Plazmové svařování: účel a popis, výhody a odrůdy, doporučení

O čem to je? Plazmové svařování je relativně nový způsob spojování dílů, který si získává na popularitě. Je to podobné jako u oblouku, ale teplota plazmatu je vyšší, takže můžete pracovat s velkým množstvím materiálů.

Co hledat? Existuje několik metod plazmového řezání, které se liší proudovou silou a typem zpracování. Podle toho je výběr založen na úkolech.

Problémy diskutované v materiálu:

• Princip činnosti plazmového svařování
• Druhy plazmového svařování
• Klady a zápory plazmového svařování
• Plazmový svařovací stroj
• Aplikace pro plazmové svařování
• Pravidla pro použití plazmového svařování

Princip činnosti plazmového svařování

Technologie plazmového obloukového svařování je založena na intenzivním ohřevu a tavení materiálu hran spojovaných dílů pomocí plazmy. Ionizovaný plyn vzniká v důsledku hoření svařovacího oblouku za podmínek vysokého tlaku. Pomocí plazmových hořáků nebo hořáků, které jsou vybaveny plazmovými svařovacími stroji, jsou obrobky svařovány a řezány z téměř všech kovů periodického systému Mendělejevových prvků.

Metoda je navíc vhodná pro práci s nekovovými součástmi, které mají potřebné fyzikální a chemické vlastnosti – přilnavost, schopnost reagovat s jinými látkami atd.

Jak se plazmové svařování liší od ostatních svařovacích technologií? Při svařování je plazmový paprsek vystřelován z hořáku do oblasti svarové lázně. Často se navíc vytváří ochranný oblak inertního plynu, aby se zabránilo kontaktu roztaveného kovu s atmosférickými plyny, což umožňuje vytvořit chemicky neutrální prostředí.

V tomto případě se malé množství tepelné energie dostává do oblastí sousedících s pracovní zónou a hlavní část tepla je dodávána plazmovým paprskem do svarové lázně.

Tělo pracovního nástroje je vyrobeno z oceli a anoda je vyrobena z mědi. Vodní chlazení je přiváděno do speciální dutiny, která je vybavena měděnou elektrodou, a směs plynu napájející oblouk vstupuje do prostoru mezi elektrodami pod vysokým tlakem (od 2 do 5 atmosfér).

K ionizaci proudu plynu v plazmových hořákech dochází v důsledku zahřívání hořením elektrického oblouku. Tepelná expanze způsobí, že se objem plynu zvětší, což může být 50 až 100krát, a je vystřikován z trysky vysokou rychlostí. V důsledku toho se díky tepelné a kinetické energii vytváří silný tok energie během svařování plazmovým obloukem. Hořáky zpravidla používají stejnosměrný proud.

Druhy plazmového svařování

Různé technologie plazmového svařování kovů se od sebe mohou lišit typem zpracování, množstvím svařovacího proudu a způsobem připojení.

V závislosti na typu zpracování se svařování provádí pomocí:

• oblouk, který se tvoří mezi netavitelnými elektrodami a povrchem dílů, které mají být svařeny;
• paprsek, který se vytvoří mezi netavitelnou elektrodou a špičkou hořáku.

V závislosti na velikosti proudu může být svařování:

• mikroplazma – síla provozního proudu není větší než 25 A;
• střední proudy – provozní proud do 150 A;
• provozní proud nad 150 ampér.

Podle typu připojení ke zdroji elektrického proudu zařízení pro plazmové svařování a jeho hořáků se plazmové hořáky rozlišují:

• přímá akce;
• nepřímá akce.

Všechny uvedené odrůdy této technologie jsou pro svou jedinečnost žádané v různých oborech. Pojďme se podívat na ty nejpoužívanější.

Mikroplazmové svařování

Tato technologie se používá pro svařování tenkostěnných dílů, trubek, plechů do tloušťky 1,5 mm. Metoda je oblíbená i u klenotníků. Mikroplazmové obloukové svařování je jednou z nejpoužívanějších technologií založených na využití plazmové energie.

