МИКРО ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЖАТОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

На протяжении последних десяти — двадцати лет в отечествен­ной и зарубежной практике получили широкое применение различные способы сжатия дуги, приводящие к увеличению плот­ности тока. Такие дуги используются главным образом для рез­ки и сварки металлов.

Выше было по-казано, что интенсивное охлаждение столба повышает его энергетические параметры и приводит к сжатию дуга. Обычно для охлаждения используют обдув дуги аксиаль­ным, радиальным или вихревым потоком газа или жидкости. Ду­говой разряд, как правило, горит в струе инертного газ между вольфрамовым катодом / и обрабатываемым изделием — ано­дом 4 (рис. 6), и его диаметр ограничен каналом сопла 2 плаз­мотрона. Радиальные размеры столба определяются режимо-м работы плазмотрона. При соответствующем выборе диа-мегра сопла, рода и расхода газа, а также тока дуги можно умень­шить блуждание анодного пятна, значительно повысить плот­ность энергии на аноде, а следовательно, и интенсивность его плавления. Наружные слои струи газа, омывающие дугу и ка­нал плазмотрона, остаются сравнительно холодными и электри­чески изолируют столб от сопла плазмотрона. Чем больше рас­ход газа, тем меньше тепловая нагрузка на сопло и выше диэлектрическая прочность пограничного слоя газа. Отбираемое газом от столба тепло уносится струси в осевом направлении. Уменьшение расхода плазмообразующего газа, наоборот, уве­личивает нагрузку на сопло и снижает электрическую проч­ность пограничного слоя газа. В этом случае уменьшается стойкость сопла. Несмотря на то что сопло плазменной горел­ки, как правило, всегда охлаждается водой, для каждого зна­чения его диаметра и тока дуги существуют минимальные рас­ходы газа, ниже которых возникает двойное дугообразование, приводящее к быстрому разрушению сопла плазмотрона.

Расходом плазмообразующего газа регулируется также дав­ление на жидкий металл ванны, что изменяет глубину и ширину проплавления изделия — анода. При больших расходах газа сварка становится невозможной, так как металл ван-ны выдува­ется из зоны сварки и происходит разделительная резка. Этот технологический процесс один из первых получил широкое при­менение в промышленности для резки цветных металлов, не­ржавеющих сталей и других металлов. По сравнению с резкой сварка сжатой дугой является более сложным технологическим процессом, и ей предшествовали специальные исследования не только по выбору электрических режимов, но главным образом по отработке газодинамических параметров плазмотрона, обес-

печивающих высокую стойкость сопла плазмотрона и нормаль­ное формирование шва пр-и глубоком проплавлений. Кроме того, для получения высококачественных сварных соединений требу­ется дополнительная защита расплавленного металла от окру­жающего воздуха. Наиболее простым вариантом такой защиты является концентрическая подача защитного газа через наруж­ное сопло плазмотрона. В зависимости от состава свариваемого металла в качестве защитного газа могут быть использованы аргон, гелий, азот, углекислый газ, а также различные смеси газов, в том числе смеси, содержащие водород.

При сварке сжатой дух ой падение напряжения на дуге в основном зависит от рода и расхода как плазмообразующего, так и защитного газа, а также от диаметра сопла плазмотро­на. іеплоьая мощность, передаваемая сжатой дугой изделию, складывается из мощностей, вносимых анодным падением потен­циала и сгруей плазмы.

Сварка сжатой дугой ведется преимущественно на постоя-н - ном токе прямой полярности. Сварка легких металлов и спла­вов осуществляется на переменном токе или на постоянном токе обратной полярности.

Описанный выше случай, когда изделие непосредственно под­ключено к источнику сварочного тока, в литературе рассматри-

Рис. 6.

Схема процесса микроплазменной сварки в непрерывном и импульсном режимах на прямой полярности (а) и дугой косвенного действия (б):

1 — электрод илазмотроия; 2 — сопло плазмотрона;

3 — защитное сопло; 4 — изделие; 5 — источник питания основной дуги; 6 — источник питания дежурной дуги и дуги косвенного действия; ти—длительность импульса тока; тп— длительность

паузы.

2*

вается как способ термической обработки металлов сжатой дугой прямого действия.

Для термической обработки неметаллов обычно используют сжатую дугу косвенного действия. В этом случае роль анода выполняет сопло плазмотрона. Дуга горит внутри канала соп­ла, и под действием струи газа часть плазмы столба выносится за пределы сопла, образуя факел, длина которого зависит от режима работы плазмотрона и состава плазмообразующего газа (рис. 6,6). Тепловая энергия в плазмотроне косвенного действия передается обрабатываемому изделию струей плазмы, нагретой столбом дуги. В большинстве случаев она невелика и поэтому используется в основном для напыления, сфероиди- зац. ии, сварки пластмасс, резки тонких диэлектрических и текс­тильных материалов.

Непосредственное возбуждение дуги между электродом и изделием через узкий канал сопла затруднено. Поэтому внача­ле обычно возбуждается дежурная дуга косвенного действия между электродом и соплом плазмотрона, а затем, как только факел плазмы достигает изделия, возбуждается дуга прямого действия. При этом дежурная дуга в зав-исимости от схемы се питания отключается либо продолжает гореть, стабилизируя основную дугу на малых токах.

Наиболее ответственной частью плазмотрона для сварки в инертных газах является сопло. Поэтому его изготовляют из материала с большой теплопроводностью, например из меди, и охлаждают водой. Иногда в водоохлаждаемый медный корпус запрессовывают сопловую встав-ку из тугоплавких металлов (вольфрама или молибдена). В последние годы в плазмотронах различных назначений начали применять сопла из пористых материалов, которые охлаждаются путем продувания через их боковые стенки газа или жидкости.