В чем заключается сущность плазменной сварки: принцип работы и в чем заключается сущность

сущность процесса и область применения

В промышленных масштабах для вертикального соединения металлов используют метод ЭШС. Электрошлаковая сварка позволяет при минимальных затратах получать качественное соединение. Флюс не только предохраняет расплав от окисления, но и обеспечивает прогрев деталей. Электрод или сварная проволока выступают легирующим металлом, в составе расплава до 20% присадки. Он заполняет зазор между соединяемыми элементами, образуется плотный шов однородной структуры. Об особенностях ЭШС, преимущества и недостатках стоит сказать подробнее.

Сущность процесса и область применения

Что же такое электрошлаковая сварка? Нагрев металла в шлаковой массе, разогреваемой электрической дугой переменного тока. Она возникает между электродом и деталью. Другого не дано. Шлаковая ванна выполняет роль защитной атмосферы. С обеих сторон от расползания он сдерживается двумя параллельно расположенными бегунами. Они ограничивают площадь разогрева деталей. Электрод или присадочную проволоку опускают во флюс. При прохождении тока он плавится, образуя с металлом ванну расплава.

В сущности, электрошлаковая сварка – это бездуговая вертикальная сварка, в процессе задействован температурный потенциал разогреваемого током шлака. Он остается в зоне шва благодаря ползунам. Фокус заключается в том, что вертикальным способом можно за один проход проварить толстый слой сплава.

В процессе разогрева жидкий металл за счет большой плотности оседает вниз, заполняя зазор, а легкие шлаковые образования всплывают, захватывая с собой пузырьки воздуха из расплава. Ванна расплава четко разграничена на две фракции: металл/неметалл благодаря высоте сварочной зоны.

Область использования метода ЭШС ограничена:

• не применяется для тонкостенных элементов, они под шлаком расплавятся полностью;
• не образует разнонаправленных швов;
• размер деталей не должен выходить за рамки возможностей установки ползунов.

Метод удобен для сварки массивных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

Виды электрошлаковой сварки

Разновидности ЭШС по виду присадки, способу ее подачи:

1. С использованием проволоки. Она подается в ванну расплава постепенно, сверху вниз, вслед за перемещающимися в одной горизонтальной плоскости электродами.
2. С использованием пластин и токоподающих электродов круглой или прямоугольной формы. Пластины опускаются к зазору по мере необходимости образования расплава. В отличие от проволоки одномоментно образуют большой объем расплава.
3. С использованием мундштука. По сути, это унификация первых двух способов. Токоподающие пластины фиксируются в определённом положении, флюс быстро прогревается. А к зазору по направляющему мундштуку подается проволока. Этот метод разработан для криволинейных швов.

Способы электрошлаковой сварки: а) с использованием проволоки; б) с использованием пластин и токоподающих электродов; в) с использованием мундштука.

Технология электрошлаковой сварки

Две свариваемые детали располагаются рядом с небольшим зазором, с торцов плотно фиксируются медными бегунами. От возбуждения электродуги слой флюса расплавляется, образуя горячий шлак. Он заполняет все ограниченное пространство. За счет хорошей электропроводности шлака дуга угасает, но движение тока при этом не прекращается, выделяется тепло, шлаковые частицы прогреваются до температуры плавления присадки и мягкости сплава. Расплав заполняет зазор, образуется однородный шов. Он защищен шлаковой ванной, разогретой свыше 1500°С. Во флюс можно одновременно опустить параллельно несколько присадок, все они будут равномерно разогреваться горячим шлаком. Подаются они всегда сверху вниз. При искусственном охлаждении ползунов (к ним подводится вода) нижние диффузионные слои твердеют постепенно и равномерно.

Виды сварных швов, образуемых методом ЭШС:

• стыковые прямой, криволинейной формы;
• тавровые, двутавровые;
• угловые односторонние, двухсторонние;
• вертикальные переменного сечения.

Технология электрошлаковой сварки

Оборудования и материалы для ЭШС

Технология предполагает использование ограничительных ползунов из чистых медных сплавов и шлакообразующих флюсов. Их химический состав зависит от марки стали. На флюсе типа АН-8, АН-22 или АН-47, содержащим до 40% кремния, 20% марганца и 15% алюминия, производится сварка низколегированных углеродистых сталей. Шлаковую ванну для высоколегированных сплавов, чугуна создают путем расплавления фторидных флюсов АНФ-1, АНФ-9 с оксидом титана. Для нержавеющего нужен состав АН-45 с зерном до 1,6 мм. Безмарганцевые флюсы применяют для бронированных сплавов.

Преимущества и недостатки

Логичнее начать с достоинств ЭШС:

1. Металл не окисляется под слоем шлаковой ванны, не нужно использовать газовое оборудование для создания безопасной атмосферы.
2. Соединяемые детали равномерно разогреваются и медленнее остывают. Нагрев начинается на уровне флюса. Благодаря «шубе» сохраняется стабильная температура в процессе образования шва. Это благотворно сказывается на качестве соединения.
3. Параметры токовой нагрузки меньше влияют на процесс образования шва, прогрев происходит за счет разогретого шлака. При прерывании подачи электричества процесс не прерывается.
4. За один проход проваривается металл толщиной до 200 мм, не нужно делать много проходов, сокращается время сварки. При двух электродах допустимо соединять металл толщиной свыше 200 мм.
5. Минимизируются затраты на расходные материалы, объем шлака составляет не более 5% от объема металла, затраты на электроэнергию небольшие, нет потерь, свойственных сварке на постоянном токе.
6. Высокий коэффициент полезного действия. При минусе временных и денежных затрат – большой объем работ хорошего качества.
7. Минимизируется человеческий фактор: автоматически выдерживается заданное расстояние электрода до детали.
8. Сокращается время подготовительного этапа, разделки кромок не требуется. Заплавляется зазор между деталями.

Несколько минусов, которые нельзя скидывать со счетов:

1. Вариативность швов уменьшается, методом ЭШС выполняют только вертикальные или сильно приближенные к ним швы.
2. Процесс непрерывный, нельзя остановиться на середине шва, пострадает качество соединения.
3. Высокая зернистость диффузионного слоя, при минусовых соединениях пластичность металла существенно снижается, шов приобретает хрупкость.

В промышленных масштабах электрошлаковая сварка экономически целесообразна при соединении толстых элементов. Для тонкостенных деталей расходы на оборудование окажутся слишком большими.

Плазменная сварка

plazmen.ru » Плазменная сварка

Работа со сварочным плазменным аппаратом подразумевает резку и сварку любых металлов — сталь, алюминий и их сплавы. Технология плазменной сварки безопасна и надёжна.

Что это

Плазменная сварка и резка металла – это процесс, при котором происходит локальное расплавление металла плазменным потоком. Этот поток плазмы генерируется высокоскоростной сжатой дугой, вытекающей из плазмотрона, температура дуги составляет 5000-30000. Газ, обдувающий дугу, нагревается, и происходит его ионизация. Дальше заряженные частицы газа преобразуются в плазменный поток и выдуваются соплом плазмотрона.

Разработанная технология плазменной сварки очень похожа на аргонную сварку. Обозначается сварка плазменной дугой, как PAW – Plasma Arc Welding. Плазма – это нейтральный газ, ионизированный полностью или частично, и состоящий из заряженных электронов и ионов, а также нейтральных молекул и атомов. Обычная сварочная дуга (при аргонной сварке) не может быть отнесена к плазменной, так как рабочая температура такой дуги намного ниже – 5000-70000.
[ads-pc-1]

Почему так популярна

Из всех видов обработки металлов плазменно-дуговая сварка наиболее распространена из-за того, что в современной тяжёлой промышленности стали широко применяться нержавеющие стали, специальные сплавы, цветные металлы и сплавы цветных металлов, а для таких материалов газовая и другие виды обработки малоэффективны.

