизменно высокое качество орбитальной сварки в самых отдаленных местах. .

Новая линейка оборудования EWM XQ – квинтэссенция инноваций
Тысячи сварочных аппаратов от компании EWM AG успешно выполняют свою задачу на предприятиях России самых разных отраслей, начиная с энергетики и пищевой промышленности, заканчивая – военной и авиационной. Время – объективный критерий. Именно время позволяет оценить качество оборудования, которое выполняет свои задачи каждый трудовой день. Согласно статистике наших клиентов, 10 лет – не возраст для сварочных аппаратов, на корпусе которых гордо расположены три буквы – EWM. .

Плазменная сварка: ионизация при высоких температурах – прочное соединение. Принципы и технология. Плазмотрон своими руками

Источник нагрева при плазменном способе сварки – плазма: ионизирующийся газ под температурой от 5500 до 50000 ̊С . Минус подводят к электроду, плюс – к соплу. Между ними горит дуга, выдувается газовая струя плазмы. В горелках для сваривания плазменной дугой одним из электродов выступает изделие.

В качестве плазмообразующих сред используют воздух, кислород, аргон, азот.

Метод применяется для качественного соединения не только тонких заготовок, но и толщиной от 8 мм, так как происходит полное проплавление изделия. Сплавляет нержавеющие, тугоплавкие, цветные металлы и неметаллические материалы.

Принцип действия плазменной сварки

Плавление происходит под воздействием плазменной дуги. Существует два её вида:

Прямого действия – катодом служит вольфрамовый электрод, находящийся внутри горелки, анодом – изделие. Процесс называют плазменно-дуговым: струя совмещена со столбом дугового разряда.
Косвенного действия – активные пятна, анодное и катодное, расположены на электроде и поверхности сопла плазмотрона. Сила и направленность потока зависят от давления газа, созданного системой и внутренним давлением сопла.

КПД дуги прямого действия на 15-30% выше, чем косвенного, что обуславливает более частое применение.

Виды и режимы плазменной сварки

По мощности сварочного тока виды технологии различают:

на микроплазменную – производится на малых, от 0,1 до 25 ампер, токах, эффективно для изделий небольшой, до 1,5 мм, толщины;
на средних, от 50 до 150 А, токах – обеспечивает большее проплавление при меньшей толщине шва;
на больших, от 150 А, токах – происходит сквозное проплавление металла.

В зависимости от используемого оборудования различают способы соединения поверхностей:

Ручной – для небольших объёмов производства. Сопло и присадочная проволока подаются в область соединения вручную.
Автоматический – для промышленных объёмов. Применяются аппараты для однопроходной и многопроходной сварки, труб и плоских изделий.

С основными режимами плазменной сварки можно ознакомиться в таблице по ссылке.

Технология и суть плазменной сварки

На свариваемые поверхности из горелки-плазмотрона подают струю плазмы – ионизированного газа. Кроме плазменного, в зону соединения поступает защитный газ. В расплавленные края деталей вводится присадочный материал – лента или пруток. Из-за того, что область сварочной ванны под защитной газовой средой, шов получается качественным и ровным. При этом способе как нагревание, так и остывание металла происходит быстро. Быстрое охлаждение негативно влияет на качество шва. Чтобы избежать этого, деталь некоторое время греют: температура опускается постепенно.

Схема плазменной сварки

Оборудование для плазменной сварки

В комплект входят:

источник питания дуги с вертикальной вольт-характеристикой;
система подачи газа и охлаждения горелки;
горелка-плазмотрон;
устройство перемещения и фиксации деталей.

Рабочее место оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией.

Цены на установки – от 15 тысяч рублей для ручной, до 500 – для автоматической сварки. Аппараты для мелких работ собирают самостоятельно.

Примерная стоимость аппаратов для плазменной сварки на Яндекс.маркет

Плазмотрон – своими руками: при некоторой сноровке и минимальных знаниях несложно

Для сварочных работ с домашней техникой делают простую установку. Чтобы получить электрическую дугу, достаточно понижающего трансформатора на 30-50 V, мощностью 200-300 Вт. Держатели электродов делают из электротехнических клемников и карандаша. Древесину прорезают канцелярским ножом в нескольких местах по окружности, затем аккуратно вынимают грифель.

