13 декабря 2020
Группа 303
Предмет:"Основы технологии сварки и сварочное оборудование"
Тема урока :"Плазменная дуга, ее с
Что такое плазма и как она возникает
Плазма — это состояние газа при его частичной или полной ионизации. Это значит, что он может состоять не только из нейтральных молекул и атомов, но и из электронов и ионов
, обладающих определенным электрическим зарядом или полностью состоять из заряженных частиц. Для перевода газа в состояние плазмы нужно ионизировать большую часть его молекул и атомов. Чтобы добиться этого, необходимо приложить к электрону, входящему в состав атома, усилие, превышающее его энергию связи с ядром и помочь оторваться от него.
Для этого должны быть созданы определенные условия, которые и были разработаны в области получения плазменной дуги.
Первое упоминание о разработке плазменной сварки было в 1950 году. В 1960 году были представлены некоторые принципы получения плазменного потока и внедрена технология и оборудование плазменной сварки. У нас в стране исследованиями в этой области и разработкой технологии занимались в Институте металлов им. А. А. Байкова, руководил проектом Н.Н. Рыкалин. После изучения физических свойств и энергии сжатой электрической дуги в среде аргона, преобразованной в плазменную струю, были определены ее технические возможности в области сварки и разработано специальное оборудование.
Микроплазменная сварка
На сегодняшний день эта разновидность становится все популярнее. Чем она отличается от обычной плазменной сварки? Низкими токами – до 25 ампер. Применяется она обычно в ситуации, когда требуется соединить тонкие детали (0,025-0,8 миллиметра).
Готовый мини-аппарат нетрудно приобрести или изготовить своими руками – в Сети есть немало подходящих схем и подробнх инструкций, потому останавливаться на этих моментах мы не будем.
О большей мере микроплазменную сварку применяют для материалов с трудом соединяемых подобными методами. Это может быть:
Благодаря миниатюрности плазмотрона, струя получается очень тонкой и напоминает иголку. Это позволяет соединять детали практически незаметными швами. При этом из-за небольшой площади ванны почти всегда удается избежать деформации материала. Здесь позволительно использовать постоянный ток или импульсный режим.
Основные достоинства микроплазменного способа:
- соединение очень тонких элементов;
- устойчивая дуга, которая обеспечивает высокое качество работы вне зависимости от квалификации мастера;
- способность спаивать ткани и пластмассы;
- легкая автоматизация процесса.
- быстрый износ горелок;
- малая мобильность из-за газовых баллонов.
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.
Читать также: Диодный мост kbpc5010 схема подключения
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.
Схема получения плазменной струи
Плазменное преобразование достигается за счет воздействия сильного электрического поля, созданного дугой при прохождении через газ, на принудительно вдуваемый газ, поступающий через сопло горелки.
Таким образом, для преобразования электрической дуги в наэлектризованную струю плазмы, необходимо выполнить два условия:
- выполнить ее сжатие;
- провести прогон через нее специального газа для создания плазмы.
Сжатие обеспечивает специальное устройство плазмотрона. В итоге, толщина струи уменьшается, а напор — возрастает. Одновременно к дуге подается газ, который под ее воздействием нагревается и превращается в плазму. За счет нагрева происходит расширение и увеличение объема газа. В результате из сопла он устремляется с большой скоростью. При этом, если обычный электрический разряд имеет температуру порядка 5000-7000оС, то плазма может достигать 30 000оС.
Для образования плазмы используют в основном аргон с добавлением небольшого количества гелия. Электрод должен быть также защищен нейтральным аргоном. В качестве электрода выбирают вольфрамовые изделия с добавлением тория или иттрия.
Технология плазменной сварки характеризуется высокой температурой и небольшим диаметром дуги, что обеспечивает ее значительную мощность.
В чем заключается сущность?
Плазма представляет собой ионизированный газ, атомы которого под действием электродуги лишаются одного или нескольких электронов. Такой газ обладает высоким энергетическим потенциалом и способен расплавить даже самые тугоплавкие материалы. Установка создает узко сфокусированный поток пламени с температурой до 30 000оС, это в 5 раз больше, чем может развить аппарат дуговой сварки.
Для создания плазменного факела используется специально сконструированная плазменная горелка, которую называют плазмотроном. В центре ее расположен неплавкий вольфрамовый электрод, сопло для формирования потока плазмы и форсунки подачи горючего и защитных газов. В сопло встроена система жидкостного охлаждения, чтобы защитить его от перегрева.
Такое оборудование позволяет разрезать и сваривать заготовки толщиной до 10 мм, поверхность шва или разреза отличается идеальным качеством и не требует дополнительной механической обработки. Сварочному аппарату на плазме доступны все сварочные положения.
Плазменная сварка применяется везде, где требуется создать неразъемное соединение материалов высокой прочности, в том числе и плохо поддающихся обработке. Свариваются цветные и легкие металлы, нержавеющие, жаростойкие, инструментальные и другие высоколегированные сплавы. В процессе работы расходуется малое количество материалов и минимизируются отходы. Это делает его выгодным для работы с драгоценными и редкими металлами при создании высокотехнологичной продукции.
Метод используется в таких областях, как:
- точное машиностроение,
- аэрокосмическая промышленность,
- оборонная техника,
- ювелирное дело и др.
Дуга при плазменной сварке и резке может быть двух типов:
- между заготовкой и неплавким электродом,
- между проводящим соплом плазмотрона и неплавким электродом.
В качестве рабочего газа, из которого возникает плазменный поток, используют:
- воздух,
- кислород,
- азот,
- аргон.