Современный аппарат плазменной резки и сварки может обеспечить более эффективную работу по сравнению с обычными сварочными аппаратами при обработке цветных и чёрных металлов.

Как работает плазменный сварочный аппарат?

Для работы такого оборудования необходимы только электричество и струя сжатого воздуха, а при использовании компрессора — только электричество. Это оборудование требует при работе только замены электродов и сопла плазмотрона, тогда как аппараты для газокислородной обработки металла должны периодически перезаправляться, использовать присадки и переаттестованные газовые баллоны. Все эти работы связаны и с повышенной взрывопожароопасностью.

Плазменная дуга помещается в специальное устройство – плазмотрон. Рабочая поверхность плазмотрона постоянно и интенсивно охлаждается потоком воды. После сжатия уменьшается сечение дуги и увеличивается количество энергии, расходуемое на единицу площади, то есть – мощность плазменного потока.

Плазменные сварочные аппараты

Качественные приборы плазменной сварки достаточно универсальные устройства, которые способны не только сваривать металл, но и резать, нагревать и закаливать его. Современный аппарат прост в освоении и не требует длительного обучения.

В настоящее время, российскими и зарубежными компаниями производится около десятка различных генераторов плазмы, которые отличаются друг от друга и по стоимости, и по функциональности, и по мощности.

[ads-pc-2]

Области применения

Не следует думать, что такие устройства нужны лишь на производстве или могут использоваться только профессиональными сварщиками, которые работают с частными заказами. Сферы применения генераторов плазмы очень широки. В частности, они могут применяться в сфере ЖКХ, при резке и пайки драгоценных и редкоземельных сплавов. Кроме того, аппараты сварки не будут лишними и пригодятся архитекторам для работы с гранитом, мрамором или базальтом.

В последние годы компактные плазменные резаки используются даже ювелирами для того, чтобы быстро разогревать тигли с драгоценными металлами и поддерживать температуру небольшого горна.

Информация по аппаратам содержится на странице, им посвященной.

Здесь лишь скажем вкратце, что популярными считаются следующие бренды и модели (по ссылкам можно перейти в соответствующие обзоры):

• 1. Скорость резки металла при толщине от 50 до 200 мм в 2-3 раза выше, чем при газовой резке.
• 2. Плазменный сварочный аппарат можно использовать в работе практически со всеми металлами – сталь, чугун, плазменная сварка алюминия и сплавов алюминия, медь и медные сплавы.
• 3. Точность шва при резке и его качество практически исключают дальнейшую обработку кромок.
• 4. Нет надобности в применении ацетилена, кислорода, аргона или пропан-бутана, что значительно уменьшает стоимость работ плазменным аппаратом.
• 5. При резке металл не деформируется, даже при вырезании сложных конфигураций и форм. Возможна резка по неподготовленной поверхности (окрашенная, ржавая поверхность). При резке крашеных конструкций краска в зоне работы дуги не возгорается.
• 6. Безопасное проведение работ, так как при работе плазменным резаком не используются баллоны с газом. Этот же фактор обеспечивает экологичность таких работ.

При работе с плазменными сварочными аппаратами также могут применяться и сварочные трансформаторы, сделанные своими руками. Такое несколько необычное сочетание оправдано тем, что при работе с плазменной сваркой используется низкое напряжение, которое можно получить с помощью того же сварочного трансформатора, цена которого на вторичном рынке значительно меньше, чем в специализированных магазинах. Этот метод немного удешевляет работы и является более безопасным.

Плазменная сварка нержавейки и прочих сталей

Плазменная сварка нержавеющей и других видов высокопрочных сталей имеет массу нюансов, учитывая которые можно провести работы качественно и получить устойчивое, монолитное соединение.

Нюансы и особенности работы с нержавеющей сталью

Безусловно, хороший аппарат способен справится с металлом любой толщины, но чтобы операция получилась по-настоящему качественной нужно учесть следующее:

• Наличие хрома

Если в составе сплава имеется хром, то сварное соединение необходимо остудить сразу после сварки. Дело в том, что образующийся карбид пагубно влияет на прочность шва, и чтобы предотвратить его образование необходим резкий перепад температур.

• Высокий коэффициент расширения металла.

Если достаточно долго разогревать металл, то величина свариваемого зазора может быть чересчур большой. Поэтому, полагается контролировать размер получаемого шва.

Подобный вид работ является одним из самых прогрессивных методов, позволяющих получить монолитную сварку высокого качества и с минимальным процентом брака.

Про данную тему смотрите материал на этой странице.

Плазменная сварка своми руками | Строительный портал

Промышленность на сегодняшний день развивается быстрыми темпами. Возникают каждый год новые методики сварок, которые при современном частном строительстве начинают пользоваться популярностью. Данные способы зачастую облегчают работу, но не теряют по сравнению с раньше придуманными методами, своей безопасности и функциональности. Одним из них является плазменная сварка и плавление деталей.

Содержание:

1. Сущность плазменной сварки
2. Принцип работы
3. Преимущества плазменной сварки
4. Виды плазменной сварки
5. Плазменный сварочный аппарат
6. Плазменная сварка своими руками

 

Сущность плазменной сварки

Плазменную сварку используют для пайки «нержавейки», стальных труб и других металлов. Плазменная сварка представляет собой процесс, при котором совершается локальное расплавление металла с помощью плазменного потока. Плазмой называют ионизированный газ, содержащий заряженные частицы, которые могут проводить ток.

Газ ионизируется при нагреве высокоскоростной сжатой дугой, которая вытекает из плазмотрона. Чем выше температуру имеет газ, тем уровень ионизации будет выше. Температура дуги может достигать 5000-30000 градусов Цельсия. Технология плазменной сварки похожа на процедуру аргонной сварки. Однако обычную сварочную дугу нельзя отнести к плазменной, потому что её рабочая температура намного ниже – до 5 тысяч градусов.

Из всех разновидностей воздействия на металлы наиболее распространенной считается именно плазменная сварка, потому что начали применяться в современной тяжёлой промышленности нержавеющие стали, цветной металл, специальные сплавы и некоторые сплавы цветных металлов, а для данных материалов газовая и прочие обработки считаются малоэффективными.

Плазменной дугой называют более концентрированный источник нагрева, который без разделки кромок позволяет сваривать большие толстые металлы. Из-за собственной цилиндрической формы и возможностей значительного увеличения длины подобная дуга позволяет проводить плазменную сварку своими руками в труднодоступных местах и при изменениях расстояния от изделия до сопла горелки.

Принцип работы

Для превращения обычной дуги в плазменную, для повышения мощности и температуры обычной дуги принято использовать два процесса: сжатие и процедуру принудительного вдувания в дугу плазмообразующего газа. В процессе в качестве плазмообразующего газа принято использовать аргон, иногда с добавкой водорода или гелия. Как защитный газ также необходимо использовать аргон. Материалом электрода является вольфрам, активированный торием, иттрием и лантаном, а также медь и гафний.

Сжатие дуги осуществляют за счет расположения ее в специальном плазмотроне, стенки которого в интенсивном порядке охлаждаются водой. Поперечное сжатие дуги в результате сжатия снижается и в итоге возрастает ее мощность – энергия, приходящаяся на единицу площади.

В область плазменной дуги одновременно со сжатием вдувается плазмообразующий газ, нагреваемый дугой, ионизируется и повышается из-за теплового расширения в объеме в сто раз. Кинетическая энергия ионизированных частиц, что содержаться в плазмообразующем газе, дополняет тепловую энергию, которая выделяется в дуге в результате совершающихся электрических процессов. Поэтому плазменные дуги и называют более мощными источниками энергии, чем обычные.

Кроме высокой температуры, основными чертами, которые отличают плазменную от обычной дуги, являются: меньший диаметр дуги, давление на металл дуги больше в шесть-десять раз, чем у обычной, цилиндрическая форма дуги наряду с обычной конической, возможность поддерживания дуги на малых токах – порядка 0,2–30 Ампер.

