СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ

Оборудование для плазменной сварки и резки

Для плазменной сварки и резки используют универсальные и специализированные установки для РДС и механизированной свар­ки. Установки представляют собой комплекты из плазмотрона (плазменной горелки), источника его питания, механизма пода­чи сварочной проволоки, механизма перемещения плазмотрона вдоль и поперек шва и системы управления электрическими и газовыми параметрами сжатой дуги.

Устройства для получения сжатой дуги называют плазменны­ми горелками, или плазмотронами (см. рис. 3.1). Простейший плаз­мотрон состоит из изолятора 1, неплавящегося электрода 2 и мед­ного охлаждаемого сопла 6. К материалу изолятора плазмотрона предъявляют разнообразные требования. Он должен обладать:

• высокой электрической прочностью, поскольку чаще всего дежурная дуга возбуждается с помощью высоковольтного высо­кочастотного разряда осциллятора;

• высокой механической прочностью, так как изолятор допол­нительно выполняет функции несущей конструкции, на которой крепят другие узлы плазмотрона;

• термостойкостью, так как отдельные его участки подвержены воздействию теплового и светового излучения;

• герметичностью, потому что через изолятор проходят комму­никации плазмообразующего газа и охлаждения;

• возможность обработки режущим инструментом.

Тип и конструкция неплавящегося электрода плазмотрона оп­ределяется составом плазмообразующего газа. Для работы в инерт­ных газах (аргон, гелий и их смеси) применяют электроды из вольфрама. Их выполняют в виде медной державки с вставленным в нее вольфрамовым стержнем. Благодаря лучшему теплоотводу медная державка обеспечивает более высокую плотность тока на катоде и уменьшает расход дорогостоящего вольфрама. Неплавя - щиеся электроды, работающие в активных газах, например кис­лородосодержащих (углекислый газ и др.), делают в виде актив­ных вставок из гафния и циркония. Их запрессовывают заподлицо в медные охлаждаемые державки с диаметром в зависимости от тока дуги.

Назначение сопла — регулирование энергетических характерне' тик дуги. Диаметр и высоту сопла выбирают в зависимости от силы сварочного тока, состава и расхода плазмообразующего газа. При этом приходится подбирать наиболее благоприятное сочетание та­ких показателей, как технологические возможности и надежность работы плазмотрона, стойкость сопла и электрода. Для сварки и резки чаще применяют плазмотроны прямого действия. Расстояние между электродом и обрабатываемой деталью в плазмотроне боль­ше, чем при сварке горелками для свободной дуги, поэтому сжа­тую дугу зажигают в две стадии. После подачи в плазмотрон газа зажигают дежурную (вспомогательную) дугу между электродом и соплом искровым разрядом от осциллятора или замыкая промежу­ток электрод — сопло графитовым стержнем, хотя это повышает износ плазмотрона. Дежурную дугу питают от отдельного маломощ­ного источника или от основного источника через сопротивление, чтобы ограничить ток дуги и уменьшить износ сопла. Под действи­ем газа дежурная дуга образует плазменную струю небольшой мощ­ности. При ее соприкосновении с деталью зажигается рабочая дуга,

Если в цепь детали включить контактор, то рабочую дугу можно зажигать в нужный момент времени. После зажигания рабочей дуги дежурная дуга при автоматической сварке может отключаться. При РДС дежурная дута должна гореть постоянно.

Источники электропитания плазмотронов выполнены на базе сварочных выпрямителей с падающими внешними ВАХ и повы­шенным напряжением холостого хода f/x х (до 80 В) марок ВДУ - 305, ВДУ-504-1 и др.

Система управления включает в себя пульт и шкаф управле­ния, в которых размещены устройство поджига дуги (УПД), регу­ляторы расхода газа, различные клапаны водяных и газовых ком­муникаций, коллектор кабель-шлангового пакета, разъем элект­рокабеля для подключения к источнику питания. На пульте рас­положены приборы контроля и регулирования параметров плаз­менного процесса. В установках для ручной плазменной сварки пульт управления встроен в корпус источника питания, а в установках для механизированной сварки он вмонтирован в панель управле­ния установок.

Для РДС низкоуглеродистых и низколегированных сталей тол­щиной до 5 мм служат установки УПРС-300-2 и УПРС-300-3, разработанные во ВНИИЭСО (г. Санкт-Петербург). Технические характеристики универсальных установок для плазменной сварки приведены в табл. 3.3, плазмотронов — в табл. 3.4.

Установка У ПС-301 предназначена для ручной плазменной сварки, а установка УПС-503 — для механизированной. В комп­лект установки УПС-301, кроме указанных в табл. 3.3 и 3.4 источ­ника питания и плазмотрона, входят блок управления и набор ротаметров. Эту установку используют для сварки на постоянном токе: прямой полярности — коррозионно-стойких сталей толщи­ной 0,5...5 мм и медных сплавов толщиной 0,5...3 мм; обратной полярности — алюминия и его сплавов толщиной 1... 8 мм. Пере­носный пульт облегчает зажигание дуги, настройку значения сва-

рочного тока и расхода газа. Установка обеспечивает работу в трех режимах: непрерывном, импульсном, точечном. Длительность им­пульса и паузы регулируется в пределах 0,1... 1 с.