Исходя из значений рабочего тока различают:
- микросварку, до 25А
- средние токи, 25-150А,
- большие токи, более 150А.
Плазменная технология в резке и сварке реализуется двумя способами: прямого и косвенного действия.
Основные характеристики и преимущества
Получив плазменную дугу, вы можете значительно расширить возможности сварки. Основными отличиями ее от обычной аргоновой сварки являются:
- высокая температура плазмы, достигающая 30000оС;
- малое поперечное сечение дуги;
- коническая форма дуги, характерная для аргоновой сварки, изменена на цилиндрическую форму;
- малый диаметр струи позволяет значительно увеличивать давление, с которым она воздействует на металл. Оно выше, чем при аргонной сварке почти в 10 раз.
- процесс сварки может поддерживаться небольшим током в пределах от 0,2 до 3,0 ампер.
Такие свойства плазмы обеспечивают существенные возможности этой сварки перед аргонодуговой сваркой:
- обеспечивается более глубокий проплав шва;
- уменьшается зона расплавления без разделки свариваемых кромок;
- благодаря цилиндрической форме и способности увеличиваться по длине, с помощью плазменной дуги можно проводить сварку труднодоступных мест.
Особенности и характеристики процесса
Главной особенностью плазменного метода является очень высокая температура в зоне сваривания вследствие принудительного уменьшения размеров сечения дуги и увеличения ее мощности.
В результате происходит сварка, так называемой, плазменной струей, температура которой может доходить до 30000 °C, в отличие от 5000-7000 °C при обычной аргонодуговой сварке.
Кроме этого, дуга приобретает цилиндрическую форму, в отличие от обычной конической, что позволяет сохранять одинаковую мощность по всей ее длине. На практике это успешно используется для более глубокого и точного прогрева металла.
Давление дуги на поверхность свариваемых деталей при плазменной сварке очень велико, что позволяет воздействовать практически на любые металлы и сплавы.
Технологический процесс плазменной сварки позволяет использовать ее при малых токах величиной всего 0,2 — 30,0 А.
Все эти особенности делают плазменную сварку практически универсальной. Она может с успехом использоваться в труднодоступных местах, при соединении тонких алюминиевых листовых заготовок без опасения их прожига.
Незначительное изменение расстояния между электродом и деталью не оказывает сильного влияния на прогрев, а значит и на качество шва, как при других видах сварки.
Большая глубина прогрева деталей позволяет обходиться без предварительной подготовки их кромок. Допускается сваривание металлов с неметаллами.
В результате повышается производительность работ, уменьшается температурная деформация шва, то есть деталь не «ведет». Используя технологию плазменной сварки, плазменной струей можно быстро и качественно резать металлы и неметаллы практически в любом положении.
Виды плазменной сварки
Плазменные устройства работают преимущественно с горелками, использующими постоянный ток.
Применяют две схемы работы:
- С использованием дуги, образованной между неплавким электродом и свариваемой поверхностью металла;
- С использованием струи плазмы, образованной между неплавким электродом и корпусом плазмотрона.
Соединение металлов с использованием плазмы разделяют также по значению величины используемого тока. Применяется следующие виды сварки:
- микроплазменный вид, проходящий в интервале тока от 0,1 до 25 ампер;
- сварка с использованием средних токов, величиной от 50 до 150 ампер;
- сварка с использованием токов более 150 ампер.
При микроплазменной сварке металл практически не прогорает. В случае использования токов большого значения достигается полное проплавление шва с разделением изделий и последующей их заваркой.
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:
- Без колебаний.
- С поперечными колебаниями.
- С продольными колебаниями.
- Со сложными колебаниями.
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.
Устройство и принцип работы плазмотрона
Аппарат, выполняющий роль плазменного генератора, называют плазмотроном. Он представляет собой устройство, использующее энергию электричества для создания плазменного состояния газа и дальнейшего использования плазмы в образовании сварочной дуги.
Используют два вида конструкций плазмотронов, работающих по схеме косвенного или прямого образования дуги.
Для плазменной сварки используют преимущественно плазмотрон, работающий по прямой схеме, когда катодом служит вольфрамовый электрод, а анодом — свариваемая поверхность. Именно тогда дуга приобретает форму цилиндра.При косвенной схеме работы струя плазмы имеет обычный конический вид.
Основными узлами такого устройства являются:
- вольфрамовый электрод (катод), который образует одну связку с устройством подачи плазмообразующего газа;
- корпус устройства;
- сопло с формообразующим наконечником;
- термостойкий изолятор;
- охлаждающая система с использованием водной струи;
- пусковое устройство.
Для возбуждения основной дуги к поверхности металла от аппарата подключается положительно заряженный кабель.
Возникшая дуга ионизирует газ, поступающий из баллона или компрессора в камеру под давлением. При разогреве во время ионизации газ расширяется и выбрасывается в виде струи плазмы из камерного пространства с большой кинетической энергией.
Для того, чтобы облегчить розжиг основной дуги, в камеру плазмотрона встроен вспомогательный электрод, выполняющий роль анода. При включении плазмотрона в сеть и его запуске этот электрод получает положительный заряд, образуя дугу с вольфрамовым катодом. Возникшая плазменная струя разогревает свариваемый металл и провоцирует розжиг основной мощной плазменной дуги по схеме “вольфрамовый катод-поверхность металла”. Выполнив свою функцию, дежурная плазменная дуга гасится, а аппарат продолжает работать на основной струе плазмы.
ущность, способы получения, характеристика, применение.
Комментариев нет:
Отправить комментарий