Плазменная сварка — принцип работы и ТОП-3 аппарата

Для соединения деталей из вольфрама (W), молибдена (Mo), различных структур нержавеющих сталей и никелевых сплавов (авиа и приборостроение) применяется сварка плазморезом, где поток плазмы является источником энергии. Температура плазменной дуги порой достигает 30000°C, тогда как привычная всем электрическая дуга имеет только 5000-7-000°C – разница довольно-таки существенная. Практика показала, что данный способ оказался гораздо эффективнее по многим параметрам, по сравнению с классической газовой и электрической сваркой.

Под плазмой понимают полностью либо частично ионизированный газ, состоящий из заряженных электронов и ионов, а также нейтральных с электрической точки зрения молекул и атомов Источник tutmet.ru

Технология сварки и резки металлов плазмой

Принцип плазменно-дуговой технологии сварки заключается в мощном прогреве обрабатываемых металлов плазмой, которая в данном случае является ионизированным газом, полученным при работе электрической дуги под повышенным давлением. Горелка, которую используют в таких агрегатах, называется плазмотроном – с ее помощью можно варить и резать любые металлы, отображенные в периодической таблице Менделеева. Также плазмотроном можно варить и резать неметаллы, если этому не препятствуют физические или химические свойства материала, как то, отсутствие адгезии, различные особенности вступления в реакцию и т.п.

Основные особенности плазменной сварки

Плазмотрон позволяет резать и сваривать любые известные в природе металлы и неметаллы, если только для этого нет серьезных фундаментальных физических или химических препятствий Источник proinstrumentinfo.ru
Рассмотрим существенные особенности, которыми обладает плазменно-дуговая сварка. В рабочую зону из плазмотрона выбрасывается струя плазмы, но иногда при необходимости также используется дополнительный инертный газ для создания защитного облака, которое создает оптимальные рабочие условия для химически нейтральной среды. В результате получается, что вся термическая энергия через плазменную струю передается на сварочную ванну, но при этом лишь частично (в малом количестве) попадает на близлежащие области. Для корпуса плазменной горелки используется сталь, а для анода – медь. При этом у медного электрода имеется специальная полость, по которой поступает вода для охлаждения, а между ним и катодом с давлением от 2-х до 5-ти атмосфер поступает рабочий газ для подпитки дуги.

Технология плазменной обработки материалов

Основными компонентами аппарата для плазменной сварки являются источник питания и особой конструкции горелка, называемая плазмотроном.

Плазмотрон имеет помещенный в кожух фторопластовый корпус, внутри которого установлен электродный узел. К горелке подводится рабочая (плазмообразующая) смесь, защитный газ и охлаждающая среда, если только не применяется воздушное охлаждение.

Принцип работы

В качестве плазмообразующей смеси может применяться:

• Аргон в чистом виде;
• Аргон с примесью водорода;
• Аргонно-гелиевая смесь;
• Воздух;
• Водород;
• Азот;
• Смесь воды и спирта (эта технология появилась относительно недавно).

Под воздействием электрического разряда рабочая среда превращается в плазму, которая представляет собой ионизированный газ. Температура плазмы может достигать 30 тыс. градусов. При этом плазменная дуга сжимается в тончайший пучок, благодаря чему ее удельная мощность, приходящаяся на 1 кв. мм поперечного сечения многократно увеличивается. Это позволяет использовать плазму для решения таких задач, с которыми электроразрядная дуга с ее температурным пределом в 5 тыс. градусов эффективно справиться не может.

Смотрим видео, немного о данном приборе:

Но высокая температура – это только одно из преимуществ, которыми обладает аппарат для плазменной сварки. К числу достоинств этих устройств, также, относят:

1. Высокий КПД;
2. Малый расход защитных газов;
3. Небольшую площадь прогрева материала и, как следствие, малую усадку шва и почти полное отсутствие деформаций;
4. Возможность применения данного оборудования для сваривания неметаллических материалов с металлическими.

Видео описание

Горынычъ — аппарат плазменной сварки и резки

Итак, газ в плазмотроне нагревается от плазменной дуги, что приводит к его ионизации. Объем горячего газа за счет свойства теплового расширения увеличивается от 50-ти до 100-а раз, что способствует скоростному выбросу из сопла. Получается, что кинетическая и тепловая энергия являются главной причинно появления мощного энергетического потока у плазменной сварки. Следует еще отметить, что в плазмотроне обычно применяются горелки постоянного тока.

Существует несколько разновидностей таких агрегатов:

• дуга находится между плавящимся электродом и сварочной ванной;
• дуга находится между НЕ плавящимся электродом и сварочной ванной, а плазма выбрасывается струей газа.

Примечание: для образования плазмы используются такие газы, как аргон (Ar), азот (N2), кислород (O2) или обычный воздух.

Также все сварки такого типа различаются по величине силы тока:

• малые (микроплазменные) – 0,1-50 А;
• средние – 50-150 А;
• большие от 150 А и выше.

Если микроплазменный вариант позволяет избежать прожогов в свариваемых деталях, то агрегаты, работающие на больших токах, проплавляет металл толщиной до 8 мм за один проход без кромочной разделки, что позволяет без особых затруднений резать заготовки. Вполне естественно, что на средних токах вы сможете как варить, так и резать металл.

Достоинства оборудования для плазменной сварки

К ним относятся:

• высокая температура процесса, позволяющая получить результат в сжатые сроки;
• меньший диаметр дуги (влияет на точность работы);
• отсутствие необходимости покупки газовых баллонов;
• достаточно использовать очки, а не сварочную маску;
• стабильность дуги;
• точность геометрии шва;
• работа в ручном или автоматическом режиме;
• направляемый на заготовку поток не приводит к его перемещению и короблению;
• надежность при односторонней сварке (позволяет соединять листовой металл к габаритным конструкциям и проваривать труднодоступные места).

Газопламенная сварочная аппаратура востребована в областях, где исходным сырьем служит листовой металлопрокат. Это пищевая и химическая промышленность, машиностроение, энергетика, электротехника, производство щитового оборудования. Далее предлагаем вам ознакомиться с известными производителями и рассмотреть популярные установки для плазменной сварки.

Наиболее популярные в России аппараты плазменной сварки

Это генератор электродуговой низкотемпературной плазмы, получаемой посредством разогрева паров рабочей жидкости к состоянию ионизации и предназначается для металлов Источник севпроект.рф
МППК (многофункциональный портативный плазменный комплекс) Горыныч рассчитан на выработку плазм из жидкости – воды или водно-спиртовой смеси, где пар выполняет защитную функцию. Такие агрегаты производят с силой тока 8,10 и 12 A и при этом они универсальны, то есть, Горыныч может, как резать, так и варить разные детали, но это не все. Задав необходимую мощность, аппарат можно использовать в качестве паяльной лампы, кузнечного горна и даже огнетушителя, если в качестве жидкости используется вода. МППК достаточно легок – масса плазмотрона с кабелем и шлангом не превышает 5,4 кг, а для его питания нужна обычная розетка ≈220±22 V и 50 A. Агрегат создает дугу прямой полярности с КПД не менее 80%.

Являясь аппаратами нового поколения, обладая повышенным качеством, он более чем в 2,5 раза экономичней и в 5 раз легче используемых плазмотронов Источник eduard-romanov.uaprom.net

Если говорить о деньгах, Мультиплаз-15000 является самым выгодным плазменным сварочным аппаратом среди своих аналогов. Кроме того, такой агрегат можно назвать самым легким среди подобных, так, масса источника питания составляет 33 кг а вес плазмотрона вместе с кабелем и шлангом на 9 метров – 5 кг. Потребляемая мощность составляет 15 kW при входном напряжении 380±38 V, с частотой сети 50 A. Сварка функционирует в диапазоне тока от 20 до 100 A, расходует 480 л/мин сжатого воздуха и ее КПД составляет 85% — это позволяет разрезать лист стали толщиной до 50 мм. Безусловно, Мультиплаз-15000 больше подходит для промышленных предприятий и автомастерских, но его также покупают для бытового применения.

Сварочное оборудование

Важно не путать плазменные установки для сварки с оборудованием для резки металла. Первые еще известны как плазменно-дуговые аппараты, вторые — воздушно-плазменные. Последние не предназначены для сварки металлических заготовок!
Среди известных производителей выделяются:

• ;
• «Мультиплаз»;
• «Плазариум».

Подробнее об изделиях данных фирм и продуктах ряда зарубежных компаний — в следующих разделах.

Горыныч

Аппараты под маркой «Горыныч» для образования плазмы используют воду или ее смесь со спиртом, при этом водяной пар выполняет защитную функцию. При обработке изделий поверх шва образуется тонкая антикоррозионная пленка из окислов.

Для сварки металла при помощи «Горыныча» не требуются газобаллонное оборудование или трансформаторы, поэтому ощутимый плюс устройств — их мобильность. Для активации оборудования необходима бытовая сеть с напряжением 220 В или независимый генератор тока.

Мобильный аппарат плазменной сварки «Горыныч» предназначен для металла толщиной от 0,5 до 8 мм. Температура дуги, образуемой водой и плазмой, доходит до 6000 градусов. Требования к безопасности процесса весьма лояльны. Например, не обязательна продуманная система вентиляции, поскольку воздух не только не отравляется вредными газами, но и отчасти насыщается кислородом.

Стоимость установок зависит от мощности и силы тока. Так, многофункциональный плазменный аппарат «Горыныч» может иметь три модификации:

• на 8 А (подходит для мелких бытовых работ, пайки; стоит 29000 рублей);
• на 10 А (широкий диапазон возможностей, в том числе резка металла; 30000 рублей);
• на 12 А (мощный агрегат для обработки листов толщиной более 1 см; 33000 рублей).

Расходные материалы для работы оборудования стоят недорого. Например, сварщику понадобятся сопло сварочное (около 200 рублей) и катод (200 рублей). Сопло для резки стоит столько же.

Мультиплаз

Принцип работы установки похож на МППК «Горыныч» — плазма формируется при помощи водно-спиртового раствора.

Другим сходством является компактность (блок питания вместе с плазмотроном весят чуть более 6 кг); здесь же — отсутствие строгих требований к вентиляции помещения.
Отличие от ранее названной марки — в мощности и, следовательно, стоимости. О первой можно узнать из маркировки. Популярная модель «Мультиплаз 3500» (3,5 кВт) обойдется в 90 тысяч рублей.

Плазариум

В оборудовании использована инверторная схема, гарантирующая стабильность дуги автономно от перепадов напряжения. Имеются датчики, контролирующие температуру процесса и предупреждающие выход оборудования из строя. Пользовательские преимущества — компактность, легкость оборудования, доступность расходников.

Модификация «Плазариум SP 3», мощность которого 2,6 кВт, стоит порядка 40 тысяч рублей.

Модели зарубежных производителей

Среди популярных аппаратов плазменной резки отмечены:

• Fubag (немецкий концерн, представляющий модели PLASMA 25, 30, 40, 65 Т, 100; отличаются практичностью, высокой производительностью, но большинство моделей подходит для резки металла);
• BlueWeld и Telwin (Италия; линейка включает аппараты с бесконтактным запуском; есть однофазные и трехфазные устройства, в т.ч. для ручной работы);
• Aurora (Китай; недорогие устройства с длинным кабелем; имеется бесконтактный запуск; часть аппаратов, помимо плазменной, осуществляет полуавтоматическую и ручную сварку, что говорит об универсальности).

Пример машины для микроплазменной сварки — SBI PMI 50 TL (в том числе модель Basic). Водно-спиртовой раствор заменен на аргоно-гелиевую, либо аргоно-водородную смесь. Устройство может программироваться на определенный режим работы, совмещается с роботами-манипуляторами. Basic — аппарат повышенной мощности, имеющий функции базовой модели.

При выборе качественного оборудования для плазменной сварки обратите внимание на модели выше названных фирм. Их отличает простота управления, экологическая чистота, экономичность расхода электроэнергии. Широкий диапазон возможностей выводит аппараты для плазменной сварки на лидирующие позиции среди аналогов, а умеренная стоимость моделей делает выбор покупателя проще.

Какое устройство для плазменной сварки считаете наилучшим вы? Поделитесь своим мнением в комментариях.

Отличительные характеристики процесса

• нанесение покрытий на тонкостенные малогабаритные изделия
• эффективное управление энергетическими характеристиками напыляемых частиц и условиями формирования покрытия за счет гибкости регулирования параметров и режимов работы плазмотрона;
• высокие коэффициент использования порошка (до 85%), прочность сцепления покрытия с основой (до 60 МПа), низкая пористость;
• универсальность за счет получения покрытий из большинства материалов без ограничения их температур плавления;
• нанесение покрытия на изделия, изготовленные практически из любого материала;
• низкое термическое воздействие на напыляемую основу, что позволяет избежать деформаций, изменений размеров изделий, а также исключить нежелательные структурные превращения основного металла;
• нанесение покрытия на локальные поверхности;
• получение регламентированной однородной пористости покрытия для использования в условиях работы со смазкой поверхностей скольжения;
• положительное влияние на усталостную прочность основы, за счет получения при ПН слоистой структуры покрытия, в отличие от столбчатой, образующейся при осаждении из газовой или паровой фазы, диффузионном насыщении;
• нанесение покрытия с минимальными припусками для последующей механической обработки;
• возможность использования для аддитивных технологий или формообразования деталей (ПН производят на поверхность формы- оправки, которая после окончания процесса удаляется, остается оболочка из напыленного материала);
• уменьшенный уровень шума и излучения;
• надежность и стабильность оборудования, высокий ресурс элементов плазмотрона, за счет оптимизации условий охлаждения и обеспечения плавного нарастания и падения тока;
• низкий расход аргона;
• маневренность и возможность автоматизации процесса.