ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Плазмообразующие газы (среды)

Плазмообразующая среда должна обеспечить наибольшую удельную тепловую мощность дуги при заданном расходе газа и за­траченной электрической энергии. Среда должна обеспечить возмож­ность концентрации полученной энергии в тонкий плазменный шнур. Выбор среды определяется технологическими особенностями способа сварки, надежностью использования плазменной горелки, характери-

стиками имеющегося сварочного оборудования и экономическими показателями.

В состав среды могут входить одно-, двух - или многокомпо­нентные газы (аргон, азот, воздух, смесь аргона и азота с водородом, аммиак, вода).

Аргон - инертный одноатомный газ с низкой теплопроводно­стью. Аргон хорошо защищает вольфрамовый электрод и сопло от пе­регрева и разрушения. Аргон обладает низкой напряженностью элек­трического поля, поэтому не требуется высокого напряжения для воз­буждения дуги и обеспечивается надежный устойчивый процесс горе­ния дуги. Однако аргоно-плазменная сварка приводит к появлению литой структуры сварного шва и зоны термического влияния.

Гелий - инертный одноатомный газ, обладающий большей теп­лопроводностью, чем аргон. Гелий обеспечивает высокую напряжен­ность электрического поля в столбе дуги (в четыре раз больше, чем аргон) и лучше преобразует электрическую энергию в тепловую. Для ионизации гелия требуется больше энергии, поэтому чаще всего гелий применяется в смеси с аргоном. Г елий хорошо защищает вольфрамо­вый электрод от разрушения, но при рабочих температурах (~

10000оК) теплопроводность гелия значительно меньше, чем меди, по­этому он не обеспечивает надежной защиты медного сопла.

Азот (в воздухе находится 78% азота, поэтому, вместо чистого азота можно применять воздух) - двухатомный газ, хорошо стабили­зирующий плазменную дугу. При рабочих температурах теплосодер­жание азота в пять раз больше, чем у аргона. По сравнению с аргоном, азот активнее взаимодействует с вольфрамом с образованием нитри­дов вольфрама, что снижает стойкость вольфрамовых электродов. На­личие в техническом азоте примесей (до 1% кислорода) обуславливает образование оксидов вольфрама. Поэтому желательно применять цир­кониевые или гафниевые электроды. Плазменная сварка в атмосфере

азота сопровождается выделением окислов азота, что требует обяза­тельного применения вытяжной вентиляции и индивидуальных средств защиты дыхательных путей сварщика.

Воздух - является сильным окислителем металлов из-за наличия в нем кислорода. Поэтому необходимо применять только цирконие­вые или гафниевые электроды. Напряженность электрического поля дуги в кислородной атмосфере ниже, чем в азотной, поэтому преобра­зование энергии менее эффективно. При взаимодействии кислородной плазмы с черными металлами, интенсивно протекающие термохими­ческие процессы обеспечивают более глубокое проплавление. Кисло­род активно окисляет не только металл заготовок, но и электрод и со­пло.

Водород - двухатомный газ с напряженностью дугового столба значительно большей, чем у аргона, что предопределяет лучшее пре­образование электрической энергии в тепловую. Диссоциация и иони­зация водорода происходит при более низких температурах, чем у ге­лия и аргона. Поэтому теплосодержание водородной плазмы пример­но в четыре раза выше, чем у аргоновой. Водород обладает высокой теплопроводностью, поэтому происходит быстрый нагрев (перегрев) сопла и его разрушение. Водород редко применяется как самостоя­тельный плазмообразующий газ. Чаще всего его применяют в качест­ве добавки к аргону или к азоту, в пропорции 2:1. Применение арго- но-водородной смеси (до 35% водорода) позволяет проводить резку алюминиевых сплавов с чистыми и ровными кромками.

Вода - может использоваться как самостоятельная плазмообра­зующая среда или как добавка к рабочему газу. Молекула воды обла­дает большой устойчивостью к нагреву. Только при 1000оК водяной пар начинает диссоциировать на водород кислород: 2Н2О ^ 2Н2 + О2 + 136,8 ккал. При повышении температуры до 5000оК вода полностью распадется на водород и кислород. При этой температуре происходит диссоциация водородной молекулы: Н2 ^ 2Н + 105 ккал. Поглощение тепла приводит к интенсивному охлаждению периферийных слоев ду­ги и концентрации тепла по оси дуги. Возрастает температура ядра дуги, что увеличивает ее проплавляющую способность. Одновремен­но, контакт дуги с относительно холодной заготовкой приводит к ре­комбинации водорода и кислорода с выделением дополнительного те­пла.