Pracovní plazmový paprsek při svařování dílů touto metodou má průměr menší než 2 mm. Svařování se provádí díky vysokému tepelnému záření silného svařovacího oblouku. Pro práci se nejčastěji používá argon, méně často – směs, která obsahuje kromě argonu i helium v ​​malém množství.

Přímé plazmové svařování

Při svařování metodou plazmového oblouku je nesmírně důležité schéma připojení ke zdroji elektrické energie.

Tato technologie plazmového svařování je hlavní. Ke svařování polotovarů dochází vlivem tepelné energie plazmy, která vzniká v prostoru, který odděluje netavitelnou elektrodu od spojovaných dílů. S postupným buzením svařovacího oblouku dochází ke vzniku záložního paprsku, přecházejícího do přímého oblouku při kontaktu s povrchem obrobků. Metoda umožňuje použití střídavého i stejnosměrného proudu.

Tato technologie je vynikající pro řezání kovových a nekovových obrobků, svařování a navařování kovů. Plazmové svařování přímého působení je široce používáno jak v průmyslu, tak v každodenním životě.

Vzhledem k vysoké teplotě plazmy při svařování je nutné řídit ohřev hořáku. K přehřátí dochází velmi zřídka, ale pokud k němu dojde, je třeba svařování dočasně zastavit. Zařízení musí být zkontrolováno, aby se zjistily možné poruchy. Pokud není možné problém vyřešit sami, měli byste kontaktovat specializovanou opravnu nebo vyměnit zařízení za nové.

Nepřímé svařování

Tato technologie se od předchozí liší tím, že oblouk vzniká v prostoru oddělujícím špičku hořáku od elektrody. Dále směs plynů pod vysokým tlakem vytlačuje plazmu z trysky a vytváří silný paprsek.

Plazmový paprsek má při této variantě zapálení oblouku výrazně nižší teplotu než v případě přímého působení. Tato vlastnost umožňuje použití technologie nepřímého působení pro svařování a řezání obrobků z materiálů, které jsou slabě vodivé pro elektrický proud.

Výkon plazmového paprsku závisí na tlaku plynné směsi, což umožňuje použít metodu nepřímého působení pro nanášení kovů a ohřev součástí.

Charakteristiky švů přímo závisí na tom, který režim je vybrán pro provoz. Hlavními kritérii výběru jsou v tomto případě materiál obrobku, typ přívodu elektrického proudu a průměr plazmového paprsku.

Klady a zápory plazmového svařování

Technologie plazmového obloukového svařování a řezání je velmi žádaná při montáži a instalaci velkých i malých konstrukcí. Mezi výhody metody patří:

1. vysoká teplota plazmového paprsku dosahující až +300 000 °C;
2. malý průměr oblouku;
3. vysoká rychlost svařování, která je u dílů s tloušťkou stěny 50 až 200 mm třikrát vyšší než rychlost svařování s plynovým hořákem;
4. není potřeba další zpracování hotových švů;
5. vysoká přesnost svařování;
6. použitelnost metody pro práci s jakýmikoli kovy – můžete připojit ocelové, měděné, hliníkové, litinové díly;
7. žádné deformace, včetně při práci s detaily složité konfigurace;
8. schopnost pracovat s neupravenými povrchy obsahujícími skvrny od barev atd.;
9. ekonomika technologie;
10. bezpečnost, nepřítomnost toxických emisí a výbušných plynů.

Mezi nevýhody metody je třeba zmínit:

1. rozptyl části energie v okolním prostoru;
2. potřeba plazmového plynu;
3. potřeba zařízení na chlazení vodou;
4. vysoké náklady na plazmové svařovací stroje.

Plazmový svařovací stroj

Zařízení pro ruční plazmové svařování je malá jednotka o hmotnosti do 10 kg, jejíž „výplň“ těla obsahuje řídicí jednotku, usměrňovač proudu a transformátor. K plazmovému hořáku jsou hadicemi připojeny lahve s pracovními plyny – plazmotvornými a inertními, které slouží k vytvoření ochranného prostředí. Z přístroje vychází manžeta, kterou jsou plyny přiváděny do hořáku. Plazmový hořák je chráněn před přehřátím chladicí kapalinou.