Возможны две схемы плазменной сварки: сварка плазменной дугой, в рамках которой дуга горит между изделием и электродом, и струей плазмы, когда горит дуга между соплом плазмотрона и электродом и выдувается потоками газа. Наиболее распространенной является первая схема.

Преимущества плазменной сварки

Выделяют следующие преимущества плазменной сварки и плавления металлов по сравнению с классическими способами:

• Можно использовать плазменный сварочный аппарат в работе почти со всеми металлами – чугун, сталь, алюминий с его сплавами, медь с её сплавами.
• Скорость резки металла, который имеет толщину 50 — 200 миллиметров, выше в 2-3 раза, чем при проведении газовой сварки.
• Нет необходимости в использовании ацетилена, аргона, кислорода или пропан-бутана, что существенно уменьшает цену работы плазменным аппаратом.
• Точность швов при плавлении и сварке, а также качество процедур практически исключают будущую обработку кромок.
• Металл при сварке не деформируется, даже если нужно вырезать сложную конфигурацию или форму. Технология плазменной сварки позволяет проводить процедуру резки по неподготовленной поверхности – окрашенной или ржавой. При резке крашеной конструкции не возгорается краска в области работы дуги.
• Безопасное совершение работ, потому что при использовании плазменного резака не применяются баллоны с газом. Данный фактор отвечает за экологичность подобной работы.

Виды плазменной сварки

Плазменная сварка своими силами в настоящее время считается достаточно распространенным процессом, популярность которого является вполне очевидной. Зависимо от силы тока выделяют три разновидности плазменной сварки: микроплазменная, на средних и больших токах. Выбрав определенный вид, вы узнаете, сколько стоит плазменная сварка собственными силами.

Микроплазменная сварка

Самой распространенной считается микроплазменная сварка. Благодаря высокому уровню ионизации газа в специальном плазмотроне и использованию вольфрамовых электродов, которые имеют диаметр 1–2 миллиметра, плазменная дуга способна гореть при чрезмерно малом токе, начиная с показателя 0,1 Ампер.

Специальные малоамперные источники питания постоянного тока предназначены, чтобы получить дежурную дугу, которая непрерывно горит между медным водоохлаждаемым соплом и электродом. При подведении к изделиям плазмотрона зажигается основная дуга, питаемая от источника. Подается плазмообразующий газ через сопло плазмотрона, которое имеет диаметр около 0,5–1,5 миллиметров.

Микроплазменная сварка — весьма эффективный способ сплавления изделий, которые имеют малую толщину — до 1,5 миллиметра. Диаметр плазменной дуги достигает 2 миллиметров, что позволяет теплоту сконцентрировать на ограниченном участке изделий и нагревать области сварки без повреждения соседнего участка. Подобная дуга позволяет избежать прожогов, которые характерны для обыкновенной аргонодуговой сварки тонких металлов.

Основным газом, который используется в качестве защитного и плазмообразующего, выступает аргон. Зависимо от свариваемого металла добавляются к нему различные добавки, которые увеличивают эффективность процедуры плазменной сварки металла. При сварке стали целесообразна добавка к защитному аргону 8–10% водорода для увеличения тепловой эффективности плазменной дуги. При сварке низкоуглеродистой стали к аргону можно добавлять углекислый газ, при сварке титана – гелий.

Установки для процесса микроплазменной сварки позволяют совершать сварку в разных режимах: импульсной или непрерывный прямой полярности, разнополярными импульсами, непрерывный обратной полярности. Микроплазменную сварку успешно применяют при производстве тонкостенной емкости или трубы, приварке сильфонов и мембран к габаритным деталям, изготовлении ювелирных изделий и соединении фольги.

Сварка на среднем токе

Процесс сварки на средних токах 50–150 Ампер много общего имеет с процедурой аргонодуговой сварки электродом из вольфрама. Однако она считается более эффективной из-за ограниченной площади нагрева и высокой мощности дуги. Плазменная дуга по энергетическим характеристикам занимает между обыкновенной дугой и лазерным или электронным лучом промежуточное положение.

Плазменная сварка на среднем токе гарантирует более глубокое проплавление, по сравнению с традиционной дугой, при меньшей ширине швов. Кроме энергетической характеристики, это объясняется и высоким уровнем давления дуги на сварочные ванны, в результате чего уменьшается под дугой толщина прослоек жидкого металла и улучшаются условия передачи теплоты вглубь основного металла. Принцип работы плазменной сварки позволяет осуществлять работу с использованием присадочной проволоки.

Сварка на большом токе

Сварка на токе более 150 Ампер оказывает на металл еще большее воздействие, так как плазменная дуга на токе 150 Ампер является эквивалентной дуге в 300 Ампер при сварке деталей неплавящимся электродом. Подобная плазменная сварка сопровождается абсолютным проплавлением с возникновением сквозного отверстия в ванне. Совершается как бы разрезание изделий с последующей заваркой.

С обратной стороны швов металл удерживается силой поверхностного натяжения. Диапазоны режимов являются весьма ограниченными, потому что при сварке возможно образование прожогов. Плазменная сварка нуждается в высокой культуре производства, соблюдении технологий заготовки и сборки, тщательном обеспечении условий охлаждения аппаратов плазменной сварки и требований их эксплуатации. Даже совершение небольших нарушений режима охлаждения плазмотрона из-за высокой температуры и небольшого диаметра сопла провоцируют его разрушение.

Плазменная сварка на большом токе используется при сплавлении легированных и низкоуглеродистых сталей, алюминиевых сплавов, меди, титана и прочих материалов. Эта процедура во многих случаях позволяет существенно уменьшить расходы, которые связаны с разделкой кромок, улучшить качество швов и увеличить производительность.

Плазменный сварочный аппарат

На данный момент для потребителей доступны несколько видов сварочных аппаратов. Первый из них – электросварка с применением сварочного трансформатора. Однако полагают, что этот метод уже себя изжил. Второй вид аппарата – сварочный инвертор, достаточно простой, надежный и распространённый прибор для электродуговой сварки. Третьим является продвинутый и самый технологичный аппарат плазменной резки.

Опытные специалисты и частные мастера стараются использовать только плазменный прибор для сварки и плавления металлов. Познакомиться с этой методикой можно, просмотрев видео о плазменной сварке и резке сплавов и металлов. Используя специальный плазменный сварочный аппарат в домашних условиях, вы отметите, что остается малое количество отходов и наблюдается высокая скорость работы.

Для работы плазменного сварочного аппарата необходимы только струя сжатого воздуха и электричество, а если применяется компрессор — исключительно электричество. Подобное оборудование при функционировании требует замены сопла плазмотрона и электрода, тогда как приборы для газокислородной обработки металлов необходимо периодически перезаправлять, используя переаттестованные газовые баллоны и присадки.

Плазменную дугу принято помещать в специальное устройство для плазменной сварки – плазмотрон. Поверхность плазмотрона интенсивно и беспрерывно охлаждается потоком воды. Сечение дуги после сжатия уменьшается, а количество энергии, которое тратится на единицу площади (мощность плазменного потока), — увеличивается.

Бывает плазменная струя двух типов – косвенного или прямого действия. Активные пятна цепи в первом случае располагаются на трубе и вольфрамовом электроде, во втором случае — могут размещаться на электроде из вольфрама, на внутренней и боковой поверхностях сопла. Плазмообразующие газы защищают металлические трубы от действия воздуха.

Работать с плазмофоном лучше в большом гараже или на улице, не зависимо от того, что плазменная сварка выступает одним из самых безопасных видов сварки. Единственным минусом этого метода является вес и стоимость плазменной сварки и оборудования.