Установка УПС-503 предназначена для сварки на постоянном токе прямой полярности — коррозионно-стойких сталей толщи­ной 3...8 мм, медных сплавов толщиной до 6 мм; обратной по­лярности — алюминия и его сплавов толщиной 5... 16 мм. В состав установки УПС-503 входит, кроме источника питания, плазмо­тронов, блоков управления, водяной и газовой аппаратуры, са­моходная подвесная головка с направляющей балкой. Для микро - плазменной сварки выпускают специализированное оборудование серии МПУ. Установки этой серии предназначены для ручной свар­ки различных металлов и сплавов. Так, установка МПУ-4 рассчита­на на сварку черных, цветных, легких и тугоплавких металлов и сплавов малых толщин (0,15... 1,5 мм) на постоянном токе прямой и обратной полярности в непрерывном и импульсном режимах.

Аппарат Н-146 служит для сварки черных и цветных металлов, включая алюминий и его сплавы, толщиной не более 2,5 мм на постоянном и переменном токе. Аппарат снабжен встроенной си­стемой охлаждения и может быть использован как в стационар­ных, так и в полевых условиях.

Аппарат Н-155 предназначен для сварки переменным асиммет­ричным током алюминия, магния и их сплавов при толщине 0,4...2,5 мм. Безынерционное регулирование сварочного тока осуществляют изменением угла открытия силовых тиристоров, раздельно включенных в цепь электрода и сопла. Аппарат обеспе­
чивает плавное нарастание и снижение значения сварочного тока, высокую устойчивость сжатой дуги вследствие ускоренного пере­хода тока через нулевое значение и включения при этом в дуговой промежуток стабилизирующих импульсов напряжения.

Установка У МП С-0301 предназначена для сварки металлов и сплавов (кроме алюминия, магния и их сплавов) толщиной 0,1... 1,5 мм в непрерывном и импульсном режимах горения сжа­той дуги.

Наиболее широкое применение в установках нашли плазмо­троны типов УСДС, Р-45, Т-169, входящие в комплект установок МПУ.

Аппараты УМПС-0301, И-167, Н-155 комплектуют плазмо­тронами типа ОБ-2592 и ОБ-2628, отличающимися улучшенны­ми характеристиками, удобством в эксплуатации и обслужива­нии.

Портальные машины для плазменной резки по конструктивной схеме и системам контурного управления полностью унифициро­

ваны с портальными машинами для кислородной резки (рис. 3.6) отличаются лишь режущей оснасткой и упрощенной системой газопитания.

Плазменная режущая оснастка помимо резака (плазмотрона) включает в себя специализированный выпрямитель с устройством поджига дуги и автоматикой управления.

Опасные и вредные факторы, сопровождающие плазменную об­работку металлов, такие же, как и при сварке открытой дугой: загрязнение воздушной среды сварочным аэрозолем, вредные газы и пары, оксиды углерода, азота, озон.

Наличие вредных веществ в рабочей зоне может привести к возникновению у сварщиков профессиональных интоксикаций и пневмокониоза. Отрицательно влияет на здоровье тепловое излу­чение плазмы, нагретых крупногабаритных изделий и переохлаж­дение организма при работе на сквозняках или при больших пере­падах температуры.

Работа плазменного оборудования сопровождается шумом и ультразвуковыми вибрациями, вредными для здоровья. Мощное ультрафиолетовое и световое излучение сварочной дуги и плазмы при воздействии на глаза работающего может вызвать электрооф­тальмию, а при длительном воздействии инфракрасного излуче­ния может развиться помутнение хрусталика — катаракта.

Применение открытых дуг, струй плазмы, наличие брызг жид­кого металла и шлака при сварке и резке не только создают воз­можность ожогов, но и повышают опасность возникновения по­жаров.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой сжатая сварочная дуга?

2. В чем заключаются достоинства сжатой дуги перед свободной сва­рочной дугой?

3. Какие газы используют в качестве плазмообразующих?

4. Какое явление ограничивает возможности сжатых дуг?

5. В чем различия между проникающей и непроникающей сжатыми дугами?

' 6. Какие имеются разновидности сжатых дуг?

7. Почему напряжение сжатой дуги выше напряжения свободной дуги?

8. Почему при сварке сжатой дугой размеры швов меньше, чем при сварке открытой дугой?

9. Что представляет собой плазмотрон?

10. Как повысить эффективность плазменной сварки алюминия?

11. Какие требования предъявляют к сборке деталей под плазменную сварку?

12. В чем заключаются особенности микроплазменной сварки?