Navenek je taková instalace podobná střídači. Nejjednodušší z přístrojů jsou kompaktní a váží asi 5 kg a na jejich nastavení bez větších potíží přijde i svářeč začátečník.

Na trhu jsou i dražší modely s doplňkovými funkcemi, se kterými můžete pájet, leštit, oxidovat a kalit kovové polotovary. Výkon zařízení začíná na 12 ampérech a cena je přibližně 30 000 rublů. Nejvýkonnější (až 150 ampér) plazmatrony mohou stát od 40 000 do 150 000 rublů. Existují profesionální modely, jejichž cena může být více než milion rublů.

Aplikace pro plazmové svařování

Svařování plazmovým obloukem umožňuje pracovat s širokou škálou kovů a slitin, například s:

• titan a jeho slitiny;
• hliník a jeho slitiny;
• hořčík a jeho slitiny;
• měď a její slitiny;
• wolfram;
• vysoce legované, nízkolegované nebo nelegované oceli;
• litina;
• slitiny niklu;
• různé kovy s nízkou elektrickou vodivostí;
• jiné materiály.

Technologie plazmového svařování jsou žádané především v průmyslové výrobě, což je spojeno s vysokou cenou zařízení a nutností proškolit svářeče. Ze stejných důvodů je obtížné individuální a domácí použití plazmového obloukového svařování.

Plazmové svařování je široce používáno v různých oblastech výroby. Takové technologie jsou nejvíce žádané tam, kde je vyžadována vysoká kvalita svarů a vysoká přesnost, například při výrobě přístrojů, letecké konstrukci, kosmickém průmyslu, při výrobě lékařského vybavení a mnoha dalších.

Pravidla pro použití plazmového svařování

Svařování technologií plazmového oblouku provádějí svářeči se zvláštním povolením. Při svařování je třeba přísně dodržovat bezpečnostní opatření.

Chcete-li začít s plazmovým hořákem, musíte:

1. připravit pracoviště a zajistit, aby byl k dispozici speciální oděv a osobní ochranné prostředky;
2. ujistěte se, že všechny prvky svařovacího zařízení jsou v dobrém stavu, zkontrolujte tlak v lahvích pomocí plazmotvorného a ochranného plynu;
3. nastavit sníženou proudovou sílu pro práci s hliníkovými slitinami;
4. sfouknout hořák;
5. začínajícím svářečům se doporučuje začít s bezpečnějším mikroplazmovým svařováním;
6. nastavte požadovaný režim a nastavení zařízení.

Normy ochrany práce pro plazmové svařování:

1. Aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem, je nutné použít dielektrickou podložku. Zajistěte celistvost izolace kabelu.
2. K ochraně sluchových orgánů je nutné používat sluchátka, špunty do uší nebo protihlukovou masku, protože se zvýšením síly proudu je práce doprovázena hlasitým hlukem.
3. Pracoviště svářeče musí být vybaveno lokálním odsáváním pro ochranu dýchacího ústrojí před škodlivými výpary a plyny.
4. Orgány vidění musí být chráněny speciálními brýlemi se světelnými filtry.

Práce s neželeznými kovy

Svařování takových kovů vyžaduje relativně nízkou teplotu, ale elektrický oblouk musí mít dostatečně velký výkon vzhledem k vysoké tepelné vodivosti materiálu.

Svařovací práce mohou komplikovat oxidaci kovu při kontaktu s kyslíkem. Většina těchto oxidů podléhá regeneraci.

Stačí, když jsou v plazmě přítomna organická oxidační činidla radikálů – roztoky voda-alkohol nebo aceton.

