Plazmové svařování

Pro svařování konstrukcí z nerezových ocelí, neželezných slitin a různorodých kovů, jakož i při svařování kovů s nekovy do tloušťky 15 mm se používá speciální typ svařování – plazma.

Tento typ svařování se provádí pomocí vysokoteplotního plazmového oblouku (až 50000 0 XNUMXC), který se získá pomocí speciálního zařízení, které umožňuje výrobu plazmového paprsku nebo oblouku. Kromě toho se plazmový paprsek používá k řezání, pájení, nástřiku a navařování mnoha neželezných a žáruvzdorných kovů. Je známo, že plazma je plyn, který se zahřívá do stavu ionizace a vedení elektrického proudu.

Plazmové svařování nachází uplatnění v leteckém, kosmickém, strojírenském, automobilovém, elektrotechnickém, potravinářském průmyslu a dalších odvětvích národního hospodářství, kde jsou na konstrukce kladeny vysoké nároky na kvalitu jejich výroby.

Podstatou svařování je, že teplo násilně stlačeného elektrického oblouku nataví okraje dílů a vytvoří svar. Svařování lze provádět v ručním nebo automatickém režimu. Bez ohledu na způsob provedení jsou švy vysoce kvalitní a se stanovenými geometrickými rozměry, přičemž konstrukce nepodléhají deformaci.

Výhody a nevýhody plazmového svařování

Mezi výhody svařování patří:

• vysoká koncentrace tepla s minimální tepelně ovlivněnou zónou, která eliminuje deformaci dílů během procesu svařování, a proto eliminuje potřebu jejich rovnání;
• stabilita oblouku;
• vysoká rychlost svařování (až 50 m/hod), která zvyšuje produktivitu práce;
• penetrace kovu do plné hloubky, což umožňuje neřezat hrany před svařováním;
• široké limity regulace svařovacího oblouku;
• žádné stříkání kovu během práce;
• ziskovost;
• vysoká kvalita výsledného svarového spoje;
• možnost plné automatizace svařovacího procesu.

Mezi nevýhody patří:

• potíže s údržbou určitých typů zařízení;
• nutnost dodržovat bezpečnostní opatření.

Návrh plazmového svařovacího stroje

Plazmový svařovací stroj se skládá ze speciálního hořáku (plazmového hořáku) a zdroje energie.

Plazmový hořák se skládá z následujících hlavních částí:

• vnější plášť;
• fluoroplastové tělo;
• elektrodová jednotka;
• mechanismus regulace průtoku vzduchu;
• izolační průchodky;
• elektroda;
• izolační průchodky;
• trysky;
• matice trysek.

Konstrukce poskytuje vstupy pro plyny (plazmotvorné a ochranné) a vstup pro vodní nebo vzduchové chlazení. Plazmotvorným plynem je čistý argon nebo argon s přídavkem vodíku nebo helia, lze použít i vzduch, dusík, vodík nebo směsi plynů. Jako ochranný plyn se nejčastěji používá argon. Elektrody jsou vyrobeny z wolframu aktivovaného thoriem, lanthanem nebo yttriem a také z hafnia a mědi. Pro chlazení stěn trysky je nutný přívod vody nebo vzduchu.

Proud plynu procházející tryskou omezuje velikost oblouku a tlačí oblouk pryč od stěn trysky. Vrstva plynu je tak izolována od trysky. Obloukový výboj, který může vzniknout mezi elektrodou a svařovaným obrobkem (přímé obloukové svařování) nebo mezi elektrodou a tryskou (nepřímé obloukové svařování), prochází do středové části otvoru umístěného v hubici.

Princip činnosti plazmového svařovacího stroje je následující: oscilátor (generátor vysokého napětí) vytváří elektrický potenciál, který je nezbytný pro vznik jiskrového výboje a zapálení elektrického oblouku. Objeví se pilotní oblouk, který se při kontaktu se svařovaným výrobkem na něm uzavře a přejde tak do provozního režimu. Proud plazmotvorného plynu stočeného do spirály stabilizuje a stlačuje sloupec pracovního oblouku. To vám umožní nedotýkat se stěn plazmatronové trysky.

Druhy svařování

Plazmové svařování lze v závislosti na použitém zařízení provádět:

• pronikavý a nepronikavý oblouk;
• na proudu jakékoli polarity;
• být bod a puls;
• bez přídavného drátu a s přídavným drátem;
• ručně, pomocí poloautomatických a automatických strojů.

Svařování lze provádět při následujících proudech:
V závislosti na síle svařovacího proudu existují 3 typy plazmového svařování:

• malý (od 0 do 1 A);
• střední (od 25 do 150 A);
• velký (přes 150 A).

Nízkoproudé svařování se nazývá mikroplazmové svařování a používá se nejčastěji. Používá se pro výrobu konstrukcí o tloušťce nejvýše 1,5 mm. Typicky se tyto druhy svařování používají k výrobě tenkostěnných nádob a trubek, svařování tenkých dílů k masivním, výrobě šperků ve šperkařském průmyslu a spojování dílů z fólie při výrobě termočlánků.