Ручной и стационарный держатели графитовых стержней склеивают из подручных средств. Они будут участвовать в генерировании плазмы. Чтобы не травмировать сетчатку глаз, работать лучше в специальных защитных очках.

Флюс делают, добавив воды в борную кислоту или буру. Из подручных материалов изготавливают зажимы для свариваемых деталей. Чтобы прогреть обе части будущего целого, подключают их двумя клеммами к одному полюсу трансформатора, второй полюс – к держателю графитового стержня. Место соединения обмазывают кашицеобразным флюсом. Можно приступать к работе.

Пример сборки установки для резки и сварки крупных деталей

Для подачи газа используют аргоновый рукав. Потребуется осциллятор и два дросселя. Держатель изготавливают из подручных средств, используют вольфрамовый стержень и медный изолятор, выточенный из медной трубки. Конусная насадка для подачи аргона тоже из меди. Недостатком изобретатель считает продувку аргоном, подающимся из баллона. Аппараты заводского изготовления работают на сжатом воздухе.

От положительных ионов – к отрицательным: сварка в четвёртом агрегатном состоянии, преимущества и область применения плазмы

Плазма – ионизирующийся газ, минимальная температура самопроизвольной ионизации – 5 500 ̊C, при плазменной сварке нагрев происходит до 50 000 ̊C. Анодом выступает электрод, катодом – сопло. Дуга возникает между электродом и соплом, выдувается газом, после чего образуется струя плазмы. Технология чаще применяется для резки металла, реже – для сварки.

Государственный стандарт, задающий уровень качества и параметры процесса

Процессы плазменной сварки регламентируются общим для всех видов ГОСТ 2601-84, введённым в действие в 1985 г. в СССР. Изменён в 1992, переиздан в 1996 году. Государственный стандарт определяет процесс с использованием плазмы, как «сварка плавлением, при которой нагрев производится сжатой дугой».

Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 5817-2009 устанавливает уровни качества сварных соединений. Там указаны и допустимые отклонения в качестве сварки стали, никеля, титана и их сплавов.

Классификация

По ГОСТ 19521-74 «Сварка металлов. Классификация», принятому в СССР в 1975 году и позднее продлённом, плазменно-лучевая сварка отнесена к классу термических. По направлению движений плазменной струи подразделяется на четыре подвида:

Технология плазменной сварки и классификация дуги по видам действия

По источнику нагрева различают сварку плазменной дугой и струёй. В первом случае дуга зажигается между деталью и неплавящимся электродом, также её называют дугой прямого действия. Во втором – между наконечником плазмотрона и неплавящимся электродом, — это плазменная дуга косвенного действия.

Горелка (плазмотрон) состоит из сопла, где размещён вольфрамовый электрод. Туда подаются защитный газ, охлаждающая, горячая и холодная жидкости. В плазмотроне происходит сжатие дуги, после чего возрастает её мощность. Одновременно с этим подают газ, который ионизируется, нагревается и расширяется в объёме многократно. В передней части сварочной ванны материал расплавляется и перемещается под давлением плазмы вдоль стенок, образуя шов.

Дуговую плазменную струю используют для соединения и резки как электропроводящих материалов, так и диэлектриков – стекла и керамики. Выглядит струя как конус, верхушкой обращённый к расплавляемой поверхности. Тепловая эффективность зависит от силы тока, напряжения, расстояния от сопла до детали и скорости перемещения горелки.

Струёй сваривают как снизу в горизонтальном, так и фронтально в вертикальном положении изделия. Плазмообразующим газом выступают аргон или гелий, одновременно являющиеся защитой от кислорода.

Классификация по мощности тока

В зависимости от силы тока различают три вида:

Микроплазменная сварка, до 25 ампер. Получила распространение, благодаря свойству нагревать небольшие участки металла. При такой величине изделие не прожигается насквозь.
На среднем токе, до 150 ампер. Позволяет варить с высокой точностью. Происходит глубокое, но не широкое расплавление материала.
На большом токе, свыше 150 ампер. Такая мощность образует широкую дугу, которая проплавляет деталь насквозь. Фактически деталь разрезают, а после этого сваривают. Используют для соединения особо прочных металлов: титана, высоколегированных сталей, сплавов с большим содержанием алюминия.

