Плазменная сварка: принцип работы, виды, преимущества

В чем особенности? Плазменная сварка считается самым современным и инновационным методом обработки металла. Одно из главных ее преимуществ состоит в возможности достигать сверхвысоких температур. Уникальная технология позволяет работать как с тугоплавкими и цветными металлами, так и с тонкими, например, с фольгой.

Какое оборудование выбрать? Существует несколько видов плазменной сварки, в том числе микроплазменная. При выборе оборудования необходимо учитывать различные параметры в зависимости от поставленной задачи.

Принцип работы и сфера применения плазменной сварки

Плазменная сварка металла отличается от дуговой. В ее основе лежит использование аргонодуговой технологии, имеющей свои особенные показатели дуги. Последняя представляет собой плазменную струю, обладающую мощной энергией.

Прежде чем перейти к описанию плазменной сварки и ее технологии, необходимо разобраться, что такое плазма и как она возникает.  Плазмой называют газ в состоянии полной или частичной ионизации. Соответственно, она состоит из заряженных частиц – электронов и ионов, а также из нейтральных молекул и атомов.

Принцип работы и сфера применения плазменной сварки

Таким образом, для превращения газа в плазму необходимо, чтобы большая часть частиц была ионизирована. То есть надо отделить один электрон от атома, разорвав его связи с ядром. Это достигается разогревом газа до высокой температуры. В результате получается сварочная дуга очень высокой мощности и небольшого сечения. Причем эти параметры можно регулировать, добиваясь изменения температуры.

Температура плазменной струи при сварочных работах может подниматься до 300 000 °С (при ручной дуговой), а при плазменной сварке достаточно 5 000-70 000 °С. Дуга в процессе сварки имеет форму цилиндра, за счет чего по всей ее протяженности сохраняется одинаковая мощность.

Плазмотрон генерирует электрическую дугу, от которой при нагреве происходит ионизация газовой струи. В результате нагрева и теплового расширения газа его объем увеличивается от 50 до 100 раз. Газовая струя выбрасывается из сопла на большой скорости. В итоге мощность энергетического потока при плазменно-дуговой сварке формируется двумя составляющими энергии – тепловой и кинетической. При плазменной сварке оборудование работает обычно на постоянном токе.

Читайте также: «Термическая сварка»

Технология позволяет добиться высокого давления дуги на поверхность, поэтому большинство металлических деталей можно соединить плазменной сваркой, в результате она находит применение во многих сферах. Так, методика используется для таких материалов:

  1. титан и его сплавы;
  2. алюминий и его сплавы;
  3. магний и его сплавы;
  4. медь и ее сплавы;
  5. вольфрам;
  6. высоколегированные, низколегированные или нелегированные стали;
  7. чугун;
  8. никелевые сплавы;
  9. различные металлы с низкой электропроводностью;
  10. другие материалы.

Плазменная сварка находит применение во многих производственных процессах. Именно эта технология используется в приборостроении, самолетостроении, космической промышленности, в производстве медицинской аппаратуры и пр. – там, где требуется высокая точность и качество сварных соединений.

Еще одна область, в которой плазменная сварка находит успешное применение, – места с ограниченным доступом, куда трудно добраться. Кроме того, на прогрев соединяемых деталей практически не влияет небольшое изменение дистанции между электродом и рабочей поверхностью, соответственно, такие колебания не сказываются на качестве шва – вот еще в чем заключается отличие плазменной сварки от прочих.

Читайте также: «Длина сварного шва»

Также стоит отметить и такую особенность метода, как прогрев рабочих поверхностей заготовок на большую глубину в ходе самого процесса. А это значит, что не надо предварительно подготавливать кромки. Применяется также плазменная сварка для соединения металлов с неметаллическими материалами.

Виды плазменной сварки

У технологии плазменной сварки существует несколько видов, отличающиеся типом обработки, величиной сварочного тока и способом подключения оборудования.