Tenkostěnné kovy

Svařování a řezání tenkých kovových obrobků vyžaduje udržení určité vzdálenosti mezi hořákem a svařovanými hranami. Pokud přiblížíte trysku, hrozí vysoké riziko popálení. Plazmové svařování vyvíjí větší tlak na obrobek než konvenční svařování. Zpravidla používají svařovací proud od 12 do 14 ampér, méně často nastavují nižší hodnoty.

doporučené články

Příslib technologií plazmového obloukového svařování je dán tím, že se optimálně hodí pro instalaci tepelných systémů a výrobu elektroniky. Rostoucí zájem o tento typ svařování je dán tím, že neustále nachází uplatnění v nových oblastech.

Ke spojování dílů z wolframu (W), molybdenu (Mo), různých struktur nerezových ocelí a slitin niklu (letecké a přístrojové), se používá svařování plazmovým řezáním, kde je proud plazmy zdrojem energie. Teplota plazmového oblouku někdy dosahuje 30000°C, zatímco běžný elektrický oblouk má pouze 5000-7-000°C – rozdíl je poměrně výrazný. Praxe ukázala, že tato metoda se ve srovnání s klasickým plynovým a elektrickým svařováním ukázala v mnoha ohledech mnohem efektivnější.

Plazmou se rozumí plně nebo částečně ionizovaný plyn, skládající se z nabitých elektronů a iontů, jakož i z elektricky neutrálních molekul a atomů Zdroj tutmet.ru

Technologie plazmového svařování a řezání

Princip technologie plazmového obloukového svařování spočívá ve výkonném ohřevu zpracovávaných kovů plazmou, což je v tomto případě ionizovaný plyn získaný provozem elektrického oblouku pod vysokým tlakem. Hořák, který se v takových jednotkách používá, se nazývá plazmový hořák – s jeho pomocí můžete vařit a řezat jakékoli kovy zobrazené v periodické tabulce Mendělejeva. Plazmovým hořákem je možné svařovat a řezat i nekovy, pokud tomu nebrání fyzikální nebo chemické vlastnosti materiálu, jako je nedostatečná přilnavost, různé reakční vlastnosti atd.

Hlavní vlastnosti plazmového svařování

Plazmový hořák vám umožňuje řezat a svařovat jakékoli kovy a nekovy známé v přírodě, pokud tomu nebrání vážné fyzikální nebo chemické překážky Zdroj proinstrumentinfo.ru

Zvažte základní vlastnosti, které má svařování plazmovým obloukem. Z plazmového hořáku je do pracovní oblasti vyvrhován paprsek plazmy, někdy se však v případě potřeby používá i přídavný inertní plyn k vytvoření ochranného oblaku, který vytváří optimální pracovní podmínky pro chemicky neutrální prostředí. V důsledku toho se ukazuje, že veškerá tepelná energie prostřednictvím plazmového paprsku je přenesena do svarové lázně, ale pouze částečně (v malém množství) vstupuje do blízkých oblastí. Tělo plazmového hořáku je vyrobeno z oceli a anoda je měděná. Měděná elektroda má zároveň speciální dutinu, kterou proudí voda pro chlazení a mezi ní a katodou o tlaku 2 až 5 atmosfér proudí pracovní plyn pro napájení oblouku.

Popis videa

Gorynych – plazmový svařovací a řezací stroj

Plyn v plazmovém hořáku je tedy ohříván plazmovým obloukem, což vede k jeho ionizaci. Objem horkého plynu se díky vlastnosti tepelné roztažnosti zvyšuje 50 až 100krát, což přispívá k vysokorychlostnímu vypouštění z trysky. Ukazuje se, že kinetická a tepelná energie jsou hlavními důvody pro vznik silného toku energie při plazmovém svařování. Je třeba také poznamenat, že v plazmovém hořáku se obvykle používají stejnosměrné hořáky.

Existuje několik typů takových jednotek:

• oblouk je mezi odtavnou elektrodou a svarovou lázní;
• oblouk je umístěn mezi nestavitelnou elektrodou a svarovou lázní a plazma je vypuzována proudem plynu.

Poznámka: Plazma používá plyny jako argon (Ar), dusík (N2), kyslík (O2) nebo normální vzduch.

Všechny svařování tohoto typu se také liší velikostí síly proudu:

• malý (mikroplazma) – 0,1-50 A;
• střední – 50-150 A;
• velké od 150 A a výše.