Оборудование и приспособления

источник питания с вертикальной вольтамперной характеристикой;
плазмотрон (горелка);
система подачи газа и охлаждающей жидкости;
устройство для фиксации детали.

Для безопасной работы необходимо устройство приточно-вытяжной вентиляции. Диапазон мощности установок от 20 до 250 ампер, работают от постоянного тока.

Примерная цена инвенторов на Яндекс.маркет

Цена инверторов – от 15 до 500 тысяч рублей. В ценовом сегменте от 300 до 500 тысяч – мощные и многофункциональные установки, которыми режут, сваривают и паяют металл.

Процедура плазменной сварки

При организации работ обязательно соблюдение требований безопасности: проходы между сварочными аппаратами – не менее 1,5 метра, между установкой и стеной – не менее 1 метра. Обязательно выполнение требований правил пожарной безопасности и техники безопасности – защита органов зрения, работа в спецодежде.

Алгоритм действий сварщика состоит:

из предварительных работ – подготовки оборудования, обезжиривания, зачистки и закрепления детали;
из выбора режима сварки – в зависимости от толщины металла определяют силу тока, напряжение дуги, скорость сварки, расход защитного и плазмообразующего газа;
из процесса сварки.

Зазор между соединяемыми плоскостями, если сваривают без присадочной проволоки, устанавливают 0,15 от толщины металла. Если с проволокой, то расстояние между кромками – половина толщины листов.

Диаметр сопла устанавливают в зависимости от силы тока. Перед возбуждением дуги в зону сварки 10-15 секунд подают защитный газ. Включают постоянный ток, зажигают дугу и приступают к плавлению. Рекомендуемое расстояние от сопла до изделия – не более 10 мм. Дуга по мере возможности прерываться не должна, горелка перемещаться стабильно и плавно, колебательными движениями амплитудой 2-3 мм. Не допускается перегрев детали.

Преимущества и недостатки

Список преимуществ этой технологии длинней перечня недостатков:

стабильность горения, обеспечивающая качество сварных швов;
сварка без разделки кромок и применения присадочных материалов металла толщиной до 10 мм и толщиной от 0,01 до 0,8 мм на низком токе от 0,1 до 25 ампер;
напыление любых по плавкости материалов введением в дугу присадочных добавок;
ограничение зоны перегрева, накаливания;
низкий расход защитных газов, меньшие термические деформации сравнительно с другими видами сварки;
резка любых материалов при увеличении силы тока и расхода газа;
сварка металлов и неметаллов.

воздействие на персонал электромагнитного излучения инфракрасного и ультрафиолетового диапазона;
высокие требования к квалификации работника;
некомфортный уровень шума в ходе работ;
выделение аэрозольных паров;
ионизация воздуха в зоне установки.

Интересное видео: аппарат для плазменной сварки и резки, сделанный своими руками

Основные виды аппаратов, применяемые для плазменной сварки. Технические характеристики и особенности

Плазменная сварка – один из наиболее современных видов сварки. Такая сварка осуществляется с помощью плазмы, возникающей в газовой среде при наличии там электрической дуги. Этот процесс включает ионизацию рабочего газа, который под давлением переходит в состояние плазмы.

Особенностью процесса является то, что сварка происходит при очень высокой температуре, достигающей 30 тысяч градусов. Благодаря этому, с помощью плазменной сварки можно сваривать детали большой толщины (до 9 мм) из особо прочных металлов.

Устройство и основные типы аппаратов

В общем случае в состав оборудования для плазменной сварки входят:

Горелка (плазматрон).
Источник электропитания (инвертор).
Баллон с плазмообразующим газом.
Баллон с защитным газом.
Система водяного охлаждения.
Кабель-пакет.

Горелка представляет собой сложное устройство, в котором устанавливается электрод, имеются трубопроводы для подачи газов и охлаждающей жидкости, а также проходит электрический кабель, по которому к электроду подается напряжение питания.

Конструкция горелки зависит от мощности аппарата. В аппаратах малой мощности используются горелки с выдвижным катодом, который с помощью кнопки управления может замыкаться на анод-сопло и возбуждать дугу.

Для ручной плазменной сварки используются горелки, которые имеют вид пистолета. Такое устройство удобно держать в руках. Для плазменно-водяной сварки используется горелка в виде пистолета с разрядной камерой и парообразующим устройством.

