Войти
1. Газовая плазма, 2. Защита сопла, 3. Защитный газ, 4. Электрод, 5. Сужение сопла, 6. Электрическая дуга Плазменно-дуговая сварка (PAW ) - это дуга . Сварка процесс аналогичен процессу дуговой сварки газом вольфрамовым электродом (GTAW). электрическая дуга образуется между электродом (который обычно, но не всегда, изготовлен из спеченного вольфрама ) и заготовкой.. Ключевое отличие от GTAW состоит в том, что при PAW электрод располагается внутри корпуса горелки, поэтому плазменная дуга отделяется от оболочки защитного газа. Затем плазма пропускается через тонкостенное медное сопло, которое сужает дугу, и плазма выходит из отверстия с высокими скоростями (приближающимися к скорости звука) и температурой, приближающейся к 28000 °. C (50 000 ° F) или выше.
Дуговая плазма - это временное состояние газа. Газ ионизируется электрическим током, проходящим через него, и становится проводником электричества. В ионизированном состоянии атомы разделены на электроны (-) и катионы (+), и система содержит смесь ионов, электронов и высоковозбужденных атомов. Степень ионизации может составлять от 1% до более 100% (возможно с двойной или тройной степенью ионизации). Такие состояния существуют по мере того, как все больше электронов уходит со своих орбит.
Энергия плазменной струи и, следовательно, температура зависят от электрической мощности, используемой для создания дуговой плазмы. Типичное значение температуры, полученное в плазменной горелке, составляет порядка 28000 ° C (50000 ° F) по сравнению с примерно 5500 ° C (10000 ° F) в обычной электросварочной дуге. Все сварочные дуги представляют собой (частично ионизированные) плазмы, но дуга при плазменной сварке представляет собой плазму сжатой дуги.
Так же, как газокислородные горелки можно использовать для сварки или резки, также можно использовать плазменные горелки.
Плазменная дуговая сварка - это процесс дуговой сварки, в котором Коалесценция создается за счет тепла, полученного от установки суженной дуги между электродом из вольфрама / сплава вольфрама и охлаждаемым водой (сужающим) соплом (непереносимая дуга) или между электродом из вольфрама / сплава вольфрама и работой (переносимой дуга). В этом процессе используются два инертных газа: один образует плазму дуги, а второй экранирует плазму дуги. Присадочный металл можно добавлять, а можно и не добавлять.
Процесс плазменной дуговой сварки и резки был изобретен Робертом М. Гейджем в 1953 году и запатентован в 1957 году. Уникальность этого процесса заключалась в том, что он позволял выполнять точную резку и сварку как тонких листов и толстые металлы. Он также был способен наносить распылением упрочняющие металлы на другие металлы. Одним из примеров было нанесение распылением лопастей турбины ракеты Сатурн, летящей на Луну.
Плазменная дуговая сварка - это усовершенствованный вид сварки TIG. В случае Tig это открытая дуга, экранированная аргоном или гелием, где в качестве плазмы используется специальная горелка, в которой сопло используется для сжатия дуги, а защитный газ подается отдельно от горелки. Сужение дуги осуществляется с помощью сопла небольшого диаметра с водяным охлаждением, которое сжимает дугу, интенсивно увеличивает ее давление, температуру и тепло и, таким образом, улучшает стабильность дуги, форму дуги и характеристики теплопередачи.
Плазменные дуги образуются с использованием газа в двух формах: одна - ламинарная (низкое давление и низкий поток), а вторая - турбулентный поток (высокое давление и высокий поток).
Используемые газы - аргон, гелий, водород или их смесь. В случае плазменной сварки используется ламинарный поток (низкое давление и слабый поток плазменного газа), чтобы гарантировать, что расплавленный металл не выдувается из зоны сварки.
Непереносимая дуга (вспомогательная дуга) используется во время плазменной сварки, чтобы инициировать процесс сварки. Дуга образуется между электродом (-) и суживающим соплом с водяным охлаждением (+). Непереносимая дуга инициируется с помощью высокочастотного блока в цепи. После начального высокочастотного пуска между избранными образуется вспомогательная дуга (слабый ток) за счет использования слабого тока. После зажигания основной дуги сопло становится нейтральным или, в случае сварки сетки с использованием микроплазмы, может быть предоставлена возможность иметь непрерывную вспомогательную дугу. Переносимая дуга обладает высокой плотностью энергии и скоростью плазменной струи. В зависимости от используемого тока и расхода газа его можно использовать для резки и плавления металлов.
Микроплазма использует ток от 0,1 до 10 ампер и использует фольгу, сильфон и тонкие листы. Это автогенный процесс, в котором обычно не используется присадочная проволока или порошок.
Средняя плазма использует ток от 10 до 100 ампер и используется для сварки листов большой толщины с присадочной проволокой или самогенных листов толщиной до 6 мм и наплавки металла (наплавки) с использованием специальных горелок и устройств подачи порошка (PTA) с использованием металлические порошки.
Сильноточная плазма свыше 100 ампер используется при сварке присадочной проволокой на высоких скоростях движения.
Другими применениями плазмы являются плазменная резка, нагрев, осаждение алмазных пленок (Курихара и др., 1989), обработка материалов, металлургия (производство металлов и керамики), плазменное напыление и подводная резка.
Оборудование, необходимое для плазменной сварки, а также его функции следующие:
Необходимо закрыть замочную скважину должным образом, заканчивая сварной шов в конструкции.
Требуется для предотвращения атмосферного загрязнения расплавленным металлом под валиком.
Материалы
Сталь
Алюминий
другие материалы
Генератор высокой частоты и ток ограничивающие резисторы используются для зажигания дуги. Система зажигания дуги может быть отдельной или встроенной в систему.
Это дуга с переносом или без передачи. Он управляется вручную или механизирован. В настоящее время почти все приложения требуют автоматизированной системы. Горелка имеет водяное охлаждение, что увеличивает срок службы сопла и электрода. Размер и тип наконечника сопла выбираются в зависимости от свариваемого металла, формы сварного шва и желаемой глубины проплавления.
Источник постоянного тока (генератор или выпрямитель ), имеющий характеристики падения и напряжение холостого хода 70 вольт или выше. подходит для плазменной сварки. Выпрямители обычно предпочтительнее генераторов постоянного тока. Для работы с гелием в качестве инертного газа требуется напряжение холостого хода выше 70 вольт. Это более высокое напряжение может быть получено последовательной работой двух источников питания; или дуга может быть инициирована аргоном при нормальном напряжении холостого хода, а затем может быть включен гелий.
Типичные параметры сварки для плазменно-дуговой сварки следующие:
ток от 50 до 350 ампер, напряжение от 27 до 31 вольт, расход газа от 2 до 40 литров / минуту (нижний диапазон и выше диапазон для внешнего защитного газа), отрицательный электрод постоянного тока (DCEN) обычно используется для плазменно-дуговой сварки, за исключением сварки алюминия, в этом случае для сварки с обратной полярностью предпочтительнее использовать электрод с водяным охлаждением, то есть положительный электрод постоянного тока (DCEP).
Используются два инертных газа или газовые смеси. Газ через сопло при более низком давлении и скорости потока образует плазменную дугу. Давление газа через отверстие намеренно поддерживается низким, чтобы избежать турбулентности металла шва , но такое низкое давление не может обеспечить надлежащую защиту сварочной ванны. Чтобы обеспечить подходящую защитную защиту, тот же или другой инертный газ пропускается через внешнее защитное кольцо горелки со сравнительно более высокой скоростью потока. Большинство материалов можно сваривать с использованием аргона, гелия, аргона + водорода и аргона + гелия в качестве инертных газов или газовых смесей. Обычно используется аргон. Гелий предпочтителен там, где желательны широкая диаграмма подводимого тепла и более плоский проход покрытия без сварки в режиме замкового отверстия. Смесь аргона и водорода обеспечивает более высокую тепловую энергию, чем при использовании только аргона, и, таким образом, позволяет выполнять сварку в режиме «замочной скважины» в сплавах на основе никеля, сплавах на основе меди и нержавеющих сталях.
Для резки может использоваться смесь аргона и водорода (10-30%) или смесь азота. Водород из-за его диссоциации в атомарную форму и последующей рекомбинации генерирует температуры, превышающие те, которые достигаются при использовании только аргона или гелия. Кроме того, водород создает восстановительную атмосферу, которая помогает предотвратить окисление сварного шва и его окрестностей. (Следует проявлять осторожность, так как диффузия водорода в металл может привести к охрупчиванию некоторых металлов и сталей.)
Контроль напряжения требуется при контурной сварке. При обычной сварке шпоночным отверстием изменение длины дуги до 1,5 мм не влияет в значительной степени на проплавление сварного шва или форму валика, поэтому контроль напряжения не считается существенным.
Техника очистки заготовки и добавления присадочного металла аналогична той, что используется в сварке TIG. Присадочный металл добавляется у передней кромки сварочной ванны. При выполнении корневого шва присадочный металл не требуется.
Тип соединения : Для сварки деталей толщиной до 25 мм используются соединения, такие как квадратный стык, J или V. Плазменная сварка используется для выполнения сварных швов как с отверстиями под ключ, так и без него.
Выполнение сварного шва без отверстия под ключ : с помощью этого процесса можно выполнять сварку без отверстия под ключ на заготовках толщиной 2,4 мм и меньше.
Выполнение швов с замочной скважиной : выдающейся характеристикой плазменной дуговой сварки, благодаря исключительной проникающей способности плазменной струи, является ее способность производить сварные швы с замочной скважиной на заготовках толщиной от 2,5 до 25 мм. Эффект «замочной скважины» достигается за счет правильного выбора силы тока, диаметра отверстия сопла и скорости перемещения, которые создают мощную плазменную струю, полностью проникающую через заготовку. Плазменная струя ни в коем случае не должна выталкивать расплавленный металл из стыка. Основными преимуществами метода замочной скважины являются возможность быстрого проникновения через относительно толстые участки корня и создание однородного нижнего валика без механической основы. Кроме того, отношение глубины проплавления к ширине сварного шва намного выше, что приводит к более узкому шву и зоне термического влияния. В процессе сварки основной металл перед замочной скважиной плавится, обтекает его, затвердевает и образует сварной шов. Выдавливание ключей способствует глубокому проникновению на более высоких скоростях и обеспечивает получение высококачественного валика. При сварке более толстых деталей, при укладке, отличной от корневого прохода, и при использовании присадочного металла сила плазменной струи снижается за счет соответствующего регулирования количества газа в отверстии.
Плазменно-дуговая сварка - это усовершенствование процесса GTAW. В этом процессе используется неплавящийся вольфрамовый электрод и дуга, суженная через медное сопло с мелким отверстием. PAW может использоваться для соединения всех металлов, свариваемых GTAW (т. Е. Большинства промышленных металлов и сплавов). Металлы, трудно свариваемые методом плазменно-дуговой сварки, включают бронзу, чугун, свинец и магний. За счет изменения силы тока, расхода плазменного газа и диаметра отверстия возможны несколько основных вариантов процесса плазменной сварки, в том числе:
По крайней мере, два отдельных (и, возможно, три) потока газ используется в PAW:
Все эти газы могут быть одинаковыми или различного состава.
В зависимости от конструкции горелки (например, диаметра отверстия), конструкции электродов, типа и скорости газа, а также уровней тока возможны несколько вариантов плазменного процесса., в том числе:
При использовании для резки поток плазменного газа увеличивается, так что глубоко проникающая плазма струя прорезает материал, а расплавленный материал удаляется в виде окалины. PAC отличается от газокислородной резки тем, что в плазменном процессе используется дуга для плавления металла, тогда как в кислородно-топливном процессе кислород окисляет металл, а тепло от экзотермической реакции плавит металл.. В отличие от газокислородной резки, процесс PAC может применяться для резки металлов, образующих тугоплавкие оксиды, таких как нержавеющая сталь, чугун, алюминий и другие сплавы цветных металлов. С тех пор, как компания Praxair Inc. представила PAC на выставке Американского сварочного общества в 1954 году, было проведено множество усовершенствований технологических процессов, разработок в области газа и усовершенствования оборудования.
