МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

МИКРОПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА В ВАКУУМЕ

Энергетические характеристики импульсной дуги низкого дав­ления предопределяют эффективность использования этого источника нагрева для сварки. Особенно целесообразно ее при­менение для сварки тонколистовых материалов. Высокая плот­ность энергии (примерно 5 * 109 Вт/м2) в импульсной дуге низ­кою давления позволяет получать узкие сварные шьы при не­большой околошовной зоне. Последнее обстоятельство является весьма важным, например при сєарке изделий из термоупроч­няемых сплавов, при заварке изделий, имеющих соединения типа металл — стекло, металл —.керамика, т. е. в тех случаях, когда недопустим или нежелателен перегрев соседних со швом участков детали.

Импульсный характер горения дуги определяет специфич­ность плавления и кристаллизации сварочной ванны. Анализ кинограмм скоростной киносъемки показывает, что импульсная контрагированная дуга в мимент прохождения тока оказывает на ванну расплавленного металла механическое давление, в результате которого зеркало ванны прогибается. В паузах между импульсами при снятии этого давления поверхность ван­ны выравнивается. В результате таких колебаний происходит измельчение структуры металла шва при кристаллизации. Осо - бенно заметен этот эффект при частотах импульсов тока 10— 50 Гц. При сварке на меньших частотах, вплоть до одиночных импульсов, дискретный характер кристаллизации обеспечивает практически точечную макроструктуру сварного шва и возмож­ность гибкого регулирования термического цикла, что позволяет сваривать разнотолщинные и разнородные металлы с разными теплофизическими свойствами.

Достижение больших плотностей тока при одновременном выполнении разнообразных технологических требований обу­словливает тщательный выбор параметров разряда. Ранее было показано, что плотность энергии в пятне нагрева в основном зависит от величины тока в импульсе, длительностей импульса и паузы, паї екания плазмообразующего газа, диаметра фокуси­рующей вставки сопла и длины дуги. Рассмотрим некоторые критерии, которыми необходимо руководствоваться при выборе каждого из перечисленных параметров.

Амплитуда тока и скважность импульсов определяют вели­чину среднего значения сварочною тока и долю тепловой энер­гии, идущей на плавление металла. Выбором этих параметров, а также скорости сварки обеспечивается необходимое перекры­тие сварных точек, т. е. прочность и герметичность сварного соединения. Относительно амплитуды тока в импульсе можно заметить, что при ^g>130-H50 А увеличивается диаметр токо­вого канала при сохранении достаточно высокой средней плот­ности тока. Поэтому амплитуда тока более 130—150 А предпоч­тительнее при сварке изделий, где затруднена качественная сборка без зазора, а также при использовании импульсной ду­ги для других технологических процессов, например наплавки или пайки.

Степень контрагирования столба дуги в значительной мере определяется величиной расхода плазмообразующего газа, причем каждому значению амплитуды импульсов тока соот­ветствует определенный расход плазмообразующего газа, при котором коэффициент контрагирования наибольший Практи­чески оптимальный расход газа устанавливается по осцилло­грамме тока, наблюдаемой на электронном осциллографе, на­пример типа О-19. Натекание газа с помощью натекателя уменьшают до появления высокочастотных колебаний в дуге (шумовой дорожки на осциллограмме), а затем незначительно добавляют до их пропадания. Вместо осциллографа можно использовать одну из известных схем узкополосного фильтра с индикаторным прибором. Фильтр предварительно настраива­ется иа частоту 3—5 мГц, и режим устанавливается по откло­нению стрелки прибора. Как показывают исследования, полу­ченное при этом натекание является оптимальным.

В качестве плазмообразующего газа обычно используется аргон марки А (ГОСТ 10157—62), чистота которого достаточна для сварки большинства металлов и сплавов.

Диаметр фокусирующей вставки сопла также оказывает большое влияние на параметры столба дуги. При выборе ее величины необходимо учитывать, что в процессе горения дуго­вого разряда вставка подвергается разрушению, в результате чего диаметр ее отверстия увеличивается. Это в свою очередь приводит к уменьшению плотности энергии на изделии.

Были проведены исследования скорости разрушения встав­ки сопла, изготовленной из вольфрама (рис. 120, кривые 1—3). молибдена (кривая 4) и меди (кривая 5). Анализ результатов

свидетельствует о том, что наилучшим материалом для вставок является вольфрам, скорость разрушения которого наимень­шая, причем вначале разрушение происходит сравнительно интенсивно, а затем скорость его значительно уменьшается и диаметр вставки стремится к определенному предельному значению (кривые 1—3). Скорость разрушения и предельный диаметр вставки зависят (при прочих равных условиях) от среднего тока дуги. Можно сделать вывод, что при сварке на малой мощности (менее 300- 400 Вт) минимальный диаметр оопла может составлять 0,9 мм, для средних мощностей (около 700—1000 Вт) он составляет 1,2 мм, при сварке на мощностях более 1000 Вт он равен 1,4 мм. При выполнении указанных условий разрушение сопла будет незначительным, что обеспе­чивает длительное сохранение режима сварки.

Величина тока накала катода при средних токах разряда (больше 20—25 А) не оказывает какою-либо существенного влияния на характеристики дуги и параметры шва. Более того, эксперимент показывает, что при работе на таких режимах накал катода может быть вообще выключен примерно через 5—7 с после возбуждения разряда. В то же время при /ср<20-^25 А (как правило, при работе на малых частотах следования, меньших 8—10 Гц) необходимо учитывать сравни­тельно сильную зависимость ао2 и /0 от тока накала и обеспе­чить стабилизацию последнего.

Как было показано выше, импульсная дуга низкого давле­ния менее критична к колебаниям длины дуги, чем аргоновая или микроплазменная. Тем не менее желательно применение копировальных устройств при сварке изделий сложной конфи­гурации.

Последовательность подготовки и проведения микроплаз­менной сварки импульсной дугой при низком давлении пример­но такая: сборка и установка свариваемых изделий в камеру; предварительное выставление горелки по стыку; герметизация и вакуумирование камеры; подача плазмообразующего газа; включение накала и корректировка положения горелки по с ае-

Рис. 120.

Изменение диаметра вставки сопла во времени: 1 /Ср *=» 10 А;

2, 4, 5 — / 20 А;

3-Jcp~40 А.

товому пятну катода; сварка; остывание сварных швов и раз­герметизация камеры.

г При сварке разнополярными импульсами тока дополнитель­но возбуждается вспомогательная дуга между соплом и като­дом и подается струя газа в район шва.

Т а б ли ца 28

В табл. 28 в качестве примера приведены режимы микро­плазменной сварки различных металлов.

Опыт промышленного использования микроплазменной свар-, ки в вакууме показывает, что наиболее рациональным является применение этого способа при изготовлении электронных и по­лупроводниковых приборов, когда необходима высокая чистота шва и недопустим сильный нагрев полупроводниковых покры­тии, находящихся, как правило, в непосредственной близости от сварного шва. Весьма эффективно использование импульс­ной дуги низкого давления также и при изготовлении различ­ных приборов^ требующих одновременно с герметизацией ва - куумирования внутренних объемов. В этом случае значительно упрощается и удешевляется весь технологический цикл произ - ьодства-

Применение импульсной дуги низкого давления при сварке тонкостенных изделий взамен пайки или электроннолучевой сварки позволяет значительно повысить производительность тру­да, упростить оборудование и технологию, снизить требование к квалификации обслуживающего персонала.