Для более мощных аппаратов используются горелки с неподвижным катодом. Основные ее части:

Горелки для мощных аппаратов не имеют ручек, поскольку они крепятся непосредственно на манипуляторах или станках для сварки.

В аппаратах в качестве источника питания чаще всего используются инверторы, которые почти полностью вытеснили трансформаторные источники. Современные импульсные преобразователи на IGBT-транзисторах обеспечивают стабильный рабочий ток, который может регулироваться для различных рабочих режимов работы аппарата.

Примерная стоимость инверторов для плазменной сварки на Яндекс.маркет

Для образования плазмы используются воздух, кислород, аргон и азот.

Для защиты ванны сварки применяют инертные газы – азот, аргон, пары спирта или ацетона.

Кабель-пакет предназначен для соединения аппарата с горелкой. В кабель-пакете размещаются:

шланги для подачи рабочего и защитного газов;
шланги для подачи и отвода водяного охлаждения;
провода подачи основного тока;
провода запуска дуги;
цепи системы управления.

В бытовых аппаратах к горелке подключаются только цепи подачи тока. Поэтому в этом случае говорят просто о кабеле питания.

Аппараты прямого и косвенного действий

В зависимости от способа горения дуги различают аппараты:

В аппаратах первого вида электрическая дуга возбуждается между электродом и свариваемой деталью. При этом дуга вначале возбуждается при малых токах между соплом и деталью, а после касания плазмой детали образуется основная дуга. Питание дуги может осуществляться как постоянным, так и переменным током. Возбуждение дуги осуществляется, как правило, с помощью дополнительного осциллятора.

При сварке вторым способом источник питания подключается к электроду и соплу горелки. В результате между ними образуется электрическая дуга, а на выходе горелки – струя плазмы. Интенсивность струи регулируется давлением газа. Возникновение мощной плазменной струи объясняется тем, что газ, переходя из одного состояния в другое, расширяется почти в 50 раз. Этот способ менее распространен, хотя он и имеет свои достоинства, а именно:

обеспечивается устойчивая работа при малых токах;
уменьшается потребление газа;
при работе отсутствует разбрызгивание.

Разделение аппаратов по мощности

Аппараты плазменной сварки делятся на виды в зависимости от их мощности. При этом за меру мощности принимают ток сварки в плазменной дуге.

Различают аппараты, работающие:

на малом токе (до 25 А);
на среднем токе ( до 150 А);
на большом токе (свыше 150 А).

Аппараты первого вида (микроплазменные) работают при токах от 100 мА до 25 А. Это относительно простые аппараты, имеющие диаметр сопла от 1,3 до 3 мм, работают на постоянном токе. В качестве рабочего газа такие устройства используют водные растворы спирта или ацетона. Катод в таких аппаратах выполняется из меди с добавлением гафния.

Микроплазменные аппараты могут использоваться как для сварки ювелирных изделий, так и для резки металлов толщиной до 9 мм.

Аппараты среднего тока (50-150 А) в основном используются для резки металлов. В качестве рабочего газа в них применяют воздух. Такие устройства имеют более сложные источники питания с режимом малого тока для создания дежурной дуги, горелки с легированным вольфрамовым катодом. Для запуска дуги в таких аппаратах используются высоковольтные блоки.

Аппараты, имеющие дугу с током более 150 А, применяются в промышленности. В них используются вольфрамовые катоды, легированные редкоземельными элементами, способствующими уменьшению работы выхода электронов. Такие аппараты обычно являются частью роботизированных комплексов, выполняющих работы в судостроении или ядерной энергетике.

Описание аппаратов

На рынке имеется большое число различных компаний, которые продают свои изделия. Однако большая часть этих изделий предназначена для резки металлов. При этом часто они обозначаются как аппараты для плазменной сварки. Но в дальнейшем оказываются резаками (cut). С другой стороны, большинство сварочных аппаратов имеют функцию резки металлов. Например, аппараты Горыныч, Мультиплаз 4000 и Plazarium SP3, кроме сварки, могут производить и резку металла. При этом в качестве газообразующей жидкости используется вода.

Характеристики некоторых аппаратов плазменной сварки приведены в таблице.