Pokud mikroplazmová verze umožňuje zabránit popálení svařovaných dílů, pak jednotky pracující při vysokých proudech taví kov až do tloušťky 8 mm v jednom průchodu bez ořezávání hran, což umožňuje řezat obrobky bez větších potíží. Je zcela přirozené, že při středních proudech můžete kov svařovat i řezat.

Výběr plazmové svářečky

Plazmový svařovací stroj se celkově skládá ze dvou hlavních modulů – zdroje energie s integrovaným invertorem a svařovacího hořáku a vše ostatní lze nazvat doplňky. Pomocí takové jednotky můžete vařit, řezat nebo dokonce pájet různé kovy i přes jejich zvýšenou tloušťku, protože proud plazmy ohřívá materiál mnohem lépe než konvenční svařování plynem nebo elektrickým proudem.

Historie vývoje plazmového svařování

Svařování “Gorynych” je generátor nízkoteplotního elektrického obloukového plazmatu získaného zahřátím par pracovní tekutiny do stavu ionizace Zdroj plazmen.ru

Plazmové svařování lze zařadit mezi novou technologii, používá se sice již od minulého století, ale udělejme krátkou odbočku do historie. Koncem 50. let 70. století vyrobili konstruktéři americké společnosti Union Carbide Corp první plazmový řezací stroj, i když byli zároveň živeni myšlenkami fyzika ze Spojených států I. Langmura. Navzdory tomu, že se tato metoda začala používat před 1963 lety, lze ji nazvat pouze prototypem moderní technologie. Všechny způsoby ochrany svarové lázně pomocí inertních plynů, stejně jako vývoj přenosných zařízení, byly vynalezeny v letech 2006 až XNUMX.

Hořáky jsou určeny ke kompletaci zařízení pro ruční plazmové řezání – plazmové řezačky s kontaktním i bezkontaktním zapalováním oblouku, s konektory EA a ZA Zdroj prompostavka.in.ua

Plazmové řezání, které spatřilo světlo v roce 1963, samozřejmě výrazně zvýšilo rychlost výroby, ale byl tu jeden podstatný problém – kovový povrch byl silně ovlivněn oxidací. V roce 1965 začali vstřikovat vodu, což snížilo procento vodního kamene, ale konstruktéři se tím nehodlali zastavit. V důsledku výzkumu se v roce 1987 objevila fréza s kontaktním startem a v roce 1990 začali pracovat s plazmou pod vodou v hloubce až 5 (pět!) metrů. V roce 1999 svět slyšel o vytvoření koaxiální technologie (plyn proudí podél společné osy) a v roce 2006 začaly používat přenosné poloautomatické stroje.

Popularita a účel plazmového svařování

Dnes plazmové jednotky tvrdí, že dobývají hlavní mezeru na trhu svařovacích strojů a popularita těchto modelů začala růst nejen v průmyslovém sektoru, ale také mezi spotřebiteli v domácnostech. Abychom byli přesnější, můžeme se odkázat na čísla: nyní se 65 % prací, které byly dříve prováděny pomocí elektrického svařování, přesunulo do oblasti plazmy, tedy více než polovina již ano a to je jasný a rychlý pokrok.

a) plazmový oblouk; b) plazmový proud; 1) dodávka plynu; 2) oblouk; 3) plazmový proud); 4) zpracovaný kov; 5) hrot; 6) katoda; 7) izolátor; katodový uzel Zdroj born-shop.ru

Pomocí plazmového zařízení se montují potrubí pro různé účely, používá se při stavbě strojů a letadel, stavbě, opravách různých mechanismů, ale to je jen část z celé oblasti použití. Kromě toho může schopnost plazmového hořáku zpracovávat nekovy nahradit hydroizolaci, například tavné spoje železobetonových bloků, desek a stropů.

