Плазменная сварка. Дефекты плазменной сварки

Плазменная сварка

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…200000С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводящих материалов, для напыления тугоплавки материалов.

Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.

Недостаток плазменной сварки – недолговечность горелок.

Электрошлаковая сварка.

Сущность процесса заключается в том, что тепловую энергию, необходимую для расплавления основного и присадочного металла, дает теплота, выделяемая в объеме шлаковой ванны при прохождении через нее тока (рис. 17.4).

Рис.17.4. Схема электрошлаковой сварки

Свариваемые заготовки 1 устанавливают в вертикальном положении. В замкнутое пространство между водоохлаждаемыми медными ползунами 4 и вертикально установленными кромками изделий засыпают флюс и подают электродную проволоку 7 при помощи специального механизма подачи 6.

В начале процесса возбуждают дугу, флюс плавится и образуется электропроводный шлак 5. Шлак шунтирует дугу, она гаснет, выходная цепь источника питания замыкается через шлак. Ток, проходя через шлак, разогревает его, это приводит к раславлению кромок основного металла и электрода. Расплав стекает вниз и образует сварочную ванну 8, выжимая шлак вверх, и затвердевает.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты: в начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают и заканчивают на специальных планках 2 и 3, которые затем удаляют газовой резкой.

Преимущества: возможна сварка металла любой толщины (с 16 мм). Заготовки с толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершающим поперечное колебание в плоскости стыка, при толщине более 150 мм используются нескольких проволок. Есть опыт сварки толщиной до 2 м.

Недостаток способа – образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. Необходимо проведение термической обработки: нормализации или отжига для измельчения зерна.

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций; станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т.п.

studfiles.net

Отличительные особенности плазменной сварки

Плазменная сварка – это сварка плавлением металла, нагрев которого проводится направленным потоком сжатого ионизированного газа (плазмы).

Данная технология известна еще с советских времен - 80-х годов прошлого столетия, существенное развитие получила на Западе и за время своего существования претерпела множество изменений в лучшую сторону.

Так, например, источники стали производить инверторными, программируемыми, плазматроны заметно уменьшились в габаритах, технологические возможности расширились, сильный шум, который присутствовал раньше при сварке, отсутствует.

Промышленный источник плазменной сварки состоит из двух инверторов – вспомогательного и основного. Именно это является, в том числе причиной, почему плазменные источники дороже аргонодуговых. НО при этом они имеют большие преимущества по сравнению с ТИГ.

Вспомогательный инвертор зажигает дугу между вольфрамовым электродом и соплом, которая затем выдувается и в работу включается основной инвертор, который уже обеспечивает поддержание и регулировку сварочного процесса. Именно благодаря наличию малоамперной 3-15 А вспомогательной дуги поджиг осуществляется на плазме всегда стабильно в отличие от аргонодуговой ТИГ сварки. Особенно это заметно при сварке алюминия и при сварке/пайке оцинкованных сталей, где при ТИГ сварке электрод разрушается и загрязняется, а при плазме он имеет стойкость в 30-40 раз большую, т.к. «спрятан» за плазменным соплом и помимо этого обдувается сжатым газом аргоном.

Благодаря наличию плазменного сопла и подачи сжатого газа аргона, сварочная дуга сжимается, становится узконаправленной, а не свободно горящей как при ТИГ, поэтому иногда плазменную сварку называют «аргонодуговая сварка сжатой дугой». Из-за того, что дуга при ТИГ сварке является свободной, при ТИГе существуют проблемы, когда при нахлесточном шве дуга переходит на верхнюю кромку, то же происходит и при стыковой сварке, когда один лист в зажатом состоянии выше другого, в этом случае - прожог или непровар. При плазме же такого не происходит из-за сжатой дуги.

По сути дела, говоря простым языком, плазменная сварка – это доработанная аргонодуговая сварка. По качеству плазменная сварка по праву занимает положение между аргонодуговой и лазерной сваркой.

Схема классического промышленного аппарата плазменной сварки

Отличия от других видов сварки

Свариваемые материалы

нержавеющие стали;
низкоуглеродистые стали;

оцинкованные стали;
титан;
медь, бронза, латунь;
сплавы алюминия;
для оцинкованных сталей также возможен процесс плазма-пайки.

Преимущества технологии плазменной сварки

- повышение производительности процессов сварки в 2-3 раза, скорость сварки до 4 м/мин

- повышение качества сварочных швов, швы более узкие, можно варить с усилением и без;

- отсутствие брызг в отличие от полуавтоматической МИГ/МАГ сварки и большая экономия на сварочной проволоке, т.к. варим без разделки и ток и скорость подачи проволоки при плазме независимы;

- малая зона термического влияния, благодаря механическому сжатию плазменным соплом, вследствие этого незначительный нагрев основного металла и минимизация коробления после и во время сварки;

- глубокое проплавление в стыковом соединении, сварка проникающей дугой без разделки до 8 мм. По сравнению с МИГ и ТИГ плазменная сварка не имеет конкурентов по качеству и производительности на диапазоне толщин от 3 до 8 мм;

- гладкая поверхность швов, не требующая дополнительной обработки;

- высокая надёжность зажигания основной дуги благодаря наличию вспомогательной;

- отсутствие включений вольфрама в сварном соединении;

- высокая стойкость расходных материалов.

Особенности и преимущества шовной плазменной сварки

- Сварка металлов толщиной от 0,05 до 1 мм производится с помощью аппаратов для микроплазменной сварки, которые позволяют тонко регулировать сварочные параметры и успешно управлять процессом сварки.

- Плазменная сварка металлов толщиной от 0,5 до 3 мм отличается от аргонодуговой сварки более высокой скоростью (до 4 м/мин) и качеством шва. На рисунке – образцы из нержавеющей стали, меди, бронзы.

- Плазменная сварка нержавеющих, низкоуглеродистых сталей, титана и алюминиевых сплавов толщиной от 3 до 8 мм производится по методу «проникающая плазменная дуга» за один проход, без разделки кромок. Эта особенность значительно выделяет плазменную сварку на этом диапазоне толщин среди других видов сварки, позволяя экономить производственное время. При ТИГ и МИГ/МАГ сварке при таких толщинах требуется производить предварительную разделку кромок перед сваркой и варить в несколько проходов. Также из-за необходимости заполнения разделки возникают большие затраты на сварочную проволоку.

На рисунке - образцы из нержавеющей, низкоуглеродистой стали и титана.

- Плазменная сварка алюминиевых сплавов характеризуется по сравнению с аргонодуговой ТИГ большей стойкостью электрода, т.к. электрод находится внутри сопла и менее подвержен разрушению, это уменьшает количество простоев из-за смены расходных материалов, обеспечивает стабильность дуги и стабильность поджига. По сравнению с ТИГ у плазмы более глубокое проплавление. По сравнению с полуавтоматической сваркой, плазма не дает брызг и пор.

- Оцинкованные стали успешно и стабильно варятся плазмой. Налипание паров цинка на электрод минимально, поэтому, как и при сварке алюминия, процесс очень стабилен. Цинк при сварке выгорает, но в узкой зоне.

- В случае, когда необходимо сохранить цинковое покрытие, применяют процесс плазма-пайки. При этом получается прочное, стойкое к коррозии соединение. Процесс может быть произведен вручную и автоматически. Скорость плазма-пайки в автоматическом режиме – до 1,5 м/мин.

www.elmid.ru