Наименование	Компания	Ток, А	Рпот, кВт	Газ/Защитн.	ВЧ-поджиг	Вес, кг	Цена, тыс. руб.
Горыныч, ГП-37-10	АСпромт, Россия	10	2,5	Вода + спирт	_	5,4	29
Plazarium SP3	Плазариум, Россия	4-12	2,6	Вода + бензин	_	6	68,9
Мультиплаз 4000	Мультиплаз, Россия	10-180	4	Вода + спирт	_	28	105
SBI PMI 50 TL Basic	SBI, Австрия	0,5-50	5	Ar/Ar + He	+	47	Договор
Microplasma 20	EDM, Германия	0,1-20	50	Газ	+	50	598
SBI PMI 500 TL	SBI, Австрия	5-500	20	Ar/Ar + He	+	115	Договор

Первые три аппараты производятся в России. В качестве плазмообразующей среды в них используются пары водно-спиртового (Горыныч и Мультиплаз 4000) или водно-бензинового (Plazarium SP3) растворов. Первые два устройства можно отнести к микроплазменному типу (ток плазмы менее 25 А), а третий аппарат можно считать аппаратом средней мощности. Необходимо отметить, что каждая из компаний производит целую линейку аппаратов, имеющих различную мощность. Например, в семействе аппаратов Мультиплаз имеются более мощные устройства 7500 и 15000, которые соответственно потребляют большую мощность и имеют больший вес.

Далее в таблице приведены характеристики профессиональных аппаратов австрийской и немецкой компаний. Аппараты серии PMI предназначены для микроплазменной точечной и шовной сварки. Программное обеспечение аппарата сохраняет до 50 режимов работы агрегата. С помощью контроллера осуществляется большое количество автоматических регулировок рабочего цикла сварки, в том числе продувка газа перед работой и после сварки, регулировка режима установки рабочего тока. Основные параметры сварки отображаются на сенсорном дисплее. Там же отображаются сигналы об ошибках или предупреждения. Возможно подключение к компьютеру и управление процессом дистанционно. В таких аппаратах присутствуют устройства ВЧ-поджига дуги.

Примерная стоимость аппаратов для сварки серии PMI на Яндекс.маркет

В таблице приведены характеристики аппарата SBI PMI 50 TL Basic и более мощного SBI PMI 500 TL с максимальным током плазмы в 500 А. Такие мощные аппараты чаще всего используются в роботизированных производственных установках.

Еще более продвинутыми являются аппараты для плазменной сварки типа Microplasma немецкой компании EDM . В продаже имеется несколько моделей с токами до 20, 50 и 120 А. В таблице приведены данные для аппарата типа Microplasma 20. Агрегат такого типа предназначен для микроплазменной сварки постоянным током. С его помощью можно производить наплавку и соединение листов, фольги, сетки из Fe, Ni, Cu, Ag, Ti и их сплавов. Аппарат Microplasma 20 может быть использован при производстве и ремонте в авиационной, аэрокосмической отраслях, а также в электротехнической, химической и медицинской промышленностях.

В аппаратах такого типа используется настройка сварочного тока с помощью потенциометра, регулировка параметров сварки (стартовый и сварочный токи, ток завершения сварки, время продувки газом), защита сварочной горелки с помощью реле, индикация параметров сварки на дисплее.

Горелка подсоединяется к аппарату Microplasma шлангами для подачи защитного газа и плазменного газа, а также подачи и отвода охлаждающей жидкости. Для охлаждения используется специальная деионизированная жидкость. Кабель управления сварочной горелкой подключается к аппарату с помощью 5-контактной розетки.

Принцип работы плазменной сварки

Плазменная сварка это высокотехнологичный способ обработки металлов. Без лишних преувеличений, его можно назвать лучшим, среди существующих методов сваривания.

Метод работы плазменной сварки

Метод плазменной сварки применим для сваривания и пайки тугоплавких металлов толщиной до одного миллиметра. Подходит также для сварки металлов с неметаллами и резки.

Сущность этого метода заключается в локальном расплавлении металла плазменным потоком. Плазма – ионизированный газ, который содержит заряженные частицы, обладающие способностью проводить ток. Ионизируется газ при нагреве сжатой дуги, вытекающей из плазмотрона. Ее температура может достигать 5000-30000°С.

