Дуговая сварка и резка металлов

Дуговая и плазменная резка металлов.

Хорошие результаты при разделительной резке металлов достигаются при использовании воздушно-дуговой резки, когда сжатый воздух подается в зону плавления, выдувая расплавленный металл с косильной лески разреза. Резка выполняется во всех пространственных положениях на постоянном токе обратной полярности или на переменном с использованием графитовых электродов, которые применяют также для устранения дефектов сварных швов, поверхностных повреждений, например от кавитационной эрозии, разделки кромок под сварку ит.д.

Недостатками воздушно-дуговой резки являются науглероживание поверхности резания и необходимость дополнительной механической обработки.

При тазменно-дуговой резке металл проплавляется на узком участке по косильной лески реза, а затем удаляется струей плазмы, образующейся в дуге. Вследствие того что температура плазменной дуги выше, чем обычной, можно обрабатывать металлы и сплавы, которые не поддаются кислородной резке (высоколегированные стали, алюминий, медь и их сплавы), и получать качество реза, более высокое, чем воздушно-дуговым способом.

С увеличением толщины металла от 10 до 80 мм для коррозионно-стойких сталей, медных и алюминиевых сплавов ширина реза увеличивается с 5—6 мм до 12—15 мм, а припуск на механическую обработку возрастает с 2 до 5 мм.

В зависимости от свойств разрезаемых металлов для образования плазменного потока применяются различные газовые среды (табл. 15.2). Толщина разрезаемого металла ограничивается рабочим напряжением процесса.

Примечания: исключительно высокое качество реза, не нужно дополнительной механической обработки кромок, высокая стойкость электрода;

хорошее качество реза, высокая стойкость электрода;

удовлетворительное качество реза, требуется механическая обработка кромок, высокая стойкость электрода;

При максимально допустимом рабочем напряжении плазмотрона 120—140 В наибольшая толщина разрезаемых коррозионно-стойких и углеродистых сталей, алюминиевых и медных сплавов составляет 80—100 мм.

Если в качестве плазмообразующего газа применяется кислород, поверхность реза низкоуглеродистой стали пригодна для сварки без дополнительной обработки. При использовании воздуха или азота механическая обработка кромок обязательна.

Параметрами режима плазменно-дуговой резки являются: сила тока, диаметр сопла, напряжение плазменной дуги, скорость резки и расход газа.

С целью улучшения условий труда, повышения качества кромок, уменьшения тепловых деформаций деталей и увеличения скорости резки процесс выполняют с дополнительной подачей воды в зону резания. Техника плазменно-дуговой резки такая же, как и газокислородной и воздушно-дуговой, зажигание дуги осуществляется с помощью осциллятора, который выключается сразу после образования дуги.

При лазерной резке благодаря высокой концентрации энергии в световом луче происходят локальное плавление и испарение материала любого состава — стали, стекла, пластмассы, дерева, керамики, текстиля и т.д. Параметрами режима этого вида резки являются:

  • мощность, которая зависит от толщины и природы материала;
  • вид режущего газа (кислород, азот, воздух), определяемый природой материала и его толщиной;
  • скорость резки, зависящая от природы металла, его толщины и мощности лазера.

Электродуговая резка покрытыми и графитовыми электродами выполняется на оборудовании и аппаратуре для ручной дуговой сварки. Плазменная резка осуществляется ручным и механизированным способами.

Резаки для воздушно-дуговой резки конструктивно подобны обычным электрододержателям для ручной дуговой сварки. Отличие лишь в том, что они имеют дополнительную втулку с отверстием для подвода сжатого воздуха. Для резки используют как самодельные электрододержатели, так и промышленного изготовления для ручной и полуавтоматической строжки и резки.

Резак (рис. 15.4) является главным узлом горелки для плазменной резки. К стволу бчерез палец клапана 5присоединяется электрод 4. За электродом расположены кольцевой завихритель 3 и сужающееся сопло 2, где плазменный поток становится жестким, его энергия более концентрированной, а скорость и режущая способность дуги растут. На конце резака находится керамическое сопло 1, по центру которого проходит плазменный поток, а по периферии подается газ для защиты зоны резки металла. Кроме того, защитный газ охлаждает резак.

Материал электрода зависит от вида плазмообразующего газа. Если это аргон или аргоноводородная смесь, материалом электрода является чистый вольфрам или вольфрам с примесями лантана, тория или иттрия. В других случаях используют сменные гильзовые медные электродные пленочные катоды с гафниевыми или циркониевыми вставками, которые образуют соответствующие оксидные электропроводные пленки и могут довольно длительное время работать в окислительной среде. Работоспособность катодного узла зависит от силы тока (чем она больше, тем скорее изнашивается катод) и вида системы охлаждения (водоохлаждае- мый катод служит дольше). Так, для машинных плазмотронов с циркониевыми катодными вставками и водным охлаждением при силе тока 250—300 А продолжительность работы катода не превышает 4—6 ч.