По типу обработки бывают две методики:

  • процесс осуществляется при помощи дуги, формируемой между неплавкими электродами и поверхностью свариваемых деталей;
  • сварка струей, образующейся между неплавким электродом и наконечником горелки.

Виды плазменной сварки

Другая классификация учитывает, с какой силой тока работает плазменная сварка:

  • микроплазменная – сила рабочего тока не больше 25 А;
  • средними токами – сила рабочего тока до 150 А;
  • высоким током – более 150 ампер.

Оборудование для плазменной сварки отличается по способу подключения самого аппарата и горелки к источнику электрического тока. Плазмотроны бывают двух типов:

  • прямого действия;
  • косвенного действия.

Различается и способ воздействия на рабочую зону:

  • контактный – швы линейные и прерывистые (используются плазмотроны косвенного и прямого действия);
  • импульсный – детали прогреваются на большую глубину (применяется подключение как прямой, так и обратной полярности);
  • точечный – воздействие одностороннее, используется для изготовления листовых сэндвичей, правки швов, прихватки деталей.

Плазменная наплавка и сварка всех видов является, по сути, уникальной технологией. Поэтому она широко применятся во многих сферах.

Микроплазменная сварка

Методика плазменной сварки металла малыми токами (от 0,1 до 2 А) подходит для соединения изделий небольшой толщины (до 1,5 мм) – тонких листов, труб и пр. Этой же технологией пользуются ювелиры. Для работы берут вольфрамовые электроды диаметром до 2 мм, размер сопла горелки – от 0,5 до 1,5 мм. Для плазменной сварки применяют инертные газы – обычно аргон, иногда с добавлением небольшого количества гелия.

Микроплазменная сварка

При этом виде плазменной сварки работа с тонкими деталями выполняется без прожога и тепловой деформации. Это достигается за счет ограниченной зоны разогрева. В частности, для фольги подходит только этот метод.

Шов, выполненный микроплазменным методом, имеет такие особенности:

  1. молекулярная однородность, что повышает способность соединения противостоять механическим воздействиям и вибрациям;
  2. гладкая поверхность, нет необходимости дополнительно ее обрабатывать;
  3. высокая точность, отклонения получаются минимальными за счет того, что есть возможность четко направить дугу и регулировать параметры сварочной ванны по потребностям;
  4. надежное соединение кромок, хотя глубина шва небольшая.

Читайте также: «Электродуговая сварка»

Установку можно перемещать, в конструкции предусмотрена емкость для газа, присадка подается автоматически. Это оборудование плазменной сварки может использоваться для дома.

Плазменная сварка прямого действия

Соединение заготовок осуществляется посредством термической энергии плазмы, расположенной между неплавким электродом и поверхностью деталей. Эта технология считается базовой, потому что такая плазменная сварка прямого действия непосредственно отражает суть самого процесса.

Электрическая дуга здесь образуется по тому же принципу, что и при электродуговой сварке. К электроду подключается минус (при прямой полярности), на заготовку подается плюс. Между электродом и свариваемой поверхностью образуется прямая дуга. Затем в два этапа генерируется плазма:

  • чтобы ионизировать газ в плазмотроне, подключают клемму к соплу;
  • как только начала образовываться плазма, клемму переподключают на свариваемую деталь, возникает пробой дуги на деталь, плазма вырывается из сопла.

Читайте также: «Прямая и обратная полярность при сварке: как правильно выбирать»

Оборудование может работать и с переменным, и с постоянным током.

Аппарат плазменной сварки используется и как резак, причем обрабатывать можно не только металл, но и прочие материалы. Возможны операции и по наплавке металла. Методика прямого действия находит применение на предприятиях и в быту.

Сварка косвенного действия

Если говорить о том, что такое плазменная сварка косвенного действия, то ее отличие от предыдущей технологии заключается в положении и температуре дуги. Она генерируется между наконечником горелки и электродом. Защитный газ подается в автономном режиме.