В целом, есть сходство с аргонной сваркой, но там рабочая температура до 5000 градусов. Плазменная дуга считается более мощным источником энергии, чем обычная.

На чём работает

В данном методе используется направленная плазменная дуга, которая образуется из обычной электрической (дежурной). Основные характеристики: высокая температура и мощность, малый диаметр струи. Давление на металл увеличивается в разы по сравнению с электродуговой сваркой.

При работе с плазмой выполняются условия:

организуется защита электрода путем подачи инертного газа (аргон);
применяется неплавящийся вольфрамовый электрод с присадками тория;
разогретые стенки плазмотрона интенсивно охлаждаются.

Для запуска плазменной горелки может использоваться постоянный или переменный ток.

Справка! Плазма – это ионизированный газ, в состав которого входят нейтральные частицы и электрически заряженные.

Как это работает

После зажигания дежурной дуги ее сжимают в специальном устройстве (плазмотроне). Затем туда вдувают под давлением плазмообразующий газ (аргон). В результате зона разогревается до 50 000°С, газ увеличивается в объеме и истекает из узкого сопла с высокой скоростью.

К сведению! В обычном аргонодуговом аппарате температура достигает 5000–7000°С.

Тепловая и кинетическая энергии дополняют друг друга, образуя мощный источник. Вытекающая раскаленная струя, расплавляя металл деталей, образует шов. В зависимости от величины рабочего тока (малый, средний, большой) в технологии существуют различия.

Плазмообразующий и защитный газы проходят по отдельным каналам и не соприкасаются.

Как работает ручная сварка

Для малых объемов работ с черным и цветными металлами применяют ручные аппараты. После образования плазменной дуги сварщик подводит горелку к материалу, другой рукой подает в зону шва проволоку. Перемещая горелку и присадку вдоль шва, образует соединение. Технология позволяет вести сварку с присадками и без них.

Как работает автоматическая сварка

Автоматическая сварка применяется в промышленном производстве. Оператор управляет процессом с пульта. Разработаны автоматические установки:

для плоских деталей, труб;
однопроходные с подачей проволоки;
многопроходные;
для нанесения упрочняющего порошкового напыления и т.п.

Алюминий сваривают проникающей дугой. Чаще всего детали из алюминиевых сплавов обрабатываются автоматическими установками.

Внимание! Сварщик должен: защитить глаза от излучения; предупредить термические ожоги; в помещении использовать вытяжную вентиляцию.

Обычная дуга может превратиться в плазменную, благодаря двум процедурам. Сжатию, а также процессу принудительного вдувания плазмообразующего газа в дугу. В качестве этого газа используют аргон в чистом виде, или с добавкой гелия, водорода. Аргон необходимо использовать также как защитный газ. Электроды применяются вольфрамовые.

Дуга располагается в плазмотроне, его стенки активно охлаждаются водой, за счет этого и происходит ее сжатие. В результате чего, снижается поперечное сжатие дуги и как результат – рост мощности.

В тоже время со сжатием вдувается плазмообразующий газ в область дуги. За счет нагрева дугой он ионизируется и увеличивается в объеме в сто раз. В плазмообразующем газе содержится кинетическая энергия, она дополняет тепловую, которая образуется в дуге. За счет этого, плазменная дуга и отличается высокой мощностью. Есть несколько отличий плазменной дуги от обычной:

высокая температура;
цилиндрическая форма;
меньший диаметр;
давление на металл больше;
способность поддерживания дуги на малых токах (0,2–30А).

Типы плазменной сварки

Есть два варианта плазменной сварки. Первый – когда дуга горит между изделием и электродом. Процесс сварки осуществляется плазменной дугой. Второй – когда дуга горит между соплом и электродом, и выдувается газами. Процесс сварки происходит за счет использования струи плазмы. Первый способ более распространенный.

Прямого действия

Плазменной сваркой прямого действия называется плазменная сварка, при которой следует подключать используемый источник питания к металлическому изделию и электроду. Энергоносителем в данном случае служит электрический разряд.

Такая разновидность сварки достаточно часто применяется во многих отраслях современной техники для обработки самых различных металлов. Она характеризуется довольно большими показателями температур, а также широким диапазоном контроля многих свойств процедуры.