Все элементы резака должны плотно прилегать друг к другу, но их пережатие недопустимо, так как приведет к порче резьбы на стволе. Для плазменной резки в качестве источника питания применяют дугу постоянного тока с крутопадающими вольт-ам- перными характеристиками и напряжением холостого хода 180-500 В.

Машинная резка выполняется на оборудовании, принцип работы и конструкция которого не отличаются от машин для кислородной резки.

Возможность и целесообразность использования некоторых термических видов резки приведены в табл. 15.1 и 15.2.

Разделительная дуговая резка

Во время разделительной процедуры изделие устанавливается в наиболее благоприятное для вытекания металла положение. При осуществлении вертикального реза резка ведется сверху вниз. Подобная определенность направления необходима для того, чтобы расплавленный материал не засорял сделанный разрез.

Для того чтобы отклонить дугу магнитным дутьем в сторону реза, второй сварочный кабель присоединяется у начала реза сверху. Разделительная электродуговая резка начинает выполняться с середины листа или кромки. Если работа начинается с середины листа, то первоначально прорезается отверстие. После этого, сделав наклон электрода таким образом, чтобы кратер располагался на торцевой кромке реза, деталь оплавляется.

В том случае, если толщина разрезаемой металлической детали меньше диаметра электрода, происходит следующее: рабочий элемент располагается по отношению к рабочей поверхности перпендикулярно, после чего перемещается вдоль косильной лески реза.

Воздушно-дуговая резка

Дуговая резка основана на расплавлении металлической детали в месте реза, а также дальнейшем ее удалении при помощи давления дуги и собственного веса (иногда в удалении расплавленного металла с места реза применяется дополнительный поток воздуха).

Воздушно-дуговая резка материала зачастую выполняется вручную посредством угольных или покрытых металлических электродов. Касательно рабочего материала, то дуговой обработке по силам работа с чугуном, высоколегированными сталями, цветными металлами, а также сплавами.

Качество реза, как правило, низкое (имеются неровные кромки, покрытые оплавившимся металлом и шлаком). Таким образом, для дальнейшего применения сварочного оборудования обязательно требуется механическая обработка. К тому же производительность воздушно-дуговой обработки материала невысокая.

Электродуговая резка не требовательна к применению специального оборудования. Резка с применением дуги может применяться в тех местах, где применяется дуговая сварка. Осуществлять процесс можно в любом пространственном положении.

Универсальность процедуры при помощи дуги позволяет работать с углеродистыми и низколегированными сталями. Для удаления всевозможных дефектов сварного шва, выплавления канавок в основном рабочем материале может применяться поверхностная, а также разделительная резка металла.

Резка отверстий

Если в материале нужно вырезать большое отверстие, то сначала выполняется небольшое. Для вырезки маленького отверстия необходимо отступить от края реза внутрь, после чего продлить рез, постепенно выводя на края основного отверстия.

Во время работы с металлическими деталями особое внимание должно уделяться предохранению тела от брызг, капель металла, а также шлака, поскольку они могут нанести существенный вред, вызвав ожоги. Также стоит помнить, что от металлических излишков может произойти возгорание.

Поверхностная дуговая резка

Поверхностная электродуговая резка предполагает наклон катода к рабочей поверхности под углом 5-20°. Затем электрод перемещается и частично погружается в образовавшуюся полость. Относительно широких канавок скажем, что они выполняются поперечными колебаниями электрода в положении вертикально.

Соединение деталей сваркой, первые шаги в ручной дуговой сварке | Detail joinment.Территория сварки

Показатель глубины канавки полностью зависит от скорости перемещения электрической дуги, а также наклона электрода. Глубокая канавка выполняется посредством нескольких проходов. Электрод устанавливается в положении перпендикулярно по отношению к рабочей поверхности в том случае, если требуется прорезание круглых отверстий различного диаметра. При этом возбуждаемая дуга может быть большей длины.

Резка металлическим электродом

Электродуговая резка при помощи металлического электрода подразумевает использование толсто покрытых катодов, часто применяемых в сварочном деле. Род электрического тока зависит от маркировки электрода.

дуговой, сварка, резка, металл

Скорость разделительной процедуры по большей части зависит от толщины разрезаемой металлической детали, а также величины тока и диаметра катода. При увеличении толщины металлической детали скорость разделительного процесса значительно уменьшается.

Для того чтобы сделать рез графитовым или угольным катодом, применяется действие постоянного электрического тока прямой полярности, поскольку в этом случае выделяется большее количество воздействующего на деталь тепла. Науглероживание кромок металла усложняет их последующую механическую работу. Стоит отметить, что ширина реза больше, чем в случае применения металлического электрода.

Преимущества и недостатки дуговой резки металла

Ручная дуговая резка металлов зачастую выполняется металлическим электродом. В большинстве случаев такой способ применяется в строительно-монтажных работах. Резка металла делается при помощи переменного или постоянного тока, катодами различных марок и диаметров, которые применяются при сваривании металлических деталей.

