Микроплазменная сварка

Микроплазменная сварка

Сварка деталей  малых толщин (5 - 0.2 мм) является сложной  задачей при использований многих других методов сварки плавлением.

1 - Вольфрамовый электрод; 2 - канал для подачи плазмообразующего  газа; 3 - канал для подачи защитного  газа; 4 - керамическое сопло; 5 - сопло  плазмообразующего канала; 6 - присадочная  проволока; 7 - свариваемые детали; П - плазмообразующий газ; З - защитный газ 

Малоамперная плазменная дуга, сформированная специальным плазмотроном с вольфрамовым электродом, имеет конусообразную форму с вершиной, обращенной к изделию. Такая форма ее обеспечивается конструктивными особенностями плазмотрона, правильным выбором плазмообразующего и защитного газов и их расходом. Наиболее часто в качестве плазмообразующего газа используется аргон. У нижнего среза сопла плазменная дуга существует только в струе аргона. По мере приближения к аноду (изделию) плазмообразующий и защитный газы перемешиваются и плазменная дуга горит уже в смеси этих газов. Чем ближе к аноду, тем больше в смеси содержится защитного газа. Если защитный газ имеет больший коэффициент теплопроводности, чем плазмообразующий, то степень сжатия дуги по мере приближения к аноду увеличивается, и она приобретает конусообразную форму (форму копья).

Особо тонкие металлы  свариваются малоамперной дугой в импульсном режиме с формированием однополярных или разнополярных импульсов. Нагрев и плавление свариваемого металла происходит в течение импульса тока определенной длительности дугой прямой полярности. Во время паузы, когда ток в рабочей цепи питания плазменной дуги равен нулю, жидкий металл кристаллизуется и формируется сварная точка. Время импульса и паузы, а также скорость сварки выбираются таким образом, чтобы обеспечивалась определенная величина перекрытия кристаллизующихся точек.

Импульсная микроплазменная  сварка значительно облегчает процесс  получения качественного сварного соединения, поскольку позволяет  таким образом подобрать амплитуду  тока, длительности импульсов сварки и паузы, что прожоги свариваемого металла практически исключаются даже в случае остановки процесса или неравномерности его осуществления.

Разновидностью способа  микроплазменной сварки в импульсном режиме является сварка разнополярными импульсами. В течение импульса тока прямой полярности свариваемым кромкам передается достаточное количество теплоты, которая обеспечивает их расплавление, образование сварочной ванны и, после ее кристаллизации, формирование сварной точки. В течение импульса тока обратной полярности в свариваемые кромки вводится меньшее количество теплоты, достаточное только для разрушения окисной пленки. За это время сварочная ванна охлаждается до полной или частичной кристаллизации. Следующий импульс тока прямой полярности создает сварную точку на определенном (в зависимости от скорости сварки) расстоянии от предыдущей. Перекрытие точек задается их размером и шагом.

В настоящее время  успешно осуществляется микроплазменная  сварка алюминия на переменном токе. При  этом способе между соплом и электродом плазмотрона непрерывно горит дежурная дуга постоянного тока. При подаче на вольфрамовый электрод положительного относительно изделия полупериода  напряжения, между ними формируется  сжатая дуга обратной полярности с  нестационарным катодным пятном, разрушающим  оксидную пленку. Затем на вольфрамовый электрод плазмотрона поступает  отрицательный относительно изделия  полупериод напряжения. При этом генерируется сжатая дуга с большой плотностью энергии, достаточной для осуществления  сварки металлов, имеющих на поверхности  тугоплавкие окисные пленки. При  этом, так как по вольфрамовому электроду проходит только ток прямой полярности, разрушения его не происходит. Возможность раздельной подачи тока прямой и обратной полярности на вольфрамовый электрод  является важным технологическим достоинством данного способа микроплазменной сварки. Микроплазменной сваркой наиболее технологично выполняются стыковые, отбортованные и торцовые соединения. Качество сварного шва зависит от правильности подготовки кромок под сварку, точности сборки и качества применяемой оснастки. Стыковые соединения рекомендуются при толщинах 5 = 0,3...2,0 мм. При 5<0,3 мм технологичнее стыковые с отбортовкой. Методом микроплазменной сварки можно выполнять соединение деталей во всех пространственных положениях. Хотя технологически наиболее просто выполняются швы в нижнем положении, особых затруднений в выполнении вертикальных, горизонтальных и потолочных швов не возникает, так как объем сварочной ванны небольшой, и расплавленный металл легко удерживается в ней за счет сил поверхностного натяжения.