Процесс сварки прямого действия

Чтобы получить прямую плазменную дугу, необходимо использовать специальный плазмотрон с прямой дугой. Она возникает между обрабатываемым изделием и электродным стержнем, выполненным, как правило, из вольфрама, помещенным в небольшую газовую камеру. Сопло оборудования не имеет электрического заряда и предназначается для регулирования дуги. Последнее происходит за счет того, что через нее проходит рабочий газ, который постепенно нагреваясь, ионизируется и из сопла выходит плазменной струей цилиндрической формы, слабо расширенную к металлу.

Косвенного действия

Достаточно большой популярностью пользуется и плазменная сварка косвенного действия, представляющая собой сварку, проводимую при подключении источника питания одновременно к соплу и электроду для образования плазменной струи. В этом случае форма плазменной дуги напоминает конус с окруженной факелом вершиной, направленной в сторону изделия.

Процесс сварки косвенного действия

При выполнении плазменной сварки дугой косвенного действия тонкий газовый слой, окружающий дугу, практически не нагревается, в результате чего обеспечивается электрическая, а также тепловая изоляция между каналом сопла и дугой. Плазменная струя при этом не совмещается со столбом дуги.

Воздействие силы магнитного поля сварочного контура приводит к изгибанию линии тока. Частицы с зарядом разлетаются в стороны, соударяются друг с другом и образуют факел пламени из относительно горячего газового потока длиной в 10-20 сантиметров. Его температура повышается ближе к концу, достигая 800—1000°С.

Одним из способов проведения данного вида сварки называется атомноводородным. Переменный ток образуется между используемыми электродами из вольфрама. По каждому из них в необходимую зону поступает водородная струя, а само изделие находится вне сварочной цепи. Концы таких электродов оплавляются достаточно медленно, поэтому при работе в нормальном режиме расход вольфрама незначительный. Столб дуги окружается достаточно ярким факелом в виде плоского диска.

Как выполняется процесс плазменной сварки в нижнем положении?

Используя плазменную сварку, можно сваривать самые различные металлы и их сплавы, находясь в нижнем пространственном положении. Плазмообразующими газами являются аргон и гелий, которые нередко применяются и в качестве защитного вещества. Данный способ сваривания используется в тех случаях, когда швы идут в горизонтальном направлении по горизонтально расположенной поверхности.

В процессе плазменной сварки в нижнем положении из сильно нагретого электрода жидкий металл под силой собственного веса постепенно стекает в специальный кратер, а затем накапливается в небольшой расплавленной ванне из металла. Его вытеканию препятствуют сварные кромки обрабатываемых изделий. Также из сварочной ванны выходят шлаковые и газообразные вещества, за счет чего качество швов получается значительно лучше.

Сварные швы можно выполнять либо на себя, либо слева направо. Благодаря применению такой техники можно полностью контролировать весь процесс.

Виды плазменной сварки

Плазменная сварка бывает трех видов, обусловлено это силой тока:

микроплазменная;
на среднем токе;
на большом токе.

Каждый способ эффективен в своей области использования. Это еще раз подчеркивает прогрессивность и популярность метода плазменной сварки.

Микроплазменная сварка

Плазменная и микроплазменная сварка – это метод соединения (а также резки) деталей с использованием ионизированного газа с температурой от 5 000 до 30 000 C, который называется плазмой.

Отличие от плазменной сварки

Как можно отличить плазменную сварку от микроплазменной? Если величина силы тока, применяемого при сварке, составляет до 25 А – сварку называют микроплазменной, если сила тока больше – речь идет о плазменной сварке. В отличие от плазменного процесса микроплазменная сварка происходит при воздействии микротоков, что позволяет соединять детали малой толщины от 0,025 до 0,8 мм.

Чаще всего микроплазменная сварка используется для соединения тонкостенных деталей приборов, для соединения трудносвариваемых металлов, например, алюминия, пластмасс, даже тканей.

Для выполнения процесса сварки нужен плазмообразующий газ, это, как правило, аргон, и защитный газ. Чаще всего это тоже аргон либо гелий, углекислый газ, или смесь аргона с гелием, водородом.

Для получения плазмы используется устройство, называемое плазмотрон. Когда включается источник питания, от вольфрамового электрода к соплу проходит дежурная электрическая дуга.