READ  Каким диском резать металл болгаркой

Вместе с тем, широко распространены именно электроды для резки металла с толстым покрытием. Электрод для резки деталей защищен от замыкания благодаря козырьку.

Основные способы дуговой сварки их технологические возможности и области применения

Резка металла дугой может осуществляться катодами, диаметр которых колеблется в пределах 3-10 миллиметров. Во время резки электрический ток принимается большим, чем во время сваривания металла (примерно на 10-30%).

Основными недостатками дуговой обработки металла являются плохое качество выполняемого реза, а также низкая производительность. Несмотря на некоторые недостатки, современной строительной и производственной сферам просто напросто не обойтись без резки материала.

Обработка дерева и металла

Интенсивный нагрев металла электрической дугой успешно используют в технике не только для сварки, но и для резки металла

Нашли применение следующие способы дуговой резки: ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся покрытым электродом, используемыми при сварке; воздушно-дуговая резка; кислородно-дуговая резка; резка сжатой дугой.

При дуговой резке неплавящимся электродом применяют угольные и графитовые электроды. Резка обеспечивается за счет выплавления металла из зоны реза, а не за счет его сгорания в струе кислорода, как при газовой резке. Поэтому благодаря высокой температуре нагрева, могут разрезаться материалы, не подвергающиеся кислородной резке (чугун, высоколегированные стали, цветные металлы). Применяют постоянный и переменный ток максимальной мощности. Для этого способа характерна очень малая точность и чистота реза.

При дуговой сварке плавящимся электродом рез получается более чистый и узкий, чем при резке неплавящимся электродом. Резку выполняют методом опирания. Наличие покрытия приводит при резке к повышению устойчивости дуги, замедлению плавления стержня электрода, изоляции его от стенок реза и ускорению резки благодаря окислению расплавленного металла компонентами покрытия. Ток при резке на 20—30% выше, чем при сварке.

При воздушно-дугов ой резке металл расплавляется теплом электрической дуги, а затем выдувается сжатым воздухом из зоны реза. При этом небольшая часть металла сгорает в кислороде, содержащемся в воздухе. Этот способ применяют для удаления дефектных мест под заварку и разделительной резки листов из нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Резку проводят на постоянном токе угольным (графитовым) электродом с помощью специальных резаков обычно с боковой подачей сжатого воздуха под давлением 0,4—0,5 МПа.

Кислородно-дуговая резка заключается в том, что разрезаемый металл разогревается с помощью электрической дуги, а затем сжигается струей кислорода, подаваемой к месту реза параллельно электроду. Окислы, получаемые при сгорании металла, выдуваются из места реза этой же струей кислорода. Применяют угольные и графитовые электроды, а также специальные плавящиеся трубчатые электроды с подачей кислорода через внутреннее отверстие. Способ используется ограниченно.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. Благодаря высокой температуре и большой кинетической энергии плазменной струи резке подвергаются практически все металлы.

Сварка и резка металлов (учебный фильм)

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азотно-водородные смеси. Использование для резки двухатомных газов (Н2, N2) энергетически более выгодно. При использовании электродов из циркониевых и гафниевых сплавов в качестве плазмообразующе-го газа при резке можно использовать воздух.

дуговой, сварка, резка, металл

Обработка дерева и металла

Наплавка — процесс нанесения при помощи сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей и получения изделий с заданными свойствами поверхности: износостойкостью при нормальных и повышенных температурах, жаропрочностью, жаростойкостью, кислотостойкостью и другими свойствами.

Для наплавки прйменяют в основном дуговые виды сварки: ручную плавящимися и неплавящимися электродами, полуавтоматическую и автоматическую под флюсом и в защитных газах, вибродуговую, плазменную. Наряду с дуговой применяют газовую, электрошлаковую, индукционную, печную наплавку.

Наплавка имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с соединительной сваркой.

дуговой, сварка, резка, металл

При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами химический состав наплавленного металла существенно отличается от химического состава основного металла. Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости Существует несколько способов получения легированного металла заданного химического состава: – использование легированного электродного стержня, электродной проволоки и/вд ленты сплошного сечения и нелегирующих покрытий, флюса или защитного газа; – использование проволок и лент с легирующими наполнителями в сочетании с нелегирующими покрытиями, флюсом или защитным газом; – использование нелегированного электродного стержня, проволоки или ленты и легирующего покрытия или флюса; – нанесение легирующих примесей в виде порошков, паст, брикетов и т. д. на поверхность, подлежащую наплавке.

Технологическими требованиями и особенностями наплавки по сравнению с соединительной сваркой являются: – минимальное перемешивание наплавляемого слоя с основным металлом для обеспечения заданного химического состава слоя и предотвращения трещин; – обеспечение минимальной зоны термического влияния; минимальные деформации и напряжения. Эти требования обеспечиваются за счет уменьшения глубины про-плавления регулированием параметров режима, погонной энергии, техники наплавки, колебаниями электрода, увеличением его вылета, применением широкой ленты малой толщины, наплавкой симметричных слоев вразброс, их проковкой после наплавки и другими технологическими приемами.