Плазменная сварка своими руками

Технология плазменной сварки от других видов сварки существенно отличается. Для этого вам понадобится присадочная проволока, плазменный сварочный аппарат для работы и электроды.

Перед работой необходимо заточить электрод в форме конуса с углом порядка 28-30 градусов. Данная коническая часть электрода должна достигать 5-6 его диаметров. Острие конуса стоит притупить на 0,2-0,5 миллиметров. При установке электрода рекомендуется следить, чтобы совпадала ось его симметрии с осью симметрии плазмообразующих насадок.

Сварочный стык необходимо разделать аналогично аргонодуговой сварке. Края, кромки и торцы металла стоит зачистить с помощью стальной щетки на ширину 3 сантиметров. Если вы осуществляли резку металла плазмой, то следует зачистить поверхность реза на глубину не меньше 1 миллиметра. При наличии трещин на поверхности реза нужно зачистить его до удаления дефекта и обезжирить растворителем зачищенные участки.

В свариваемых листах металла не должны присутствовать зазоры величиной больше 1,5 миллиметров. По возможности нужно закрепить их сборочными приспособлениями и устройствами таким способом, чтобы полностью совпадали оси стыков. Покрытыми электродами проведите прихватку так, чтобы материал прихватки располагался заподлицо с главным металлом изделий. Если это нужно, зачистите участки прихватки. Качество прихваточных точек и основной сварочный шов должны быть одинаковыми.

Если вас интересует, как сделать плазменную сварку, то помните, что процедуру рекомендуется выполнять на постоянном токе. За 5-20 секунд до процесса возбуждения дуги необходимо подать в области сварки защитный газ. Выключать его можно через 10-15 секунд после процедуры обрыва сварочной дуги. Держите плазмотрон на расстоянии не больше 1 сантиметра от изделия. Не обрывайте по возможности дугу на протяжении всего процесса сварки. Если это все-таки случилось, стоит зачистить шов на расстоянии 15 миллиметров до точки обрыва. Продолжение создания сварочного шва также следует начать заранее.

При сварке не допускайте перегрева металла. Если материал все же нагрелся до температуры больше 100 градусов по Цельсию, нужно сделать перерыв или металл охладить сжатым воздухом. Чтобы достичь высокого качества сварных швов при методике сквозного проплавления перемещайте горелку равномерно и стабильно, как это делается в автомате.

Для создания швов правильной формы необходимо выполнять плазменную сварку с присадочным материалом, который имеет диаметр от 1,5 миллиметров и выше. Присадочной проволоке и горелке сообщайте определенные колебания, амплитудой 2-4 миллиметра. Контролируйте, чтобы из зоны защитного газа не выходил оплавляемый конец проволоки. Поэтому нельзя слишком резко подавать его в ванну для сварки. В конце шва рекомендуется заделать каплей расплавленного металла сварной картер, одновременно отведите или отключите дугу.

Плазменная сварка по своей сути является технологическим процессом, который основывается на выделении и применении плазмы. В ходе сварки в качестве основного источника используется газ, который с помощью воздействия высоких температур за небольшой промежуток времени способствует образованию плазмы. Цена плазменной сварки вас приятно порадует. К тому же процедура является безопасной для жизни человека, потому что не используются в процессе опасные кислородные баллоны, а сжатый воздух.
 

Плазменная сварка. Сущность способа и технология

Достаточно популярным и эффективным видом сварки на сегодняшний день является плазменная сварка.

 

1 — электрод из вольфрама-катод; 2 — канал у сопла; 3 — столб сварочной дуги; 4 — поток горячей плазмы

Если же говорить об этой сварке в двух словах, то такой технологией называется сварка при помощи направленного потока специальной плазменной дуги. Она имеет много общего с технологиями аргонной сварки, однако имеет и различные особенности, так как в этом способе используется плазма других газов. Согласно европейской системе сокращений, такая сварка обозначается как PAW. Поэтому, если увидите на каком-нибудь устройстве или приспособлении маркировку PAW, знайте, что этот предмет изготавливался при помощи плазменной сварки. Что ж, рассмотрим подробнее сущность этого типа сварки и ее технологию.

Сущность способа плазменной сварки

Плазмой называется специальный ионизированный газ, который содержит в себе электрически заряженные частицы, а также способен проводить электрический ток. Ионизация же газа происходит за счет нагревания, и чем выше температура нагрева, тем выше степень самой ионизации. В образовавшейся сварочной дуге, ионизированный газ достигает температуры, в пределах от 5 000 до 30 000°С, при этом он имеет высокую электропроводность, что немаловажно, а также ярко светится, что и отличает ее от обычной плазмы. Плазменная струя, которая используется для сварки или резки, вырабатывается в специальных плазматронах, где назревание газа и его дальнейшая ионизация происходит за счет образования дугового разряда в специальных камерах.

Газ, который вдувается в камеру, начинает сжимать столб дуги в самом канале сопла, тем самым, охлаждая его поверхностные слои, он повышает температуру столба. И как результат, струя газа, нагревается до очень большой температуры, после чего ионизируется и приобретает вид плазмы. Увеличивая объем подаваемого газа в 50, а то и 100 раз, начинается процесс истечения плазмы со сверхзвуковой скоростью, поэтому такая струя с легкостью расплавляет, практически, любой металл.

Дуговая плазменная струя для резки или сварки, получается двумя путями. Так, существует плазменная струя прямого действия, в которой изделие включено в сварочную цепь образовавшейся дуги, а активные пятна появляются на вольфрамовом электроде и самом изделии. А также, существует процесс косвенного действия, где эти пятна располагаются на электроде и внутренней поверхности сопла.

Дуговую плазменную струю можно использовать в качестве инструмента для нагрева и сварки металлов, для резки электропроводных и неэлектропроводных материалов, например, для обработки стекла, керамики и так далее. Таким образом, спектр технологии плазменной сварки очень широк, так как дает возможность работать не только с металлами, но и с другими материалами.

Что такое плазменная резка? — TWI

Плазменная резка (плазменная резка) — это процесс плавления, в котором струя ионизированного газа при температуре выше 20 000 ° C используется для расплавления и удаления материала из разреза. Во время процесса между электродом (катодом) и заготовкой (анодом) зажигается электрическая дуга. Электрод утоплен в газовое сопло с водяным или воздушным охлаждением, которое сужает дугу, вызывая образование узкой высокотемпературной высокоскоростной плазменной струи.

Когда струя плазмы попадает на заготовку, происходит рекомбинация, и газ возвращается в свое нормальное состояние, выделяя при этом сильное тепло.Это тепло плавит металл, и поток газа выбрасывает его из разреза. Плазменные газы обычно представляют собой аргон, аргон / водород или азот. Эти инертные газы можно заменить воздухом, но для этого потребуется специальный электрод из гафния или циркония. Использование сжатого воздуха делает этот вариант плазменного процесса более конкурентоспособным по сравнению с кислородно-топливным процессом резки углеродисто-марганцевой и нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Инертные газы предпочтительны для высококачественной резки реактивных сплавов.

Плазменная дуга позволяет резать очень широкий спектр электропроводящих сплавов, включая простую углеродистую и нержавеющую сталь, алюминий и его сплавы, никелевые сплавы и титан.Первоначально метод был разработан для резки материалов, которые нельзя было удовлетворительно разрезать с помощью кислородно-топливного процесса. Обычно разрезаемый компонент или лист остается неподвижным, а плазменный резак перемещается. Кроме того, поскольку стоимость плазменного резака невысока по сравнению с ценой манипуляционного оборудования, обычно на стол для резки помещают несколько резаков.

Плазменная резка также может производиться под водой на специализированном оборудовании.

Плазменная резка с высокими допусками (HTPAC) — важное развитие плазменной дуги.Этот процесс обеспечивает лучшую точность при обработке материалов толщиной менее 12 мм и может быть недорогой альтернативой лазерной резке.

