МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОПЛАЗМЫ КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

Использование малоамперной сжатой дуги косвенного действия представляет интерес для прецизионной обработки неметаллов. Кроме того, дуга косвенного действия позволяет производить

Рис. 30.

Семейство оптимальных внешних характеристик источника питания для имульсной дуговой сварки при низком давлении (штриховые линии — вольт-амперные хар актеристи ки).

пайку, сварку и резку фольги и тонких металлических сеток и другие работы, где требуется точная дозировка очень малых мощностей.

Для изучения энергетических особенностей микроплазмы косвенного действия, выбора оптимальных характеристик и вы­яснения возможности ее использования в качестве режущего инструмента для автоматического раскроя текстильных тканей в швейном производстве были проведены специальные опыты. Энергетической характеристикой (мерой эффективности) мик­роплазмы косвенного действия служила максимальная скорость резания текстильных тканей [27]. Б дальнейшем для краткости максимальную скорость резания будем называть просто ско­ростью резания. Эксперименты проводились на хлопчатобумаж­ной ткани. Это позволило получить хорошо воспроизводимые результаты даже при весьма малых мощностях.

Характер зависимости скорости резания t>p от давления р в плазмотроне при заданном токе дуги для различных диамет­ров сопла одинаков: после начального интенсивного роста кри­вые проходят через нечетко выраженный максимум. Затем на­ступает медленный спад. Аналогичные результаты получены при резании металлов плазменной струей на больших токах [28]. Поэтому можно сделать вывод, что ход кривых обусловлен свойствами только струи плазмы и не зависит от того, металл это или ткань.

Более наглядна зависимость скорости резания о г расхода газа, представленная нарис. 31 (кривые/—4). Видно, что экс­периментальные точки для одного значения тока и различных диаметров сопла укладываются в довольно узкую зону (штри­ховые кривые). Это свидетельствует о том, что при заданном значении тока диаметр сопла мало влияет на скорость резания; определяющим параметром, влияющим на скорость резания, является расход газа. Диаметр канала сопла и давление в плазмотроне определяют только газодинамику истечения струи [27]

С помощью зависимостей, приведенных па рис. 31, можно определить удельный расход газа Qyn (количество газа на 1 м реза). Для этого достаточно абсциссу каждой точки кривой tfp=f(Qp) разделить на ординату (скорость резания). Получен­ная при этом зависимость Qy„=f(Qp) представлена жирной кривой. Видно, что с ростом Qp удельный расход падает от 0,65 до 0,3 л на 1 м реза. Заметим, что рост расхода газа возможен за счет увеличения диаметра сопла или давления в плазмотроне. При заданном значении тока дуги увеличение расхода газа эффективно лишь до максимума кривой vv=f(p) (рис. 32, а), т. е. в ограниченных пределах. Возможности из­менения диаметра сопла dc при постоянной длине канала так-

же ограничены, поскольку зависимость vp=f(jj) имеет макси­мум при dctt 0,7 0,8 мм.

Дальнейшее изучение зависимости скорости резания от дав­ления в плазмотроне при различных токах показало, что суще­ствует взаимосвязь между ее максимумом и током дуги. При dc — const значеьие максимума кривой v = f(p) растет с уве­личением тока и смещается в сторону большего давления (см. рис. 32, а). Наблюдаемый ход кривых vp=f(p) объясняется следующим образом [27]. Каждому значению тока дуги и рас­хода газа соответствуют вполне определенные среднемассовая температура и мощность струи. Увеличение тока и давления ведет к их росту, в результате чего скорость резания повы­шается.

Рис. 31.

Зависимость скорости резания и удельного расхода газа от общего расхода газа при различных диаметрах канала сопла (Уд—6А):

' — dc «=. 0,55 мм; 2 — dc =. 0,7 мм; 3 — dc = 0,8 мм;

4 — dc=^ 1 мм

Семейство кривых vp=f(p) позволяет установить важную для практики зависимость оптимального давления от тока дуги (рис. 32,6), при которой скорость микроплазменного резания тканей имеет максимальное значение. Эта зависимость пред­ставляет собой прямую линию. Она может служить для выбора оптимального режима плазмотрона. Так, для диаметра сопла 0,8 мм и тока дуги 6 А нет смысла увеличивать давление боль­ше 3,57*103 мм рт. ст.

Для практики представляет также интерес зависимость удельного расхода газа от общего. Как видно из рис. 33, с уве­личением Qp удельный расход изменяется по кривой с мини­мумом. Величина минимума и его местоположение по оси абс - иисс зависят от тока дуги: чем выше ток, тем ниже удельный расход, и его минимум смещается в сторону больших значе­ний Qp.

Таким образом, изложенные результаты позволяют выбрать оптимальный режим работы плазмотрона, обеспечивающий максимальную скорость резания при минимальном удельном расходе газа.

Основным преимуществом микроплазменной резки волок­нистых материалов, которое установил В. А. Зражевский, явля­ется независимость качества реза от скорости. Даже при оста­новке дуги на материале ширина реза не увеличивается. При микроплазменной резке искусственных и синтетических тканей, а также стеклоткани края материала оплавляются, что поло­жительным образом сказывается на качестве реза. Вопросы теории микроплазменной резки волокнистых материалов изло­жены в работе [29].

Выполненные исследования позволили ввести в практику малоамперную сжатую дугу (микроплазму), которая приме-

няется для высококачественной сварки тонкостенных изделий и прецизионных конструкций, для прецизионной наплавки, пай­ки, резки и других процессов термической обработки материа­лов малых толщин, требующих локальноконцентрированного источника тепла.

Однако микроплазменная сварка на прямой полярности не нашла промышленное применения для сварки алюминия и сплавов на его основе, имеющих на поверхности тугоплавкие окисные пленки. Авторами работы совместно с Д. М. Рабкиным были проведены опьггы по выяснению возможности микроплаз­менной сварки алюминия на прямой полярности. При этом в качестве плазмообразующего и защитного і аза был применен гелий. Благодаря высокой плотности энергии происходило не только плавление основного металла (алюминия), но и разру­шение тугоплавких поверхностных окисных пленок. Однако зона очистки меньше зоны расплавления, что в значительной мере заірудняет процесс микроплазменной сварки алюминия на пря­мой полярности.

Известно, что дуговая сварка таких металлов и сплавов толшиной более 1,5 мм в промышленных условиях осуществля­ется переменным током или постоянным током на обратной по­лярности. При сварке толщин б < 1 мм из-за прожогов или про­висаний металла шва не удается получить качественного сое­динения, а снижение тока приводит к нарушению стабильности дуги.

Повысить устойчивость дуги на малых токах с холодным катодом без знания механизма эмиссии не представляется воз­можным. В связи с этим были изучены катодные процессы в электрической дуге.