Техника наплавки должна обеспечивать максимальную производительность наплавки, т. е. максимальное количество расплавляемого электродного (присадочного) металла в единицу времени.

Производительность наплавки, выполняемой различными способами и приемами, примерно следующая (кг/ч): – ручная дуговая сварка покрытыми электродами — 0,8—3; автоматическая под флюсом одним электродом — 2—15, лентой— 5—30; – в углекислом газе— 1,5—8; – самозащитной порошковой проволокой — 2—9, лентой — 10— 20; – электрошлаковая проволочными электродами — 20—60, электродом большого сечения — до 150; – плазменная — 2—12; – вибродуговая — 1,2—3.

Техника наплавки при использовании электродной проволоки предусматривает наложение ниточных валиков с перекрытием предыдущего валика на 1/3 его ширины или валиков с поперечными колебаниями электрода. Наплавку можно вести также ниточными валиками на некотором расстоянии один от другого, после удаления шлака со всех валиков наплавляют валики в свободных промежутках.

При наплавке плоских поверхностей целесообразно применять широкие валики, т. е. вести процесс с колебательными движениями, а также использовать электродные ленты.

Наплавку тел вращения выполняют вдоль образующей или круговыми валиками по винтовой косильной лески. Для уменьшения деформаций и напряжений применяют проковку после наплавки.

Дуговая сварка и резка

В 1802 г. акад. В. В. Петров открыл явление дугового разряда. В 1882 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос предложил применить электрическую дугу для сварки металлов угольным электродом. В 1888 г. горный инженер Н. Г. Славянов заменил графитовый электрод металлическим. В настоящее время около 99 % работ, выполняемых дуговой сваркой, производится по способу Славянова. Дуговая сварка по распространению занимает первое место среди других видов сварки. Ее используют при производстве всех видов подвижного состава железнодорожного транспорта, морских и речных судов, котлов, автомобилей, подъемнотранспортных сооружений, трубопроводов для газов, жидкостей и сыпучих материалов, металлических конструкций и арматуры зданий, промышленных сооружений, мостов, узлов и деталей электрических, сельскохозяйственных и других машин и механизмов.

К числу металлов, свариваемых электрической дугой, относятся почти все конструкционные стали, серый и ковкий чугуны, медь, алюминий, никель, титан и их сплавы и другие металлы и сплавы.

Сварка производится графитовым электродом с присадочным металлом от прутка или без него; сварка этим способом имеет ограниченное применение. Ею пользуются для соединения с отбортовкой тонких стальных заготовок, где не требуется присадочный металл, для цветных металлов и чугуна, а также для наплавки порошковых твердых сплавов. Обычно применяют постоянный ток, причем для устойчивости дуги и лучшего прогрева стыка при сварке пользуются прямой полярностью: заготовку включают анодом. а электрод — катодом (—).

При сварке применяют металлический электрод в виде проволоки. Дуга возбуждается между электродом и основным металлом и плавит их оба, причем образуется общая ванночка, где перемешивается весь расплавленный металл. Электродная проволока выпускается диаметром от 0,3 до 12 мм. Для сварки углеродистой стали применяют проволоку марок Св08А, Св08ГС, Св10Г2, для сварки легированной стали различных марок — легированную проволоку марок Св08ГС, Св18ХГС, СвЮХМФТ, Св12ХПНМФ, Св12Х13, Св09Х16Н25М6АФ и др.

При ручной сварке пользуются электродами, покрытыми обмазкой. Обмазки бывают стабилизирующими, защитными и легирующими.

По толщине покрытия электроды бывают с тонкими, средними, толстыми и особо толстыми покрытиями. Тонкие покрытия являются стабилизирующими; они состоят из мела и жидкого стекла. Находящийся в составе мела кальций выделяется в плазме дуги, ионизирует ее, тем самым способствует устойчивости горения дуги.

Средние, толстые и особо толстые покрытия обеспечивают устойчивость горения дуги, а также защиту и легирование металла. Состав этих обмазок подбирается так, чтобы вокруг дуги создавалась газовая среда, защищающая металл электрода, стекающий в дуге, и металл ванночки от окисления и растворения в нем газов. По мере плавления электродов обмазка шлакуется и шлак равномерно покрывает шов, защищая металл от окисления и насыщения азотом. Кроме того, шлак замедляет охлаждение металла, что способствует выделению растворенных газов и уплотнению шва. В случае надобности в обмазку добавляют ферросплавы для легирования. Таким образом, в состав этих покрытий входят ионизирующие (например, мел), газообразующие (мука), шлакообразующие (полевой шпат) вещества, а также раскислители (ферромарганец) и легирующие компоненты. Во всех случаях, когда сварная конструкция должна выдерживать большие нагрузки, применяют электроды с толстыми и особо толстыми покрытиями, обеспечивающими прочность и вязкость шва, не уступающие основному металлу.

READ  Резка стекла болгаркой обычным диском

Электрические параметры дуги могут изменяться в широких пределах: применяют токи от 1 до 3000 А при напряжении от 10 до 50 В; мощность дуги — от 0,01 до 150 кВт. Такой диапазон мощности дуги позволяет использовать ее для сварки как мельчайших, так и больших и тяжелых изделий.

Дуговая сварка возможна на постоянном и переменном токах. Дуга на постоянном токе устойчивее, но расход электроэнергии выше. Для питания дуги постоянным током применяют генераторы и выпрямители.

Сварочные аппараты и генераторы делят на однопостовые — для питания одной дуги и многопостовые — для питания нескольких дуг. Для сварки используют стандартное напряжение тока (220, 380, 500 В).

Рисунок 44 Схема включения сварочного аппарата

На рис. 44 приведена схема включения сварочного аппарата переменного тока. Первичная обмотка П трансформатора 4 подключается к сети; ко вторичной обмотке В низкого напряжения (55—65 В) подключается регулятор тока (дроссель) 3. ток регулируется изменением индуктивного сопротивления дросселя: часть 2 сердечника может перемещаться с помощью винта от вращения рукоятки 1, при этом изменяется воздушный зазор с, а также регулируется сварочный ток.

Сварочные генераторы постоянного тока приводятся в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания.

Автоматизация электродуговой сварки. При ручной сварке сварщик должен поддерживать дугу, подавать электрод по мере его расходования и передвигать дугу вдоль шва. Автоматизация этих приемов приводит к автоматической сварке. Сущность способа автоматической дуговой сварки под флюсом состоит в следующем.

Сварочная головка 5 подает в зону дуги электродную проволоку 3 из кассеты 6. Для питания дуги, образующейся между основным металлом 2 и электродной проволокой, обычно пользуются переменным током. По мере образования шва 9 головка 5, а с ней и дуга автоматически перемещаются вдоль разделки 1. Вместе с головкой перемещается и бункер 4, из которого в разделку шва перед дугой засыпают гранулированный флюс. Таким образом, сварка протекает под слоем флюса, защищающего наплавляемый металл от воздуха. Часть флюса расплавляется от соприкосновения с дугой и при остывании образует корку 8, покрывающую шов. Сыпучий флюс, оставшийся поверх корки, отсасывается в бункер через сопло и шланг 7. Автоматическая сварка под слоем флюса в 5—10 раз производительнее ручной сварки.

Дуговая сварка в среде защитных газов. Дуговая сварка в среде защитных газов — углекислом, аргоне или гелии — обеспечивает лучшую, чем при сварке покрытыми электродами или под слоем флюса, защиту от воздействия кислорода и азота воздуха, лучшее использование тепла дуги. Вместе с тем сварка в среде защитных газов не заменяет названные способы сварки, а применяется в машино и приборостроении там, где эти способы не дают необходимых результатов.

Для сварки в струе углекислого газа применяют горелкидержатели

Дуга 4 горит между заготовкой 5 и электродной проволокой 1, которая автоматически подается с постоянной скоростью. Подвод тока к проволоке обеспечивается через контактные сапожки 2. Сварка выполняется на переменном или постоянном токе. Углекислый газ в зону сварки подается через сопло 3; к горелке он поступает от баллона. Образующийся при сварке оксид железа раскисляется марганцем и кремнием, которые в повышенном количестве содержатся в электродной проволоке. Сварку в углекислом газе широко применяют для углеродистой стали, заварки дефектов стальных отливок, наплавки и восстановления изношенных деталей.

Сварка в инертных газах (аргоне, гелии или их смесях) применяется для коррозионностойких сталей, титана, алюминия, меди, никеля, их сплавов и сплавов магния. Сварка выполняется плавящимся или неплавящимся электродом, постоянным или переменным током. Общая схема установки для сварки плавящимся электродом аналогична установке при сварке в углекислом газе; электродная проволока применяется того же состава, что и основной металл. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовую проволоку, которую устанавливают в горелку. Для заполнения разделки кромок в зону дуги вводят присадочный металл.

Дуговая резка. Резкой с использованием дуги разделяют металл не выжиганием, а расплавлением. Этот способ применяют для резки углеродистой и легированной сталей, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, отделения литниковой системы от отливок и т. д. Дуговая резка производится угольным или металлическим электродом. Автоматическая дуговая резка под флюсом применяется для разделки листов коррозионностойкой стали.

Воздушнодуговая резка производится угольным или графитовым электродом, который закрепляется в резаке или режущей головке. В контактносопловой части резака (головки) имеются отверстия, через которые струи воздуха выдувают расплавленный металл из реза.

С большим амперажем

Работы с большим амперажем – это подходящий вариант для варки элементов с толстыми стенками. Или же такая технология подходит прошивному свариванию металла. Под таким амперажем подразумевается показатель до 150 А. Этот способ связан с силовым действием на металл, то есть полным его проплавлением. Если говорить образно: детали обрабатываемого изделия сначала словно разрезаются, а потом сплавляются вновь.

« Плазма ». четвертое состояние Материи.

Плазма. это горячий ионизированный газ, состоящий примерно из равного количества положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. Характеристики плазмы значительно отличаются от характеристик обычных нейтральных газов, поэтому плазма считается отдельным «четвертым состоянием вещества».

Проще говоря, плазма. это газ, который был перегрет до такой степени, что становится очень проводящим. В процессах сварки и резки это позволяет передавать электрический ток.

Температура плазменной дуги может достигать 30 000 градусов по Фаренгейту. (16000 градусов Цельсия). Плазменная сварка была впервые представлена ​​как процесс примерно в начале 1960-х годов и использовалась в специальных приложениях с низким током (микроплазма) от 0,5 А, как правило, или даже ниже, до 500 А в более тяжелых отраслях промышленности.

На сегодняшнем рынке, хотя и считается экзотическим процессом сварки, плазма используется в широком спектре отраслей, где ключевыми факторами являются объем производства, стабильность и минимальное время простоя.

На изображении выше: функциональное изображение того, как работает плазменная сварочная горелка.

Каковы преимущества процесса плазменной сварки?

Одним из основных преимуществ процесса PAW является сфокусированная дуга, которая создается через отверстие наконечника. Размер отверстия может быть увеличен или уменьшен в соответствии с требованиями к силе тока, а также в соответствии с конкретными приложениями.

К преимуществам сфокусированной дуги можно отнести:

  • Более глубокое проникновение
  • Зона пониженного термического влияния (ЗТВ)
  • Повышенная скорость движения
  • Меньше влияния магнитных полей (блуждание дуги)
  • Точность в автоматизированных / роботизированных приложениях

Некоторые приложения, в которых используется сфокусированная плазменная дуга:

  • Термопары
  • Катетеры (медицинская промышленность)
  • Хирургические инструменты
  • Сильфон с приварной кромкой
  • Датчики расхода
  • Ремонт инструмента и штампов
  • Батареи
  • Аэрокосмические компоненты
  • Криогеника
  • Трубные мельницы
  • Сосуды под давлением

В отличие от процесса TIG, в котором вольфрамовый электрод открыт в атмосферу после цикла сварки, электрод в плазменном процессе изолирован внутри камеры горелки и защищен газовой защитой.Это позволяет электроду оставаться в одном и том же состоянии в течение более длительных периодов времени и, таким образом, в приложениях автоматизации значительно снижает необходимость останавливать процесс сварки для повторной заточки электрода.

= Повышение производительности

Чтобы предотвратить загрязнение при использовании процесса Tig, необходимо использовать высокую частоту для передачи дуги от электрода к заготовке. В приложениях автоматизации это может в некоторых случаях создавать проблемы, когда высокая частота может создавать помехи и прерывать работу управляющего оборудования.Этот метод переноса также может привести к преждевременному износу электрода, особенно при сварке большого объема и короткой продолжительности, что увеличивает потребность в повторной заточке электродов.

В плазменном процессе используется постоянная пилотная дуга, которая позволяет переносить дугу без использования высокой частоты. Это устраняет помехи в системе управления, а также обеспечивает надежный и точный переход на более длительные производственные циклы.

= Повышение производительности.

В дополнение к функциям, доступным на источнике питания плазмы, таким как контроль тока, цифровое регулирование газа (поддержание потока газа в соответствии с настройкой силы тока), синхронизация импульсов и точек, плазменная сварочная горелка может предложить другие варианты, чтобы помочь точно настроить характеристики дуги.К ним относятся следующие:

  • Размер отверстия в наконечнике
  • Набор электродов
  • Расходы газа.
  • Возможность работы с несколькими газами

Эти варианты обеспечивают большую гибкость для дальнейшего улучшения процесса плазменной сварки для решения многих задач.

Для улучшения сварочного процесса можно использовать различные газы. Например, смесь аргона с водородом с концентрацией 2% или 5% может использоваться в качестве плазменного газа ИЛИ в качестве защитного газа в сочетании с чистым аргоном.

  • Аргоновая плазма / аргон / водородный экран. Повышенное тепловложение от экрана. Газ снижает поверхностное натяжение материала и позволяет увеличить скорость движения.
  • Argon Hydrogen Plasma / Argon Shield. Концентрирует тепло в потоке плазмы для увеличения проникновения. (Режим замочной скважины)

Изображение вверху: пример плазменной сварки нержавеющей стали.

Отрасли и области применения, в которых используется технология плазменной сварки

  • Аэрокосмическая промышленность
  • Медицинский
  • Автомобильная промышленность
  • Производство аккумуляторов
  • Производство сосудов под давлением
  • Производство
  • Производство нержавеющей стали
  • Емкости для хранения
  • Криогеника
  • Промышленность термопар
  • Товары для дома и бытовой техники
  • Компрессоры
  • Кухонное оборудование промышленное и бытовое
  • Электроинструменты. ламинация
  • Сварка труб
  • Трубные мельницы
  • Ремонт инструмента и штампов
  • Электростанции
READ  Переделка шуруповерта на литиевые зарядка

Схема процесса плазменной резки

Применяемые при плазменно-дуговой резке плазмообразующие газы должны обеспечивать получение плазмы и необходимую защиту вольфрамового электрода от окисления. В качестве таких газов применяют аргон, азот и смеси аргона с азотом, водородом и воздухом. В качестве электродов используют лантанированный вольфрам ВЛ-15. Вольфрамовый электрод располагают с соплом плазмотрона. Струя плазмы имеет большую скорость истечений и форму вытянутого конуса, сечение которого на выходе соответствует сечению сопла. Плазменно-дуговую резку применяют при резке металлов, которые невозможно или трудно резать другими способами, например, при резке коррозионно-стойких легированных сталей, алюминия, магния, титана, чугуна и меди. При резке плазменной струей разрезаемый металл не включается в электрическую цепь дуги. Дуга горит между концом вольфрамового электрода и внутренней стенкой охлаждаемого водой наконечника плазмотрона. Сущность резки плазменной дугой заключается в выплавлении металла струей плазмы и выдувании расплавленного металла из зоны реза.

На рисунке 1 схематически представлен процесс резки плазменной струей. Питание осуществляется от источника постоянного тока 3. Минус подводится к вольфрамовому электроду 4, а плюс. к медному соплу 2, которое охлаждается водой. Дуга 6 горит между электродом и соплом и выдувается газовой смесью из внутренней полости мундштука 5 с образованием струи плазмы которая проплавляет разрезаемый металл 7. В качестве плазмообразующего газа используют в основном аргон и смесь аргона с азотом. Плазменную струю применяют при резке тонкого металла. Скорость резки плазменной струей зависит от свойств разрезаемого металла и от параметров режима резки (сила тока, напряжение, расход газа). Плазменной струей режут как ручным, так и механизированным способом. Для плазменно-дуговой резки применяют специальное оборудование, которое питается электрической энергией. Основным элементом при плазменной резке является устройство для управления рабочим циклом резки. подачей и перекрытием газов, зажиганием вспомогательной дуги.

Три основных типа плазменной сварки

В плазменной сварке мы различаем три основных типа. Основное различие между тремя типами. это используемая сила тока.

  • Микроплазменная сварка. где ток составляет от 0,02 до 15 ампер.
  • Плазменная сварка методом плавления. при котором сварка выполняется так же, как и в процессе TIG. Сила тока составляет от 15 до 100 ампер.
  • Плазменная сварка методом «замочной скважины». Уровни тока могут варьироваться от 15 до 350 ампер, в зависимости от толщины материала.

Прямого

Работает это так: один полюс подключается на электрод (при прямой полярности минус), второй – к металлу, что в данный момент обрабатывается. Так получается прямая дуга, направляемая на обрабатываемую деталь.

Клемму изначально фиксируют к соплу для ионизации газа, идущего по плазмотрону. После образования плазмы клемму переводят на деталь, осуществляется пробой дуги на деталь, и из сопла исходит плазма. Плазменную струю корректирует сила тока. А газ не просто вырвется из сопла, но и станет защитой рабочей зоны.

И один, и другой метод применяется как для сварочных работ, так и для резки металлов.

Плазменно-дуговая резка металлов

Резка плазменной дугой основана на способности сжатой дуги глубоко проникать в металл, проплавляя его по косильной лески реза дуговым разрядом. Под действием высокой температуры сжатой дуги газ 2, проходя через дуговой разряд, сильно ионизирует, образуется струя плазмы, которая удаляет расплавленный металл из места реза. Дуга 1 возбуждается между разрезаемым металлом 4 и неплавящимся вольфрамовым электродом 5, расположенным внутри головки резака 6. Дуговую газоразрядную плазму 3 называют низкотемпературной (ее температура 5000-20 000°С).

а. плазменной дугой, б. плазменной струей

Схема процесса плазменной резки

Применяемые при плазменно-дуговой резке плазмообразующие газы должны обеспечивать получение плазмы и необходимую защиту вольфрамового электрода от окисления. В качестве таких газов применяют аргон, азот и смеси аргона с азотом, водородом и воздухом. В качестве электродов используют лантанированный вольфрам ВЛ-15. Вольфрамовый электрод располагают с соплом плазмотрона. Струя плазмы имеет большую скорость истечений и форму вытянутого конуса, сечение которого на выходе соответствует сечению сопла. Плазменно-дуговую резку применяют при резке металлов, которые невозможно или трудно резать другими способами, например, при резке коррозионно-стойких легированных сталей, алюминия, магния, титана, чугуна и меди. При резке плазменной струей разрезаемый металл не включается в электрическую цепь дуги. Дуга горит между концом вольфрамового электрода и внутренней стенкой охлаждаемого водой наконечника плазмотрона. Сущность резки плазменной дугой заключается в выплавлении металла струей плазмы и выдувании расплавленного металла из зоны реза.

На рисунке 1 схематически представлен процесс резки плазменной струей. Питание осуществляется от источника постоянного тока 3. Минус подводится к вольфрамовому электроду 4, а плюс. к медному соплу 2, которое охлаждается водой. Дуга 6 горит между электродом и соплом и выдувается газовой смесью из внутренней полости мундштука 5 с образованием струи плазмы которая проплавляет разрезаемый металл 7. В качестве плазмообразующего газа используют в основном аргон и смесь аргона с азотом. Плазменную струю применяют при резке тонкого металла. Скорость резки плазменной струей зависит от свойств разрезаемого металла и от параметров режима резки (сила тока, напряжение, расход газа). Плазменной струей режут как ручным, так и механизированным способом. Для плазменно-дуговой резки применяют специальное оборудование, которое питается электрической энергией. Основным элементом при плазменной резке является устройство для управления рабочим циклом резки. подачей и перекрытием газов, зажиганием вспомогательной дуги.

Плазменно-дуговая резка

Низкотемпературная плазма представляет электропроводящий газ с температурой 10 000—50 000 °С, состоящий из положительно и отрицательно заряженных газовых частиц, содержащихся в равных количествах. Низкотемпературную плазму для резки получают обычно в электрической дуге, создаваемой в специальном инструменте — плазмотроне, пропуская через него технические газы.

Разработаны две схемы плазменно-дугового разряда: плазменная дуга (рис. 4.6, а), возбуждаемая между катодом плазмотрона, и обрабатываемым металлом (дуга прямого действия) и плазменная струя (рис. 4.6, б), возбуждаемая между независимыми от обрабатываемого материала электродами (независимая дуга). В обеих схемах дуговой разряд возбуждается в узких каналах плазмотронов, которые позволяют при относительно небольших расходах плазмообразующей среды получать значительные скорости потоков плазмы.

Сущность плазменно-дуговой резки состоит в расплавлении высокотемпературным потоком газов металла в ограниченном объеме с последующим удалением расплава из полости реза струей.

Разделительная плазменная резка проводится на постоянном токе прямой полярности. Хорошие результаты дает при резке трехфазная сжатая дуга. Поверхностная плазменная резка применяется редко. Плазменную резку используют для обработки конструкционных и коррозионно-стойких сталей, а также чугуна толщиной 50—60 мм. При увеличении толщины теряется основное преимущество плазменной резки перед кислородной — высокая производительность.

2 — дуга; 3 — струя плазмы; 4 — обрабатываемый металл; 5 — наконечник; 6 — катод; 7 — изолятор; 8 — катодный узел

Для цветных металлов, и в первую очередь алюминия, плазменная резка — один из лучших способов. Металл малой толщины и неэлектропроводные материалы можно резать сжатой дугой косвенного действия — плазменной струей. Однако сжатая дуга прямого действия (плазменная дуга) эффективнее во всех случаях. В качестве плазмообразующих газов при резке используют азот, водород, азотоаргоновую, азотоводородную, азотокислородную, аргоноводородную смеси, сжатый воздух. Двухатомные газы (Н2, N2) предпочтительны, так как при диссоциации (разложении) в плазмотроне они поглощают теплоту, которую затем отдают у поверхности реза. Газовые смеси, содержащие кислород, используют преимущественно для резки черных металлов, а неактивные газы и их смеси — при резке цветных металлов и их сплавов.

При резке с неактивными плазмообразующими газами применяют вольфрамовые электроды, с активными кислородосодержащими газами, в том числе с воздухом, — медные водоохлаждаемые державки с циркониевыми или гафниевыми вставками. На поверхности этих вставок образуются пленки плотных окислов, защищающих металл от дальнейшего окисления и электропроводных при высоких температурах. В результате при силе тока 250—500 А продолжительность работы такого электрода составляет 4—6 ч.

Параметры режима плазменной дуговой резки — это диаметр сопла, сила тока, напряжение сжатой дуги, скорость резки и расход плазмообразующего газа.

Резка начинается сразу же после возбуждения дуги. Во время резки должно поддерживаться постоянным расстояние 15—20 мм от торца сопла плазмотрона до поверхности разрезаемого листа. Резка прекращается, когда разрывается дуга при сходе плазмотрона с края листа или когда выключается ток дуги. Скорость резки нужно выбирать в зависимости от разрезаемого металла, его толщины и силы тока. Если скорость занижена, рез будет шире внизу. При правильно выбранной скорости разница в ширине низшей и верхней части реза будет минимальной. При выборе режима нужно учитывать, что завышенные сила тока и расход газа уменьшают ресурс работы плазмотрона.

При плазменной резке нужно соблюдать те же требования безопасности, что и при дуговой сварке в защитных газах, в частности при сварке сжатой дугой. Особенности плазменной резки — сильный шум и более интенсивное излучение. Поэтому при машинной резке рабочее место резчика должно быть по возможности удалено от места реза, а управление установкой должно быть дистанционным. При ручной резке надо применять защитные стекла с повышенной затененностью, а при шуме более 110 дБ — наушники или противошумную каску. Кроме того, при плазменной резке выделяется в атмосферу много металлического пара и газов, поэтому должна быть усилена вентиляция.