Более подробную информацию о плазменной резке можно найти в разделе «Резка профиля — руководство по выбору процесса».

Что такое плазма? (с иллюстрациями)

Плазма — это фаза вещества, отличная от твердых тел, жидкостей и газов. Это самая распространенная фаза материи во Вселенной; из него состоят как звезды, так и межзвездная пыль. Хотя это отдельная фаза вещества, ее часто называют ионизированным газом.Это похоже на обычный газ, за ​​исключением того, что электроны отделены от своих соответствующих нуклонов и свободно плавают в материале. Даже если только 1% атомов потерял электроны, газ будет демонстрировать поведение, подобное плазме.

Плазма образуется молнией.

Электропроводящая и управляемая магнитными полями, плазму можно встретить в самых разных повседневных условиях, включая телевизоры, люминесцентные лампы, неоновые вывески, фотолитографические машины для травления, пламя, молнии, северное сияние, катушки Тесла и многое другое.

Неоновые вывески содержат плазму.

Плазма сильно различается. Некоторые параметры, используемые для их классификации, включают степень ионизации, температуру, плотность магнитного поля и плотность частиц. Например, газ в пламени свечи очень слабо ионизирован, тогда как воздух на пути удара молнии сильно ионизирован. Некоторые формы имеют очень низкую температуру, как межгалактическая среда, в то время как другие имеют очень высокую температуру, как центр звезды.

Плазменный резак ионизирует металл сильным электромагнитным полем для создания разрезов или сварных швов.

В отличие от газов, которые состоят из нейтральных атомов, заряженная плазма имеет отдельные составляющие, которые действуют сами по себе.Свободные электроны заряжены отрицательно, а ядра без электронов — положительно заряженные ионы. Большинство плазм по-прежнему содержат целые атомы, которые также электрически нейтральны. Поскольку каждый из этих компонентов может вести себя по-разному в ответ на изменения внешних и внутренних условий, может возникнуть множество сложных волновых явлений.

Плазма, измеряющая миллионы градусов Кельвина, производилась в специальных устройствах, называемых реакторами-токамаками.

Плазменные явления можно безопасно наблюдать в домашних условиях с помощью плазменного шара. Это устройство пропускает электрическое поле через заряженный газ, содержащийся внутри стеклянного шара. Когда человек касается края земного шара, ионизированный газ отвечает, посылая видимые волокна на палец человека, демонстрируя тенденцию электрического заряда «заземляться». Внутри шара можно увидеть сложные фрактальные узоры.

Поскольку плазму можно удерживать с помощью магнитных полей, ее можно сделать очень горячей без рассеивания тепла в окружающую среду.Те, что измеряют миллионы градусов Кельвина, были произведены в специальных устройствах, называемых реакторами токамака. В недалеком будущем люди могут регулярно использовать перегретую плазму для инициирования реакций ядерного синтеза, которые производят большое количество энергии.

Перегретая плазма может быть использована для инициирования транзакций ядерного синтеза.

Работа, типы, преимущества и недостатки

Метод плазменно-дуговой сварки (PAW), представляющий собой метод резки, был открыт в 1953 году Робертом Мерреллом Гейджем и признан в 1957 году. может выполнять точную резку как тонкого, так и толстого металла. Этот вид сварки также подходит для напыления твердых металлов на новые металлы. Этот процесс сварки используется в сварочной промышленности для обеспечения превосходного контроля над методом дуговой сварки в небольших диапазонах тока.В настоящее время плазма обладает уникальными преимуществами и используется во всей отрасли, обеспечивая превосходный уровень управления и точность для создания дорогостоящих соединений в миниатюрных приложениях, чтобы обеспечить долгий срок службы расходных материалов с высокой производительностью. В этой статье приводится краткая информация о том, что такое плазменная сварка, принцип работы, различные типы, оборудование, преимущества, недостатки и области применения.

Что такое плазменная дуговая сварка?

Метод плазменно-дуговой сварки (PAW) связан с GTAW (газовой сваркой вольфрамовым электродом).Эта дуга может образовываться как между металлом, так и электродом. Основное различие между PAW и GTAW заключается в том, что в PAW сварщик может поместить электрод в корпус горелки; Таким образом, это позволит отделить PAW от защитного газа.

После этого плазма проходит через сопло, которое сжимает дугу и вытесняет плазму с высокой скоростью, а также с повышением температуры. В методе плазменной дуги используется неплавящийся вольфрамовый электрод, и дуга может быть образована путем усиления плазмы через сопло с отверстием.Эту дуговую сварку можно эффективно применять ко всем металлам, которые можно соединить с помощью техники дуговой сварки газом вольфрамом.

Принцип работы плазменной дуги

Плазменно-дуговая сварка — это метод, при котором возникает коалесценция с температурой, которая создается специальной установкой между электродом из вольфрамового сплава и соплом с водяным охлаждением (непереносимая дуга) или между вольфрамом сплав электрода и работа (перенесенная ARC). В обмотке этого типа используются три типа подачи газа, а именно плазменный газ, защитный газ и газ обратной продувки.Подача плазменного газа через сопло превращается в ионизированную. Защитный газ подается через внешнее сопло и защищает соединение от воздействия окружающей среды. Газ обратной продувки в основном используется при использовании определенных материалов.

Плазменная сварка

Оборудование, используемое для плазменно-дуговой сварки

Оборудование , используемое в PAW , включает следующее.

• Источник питания , используемый в PAW, является источником постоянного тока, и подходящее напряжение для этого типа сварки составляет 70 вольт, в противном случае выше.
• Типичными параметрами сварки являются напряжение, сила тока и расход газа. Значения этих параметров могут быть в диапазоне, например, ток составляет 500 А, напряжение от 30 В до 250 В, скорость резки: от 0,1 до 7,5 м / мин, толщина листа до 200 мм, требуемая мощность от 2 кВт до 200 кВт, скорость съема материала 150 см3 / мин, скорость плазмы 500 м / сек.
• Для зажигания дуги используются токоограничивающие резисторы, а также высокочастотный генератор.
• Плазменная горелка включает электрод, а также устройство водяного охлаждения, и они используются для сохранения сопла и срока службы электрода от растворения из-за чрезмерного нагрева, выделяемого во время сварки.
• Крепление необходимо для предотвращения загрязнения атмосферы расплавленным металлом под валиком.
• Защитный газ используется для защиты области дуги от атмосферы

Типы плазменно-дуговой сварки

Плазменно-дуговая сварка подразделяется на два типа, например

Типы плазменно-дуговой сварки

1) Переносимая PAW

Переносимая PAW Метод использует постоянный ток прямой полярности. И в этом методе вольфрамовый электрод может быть соединен с клеммой –ve, а металл может быть соединен с клеммой + ve.Дуга возникает среди вольфрамового электрода, а также на рабочей части. В этом методе и дуга, и плазма перемещаются к рабочей части, что увеличивает нагревательную способность метода. Этот тип PAW можно использовать для соединения сплошных листов.

2) PAW без передачи

В методе PAW без передачи используется постоянный ток прямой полярности. В этом методе вольфрамовый электрод может быть подключен к отрицательной клемме, а сопло — к положительной клемме. Дуга образуется между соплом и вольфрамовым электродом внутри горелки, что усиливает ионизацию газа внутри горелки.И горелка передаст ионизированный газ для дальнейшей процедуры. Этот тип PAW можно использовать для соединения тонких листов.

Преимущества PAW

Преимущества PAW в основном заключаются в следующем.

• Низкое энергопотребление
• Скорость сварки высокая, поэтому его можно использовать для соединения толстых и твердых деталей.
• Скорость проникновения и сильная дуга высокие.
• Может работать при малой силе тока.
• Расположение дуги не зависит от расстояния между инструментом или заготовкой.
• Используя этот метод, можно получить более устойчивую дугу.

Недостатки PAW

К недостаткам PAW в основном относятся следующие.

• Процесс шумный.
• Стоимость оборудования высока.
• Требуется высококвалифицированный персонал.
• Радиация больше.

Приложения PAW

Приложения PAW в основном включают следующее.

• PAW может использоваться в таких отраслях, как авиакосмическая, а также морская.
• PAW используется для соединения нержавеющих труб и труб.
• Этот тип сварки наиболее применим в электронной промышленности.
• PAW в основном используется для фиксации инструментов, пресс-форм и штампов.
• PAW используется для нанесения покрытий на лопатки турбины.

Итак, речь идет о плазменной сварке. Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что метод плазменно-дуговой сварки одинаково подходит для автоматических и ручных операций, а также для различных операций, от сварки металлических лент в больших объемах до прецизионной сварки медицинских устройств, автоматического восстановления лопастей реактивных двигателей. на сварку физического кухонного оборудования.Вот вам вопрос, в чем особенности плазменно-дуговой сварки?

плазма | Физика, состояние вещества и факты

Плазма , в физике электрически проводящая среда, в которой примерно одинаковое количество положительно и отрицательно заряженных частиц, образующихся при ионизации атомов в газе. Иногда его называют четвертым состоянием вещества, отличным от твердого, жидкого и газообразного состояний.

Отрицательный заряд обычно переносится электронами, каждый из которых имеет одну единицу отрицательного заряда.Положительный заряд обычно переносится атомами или молекулами, у которых отсутствуют те же самые электроны. В некоторых редких, но интересных случаях электроны, отсутствующие в одном типе атома или молекулы, присоединяются к другому компоненту, в результате чего плазма содержит как положительные, так и отрицательные ионы. Самый крайний случай этого типа происходит, когда маленькие, но макроскопические частицы пыли становятся заряженными в состоянии, называемом пылевой плазмой. Уникальность состояния плазмы обусловлена ​​важностью электрических и магнитных сил, действующих на плазму, в дополнение к таким силам, как гравитация, влияющим на все формы материи.Поскольку эти электромагнитные силы могут действовать на больших расстояниях, плазма будет действовать как жидкость, даже когда частицы редко сталкиваются друг с другом.

Практически вся видимая материя во Вселенной существует в плазменном состоянии, преимущественно в этой форме на Солнце и звездах, а также в межпланетном и межзвездном пространстве. Полярные сияния, молнии и сварочные дуги — тоже плазма; плазма существует в неоновых и люминесцентных лампах, в кристаллической структуре металлических твердых тел и во многих других явлениях и объектах.Сама Земля погружена в разреженную плазму, называемую солнечным ветром, и окружена плотной плазмой, называемой ионосферой.

Плазма может быть создана в лаборатории путем нагревания газа до чрезвычайно высокой температуры, которая вызывает такие сильные столкновения между его атомами и молекулами, что электроны отрываются, давая необходимые электроны и ионы. Аналогичный процесс происходит внутри звезд. В космосе основным процессом образования плазмы является фотоионизация, при которой фотоны солнечного света или звездного света поглощаются существующим газом, вызывая испускание электронов.Поскольку Солнце и звезды светят непрерывно, практически вся материя в таких случаях становится ионизированной, а плазма считается полностью ионизированной. Однако это не обязательно, поскольку плазма может быть только частично ионизированной. Полностью ионизированная водородная плазма, состоящая исключительно из электронов и протонов (ядер водорода), является наиболее элементарной плазмой.

Сэкономьте 50% на подписке Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сегодня

Современная концепция состояния плазмы возникла недавно, только в начале 1950-х годов.Его история переплетается со многими дисциплинами. Три основных направления исследований внесли уникальный ранний вклад в развитие физики плазмы как дисциплины: электрические разряды, магнитогидродинамика (в которой изучается проводящая жидкость, такая как ртуть) и кинетическая теория.

Интерес к явлениям электрического разряда можно проследить еще в начале XVIII века, когда три английских физика — Майкл Фарадей в 1830-х годах и Джозеф Джон Томсон и Джон Сили Эдвард Таунсенд в начале XIX века заложили основы современное понимание явлений.Ирвинг Ленгмюр ввел термин «плазма» в 1923 г. при исследовании электрических разрядов. В 1929 году он и Леви Тонкс, другой физик, работавший в Соединенных Штатах, использовали этот термин для обозначения тех областей разряда, в которых могли происходить определенные периодические изменения отрицательно заряженных электронов. Они назвали эти колебания плазменными колебаниями, их поведение наводит на мысль о желеобразном веществе. Однако только в 1952 году, когда два других американских физика, Дэвид Бом и Дэвид Пайнс, впервые рассмотрели коллективное поведение электронов в металлах в отличие от поведения в ионизированных газах, общая применимость концепции плазмы была полностью оценена.

Коллективное поведение заряженных частиц в магнитных полях и концепция проводящей жидкости подразумеваются в магнитогидродинамических исследованиях, основы которых были заложены в начале и середине 1800-х годов Фарадеем и Андре-Мари Амперами из Франции. Однако только в 1930-х годах, когда были открыты новые солнечные и геофизические явления, были рассмотрены многие из основных проблем взаимодействия ионизированных газов и магнитных полей. В 1942 году шведский физик Ханнес Альфвен ввел понятие магнитогидродинамических волн.Этот вклад, наряду с его дальнейшими исследованиями космической плазмы, привел к получению Альфвена Нобелевской премии по физике в 1970 году.

Узнайте, как работает лазер PHELIX

Узнайте о лазере PHELIX (петаваттный высокоэнергетический лазер для экспериментов с тяжелыми ионами) в Центре исследований тяжелых ионов GSI им. Гельмгольца в Дармштадте, Германия. PHELIX используется для исследований плазмы и атомной физики.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Посмотреть все видеоролики к этой статье

Эти два отдельных подхода — изучение электрических разрядов и изучение поведения проводящих жидкостей в магнитных полях — были объединены введением кинетической теории состояние плазмы.Эта теория утверждает, что плазма, как и газ, состоит из частиц, находящихся в беспорядочном движении, взаимодействие которых может происходить посредством дальнодействующих электромагнитных сил, а также посредством столкновений. В 1905 году голландский физик Хендрик Антоун Лоренц применил кинетическое уравнение для атомов (формулировка австрийского физика Людвига Эдуарда Больцмана) к поведению электронов в металлах. Различные физики и математики в 1930-х и 1940-х годах развили кинетическую теорию плазмы до высокой степени изощренности.С начала 1950-х годов все больше внимания уделяется самому состоянию плазмы. Исследование космоса, разработка электронных устройств, растущее осознание важности магнитных полей в астрофизических явлениях и поиск управляемых термоядерных (ядерных) энергетических реакторов — все это стимулировало такой интерес. Многие проблемы остаются нерешенными в исследованиях физики космической плазмы из-за сложности явлений. Например, описание солнечного ветра должно включать не только уравнения, касающиеся эффектов гравитации, температуры и давления, необходимые в атмосферных науках, но и уравнения шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла, которые необходимы для описания электромагнитного поля.

Что такое плазменная резка

Машина для плазменной резки, вырезающая внутренние части металлических деталей.

Изображение предоставлено: портретные изображения в Азии от Nonwarit / Shutterstock.com

Плазменно-дуговая резка, также называемая плазменной резкой плавлением или плазменной резкой, представляет собой производственный процесс, в котором используется перегретый ионизированный газ, направляемый через плазменную горелку для нагрева, плавления и, в конечном итоге, резки электропроводящего материала на индивидуальные формы и конструкции.Этот процесс подходит для широкого спектра металлических материалов, включая конструкционную сталь, легированную сталь, алюминий и медь, и позволяет резать материалы толщиной от 0,5 мм до 180 мм.