Сварка косвенного действия

Когда к плюсовому контакту плазмотрона подключается один контакт, а минусом служит тугоплавкий электрод (прямая полярность), генерируется дуга. Ее характеристики зависят от давления, с которым подается газ. Как говорилось выше, газ под воздействием температуры сильно расширяется, именно этот процесс и обеспечивает ту мощность, с которой вырывается плазма. Сварка косвенного действия требует меньшего расхода газа, чем в предыдущем методе.

При этом сама дуга обладает стабильностью и более низкой температурой. Технология используется для получения термоэффектов, аппараты находят применение и для нанесения порошковых металлов на поверхности. Большое давление газа на выходе из сопла обеспечивает возможность сварки металлов, обладающих малой электропроводностью (нихром, стали с содержанием висмута и пр.).

Плюсы и минусы плазменной сварки

Плазменная сварка и резка металлов используется во многих сферах для соединения всевозможных элементов. Ее распространение обусловлено множеством достоинств технологии:

  1. высокая степень нагрева плазмы – в пределах 300 000 °С;
  2. дуга малого диаметра;
  3. хорошая скорость сваривания, даже для деталей большой толщины (50-200 мм); процесс проходит в три раза быстрее, чем при использовании газовой сварки;
  4. возможность получить очень точный результат;
  5. отсутствие необходимости в последующей обработке краев деталей;
  6. возможность сваривать любой металл – разные виды стали, чугун, цветные (медь, алюминий);
  7. отсутствие термических деформаций металла – даже при ручной плазменной резке и сварке изделий сложной формы удается избежать искажений геометрии;
  8. возможность проводить работы на изделиях без предварительной подготовки, покрытых коррозией, покрашенных;
  9. относительно невысокая цена, так как не применяются аргон, ацетилен, кислород;
  10. повышенная безопасность работ – в первую очередь из-за отсутствия газовых баллонов, которые являются источником угроз (испарение газа, взрывоопасность).

Читайте также: «Электродуговая сварка»

Но плазменная сварка имеет и недостатки:

  1. не удается избежать рассеивания энергии в окружающую среду, хоть и в небольшой степени;
  2. при плазменной сварке принцип работы основан на использовании газа, способного генерировать плазму;
  3. плазмотрон нуждается в охлаждении, для чего используется вода;
  4. установки для плазменной сварки стоят дорого.

Как выбрать оборудование

Для плазменной сварки применяется ручной аппарат, состоящий из корпуса, который объединяет основные узлы: управляющий блок, выпрямитель тока и трансформатор. Установки имеют разное исполнение, самые простые весят около 5 кг и подходят новичкам в сварочном деле, поскольку использование и настройка не представляет сложности. Более сложное оборудование габаритнее, весит уже до 10 кг и имеет дополнительные опции.

Также в комплект входят баллоны с рабочими газами – один для генерации плазмы, другой защитный. Газ подается к плазмотрону по шлангам, которые запрятаны в специальный рукав. Избыточная температура, образующаяся при работе плазмотрона, снимается системой водного охлаждения.

Читайте также: «Длина сварного шва»

Все эти аппараты используют при плазменной сварке один принцип. Но есть устройства, предоставляющие дополнительные возможности. Так, помимо сварки и резки, оборудование позволяет паять, воронить, оксидировать и закалять металлические заготовки. Устройства работают при силе тока от 12 ампер. Стоимость таких приборов – примерно 30 тысяч рублей. С повышением мощности растет и цена. Причем аппарат на 100-150 ампер может стоить и 40 тысяч, и 150 тысяч рублей. И этот не предел. Выпускаются профессиональные плазмотроны, цена на которые превышает 1 млн рублей.

Приобретая устройство для плазменной сварки, рассматривают основные его характеристики:

Значение силы тока

Фактически это показатель мощности. Для сваривания толстых заготовок потребуется больший ампераж. Если ориентироваться на изделия из черного металла, то на каждый миллиметр толщины приходится 4 А мощности. Для цветных металлов это значение нужно увеличить до 6 А.