Основная дуга возбуждается касанием факела дежурной дуги свариваемого металла. После зажигания основной дуги плазмотрон не перемещается до тех  пор, пока на кромках не образуется сварочная ванна (при ручной сварке). После этого плазмотрон перемещается по стыку в направлении сварки. Угол наклона плазмотрона поддерживается в пределах 60...80° при ручной и 80...90° при автоматической (сварка углом вперед). Поперечные колебания плазмотрона не производят. Защитный газ подается еще в течение нескольких секунд после окончания процесса сварки и отключения основной дуги.

При разработке технологии сварки любых металлов следует учитывать  их исходные свойства. Например, низкоуглеродистые  спокойные и полуспокойные стали  успешно свариваются при использовании  в качестве защитного газа аргоно-водородной смеси. Кипящие стали склонны к образованию пор, появляющихся в результате взаимодействия водорода с оксидами железа во время кристаллизации расплава сварочной ванны. Поэтому содержание водорода в защитном газе не должно превышать 3%.

Оборудование,  применяемое  при  микроплазменной  сварке

Основное оборудование для данного вида сварки - аппараты и установки микроплазменной  сварки с источниками питания  и плазмотронами. В зависимости  от степени механизации и условий  эксплуатации в комплект оборудования могут входить: механизм подачи присадочной  проволоки, вращатель, механизм продольного перемещения плазмотрона либо изделия, технологическая оснастка для сварки различных типов соединений, автономная система охлаждения и др.

Все источники питания  для микроплазменной сварки состоят  из следующих основных узлов: силовой  блок постоянного или переменного  тока, блок дежурной дуги и устройство ее поджига. В источнике размещены элементы коммуникаций по воде и газам, элементы автоматики: гидравлические реле, электрогазоклапаны, ротаметры, контакторы и др.

Плазмотрон  установки (аппарата) микроплазменной  сварки

Основой конструкции являются катодный К и анодный А узлы, разделенные между собой изолирующей шайбой Ш. В катодный узел входят: электрод 2, цанга б, вкладыш 3 регулировки вылета электрода, верхний корпус 4 с коммуникациями подвода тока и плазмообразующего газа—аргона. Анодный узел включает: плазмообразующее 9 и защитное 8 сопла; нижний корпус 7 с камерой охлаждения и коммуникациями подвода тока, защитного газа и охлаждающей воды. Для изоляции цанги 6 крепления электрода и нижнего корпуса 7, находящихся под разными потенциалами, между ними установлена изолирующая втулка 5. Сверху катодный узел закрыт крышкой 1. 

Требования, предъявляемые  к конструкции плазмотрона, достаточно высоки. Он должен обеспечивать: стабильное горение дежурной и основной дуги в рабочем диапазоне токов; диэлектрическую прочность при высокочастотном поджиге дежурной дуги; надежную защиту металла сварочной ванны от воздействия атмосферы; безотказную работу наиболее теплонагруженных элементов — электрода и плазмообразующего сопла, а в случае необходимости простоту их замены; возможность точной центровки электрода относительно канала плазмообразующего сопла и регулировки его продольного перемещения; удобство и маневренность при сварке. 
 
 

Сварочные материалы

Сварочными  материалами называют расходные материалы, используемые при сварке.

Сварочные материалы  могут выполнять следующие функции:

-обеспечение необходимых  геометрических размеров сварного  шва;

-получение металла  сварного шва с требуемым химическим  составом и свойствами;

-обеспечение защиты  расплавленного металла от воздействия  воздуха – газовой, шлаковой  или газошлаковой;

-обеспечение стабильности  процесса сварки;

-удаление вредных  примесей из металла шва. 

Виды  сварочных материалов:

Сварочные электроды  и присадочные прутки (плавящиеся электроды с покрытием (с кислым, основным, рутиловым, целлюлозным, смешанным покрытием), неплавящиеся электроды).

Сварочная проволока (сплошная, порошковая, активированная).

Флюсы (защитные и  электропроводные).

Газы (защитные (инертные и активные), горючие газы и газы, поддерживающие горение)

Керамические подкладки (для сварки стыковых швов, угловых  и тавровых швов, всепозиционные, круглые и др. виды)