Pokud se svařování provádí pomocí přídavného drátu, pak se obvykle používá plný drát nebo speciální typ drátu – tavidlo.

Základní parametry plazmového svařování:

• proudová síla, měřená v ampérech (A);
• napětí, měřené ve voltech (V);
• Ø kanálu trysky (uváděno v mm);
• Ø elektrody (uváděno v mm);
• spotřeba plazmotvorného plynu (udává se v m/h);
• spotřeba ochranného plynu (udává se v m/h).

Technologie plazmového svařování

Plazmové svařovací stroje různých výrobců jsou obvykle vyráběny jako univerzální. S jejich pomocí můžete provádět různé práce ve všech prostorových polohách: spodní, stropní, vertikální, horizontální, šikmé. Technologický postup výroby konstrukcí spočívá v přípravě výrobku ke svařování, výběru přídavného materiálu, pokud se s ním svařuje, a přípravě zařízení.

Před svařováním je nutné díl odmastit, vyčistit a pečlivě zajistit. Během procesu svařování musí svářeč chránit oči před zářením, používat všechny metody a prostředky ochrany, aby se zabránilo tepelnému popálení, a také při svařování v interiéru používat systém odsávání.

Dnes si v obchodní síti můžete zakoupit různé modely plazmových svařovacích zařízení, domácích i zahraničních. Mezi domácími přístroji jsou velmi oblíbené mobilní plazmové přístroje „PLAZAR“, „GORYNYCH“, „MULTIPLAZ“ a další.

Například „GORYNYCH“ představuje multifunkční přenosné zařízení sestávající z plazmového generátoru a napájecí a řídicí jednotky. Používá se pro širokou škálu svařování, řezání a pájení kovů. Je napájen ze sítě 220 V Kompaktní a snadno se používá, je oblíbený zejména mezi svářeči. V závislosti na druhu prováděné práce používá buď destilovanou vodu, nebo roztok ethylalkoholu ve stejné vodě jako pracovní tekutina. Takové zařízení se úspěšně používá nejen ve výrobě, konstrukci, ale také v každodenním životě.

Mezi zahraničními výrobci přitahují zvláštní pozornost přístroje vyrobené v Německu a Itálii. Modely plazmových svařovacích a řezacích strojů od MERKLE Schweißanlagen-Technik GmbH jsou dobře známé v různých částech světa. Společnost se již více než 50 let specializuje na výrobu zařízení a komponentů pro svářečské provozy. Profesionální modely plazmových přístrojů P 421 DC-PT11, P 601 DC-PT11 a P 601 AC/DC-PT11 používají při výrobě svých produktů známé firmy VOLKSWAGEN, MERCEDES-BENZ a další, které jsou známé v mnoha zemí.

Výrobce z Itálie, společnost Telwin, se již více než 50 let specializuje na výrobu moderních zařízení pro plazmové svařování. Modely Technica Plasma, Technology Plasma, Superplasma a další jsou vybaveny přepěťovou, nízko a vysokoproudovou ochranou, tepelnou ochranou, automatickým chlazením plazmatronu a mají napěťový alarm v hořáku. Vyznačují se malými rozměry, hmotností a velmi pohodlným používáním.

Похожие статьи:

1. Bodové odporové svařování
2. Obecné informace o odporovém svařování
3. Elektrody na litinu při provádění svářečských prací
4. Jak a čím vařit hliník

Mezi běžnými metodami zpracování kovů elektrickým obloukem jsou široce používány technologie založené na použití stlačeného oblouku, nazývané „zpracování plazmovým obloukem“. Plazmový paprsek je nejúčinnější pro řezání, svařování, navařování a stříkání. Vysoká produktivita a kvalita operací činí plazmová zařízení stále oblíbenějšími.

Svařování tlakovým obloukem jako jedna z aplikací zpracování plazmovým obloukem má mnoho společného s argonovým obloukovým svařováním wolframovou elektrodou, ale je pokročilejší metodou výroby svarových spojů. Všechny technologické parametry jsou zde přímo ovlivněny plazmotvorným médiem, ze kterého je plazmový paprsek získáván. Plazmová zařízení využívají jako plazmotvorná média různé plyny (argon, helium, dusík, vzduch, vodík a jejich směsi). Dále se budeme věnovat trochu podrobněji výhodám a nevýhodám každého z nich. Nejprve se podívejme, jak se plazma projevuje.

Plazmové svařování je tavné svařování, při kterém se ohřev provádí usměrněným proudem obloukové plazmy (plazmovým paprskem). Proces se provádí podle schématu přímé akce. Plazmová metoda je pokračováním vývoje svařování v argonovém prostředí s wolframovou elektrodou a vyznačuje se těmito procesy: nucené vstřikování plazmotvorného plynu do oblouku a stlačení oblouku umístěním do speciálního plazmového hořáku .