Читайте также: «Устройство полуавтомата»

При этом необходимо учитывать, что нельзя заставлять агрегат работать на полную мощность – нагрузка должна быть на уровне 75 %. Приведем пример: вам предстоит использовать плазменную сварку, вы хотите своими руками построить каркас из стали для остекления зимнего сада. Толщина металла – 4 мм, следовательно, надо приобретать прибор мощностью не меньше 20 А.

Наличие компрессора

Технология плазменной сварки реализуется с участием воздуха. За его подачу отвечает компрессор – встроенный или внешний. Причем второй вариант имеет преимущества перед первым, а именно:

  • весит существенно меньше;
  • обладает небольшими габаритами;
  • легко перемещается.

Важно! При покупке компрессора необходимо соотносить его характеристики с параметрами плазмотрона. Так:

  • производительность компрессора должна превышать потребности плазмотрона не менее чем на четверть (надо ориентироваться на значения, которые указаны в паспорте оборудования);
  • рабочее давление компрессора должно быть не меньше, чем давление плазмотрона.

Период непрерывной работы

Этот показатель прописан в паспорте и означает, сколько минут аппарат может работать без выключения в течение одного цикла и при максимуме нагрузки. Так, если один цикл составляет 10 минут, а допустимая продолжительность указана на уровне 60 %, то устройство можно держать включенным на предельных значениях тока не более 6 минут. Следующие 4 минуты – отдых. Обычно для простых работ по резке или сварке этого времени достаточно.

Читайте также: «Сварка тонкого металла»

Разобравшись в принципах плазменной сварки и сущности оборудования, не так сложно самостоятельно «докрутить» аппарат для электродуговой сварки и получить новое устройство. Основная задача – сделать горелку с плавящимся электродом. Дополнительно придется к сварочному аппарату пристроить газовые рукава (для плазмообразующего и защитного газов), шланги для водяной системы охлаждения.

Техника безопасности во время плазменной сварки

Любые сварочные работы – плазменная и лазерная сварка, электродуговая, термитная и прочие виды – требуют особых условий и соблюдения правил безопасности. Специалист, работающий в данной сфере, должен иметь соответствующую подготовку и допуск.

Техника безопасности во время плазменной сварки

Работа с плазменной сваркой строится по схеме:

  1. Подготовить рабочее место. В том числе сварщик обязан надеть специальный костюм и маску.
  2. Проверить работоспособность установки, проконтролировать давление газов в баллонах.
  3. Выбрать подходящую силу тока, соответствующую типу металла.
  4. Продуть горелку.
  5. Выставить настройки аппарата в соответствии с предстоящими работами.
  6. Новичкам следует набираться опыта на более легких процессах, например на микроплазменной сварке.

Читайте также: «Как сделать флюс»

Процесс плазменной сварки регламентирован документами, в которых содержатся положения по охране труда. В частности, нужно соблюдать такие правила:

  • Пол на рабочем месте должен быть застелен изолирующим ковриком, что позволит предотвратить поражение током. Для этой же цели необходимо следить, чтобы оплетка на электрических кабелях не была повреждена.
  • При работе сварочного оборудования возникает сильный шум. Для защиты специалист должен надевать противошумную маску либо воспользоваться наушниками, берушами.
  • Образующиеся в процессе сварки вредные газы необходимо удалять с рабочего места. Для этого монтируются вытяжные зонты.
  • Для защиты глаз от излучения требуется надевать очки со светофильтрами.

В ряду сварочных технологий методика с использованием плазмы является одной из передовых и перспективных. Она позволяет соединять разные материалы, в том числе цветные металлы. Ее используют как в высокотехнологичных отраслях производства, так и в быту. Причем микроплазменная установка не только компактна и удобна, но и может быть сделана самостоятельно.

Плазменная сварка

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 2, Средняя: 3
3
5
1
2
Чертеж по индивидуальным размерам Получить чертеж
по индивидуальным
размерам
Скачать прайс Скачать прайс

Специальное
предложение
для дилеров