На сегодняшний день сварка является ключевой технологией, которая нашла применение практически во всех сферах и отраслях. Ведущие отрасли, такие как тяжелое машиностроение, автомобильная и авиационная промышленность, энергетика, особенно нефтяная и газовая отрасли, судостроение, промышленное и гражданское строительство, ЖКХ требуют все больше новых технологических решений, высокопроизводительного оборудования и прогрессивных материалов в области сварочного производства. [1]
Внедрение технологий с использованием высококонцентрированных источников энергии позволяет значительно повысить производительность процессов и получить ряд дополнительных преимуществ. Одним из таких технологий является плазменная сварка.
1.История плазменной сварки [2]
Применение плазмотронов в сварочной технике началось с середины 50-х гг. ХХ в., после того как для соединения тонколистового металла получила широкое распространение аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом. Естественно, что первые сварочные плазмотроны были сконструированы на базе горелок для аргонно-дуговой сварки.
Основное отличие их заключалось в применении водоохлаждаемой металлической камеры вместо керамического защитного сопла. Эта камера полностью охватывала вольфрамовый электрод, оканчиваясь соплом, соосным с электродом и соизмеримым с диаметром столба дуги. Проходящий под давлением между водоохлаждаемыми стенками камеры и столбом дуги газ охлаждал и сжимал столб, а также обеспечивал его тепловую и электрическую изоляцию от стенок сопла.
В сварочных плазмотронах истекающая из сопла плазменная струя совмещена со столбом дуги. Таким образом, при плазменной сварке и резке теплопередача в обрабатываемый металл осуществляется как путем конвективного нагрева его плазменной струей, так и за счет тепла дуги. Это обеспечивает высокий энергетический КПД данных процессов.
Применение плазменной сварки и резки в нашей стране базировалось на результатах систематических исследований, которые проводились в Институте металлов им. А.А. Байкова под руководством Н.Н. Рыкалина. Были изучены физические и энергетические свойства сжатой дуги в аргоне, определены ее технологические возможности. В частности, было показано, что плазменная струя проявляет ярко выраженные режущие свойства. Это обусловило сравнительно высокие темпы развития промышленных разработок в этом направлении.
Основная задача, на решение которой была направлена исследовательская мысль специалистов по резке, состояла в максимальном повышении тепловой концентрации и кинетической энергии сжатой дуги. На первой стадии развития плазменной резки в качестве плазмообразующего газа использовали аргон. Его применение обеспечивало высокую стойкость вольфрамовых электродов, легкость зажигания дуги и низкое ее напряжение, что было особенно благоприятно для ручного способа.
Достоинство и недостатки, область применения сварки
... характеристики: непростое оборудование для проведения работ 3. Область применения сварки Сварка - наиболее экономичный и эффективный способ неразъемного ... и минусы термических способов К ним относятся плазменная (газовая), электродуговая, электрошлаковая и другие. Первый вид ... непосредственным действием электрического тока», используя для этого дугу, горящую между угольным электродом и металлом и ...
До середины 60-х гг. прошлого века были разработаны ручные и механизированные установки, а также технологии для плазменной резки алюминия, меди, латуни и нержавеющей стали. Последующие работы привели к созданию процессов, в которых используются более дешевые рабочие среды, а плазмотроны имеют более высокую стойкость. Кроме того, были определены области рационального применения рабочих сред при плазменной резке. В качестве рабочих сред наиболее широко стали использоваться технические газы: азот, водород, кислород, сжатый воздух.
При этом выбор производится с учетом свойств рабочей среды и обрабатываемого материала. Одновременно были разработаны катоды плазмотронов из более надежных материалов, чем вольфрам. В частности, циркониевые и гафниевые катоды позволили применять плазменную резку в окислительных средах. Для применения плазменной струи для сварки металлов необходимо было решить сложную проблему — сохранив высокую тепловую мощность столба дуги, уменьшить ее силовое воздействие, которое выдувает металл из сварочной ванны и вызывает неудовлетворительное формирование шва. Исследования, проводившиеся в нашей стране и за рубежом, показали, что для решения вышеуказанной проблемы необходимо найти рациональное соотношение основных технологических характеристик процесса: величины сварочного тока, длины дуги и расхода плазмообразующего газа.
