Плазменная сварка – один из наиболее современных видов сварки. Такая сварка осуществляется с помощью плазмы, возникающей в газовой среде при наличии там электрической дуги. Этот процесс включает ионизацию рабочего газа, который под давлением переходит в состояние плазмы. Изначально такой вид сварки применялся только в узких сферах вроде космонавтики, но со временем плазменная сварка получила распространение и в остальных сферах производства. С развитием технического прогресса плазменная сварка стала доступна и частным мастерам. Сейчас любой желающий может приобрести плазменный сварочный аппарат для своих целей.
Особенностью плазменной сварки является то, что сварка происходит при очень высокой температуре, достигающей 30 тысяч градусов. Благодаря этому, с помощью плазменной сварки можно сваривать детали большой толщины (до 9 мм) из особо прочных металлов.
Устройство и основные типы аппаратов
В общем случае в состав оборудования для плазменной сварки входят:
- Горелка (плазматрон).
- Источник электропитания (инвертор).
- Баллон с плазмообразующим газом.
- Баллон с защитным газом.
- Система водяного охлаждения.
- Кабель-пакет.
Горелка представляет собой сложное устройство, в котором устанавливается электрод, имеются трубопроводы для подачи газов и охлаждающей жидкости, а также проходит электрический кабель, по которому к электроду подается напряжение питания.
Конструкция горелки зависит от мощности аппарата. В аппаратах малой мощности используются горелки с выдвижным катодом, который с помощью кнопки управления может замыкаться на анод-сопло и возбуждать дугу. Для ручной плазменной сварки используются горелки, которые имеют вид пистолета. Такое устройство удобно держать в руках. Для плазменно-водяной сварки используется горелка в виде пистолета с разрядной камерой и парообразующим устройством. Для более мощных аппаратов используются горелки с неподвижным катодом.
Основные ее части:
- катод;
- полость для рабочего газа;
- полость для защитного газа;
- анод (с полостью для охлаждения);
- корпус.
Горелки для мощных аппаратов не имеют ручек, поскольку они крепятся непосредственно на манипуляторах или станках для сварки. В аппаратах в качестве источника питания чаще всего используются инверторы, которые почти полностью вытеснили трансформаторные источники. Современные импульсные преобразователи на IGBT-транзисторах обеспечивают стабильный рабочий ток, который может регулироваться для различных рабочих режимов работы аппарата.
Для образования плазмы используются воздух, кислород, аргон и азот. Для защиты ванны сварки применяют инертные газы – азот, аргон, пары спирта или ацетона. Кабель-пакет предназначен для соединения аппарата с горелкой. В кабель-пакете размещаются: шланги для подачи рабочего и защитного газов; шланги для подачи и отвода водяного охлаждения; провода подачи основного тока; провода запуска дуги; цепи системы управления. В бытовых аппаратах к горелке подключаются только цепи подачи тока. Поэтому в этом случае говорят просто о кабеле питания.
Аппараты прямого и косвенного действий
В зависимости от способа горения дуги различают аппараты:
- прямого действия;
- косвенного действия.
В аппаратах первого вида электрическая дуга возбуждается между электродом и свариваемой деталью. При этом дуга вначале возбуждается при малых токах между соплом и деталью, а после касания плазмой детали образуется основная дуга. Питание дуги может осуществляться как постоянным, так и переменным током. Возбуждение дуги осуществляется, как правило, с помощью дополнительного осциллятора.
При сварке вторым способом источник питания подключается к электроду и соплу горелки. В результате между ними образуется электрическая дуга, а на выходе горелки – струя плазмы. Интенсивность струи регулируется давлением газа. Возникновение мощной плазменной струи объясняется тем, что газ, переходя из одного состояния в другое, расширяется почти в 50 раз. Этот способ менее распространен, хотя он и имеет свои достоинства, а именно:
- обеспечивается устойчивая работа при малых токах;
- уменьшается потребление газа;
- при работе отсутствует разбрызгивание.
Разделение аппаратов по мощности
Аппараты плазменной сварки делятся на виды в зависимости от их мощности. При этом за меру мощности принимают ток сварки в плазменной дуге.
Различают аппараты, работающие:
- на малом токе (до 25 А);
- на среднем токе ( до 150 А);
- на большом токе (свыше 150 А).
Аппараты первого вида (микроплазменные) работают при токах от 100 мА до 25 А. Это относительно простые аппараты, имеющие диаметр сопла от 1,3 до 3 мм, работают на постоянном токе. В качестве рабочего газа такие устройства используют водные растворы спирта или ацетона. Катод в таких аппаратах выполняется из меди с добавлением гафния. Микроплазменные аппараты могут использоваться как для сварки ювелирных изделий, так и для резки металлов толщиной до 9 мм.
Аппараты среднего тока (50-150 А) в основном используются для резки металлов. В качестве рабочего газа в них применяют воздух. Такие устройства имеют более сложные источники питания с режимом малого тока для создания дежурной дуги, горелки с легированным вольфрамовым катодом. Для запуска дуги в таких аппаратах используются высоковольтные блоки.
Аппараты, имеющие дугу с током более 150 А, применяются в промышленности. В них используются вольфрамовые катоды, легированные редкоземельными элементами, способствующими уменьшению работы выхода электронов. Такие аппараты обычно являются частью роботизированных комплексов, выполняющих работы в судостроении или ядерной энергетике.
Критерии выбора плазменного аппарата
Зависимость силы тока от толщины материала
Показатель силы тока. Чем больший ток выдаёт устройство, тем с большей толщиной материала может справиться оборудование.
Применительно к стали и чёрным металлам можно ориентироваться на следующие значения: на 1 мм толщины нужен ток 4 А. Для цветных металлов на каждый миллиметр необходимо 6 А.
У аппарата должен быть запас по силе тока не менее 25%, чтобы оборудование не работало на пределе. Например, если требуется разрезать сталь толщиной 5 мм, выбирайте не двадцатиамперный плазменный резак, а прибор на 25 А.
Наличие компрессора
Работа аппаратов зависит от подачи воздуха. Часть моделей имеет встроенный компрессор, другие плазменные аппараты нуждаются в соединении с внешним источником. У приборов без компрессорного блока есть собственные плюсы:
- Небольшой вес.
- Мобильность.
- Компактный размер.
Обратите внимание! Выбор компрессора зависит от параметров самого плазмотрона. Необходимо учитывать два показателя:
- Производительность: требуется брать компрессор с запасом минимум на 25% выше, чем показатель в паспорте плазменного устройства.
- Рабочее давление: значение должно быть больше или равно давлению плазмотрона.
Продолжительность работы
Время показывает, как долго оборудование способно работать в непрерывном режиме на максимальных значениях тока в течение одного цикла (всего 10 минут). Например, если стоит значение 50%, то устройство должно работать 5 минут и ещё 5 потребуется на перерыв. Для несложных работ по разрезанию металла 50% хватает.
Хотим добавить, что плюс плазменного сварочника заключается в том, что можно резать даже толстый слой материала. А при работе с тонкостенной сталью не происходит деформация кромок. Минус в дороговизне оборудования.
Итак, плазменная сварка – это очень интересный, но нечасто применяемый метод сварки и резки. Он требует особых навыков от сварщика и покупки дорогостоящего оборудования, что не всегда оправдано в условиях домашней или даже полупрофессиональной сварки. Тем не менее, такие аппараты хорошо зарекомендовали себя в различных условиях. Но лучше всего они справляются с задачей при их внедрении в роботизированный аппарат на производстве. Поэтому если вы присматриваетесь к данному виду сварки и планируете приобрести себе плазменный сварочный аппарат, то возможно эта статья поможет вам с выбором данного сварочного оборудования.