Tato metoda má řadu nepopiratelných výhod:

• vysoká teplota plazmy při řezání a svařování materiálů:
• zvýšená úroveň účinnosti;
• nízká spotřeba inertních plynů;
• malá topná plocha, která prakticky eliminuje deformaci a výrazně snižuje smrštění švu;
• aplikace technologie nejen pro kovy, ale i pro nekovy;
• není třeba pravidelně kupovat plynové lahve nebo je doplňovat;
• jednotku lze snadno přemisťovat z místa na místo;
• zvýšený rozsah tloušťky kovových polotovarů pro zpracování;
• vylepšený bezpečnostní systém;
• dostupné náklady.

Nejoblíbenější plazmové svařovací stroje v Rusku

Jedná se o generátor nízkoteplotního elektrického obloukového plazmatu získaného ohřevem par pracovní tekutiny do stavu ionizace a je určen pro kovy

MPPC (Multifunctional Portable Plasma Complex) Gorynych je určen k vytváření plazmatu z kapaliny – vody nebo směsi voda-alkohol, kde pára plní ochrannou funkci. Takové jednotky se vyrábějí s proudem 8,10 a 12 A a zároveň jsou univerzální, to znamená, že Gorynych může krájet i vařit různé části, ale to není vše. Nastavením požadovaného výkonu lze zařízení použít jako foukačku, kovárnu a dokonce i hasicí přístroj, pokud se jako kapalina používá voda. MPPC je poměrně lehký – hmotnost plazmového hořáku s kabelem a hadicí nepřesahuje 5,4 kg a k jeho napájení potřebujete běžnou zásuvku ≈220 ± 22 V a 50 A. Jednotka vytváří oblouk s přímou polaritou. účinnost minimálně 80 %.

Jedná se o zařízení nové generace, která má zlepšenou kvalitu, je více než 2,5krát ekonomičtější a 5krát lehčí než použité plazmové hořáky Zdroj eduard-romanov.uaprom.net

Pokud mluvíme o penězích, Multiplaz-15000 je nejziskovější plazmový svařovací stroj mezi svými vrstevníky. Kromě toho lze takovou jednotku označit za nejlehčí mezi podobnými, například hmotnost zdroje energie je 33 kg a hmotnost plazmového hořáku spolu s kabelem a hadicí o délce 9 metrů je 5 kg. Příkon je 15 kW při vstupním napětí 380±38 V, při síťové frekvenci 50 A. Svařování pracuje v proudovém rozsahu 20 až 100 A, spotřebuje 480 l/min stlačeného vzduchu a jeho účinnost je 85 % – to umožňuje řezat ocelový plech o tloušťce až 50 mm. Multiplaz-15000 je samozřejmě vhodnější pro průmyslové podniky a autoservisy, ale kupuje se i pro domácí použití.

Pro svařování se používá invertorový obvod, který umožňuje získat stabilní proud bez ohledu na kolísání napětí v napájecí síti Zdroj generatorvolt.ru

V Ruské federaci je velmi populární model plazmového svařování Plasarium SP3, což je kompaktní a spolehlivý elektrický spotřebič. Jednotka pracuje na síti ≈220±22 V s frekvencí 50 A a spotřebou 2,64 kW, má stupňovité programovatelné nastavení od 1 do 12 A. Plasarium SP3 je určeno především pro řezání a svařování tenkých kovových dílů a je velmi oblíbené . Je pozoruhodné, že čistá hmotnost hořáku je pouze 600 g a délka kabelu je 2 m, což je velmi výhodné pro stejné autoservisy nebo jakékoli čerpací stanice. Lze také konstatovat, že toto zařízení splňuje všechny aktuální požadavky bezpečnostních předpisů včetně požární ochrany.

Popis videa

Opravy automobilů (plazmové svařování).

Závěr

Závěrem lze poznamenat, že plazmové svařovací stroje se navzájem liší výkonem a proudovou silou, proto by při výběru zařízení měly být tyto vlastnosti upřednostněny. Zdaleka ne na posledním místě jsou hmotnost a rozměry zařízení, ale opět vše závisí na typu vykonávané práce – mohou být stacionární, kde není třeba napájecí zdroj přemisťovat nebo mobilní, kdy je svařování neustále potřeba v různá místa.