По мере приближения горелки к свариваемым деталям, когда между ними остается 1-1,5 мм, образуется дуга между электродом и изделием, в этот момент плазмообразующий и защитный газы смешиваются. В сопле очень малого размера дуга плотно обволакивается защитным газом, образует узкую плазменную струю в виде «шила».

При такой форме получаются сварные швы малой толщины. В этом случае деформация деталей встречается редко, поскольку площадь нагрева незначительна. Сварку можно проводить на постоянном токе или в импульсном режиме.

Устойчивое горение плазмы позволяет выполнить сварочные швы высокого качества даже малоопытным сварщикам

Процесс может производится на ручном и автоматическом оборудовании.

Аппараты для микроплазменной резки

Во всех аппаратах для осуществления микроплазменной сварки есть два основных узла, которые определяют возможности соединений.

Первый узел: источник питания, инвертор. Также содержат устройство для розжига электрической дуги, автоматику. Различаются по:

продолжительности нагрузки, %;
величине силы тока (номинальной и регулируемой), А;
напряжению холостого хода, В;
потребляемой электрической мощности, кВА.

Для соединения черных, тугоплавких деталей применяется МПУ-4, Н-146. Установка УМПС-0301, И-167 считаются более современными и удобными, сваривают почти все металлы, включая алюминий.

Вторым компонентом является плазмотрон. Отличаются друг от друга конструктивными характеристиками, такими как:

Наибольшая толщина стали, которую можно сварить за 1 проход.
Сила тока (прямой дуги и дежурной), А.
Размер электрода, мм.
Размер сопл (плазмообразующих и для защитных газов), мм.

Плазмотроны типа УСДС.Р-45 и Т-169 могут сварить сталь толщиной до 2,5 мм, ими укомплектованы установки МПУ-4, Н-136. Плазмотроны ОБ-2592 и ОБ-2628 разработаны позднее, более удобны, имеют лучшую, более экономичную конструкцию, эргономичны. Ими дополнены новые источники питания УМПС-0301, И-167, Н-155.

Существуют и готовые установки, сразу же укомплектованные всеми необходимыми компонентами. К ним относятся аппараты Microplasma 20,50,150, отличающиеся друг от друга мощностью установки, а также Мультиплаз 3500, 4000, 7500, имеющие возможность сварки водно-спиртовой смесью.

Порядок работы с плазменной сваркой

Работа с плазменной сваркой начинается с проверки требований правил безопасности при работе. В этом случае есть вероятность взрыва сжатого газа, ожог от расплавленного металла, пожар, поэтому сварщик должен быть обеспечен защитным костюмом, обязан соблюдать осторожность и продумывать последовательность своих действий.

В процессе выполнения работ существует вероятность поражения электрическим током, сварщику необходимо быть внимательным, стоять на токоизолирующем коврике.
При повышении силы тока увеличивается шум до 115 дБ, тогда необходимо защищать уши от шума с помощью беруш либо с помощью противошумной каски, наушников.
Для защиты от выделений газов, пыли помещение нужно оборудовать не только общей, но ещё местной вентиляцией.
Для защиты глаз от пыли, частиц металла, газа необходимо надеть очки защитные со светофильтрами В-2 или В-3 или защитный щиток.

Перед работой подготовить детали: очистить кромки, выполнить разметку соответствующим инструментом. Риски, царапины и разрывы не допускаются на свариваемых поверхностях, их необходимо удалить или зачистить.

Включить сварочный аппарат, отрегулировать подачу сжатого газа.
Задать ток резки, он выбирается в зависимости от толщины свариваемых изделий.
Запустить горелку. Если дуга не зажигается с трех попыток, нужно проверить износ электрода и сопла, питание.
Зазор между соплом и свариваемыми изделиями должен быть 3-5 мм. Когда будет получена нужная дежурная дуга, можно начинать процесс сварки. Для этого нажимаем на пусковое устройство плазмотрона. Когда горелка приближается к изделиям, образуется дуга между изделием и горелкой. Происходит сварка, при этом нужно следить за скоростью сварки: при высокой скорости возможен непровар детали, при слишком медленной – перегрев, прожог. Самая высокая температура факела образуется возле сопла.
После окончания сварки выключить горелку и источник питания. Охладить горелку в жидкости.

Читайте также: