Плазменная сварка и плазмотроны прямого, косвенного действия
Для плазменной дуги характерны крайне высокая температура (до 30000°С) и широкий диапазон регулирования технологических свойств.
По сравнению с аргонодуговой сваркой плазменная сварка отличается более высокой проплавляющей способностью. Это дает ей следующие преимущества:
- повышенную производительность;
- меньшую зону термического влияния;
- более низкие деформации при сварке;
- пониженный расход защитных газов;
- более высокую стабильность горения дуги;
- меньшую чувствительность качества шва от изменения длины дуги (ввиду её неизменной геометрии по длине (рисунок 1).
Рис. 1. Плазменная (сжатая) дуга, горящая на графит
Плазмотроны прямого и косвенного действия
Плазменную дугу получают при помощи устройства под названием плазмотрон. Есть два способа подключения плазмотрона: для генерации дуги прямого действия (рис. 2,а) и для генерации дуги косвенного действия — плазменной струи (рис. 2,б).
Плазмотроны, подключаемые для генерации дуги, называют плазмотронами прямого действия, а для генерации плазменной струи — косвенного действия. Часто плазмотроны косвенного действия конструктивно отличаются от плазмотронов прямого действия системой охлаждения соплового узла плазмотрона. У первых она более эффективна.
Принцип действия и конструкция плазмотронов
В плазмотронах прямого действия плазменная дуга возбуждается между вмонтированным в газовую камеру стержневым — как правило, вольфрамовым — электродом и свариваемым изделием. Сопло электрически нейтрально от электродного (катодного) узла и служит для сжатия и стабилизации дуги.
В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создается между электродом и соплом, а поток плазмы выдувает плазменную струю.
Рис. 2. Схемы плазмообразования
Для плазменной сварки металлов обычно применяют плазмотроны с дугой прямого действия.
Сжатие столба дуги происходит следующим образом: рабочий газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи.
Плазменная дуга прямого действия по форме почти цилиндрическая и немного расширяется у поверхности изделия.
Плазменная дуга косвенного действия (струя) по форме представляет собой ярко выраженный конус с вершиной, обращенной к изделию и окруженной факелом.
Слой газа, омывающий столб дуги снаружи, остается относительно холодным, образуя тепловую и электрическую изоляцию между плазменной дугой и каналом сопла. Плотность тока дуги в плазмотронах достигает 100 А/мм2, а температура — 15000–30000 °С.
Особенности дуг прямого и косвенного действия
У плазмотрона с дугой прямого действия плазменная струя совмещена со столбом дуги — в отличие от плазмотрона с дугой косвенного действия. Это значит, что для первого плазмотрона характерна более высокая температура и тепловая мощность.
Процесс возбуждения дуги непосредственно между электродом и изделием осуществить трудно. Поэтому сначала возбуждается дуга между электродом и соплом (дежурная), а когда ее факел касается изделия, происходит автоматическое зажигание основной дуги между электродом и изделием.
Дежурная дуга отключается при устойчивом горении основной дуги. Обычно дежурная дуга питается от того же источника, что и основная, через токоограничивающие сопротивления.
В плазмотронах с дугой прямого действия в изделие вводится дополнительное тепло за счет электронного тока. КПД таких плазмотронов значительно выше, чем у плазмотронов с дугой косвенного действия. Поэтому плазмотроны с дугой прямого действия лучше применять для сварки, резки, наплавки, а плазмотроны с дугой косвенного действия — для напыления, нагрева и т.п.
Плазменная дуга может быть использована:
- при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы;
- при сварке металлов с неметаллами;
- для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электронной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;
- для пайки;
- разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов.
Плазменная сварка и ее особенности
Плазма образуется из газа путем прохождения через определенный промежуток в специальном устройстве, называемом плазмотроном. В горелке находится неплавящийся электрод из вольфрама, система охлаждения, отверстие для подачи газа.
Плазменная сварка чаще всего применяется для металлов, температура плавления которых слишком высокая, либо толщина которых составляет более одного сантиметра, так как такой вид сварки способен нагревать их до огромных температур.
Принцип действия электрода на металл такой же, как и при дуговой сварке
Существенная разница именно в температуре нагрева. В дуговой сварке она не может достигнуть более 7000 градусов, в отличие от плазменной сварки, в которой она может быть более 30000 градусов. Из-за того, что технология процесса дуговой и плазменной сварки почти одинаковая, нередко плазменную сварку называют «плазменно-дуговой». Стоит обратить внимание на то, что выполнять такую сварку можно даже на высоте, и в любом другом положении.
Из-за того, что температура сварки может достигать рекордных показателей, вариантов применения огромное множество, а список свариваемых металлов почти не ограничен. Это может быть как бронза, титан, нержавеющая сталь, так и латунь, железо, чугун, алюминий и другие виды стали.
Плазменная сварка применяется в изготовлении различных приборов, в сварке автомобильных запчастей, в пищевой и химической промышленности, изготовлении ювелирных украшений. Ее использование актуально практически везде, поэтому на сегодня она является одним из самых популярных способов сварки.
Для образования плазмы важен газ, обычно используют кислород, азот, атмосферный воздух или аргон. Сила тока при сварке может быть различной величины. При силе тока до 25 А принято сварку называть микроплазменной, величина среднего значения составляет от 25 до 150 А, а после 150 А считается работа с большой силой тока.
Технологический процесс сварки делится на два типа
Плазменная сварка прямого действия
Это наиболее популярный метод при создании сварочных швов. Он осуществляется путем соприкосновения электрода с металлической поверхностью, и в результате этого образуется электронная дуга. При сварке, например, алюминия, нужно внимательно следить за силой тока, подаваемой в электрод, так как это легкоплавкий металл, который может прожечься даже при небольшом отклонении от нормы. Обычно к сварочным аппаратам прилагается инструкция, в которой указана подходящая температура для различных видов металлов.
Дуга сначала зажигается за счет воздействия малой силы тока, затем при соприкосновении электрода с поверхностью свариваемой детали, в дугу поступает сила, больше первоначальной, требуемая для плавления металла. Дуга может быть подключена как к источнику питания с переменным, так и с постоянным током, но всегда прямой полярности. Она возбуждается за счет осциллятора.
Плазменная сварка косвенного действия
При косвенном действии сварка очень похожа по принципу работы с плазменной сваркой прямого действия, но существенным отличием является то, что источник питания подключен не к дуге, а к электроду и соплу. Поэтому образуется дуга между электродом и соплом, и затем из горелки уже выходит плазменная струя. Скорость струи полностью зависит от давления используемого газа внутри горелки. Внутри горелки газ становится плазмой. Из литра газа получается примерно 50 литров плазмы. Из-за такого колоссального увеличения объема она моментально вылетает из аппарата.
Однако плазменная сварка косвенного действия не так широко применяется, как прямого, хотя она гораздо удобнее, так как затрачивается небольшое количество газа, возможна работа без остановок даже при маленькой силе тока и создается большое давление, которое не дает расплавленному металлу брызгать в разные стороны. Благодаря этому, можно сваривать и резать металлические детали. Для резки нет необходимости в инертном газе, поэтому плазменная сварка самый подходящий вариант для этого процесса. Проблемой такого вида сварки является высокая стоимость оборудования для создания плазменной струи, поэтому и выполнение такой работы имеет также высокую цену.
Разница между переносной дугой и непереносимой дугой плазменной горелки
Пинту Присоединение, НТМ
Термическая плазма — это ионная форма вещества, получаемая путем нагрева подходящего газа до очень высокой температуры. Плазма состоит из возбужденных ионов газовых атомов и свободных электронов (поэтому плазма может проводить электричество). Локальная температура плазмы может достигать 30 000°С и более. Такая высокая температура может практически расплавить и испарить любой материал, независимо от его физического состояния. Искусственно созданная управляемая струя высокотемпературной плазмы может использоваться для нескольких целей, включая резку или механическую обработку, сварку, нанесение покрытий, термообработку и т. д. Все эти процессы используют тепло плазменной струи по-разному для достижения намеченной цели. Однако основным требованием для такой деятельности является наличие сжатой струи высокотемпературной плазмы, текущей с большой скоростью.
Для искусственного создания плазмы плазмообразующий газ (это может быть воздух, водород, аргон или азот) вводят в газовую камеру с большим расходом (1 – 5 м 3 /ч). Газовая камера содержит вольфрамовый электрод, который соединен с отрицательной клеммой (катодом) источника питания постоянного тока. Плюсовой вывод источника питания может быть соединен либо с заготовкой, либо с соплом газовой камеры. На основании этой связи плазмотрон (плазматрон) можно разделить на плазмотрон с переносной дугой и плазмотрон без переноса дуги.В перенесена дуговая плазменная горелка
- В обоих случаях электрод незаменим для высвобождения электронов. Этому электроду придается отрицательная полярность (катод).
- Обе дуговые системы основаны на постоянном токе. Напряжение остается около 200 В, а сила тока может достигать 1000 А.
- Плазмообразующий газ (например, воздух, водород, аргон или азот) также требуется для непрерывной подачи в газовую камеру независимо от типа плазменной горелки. использовал.
- В обоих случаях электрическая дуга обеспечивает необходимое тепло для образования плазмы.
- Независимо от типа резака работа плазменного луча очень шумная. Соответственно, при работе с плазменными станками необходимо использовать надлежащие средства индивидуальной защиты.
Дуговая плазменная горелка с переносом | Дуговая плазменная горелка без переноса |
---|---|
Электрическая дуга возникает между электродом и заготовкой. Однако в начале работы между электродом и соплом устанавливается вспомогательная дуга на очень короткий период. | Электрическая дуга возникает между электродом и соплом, и одна и та же дуга продолжается в течение всей операции. |
Здесь заготовка выполнена в виде анода (положительный вывод источника постоянного тока), а сопло остается электрически нейтральным. Катод всегда медный электрод. | Здесь заготовка электрически нейтральна, а сопло выполнено анодом. Как обычно, катод всегда представляет собой медный электрод. |
Плазменная горелка с прямой дугой может применяться только для электропроводящих деталей. | Дуговая плазменная горелка непрямого действия может применяться к любой заготовке независимо от электропроводности. |
Прямая дуга имеет относительно более высокий электротермический КПД (85 – 95%). | Непрямая дуга имеет сравнительно низкий электротермический КПД (65 – 75%). |
Прямая дуга в основном используется для механической обработки (или резки), сварки, наплавки, переплавки и напыления. | Непрямая дуга предпочтительнее для газопламенного напыления, сфероидизирующей термообработки, переработки руды и т. д. |
Плазменная горелка с переносной дугой также известна как «плазменная горелка с прямой дугой», поскольку дуга поддерживается непосредственно между электродом и заготовкой. | Дуговая плазменная горелка без переноса также известна как «дуговая плазменная горелка непрямого действия», поскольку дуга не поддерживается между электродом и заготовкой, несмотря на то, что заготовка получает тепло. |
- Современная технология дуговой сварки от Ador Welding Limited (Oxford and IBH Publishing Company Pvt. Ltd.).
- Нетрадиционная обработка П. К. Мишра (издательство Нароса).
Метки: Дуга, Электропроводность, Электрод, Электрон, Энергия, Ион, Производство, Плазма, Мощность
АППАРАТЫ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ, ГОРЕЛКИ И РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Добро пожаловать на сайт WeldingDirect.Com, онлайн-ресурс №1 для горелок MIG, TIG и плазменных горелок, а также запасных частей.
Машины плазменной резки Nu-Tec Аксессуары для плазменной резки Плазменные горелки и расходные материалы Nu-Tecsys NPT
Воздушно-плазменная резка, одно из самых революционных достижений в области резки металлов, заменила кислородно-ацетиленовую и другие методы резки, особенно при работе с тонкими металлами, нержавеющей сталью или алюминием.
Интенсивно сфокусированный поток перегретого (25 000 dF) ионизированного воздуха режет металл с очень небольшим искажением. Окрашенные металлы или металлы с покрытием можно резать практически без повреждения покрытия поверхности. Единственными требованиями к системе являются воздух из цеха и подключение к электросети. Плазменные системы могут резать сталь, нержавеющую сталь, медь, латунь, алюминий, окрашенные или оцинкованные материалы.
Производительность системы варьируется от 3/16 дюйма (5 мм) для тонколистового и легкого производства до 1,75 дюйма (45 мм) для изготовления толстолистового проката. Доступен широкий ассортимент плазменных горелок и расходных материалов для ручной или автоматизированной резки.
От домашнего хобби до тяжелой промышленности Welding-Direct.com предлагает систему Plasma для удовлетворения ваших потребностей в резке металла.