Сущность способа плазменной сварки и резки. Классификация оборудования для плазменной сварки и резки

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Плазменная дуга характеризуется весьма высокой температурой (до 30000º С) и широким диапазоном регулирования ее технологических свойств.

Посравнению с аргонодуговой сваркой в связи с более высокой проплавляющей способностью плазменная сварка имеет следующие преимущества:

¾ повышенную производительность;

¾ меньшую зону термического влияния;

¾ более низкие деформации при сварке;

¾ пониженный расход защитных газов;

¾ более высокую стабильность горения дуги;

¾ меньшую чувствительность качества шва от изменения длины дуги (ввиду её неизменной геометрии по длине (рисунок 1).

Рисунок 1 - Плазменная (сжатая) дуга, горящая на графит

Для получения плазменной дуги служит устройство, называемое плазмотроном. Существует два способа подключения плазмотрона для генерации дуги прямого действия (рисунок 2, а) и для генерации дуги косвенного действия, называемой плазменной струёй (рисунок 2, б).

Плазмотроны, подключаемые для генерации дуги называют плазмотронами прямого действия, а для генерации плазменной струи косвенного действия. Чаще плазмотроны косвенного действия конструктивно отличаются от плазмотронов прямого действия системой охлаждения соплового узла плазмотрона, у первых она более эффективна.

В плазмотронах прямого действия плазменная дуга возбуждается между стержневым (как правило, вольфрамовым) электродом, вмонтированным в газовую камеру, и свариваемым изделием. Сопло электрически нейтрально от электродного (катодного) узла и служит для сжатия и стабилизации дуги.

В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создается между электродом и соплом, а поток плазмы выдувает плазменную струю.

Рисунок 2 - Схемы плазмообразования

Для плазменной сварки металлов обычно применяют плазмотроны с дугой прямого действия.

Сжатие столба дуги происходит следующим образом: рабочий газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи.

Плазменная дуга прямого действия имеет почти цилиндрическую форму, немного расширяющуюся у поверхности изделия.

Плазменная дуга косвенного действия (струя) имеет форму ярко выраженного конуса с вершиной, обращенной к изделию и окруженной факелом. Слой газа, омывающий столб дуги снаружи, остается относительно холодным, образуя тепловую и электрическую изоляцию между плазменной дугой и каналом сопла. Плотность тока дуги в плазмотронах достигает 100 А/мм², а температура 15000 - 30000 º С.

Плазменная струя, истекающая из плазматрона с дугой прямого действия, совмещена со столбом дуги в отличие от плазматронов с дугой косвенного действия и поэтому характеризуется более высокой температурой и тепловой мощностью.

Процесс возбуждения дуги непосредственно между электродом и изделием осуществить очень трудно. В связи с этим сначала возбуждается дуга между электродом и соплом (дежурная), а затем при касании ее факела изделия происходит автоматическое зажигание основной дуги между электродом и изделием. Дежурная дуга при устойчивом процессе горения основной дуги отключается. Дежурная дуга обычно питается от того же источника, что и основная, через токоограничивающие сопротивления.

В плазмотронах с дугой прямого действия в изделие вводится дополнительное тепло за счет электронного тока и КПД их значительно выше, чем у плазмотронов с дугой косвенного действия. В связи с этим плазмотроны с дугой прямого действия целесообразно применять для сварки, резки, наплавки, а плазмотроны с дугой косвенного действия для напыления, нагрева и т.п.

Плазменная дуга может быть использована:

¾ при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы;

¾ при сварке металлов с неметаллами;

¾ для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электронной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;

¾ для пайки;

¾ разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов.

Сущность процесса воздушно-плазменной разделительной резки заключается в локальном интенсивном расплавлении разрезаемого металла в объеме полости реза теплотой, генерируемой сжатой дугой, и удалении жидкого металла из полости высокоскоростным плазменным потоком, вытекающим из канала сопла плазматрона.

В современной технике резки применяют две схемы плазмообразования (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схемы плазмообразования

а) - плазменная дуга; б) - плазменная струя; 1 - Подача газа; 2 - Дуга; 3 - Струя плазмы; 4 - Обрабатываемый металл; 5 - Наконечник; 6 - Катод; 7 - Изолятор; 8 - Катодный узел.

В первом случае используют дугу прямого действия, возбуждаемую на обрабатываемом металле, являющемся одним из электродов разряда. При этом используется энергия одного из приэлектродныхпятен дуги и энергия плазмы столба и вытекающего из него факела. Поэтому резку по такой схеме называют плазменно-дуговой.

Во второй схеме, соответствующей косвенной (независимой) дуге, объект обработки не включают в электрическую цепь. Вторым электродом сжатой дуги служит формирующий наконечник плазматрона. Поток плазмы, вытекая из сопла, образует свободную струю плазмы. Для резки используется только энергия плазменной струи (резка плазменной струей).

Энергетическая оценка обеих схем показывает, что плазменно-дуговую резку характеризует наиболее высокая эффективность, поскольку полезная мощность сжатой дуги реализуется в частях разряда, вынесенных за пределы наконечника. Поэтому для резки металлов, как правило, используют схему плазменно-дуговой резки. Плазменную струю применяют относительно редко, преимущественно для резки неметаллических материалов.

Основными элементами плазмотрона, предназначенного для плазменной резки, являются электрод (катод), сопло и изолятор между ними (рисунок 4).

Рисунок 4. Режущий плазмотрон

1 - Корпус; 2 - Электрод (катод); 3 - Формирующий наконечник; 4 - Изолятор; 5 - Разрезаемый металл; 6 - Дуговая камера; 7 - Столб дуги; 8 - Подача охлаждающей воды; 9 - Подача плазмообразующего газа; 10 - Слив воды; 11 - Источник тока; 12 - Устройство зажигания дуги; Vр - Направление резки.

Корпус режущего плазматрона содержит цилиндрическую дуговую камеру малого диаметра с выходным каналом, формирующим сжатую (плазменную) дугу. Для возбуждения плазмогенерирующей дуги служит электрод, располагаемый обычно в тыльной стороне дуговой камеры. Столб дуги ориентируется по оси формирующего канала и заполняет практически все его сечение.

В дуговую камеру подается рабочий газ (плазмообразующая среда). Газ, поступая в столб дуги, заполняющий формирующий канал, превращается в плазму. Вытекающий из сопла поток плазмы стабилизирует дуговой разряд. Газ и жесткие стенки формирующего канала ограничивают сечение столба дуги (сжимают его), что приводит к повышению температуры плазмы до 15000 - 20000º С. При этих температурах электрическая проводимость плазмы приближается к электропроводимости металлического проводника. Скорость плазмы в струе, истекающей из сопла режущего плазматрона, может превышать 2-3 км/с. Плотность энергии в формирующих соплах режущих плазматронах достигает 10 Вт/см.

В качестве электрода при воздушно-плазменной резке могут быть использованы бериллий, торий, гафний и цирконий. На их поверхности при определенных условиях образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Поскольку оксид тория радиоактивен, а оксид бериллия - токсичен, эти металлы не применяются.

Для того чтобы катодное пятно фиксировалось строго по центру катода, в современных плазматронах применяют вихревую (тангенциальную) подачу плазмообразующего газа. При нарушении четкой вихревой подачи плазмообразующего газа катодное пятно вместе со столбом дуги будет смещаться от центра катодной вставки, что приводит к нестабильному горению сжатой дуги, двойному дугообразованию и выходу плазматрона из строя.

При воздушно-плазменной резке наиболее эффективно используется энергия в режущей дуге постоянного тока прямой полярности (анод на металле). В качестве рабочей плазмообразующей среды при воздушно-плазменной резке используется воздух.

В отличие от газокислородной резки, при которой пламя выделяет мало теплоты и имеет относительно низкую температуру, для врезания в металл требуется затратить некоторое время на местный подогрев металла до температуры его воспламенения. Сжатая дуга вследствие высокой температуры и скорости потока плазмы врезается в металл почти мгновенно.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