Процесс плазменной резки часто представляется как решение, альтернативное лазерной резке, гидроабразивной резке и газокислородной резке, и предлагает определенные преимущества по сравнению с этими вариантами, включая более быстрое время резки и более низкие начальные инвестиции и эксплуатационные расходы. Хотя плазменная резка демонстрирует некоторые преимущества перед этими другими процессами резки, ее использование в некоторых производственных приложениях может быть проблематичным, например, при резке непроводящего материала.

Хотя каждый процесс резки имеет свои преимущества и недостатки, в этой статье основное внимание уделяется плазменной резке, излагаются основы процесса плазменной резки, а также необходимые компоненты и механизмы установки плазменной резки. Кроме того, в статье рассматриваются различные варианты плазменной резки и предлагаются альтернативы процессам плазменной резки.

Что такое плазма?

Три наиболее часто упоминаемых состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное. Плазма, однако, часто упоминается как четвертое состояние материи и технически является наиболее часто встречающимся состоянием — по объему и массе — поскольку она встречается повсюду и за пределами галактики (например,г., в центрах звезд и в виде молнии).

Плазма возникает, когда к газу добавляется дополнительная энергия, которая позволяет молекулам газа двигаться быстрее и сталкиваться с большей силой. Столкновения между молекулами позволяют молекулам разделиться на составляющие их атомы, а эти отдельные атомы отделяются от электронов своей внешней оболочки, образуя ионы. Поскольку все больше атомов теряют свои электроны, газ достигает критической точки, когда количество атомов, теряющих электроны, и количество атомов, принимающих свободные электроны, достигают баланса.В этот момент ионизированный газ становится плазмой.

Плазма, обычно встречающаяся в астрофизической сфере, естественным образом встречается в звездах, а также в межпланетных, межзвездных и межгалактических средах. В земном царстве это происходит только в виде редких явлений, таких как молния или полярное сияние. Однако его можно создать искусственно путем перегрева газа или воздействия на газ сильного электромагнитного поля до тех пор, пока газ не станет ионизированным и не будет иметь высокую электрическую проводимость. Этот искусственно созданный ионизированный газ используется в машинах плазменной резки и в процессе плазменной резки для разрезания электропроводящего материала.

Пример земной плазмы: множественные удары молнии по мосту.

Изображение предоставлено: John Wollwerth / Shutterstock.com

Процесс плазменной резки

Процесс плазменной резки представляет собой термический процесс изготовления, в котором используется суженная, перенесенная плазменная дуга для резки широкого спектра металлов, включая конструкционную сталь, легированную сталь, алюминий и медь. Несмотря на то, что доступно несколько вариантов, основные принципы процесса и необходимые компоненты остаются неизменными для всех.Первичный процесс плазменной резки включает следующие этапы:

• зажигание вспомогательной дуги
• Генерация основной дуги
• Локальный обогрев и плавка
• выброс материала
• движение дуги

Рисунок 1 — Электрическая полярность плазменной дуги

Запуск пилотной дуги

Процесс начинается с команды запуска, побуждающей источник питания генерировать до 400 В постоянного тока напряжения холостого хода — i.т.е. напряжение холостого хода — и инициирование потока сжатого плазменного газа в узел плазмотрона, который содержит электрод и плазменное сопло. Как показано на схеме инициирования пилотной дуги на рисунке 1 выше, источник питания также прикладывает отрицательное напряжение к электроду, устанавливая его в качестве катода цепи пилотной дуги, и замыкает нормально разомкнутые контакты цепи сопла, помещая временное положительное напряжение на сопле, которое затем служит анодом цепи вспомогательной дуги.Затем консоль зажигания дуги (ACS) создает высокочастотный потенциал высокого напряжения между электродом и соплом, который генерирует высокочастотную искру. Искра ионизирует плазменный газ, позволяя ему стать электропроводным и создавая путь тока с низким сопротивлением между электродом и соплом. Вдоль этого пути тока образуется начальная дуга с низким энергопотреблением, т. Е. Вспомогательная дуга, когда энергия течет и разряжается между двумя компонентами.

Генерация основной дуги

После инициирования вспомогательная дуга выходит вместе с плазменным газом через отверстие сопла к заземленной электропроводящей детали, которая частично ионизирует область между ними и формирует новый путь тока с низким сопротивлением.Поскольку поток газа заставляет вспомогательную дугу выходить дальше через отверстие, дуга в конечном итоге входит в контакт и передается на заготовку. Как показано на схеме Main Arc Generation на Рисунке 1 выше, этот перенос дуги создает основную дугу — т. Е. Плазменную дугу, которая выполняет фактическую операцию резки — и устанавливает заготовку как часть вновь созданной цепи основной дуги. вместе с электродом. Перенос дуги также побуждает источник питания повторно размыкать нормально открытые контакты сопла, вынимая сопло из цепи вспомогательной дуги, а основную дугу увеличивать до оптимальной силы тока резки.

Локальное отопление и плавка

Сопло сужает ионизированный газ и основную дугу, когда они проходят через отверстие сопла, увеличивая плотность энергии и скорость плазмы. Машины для плазменной резки производят плазму с температурой до 20 000 ° C, которая движется к заготовке со скоростью до трех раз быстрее звука. Эта тепловая и кинетическая энергия используется для операции резки.

В процессе плазменной резки используется метод резки расплавлением и выдуванием, при котором происходит нагрев, плавление и испарение определенной области детали.Когда плазма ударяется о поверхность заготовки, материал заготовки поглощает тепловую энергию дуги и плазменного газа, увеличивая внутреннюю энергию и выделяя тепло, которое ослабляет материал и позволяет удалить его для получения желаемых разрезов.

Выброс материала

Ослабленный материал детали выталкивается из пропила — на ширину удаляемого материала и разрезаемого продукта — за счет кинетической энергии используемого плазменного газа. Оптимальный поток плазменного газа определяется током и соплом, при этом слишком низкий или слишком высокий уровень потока плазмы приводит к менее точным резкам и отказу компонентов.

Механизм дуги

После начала локального нагрева, плавления и испарения заготовки плазменная дуга вручную или автоматически перемещается по поверхности заготовки, чтобы произвести полный рез. В случае ручных систем плазменной резки оператор вручную запускает процесс и перемещает резак по поверхности для создания желаемых разрезов. Для автоматизированных систем плазменной резки аппарат запрограммирован на перемещение головки резака с оптимальной скоростью для обеспечения точных и точных разрезов.

Ручной резак для плазменной резки, выполняющий операцию резки.

Изображение предоставлено: Игорь В. Подкопаев / Shutterstock.com

Варианты процесса плазменной резки

Основные принципы процесса плазменной резки остаются неизменными для различных доступных вариантов. Тем не менее, каждый вариант процесса обеспечивает определенные преимущества в отношении производственных приложений на основе разрезаемого материала и его свойств, выходной мощности и конкретных требований приложения.Варианты обычно различаются в зависимости от системы охлаждения, типа плазменного газа, конструкции электрода и типа используемой плазмы.

Некоторые из доступных вариантов плазменной резки:

• Стандартная (или обычная) плазменная резка
• Плазменная резка с использованием вторичной среды
• Плазменная резка с впрыском воды

Стандартная (или обычная) плазменная резка

При традиционной плазменной резке оборудование для плазменной резки включает в себя узел плазменной горелки, в котором используется один плазменный газ, служащий одновременно газом зажигания и газом для резки.Обычно в стандартном процессе используются азот, кислород или смесь водорода с аргоном. Сжатие плазменной дуги и газа осуществляется только соплом без помощи какой-либо вторичной среды. В качестве охлаждающей жидкости для плазмотрона можно использовать воду или воздух.

Плазменно-дуговая резка со вторичной средой

Для плазменной резки, в которой используется вторичная среда, дополнительная среда, то есть вода или газ, закачивается в плазменный резак для дальнейшего сужения плазменной дуги и получения определенных характеристик для конкретного применения резки.