Было разработано несколько технологических схем процесса плазменной сварки. Для сварки тонколистовых материалов применены малоамперные дуги, горящие в импульсном режиме. Импульсное введение тепла в металл расширяет область регулирования теплового режима сварки и существенно уменьшает теплоотвод в кромки металла. Для расширения диапазона толщин металла, свариваемого сжатой дугой, применили другой прием: снизили эффективность обжатия дуги с одновременным увеличением диаметра канала сопла. Это позволило сваривать нержавеющие стали и алюминиевые сплавы толщиной 10 мм. Исследования по применению для сварки малоамперных дуг привели к созданию микроплазменной сварки.
Этот способ разработан в 1965 г. в Швейцарии фирмами «Сешерон» и «Мессер-Грисхайм». Для микроплазменной сварки используют малогабаритные горелки с вольфрамовым электродом, рассчитанные на сварочный ток не более 30-40 А. Данным способом сваривают листы толщиной 0,025-0,8 мм из углеродистой и нержавеющей стали, меди, никелевых сплавов, титана, молибдена, тантала, вольфрама, золота. Процесс ведут в непрерывном или импульсном режиме.
- Сущность метода [3]
Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000 …30 000 °С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.
Технология сварки в инертных газах
... пористость. Наличие кислорода в дуге способствует мелкокапельному переносу электродного металла. Гелий используется сравнительно реже. Гелий может применяться в качестве инертного защитного газа при сварке нержавеющих сталей, цветных ...
Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум основным схемам. При плазменной струе прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла. Плазмообразующий газ может служить также и защитой расплавленного металла от воздуха. В некоторых случаях для защиты расплавленного металла используют подачу отдельной струи специального, более дешевого защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль стенок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благодаря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство плазменных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение.
Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (плазменная струя косвенного действия).
Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т. д.
Геометрическая форма струи может быть также различной (квадратной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстия сопла.
Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минуя на электроде).
Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки.. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторый случаях и более высоким: для питания плазматрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В. Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующего газа используют аргон или гелий, которые также могут быть и защитными.
3. Общая схема плазменной сварки [4]
Рис. 1. Общая схема плазменной сварки
1. Подключение к сети;
2.Шланг плазмообразующего газа;
.Шланг защитного газа;
.Источник питания сварочного тока;
.Баллон с плазмообразующим газом;
.Баллон с защитным газом;
.Пакет шлангов;
.Плазмотрон;
.Подвод тока к детали;
Плазменная резка
... минуя контакта с соплом. Установка плазменной резки переходит в режим рабочей дуги. Поток закрученного по спирали воздуха ... вентилей. Первоначальные затраты и расходы на эксплуатацию плазменных установок переменного и постоянного тока приблизительно равны. ... случаев в силу технологических требований процесса. Например, плазменную сварку алюминиевых сплавов необходимо вести на переменном токе, ...
.Прищепка заземления;
.Сварочный пруток;
.Плазменная дуга;
.Свариваемая деталь;
.Вольфрамовый электрод;
.Плазмообразующий газ;
.Защитный газ;
.Жидкая сварочная ванна;
.Свариваемая деталь.
Зона сварки
Рисунок 2: зона сварки
.Дуга горит концентрированно, угол 6°;
.Угол раскрытия кромок 70°, Y-образная разделка кромок;
.Сварной шов.
. Область применения
Плазменная дуга может быть использована:
—при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы;
—при сварке металлов с неметаллами;
—для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электронной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;
—для пайки;
—разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов.
По виду свариваемого металла:
—нелегированные, низколегированные и высоколегированные стали;
—алюминий и его сплавы;
—медь и ее сплавы;
—чугуны;
—магний и его сплавы;
—титан и его сплавы;
—разнородные металлы;
—неэлектропроводные материалы.