Введение вторичного газа в процесс плазменной резки может повысить удельную мощность, качество резки и скорость резки. Кроме того, вторичный газ может уменьшить повреждение системы и риск двойной дуги, а также продлить срок службы расходных деталей резака. Этот вид плазменной резки подходит для металлических листов толщиной до 75 мм.

Некоторые из наиболее распространенных комбинаций вторичного газа включают:

• воздух, кислород и азот для резки стали
• азот, аргон-H ₂ и CO ₂ для резки нержавеющей стали
• аргон-H ₂ , азот и CO ₂ для резки алюминия

Добавление воды в процесс плазменной резки позволяет получить поверхности заготовок с более высокой отражательной способностью.Вода действует как барьер или экран во время процесса резки, поскольку она перекачивается в плазменный резак, разряжается и испаряется плазменной дугой. Этот вид плазменной резки подходит для алюминия и высоколегированных сталей толщиной до 50 мм.

Плазменная дуговая резка с впрыском воды

В процессе плазменной резки с впрыском воды также используется вода. В плазменную горелку впрыскивается вода, которая дополнительно сужает плазменную дугу. В отличие от плазменной резки с использованием вторичной среды, большая часть воды остается неиспариваемой и вместо этого действует как охлаждающая жидкость для компонентов плазменной горелки и заготовки.Охлаждающий эффект воды позволяет уменьшить деформацию материала, повысить качество резки и увеличить срок службы расходных деталей резака. Этот тип плазменной резки подходит для использования с машинами для подводной плазменной резки металлов толщиной от 3 до 75 мм.

Другие варианты

Другие варианты плазменной резки включают:

• Плазменная резка с повышенной перетяжкой
• Подводная плазменная резка
• Плазменная строжка
• Плазменная маркировка

В отличие от ранее упомянутых вариантов, увеличенное сужение плазменной дуги достигается за счет использования специальных сопел, которые обеспечивают определенные возможности, такие как вращение плазменного газа или регулировка сопла в процессе резки.

Подводная плазменная резка выполняется на глубине от 60 до 100 мм под водой, что позволяет снизить уровень шума, пыли и загрязнения воздуха, но требует больше энергии и времени резки, чем плазменная резка при атмосферном давлении.

Плазменная строжка и плазменная маркировка — это процессы, при которых обычно не прорезают заготовку; При плазменной строжке удаляется только поверхностный материал детали, чтобы получить более гладкую поверхность, а плазменная маркировка оставляет следы на поверхности готовых компонентов.

Процесс плазменной резки предлагает множество вариантов, которые подходят для широкого спектра производственных приложений. Пригодность каждого варианта зависит от технических характеристик и требований режущего инструмента.

Машина для плазменной резки

В то время как в процессе лазерной резки используются станки для лазерной резки, а в процессе / услугах гидроабразивной резки используется оборудование для гидроабразивной резки с водой под давлением и абразивными материалами, в процессе плазменной резки используется оборудование плазменной резки для получения желаемых разрезов на заготовке.Машины плазменной резки различаются от модели к модели, приложения и приложения с настройками от простых (например, ручные резаки, подключенные к источнику питания) до сложных (например, программируемые и автоматизированные станки с ЧПУ). Базовая комплектация этих машин плазменной резки включает источник питания для плазменной резки, пульт зажигания дуги, узел горелки, систему подачи газа, систему охлаждения и электропроводящую деталь.

Источник питания: Источник питания обеспечивает энергию для зажигания вспомогательной дуги и поддержания основной дуги на протяжении всего процесса плазменной резки.Как правило, они имеют высокое напряжение без нагрузки (т. Е. Напряжение холостого хода) в диапазоне от 240 В до 400 В постоянного тока для создания вспомогательной дуги, но для поддержания основной дуги после ее образования требуется всего от 50 до 60 В постоянного тока.

Консоль зажигания дуги (ACS): ACS создает начальную искру, которая инициирует цепь вспомогательной дуги.

Используемые газы и среды: Плазменные газы подразделяются на газы зажигания (зажигает плазменную дугу), режущие газы (используются с плазменной дугой в процессе резки) и вторичные газы (сужают и охлаждают плазменную дугу).Используемые газы могут быть инертными, реактивными или смесью двух предыдущих типов. Вода также используется в качестве вторичной среды в процессе резки.

Узел резака: Узел резака и его детали включают электрод и сопло, подключены к источнику питания и используют газы плазмы и резки для инициирования и выполнения операции плазменной резки.

Система охлаждения: Система охлаждения охлаждает компоненты узла резака и заготовку, продлевая срок службы расходных деталей.Система может иметь водяное или газовое охлаждение.

Заготовка: Заготовка — это обрабатываемый материал. Материал должен быть электропроводным, чтобы его можно было резать плазмой, поскольку заготовка служит компонентом основной цепи дуги.

Другие варианты установок для плазменной резки включают столы для резки, оборудование для контроля загрязнения воздуха и подвесные путевые системы. Режущий стол служит рабочей поверхностью для резки заготовки, а оборудование управления — средством удаления выбросов, образующихся в процессе резки.В автоматизированных станках для резки резак подвешен наверху на рельсовой системе, чтобы обеспечить перемещение по поверхности заготовки.

Расходные сопла плазмотронов.

Изображение предоставлено: Nordroden / Shutterstock.com

Материальные аспекты

Поскольку в процессе плазменной резки используются переносимые плазменные дуги, его применение ограничивается резкой только материалов, которые являются электропроводными. Однако он подходит для широкого спектра металлов, в том числе:

• Конструкционная сталь
• Сталь нелегированная, низколегированная и высоколегированная
• Алюминий
• Металлические плакированные пластины

Плазменная резка также может использоваться для обработки таких материалов, как медь, латунь, титан и чугун, хотя некоторые из их температур плавления могут оказаться проблематичными для получения высококачественной резки кромки.В зависимости от технических характеристик машины для плазменной резки и материала заготовки, процесс позволяет резать материал толщиной от 0,5 мм до 180 мм.

Альтернативные способы резания

Некоторые из преимуществ плазменной резки, продемонстрированные перед другими методами резки, включают:

• Более быстрое выполнение работ
• Более качественная резка
• Возможности для работы с более толстыми материалами
• Минимальный риск деформации материала
• Снижение затрат на оборудование и эксплуатационные расходы

Однако, несмотря на эти преимущества, он может не подходить для каждого производственного применения, а другие процессы резки могут оказаться более подходящими и рентабельными.Альтернативы плазменной резке включают кислородно-топливную резку, гидроабразивную резку и лазерную резку.

Сводка

Выше описаны основы машины и процесса плазменной резки, различные варианты плазменной резки и некоторые соображения, которые могут быть приняты во внимание производителями и механическими цехами при принятии решения о том, является ли плазменная резка наиболее оптимальным решением для их конкретной резки. применение.

Чтобы получить дополнительную информацию о местных коммерческих и промышленных поставщиках услуг и оборудования для производства на заказ, посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы найдете информацию о более чем 500 000 коммерческих и промышленных поставщиков.

Источники

1. http://www.techno-isel.com
2. http://www.boc-gas.co.nz/en/legacy/attachment?files=tcm:y435-68107,tcm:435-68107,tcm:35-68107
3. https://www.esabna.com/us/en/education/blog/the-basics-of-plasma-cutting.cfm
4. https://www.researchgate.net
5. https://www.lincolnelectric.com/en-us/equipment/plasma-cutters/process-and-theory/Pages/how-a-plasma-cutter-works.aspx
6. https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/cutting-processes-plasma-arc-cutting-process-and-equipment-considerations-051
7. http: // www.esabna.com/us/en/education/blog/what-is-plasma-cutting.cfm
8. https://weldguru.com/plasma-arc-cutting/

Прочие изделия для резки

Больше от Custom Manufacturing & Fabricating

.