.Оборудования при плазменной сварке[5]
1. Аппарат для плазменной сварки и резки;
. Плазмотрон;
. Подключение к сети;
. Пакет шлангов к плазмотрону;
Плазменная сварка
... постоянного тока. В плазменной сварке возможны следующие разновидности: сварка плазменной дугой, горящей между не плавящимся электродом и изделием, сварка плазменной струей, горящей между ... в ГТН, потеснив газопламенные методы. плазменный сварка напыление нержавеющий Плазменная обработка позволила упрочнять поверхность конструкционных материалов. Плазменное напыление - создавать новые композиционные ...
. Прищепка заземления;
. Свариваемая деталь;
Аппараты для плазменной резки: микроплазменная установка МПУ-103(толщина разрезаемого металлопроката до 25 мм), аппарат для ручной воздушно-плазменной резки Мультиплаз-7500(толщина разрезаемого металла до 25 мм), аппарат для полуавтоматической воздушно-плазменной резки ПУРМ-140, ПУРМ-160, ПУРМ-160А, ПУРМ-180М и ПУРМ-180МА (толщина разрезаемого металлопроката до 60 мм).
А также PMI-280B, УПС-501, УПС-804 и УПС-301, для плазменной сварки и установка А-1342 для микроплазменной сварки.
Рисунок 4: Мультиплаз 3500 [6]
Рисунок 6: ПУРМ 120А [8]
. Преимущества и недостатки плазменной сварки [9]
Преимущества:
—финишное плазменное упрочнение позволяет на 50-400% продлить срок службы изнашивающихся деталей;
—напыление поверхностных слоев деталей, работающих в сложных условиях, обеспечивает получение свойств не достижимых другими технологиями;
—плазменная сварка проникающей дугой позволяет повысить производительность в 1,5-2 раза при 100% качестве швов;
—плазменная сварка плавящимся электродом позволяет доводить скорость сварки и наплавки до сотен метров в час;
—плазменная сварка постоянным током на обратной полярности решает проблему сварки алюминиевых сплавов.
По сравнению с аргонодуговой сваркой в связи с более высокой проплавляющей способностью плазменная сварка имеет следующие преимущества:
—повышенную производительность;
—меньшую зону термического влияния;
—более низкие деформации при сварке;
—пониженный расход защитных газов;
—более высокую стабильность горения дуги;
—меньшую чувствительность качества шва от изменения длины дуги.
Недостатком плазменной сварки является — необходимость использования водяного охлаждения плазмотронов и более сложное оборудование.
Заключение
Плазменная сварка позволяет многократно увеличивать срок службы быстроизнашивающихся и тяжелонагруженных деталей, избавляет промышленность от производства большого количества запасных частей, повышает надежность и работоспособность машин и механизмов. Плазменная сварка это универсальный процесс получения надежных неразъемных соединений практически из любых металлов и сплавов, применяющихся в промышленности для сварных конструкций.
Классификация способов сварки
... дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка под флюсом, газопламенная сварка, плазменная сварка, электронно-лучевая сварка, лазерная сварка. Термомеханический класс Точечная сварка, стыковая сварка, рельефная сварка, диффузионная сварка, сварка трением. Механический класс Сварка взрывом, ультразвуковая сварка, холодная сварка. В электродуговой сварке источником ...
Микроплазменная сварка применяется в самолетостроении, атомной, газовой, электронной, медицинской и других отраслях промышленности для изготовления сильфонов, миниатюрных трубопроводов, полупроводниковых приборов и многих других изделий. Есть все основания предполагать, что в течение ближайших десятилетий микроплазменная сварка останется одним из основных способов соединения тонких металлов и сплавов.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/plazmennaya-svarka-2/
1.http://www.alt-resources.ru(30.11.2013)
2.http://moodle.uti.tpu.ru(30.11.2013)
3.http://aosgk.ru(30.11.2013)
.http://www.e-ope.ee(30.11.2013)
.http://www.e-ope.ee (30.11.2013)
6.http://www.electrogefest.ru(30.11.2013)
7.http://www.electrogefest.ru(30.11.2013)
8.http://www.electrogefest.ru(30.11.2013)
9.http://www.svarkainfo.ru