Plazmový oblouk se od klasického elektrického oblouku liší vysokou koncentrací energie a širokými možnostmi jeho regulace. To vede k výhodám svařování plazmovým obloukem, které je třeba zdůraznit.
Je možné plazmové svařování pronikavým obloukem, který zajišťuje úplné proniknutí kovů o tloušťce 8 až 12 mm bez předběžného oříznutí hran.
Vysoká koncentrace oblouku znamená minimální tepelně ovlivněnou zónu (HAZ) a menší deformaci produktu.
Plazmový oblouk má válcový tvar, a proto je méně kritický pro změny délky oblouku, vysoká stabilita průvaru a geometrie svaru.
Wolframová elektroda je chráněna tryskou, což znamená, že ve svaru nejsou žádné wolframové vměstky.
Vysoce kvalitní svarové švy, které nevyžadují dodatečné zpracování.
Vysoká rychlost svařování – od 10 do 50 m/h.
Vynikající kvalita svařování s procesní automatizací.

Kvalita svarových spojů je srovnatelná s kvalitou svarů získaných svařováním elektronovým paprskem. Je ale obtížnější zajistit, protože obsahuje škodlivé rentgenové záření. Není náhodou, že „krocenější“ plazmové svařování, vykazující téměř stejné výsledky, našlo uplatnění v letecké konstrukci a raketové technice. A tam, jak víte, existují speciální požadavky na technologii. Metody plazmového zpracování však byly snadno přijaty automobilovým průmyslem, elektronikou, elektrotechnikou, chemickým inženýrstvím, potravinářským průmyslem atd.

Navíc mají z čeho vybírat. Zařízení světoznámých značek SBI, ElmaTech, Telwin, EWM nám umožňuje dosáhnout nejvyšší kvality s maximální produktivitou. Malá invertorová zařízení od Telwin a výkonné průmyslové instalace od EWM tak představují celou řadu zařízení pro plazmové řezání a mikroplazmové svařování. Plazmové řezací stroje ElmaTech lze použít jak v ručním řezacím režimu, tak jako zdroj pro CNC portálovou instalaci.

Samostatně se ale zaměříme na bodové svařování. Ostatně právě v této oblasti se plazma stala v průmyslu nejžádanější, našla uplatnění i v automatizovaných komplexech, což může jen naznačovat vysokou míru důvěry v technologii samotnou.

Plazmové bodové svařování je na rozdíl od kontaktního svařování jednostranné. Díky tomu je možné přivařovat plechy k objemovým konstrukcím, stejně jako svařování na těžko přístupných místech, což platí pro rohové spoje na vnější straně a T spoje uvnitř kovových konstrukcí.

Plazmové svařování se navíc provádí bezdotykově. To znamená, že nedochází k deformacím a je zajištěna vynikající kvalita pohledové (přední) strany. Je dosaženo vysoké stability a reprodukovatelnosti (opakovatelnosti) bodů. Je možné svařovat v pulzním režimu a parametry pulzů jsou nastavitelné. Možnosti takové regulace si ukážeme na příkladu plazmového bodového svařovacího zařízení PSW 500 výrobce SBI. Tento stroj je multifunkční, vysoce výkonný zdroj energie speciálně navržený pro plazmové bodové svařování.

PSW 500 se skládá z měniče, ovládacího panelu s mikrokontrolérem a paměťovou buňkou, elektronické řídicí jednotky a řízení plazmotvorného plynu, vysokonapěťového zařízení pro zapálení elektrického oblouku a jednotky pro chlazení plazmových hořáků. Při vystavení plazmovému paprsku po nastavenou krátkou dobu (puls) se kovy roztaví do určité hloubky, což znamená, že jsou svařeny. Speciální zaměření plazmového paprsku koncentruje tepelnou energii do bodu, takže při krátké době působení způsobí mírné zahřátí povrchu kolem bodu a tím i malé zkroucení svařovaných výrobků.

Pro svařování se používají různé typy plazmových hořáků (plazmové hořáky). Výběr závisí na typu a způsobu svařování (ruční nebo automatické), stejně jako na tloušťce svařovaných výrobků. Kovový hrot plazmového hořáku je odnímatelný, což umožňuje bodové svařování výrobků různých konfigurací a tlouštěk jedním hořákem.

Svařovací procesy lze simulovat a programovat pomocí standardního softwarového balíku PCS. Softwarový balíček lze nainstalovat na jakýkoli počítač a připojit k zařízení pomocí kabelu, což vám umožní:
zvolit způsob svařování;
nastavit typ plazmatronu;
vytvářet a načítat svařovací programy;
automatizovat a dokumentovat svařovací procesy;
přijímat vizuální informace v grafické podobě

Elektronická regulace přívodu plazmotvorného plynu, řízení proplachu ochranných plynů, automatické řízení chladicí jednotky, alarm s indikací případných poruch na displeji výrazně usnadňuje automatizaci svařovacího procesu. Při nastavování svařovacích parametrů je možné bodový svar v režimu četných krátkých pulzů různých velikostí a frekvencí. To umožňuje omezit zatížení plazmového hořáku a zlepšit optiku bodového spojení.

Pro komunikaci s robotem nebo automatickou svařovací instalací je k dispozici konektor, kde je rozhraní s digitálními a analogovými vstupy a výstupy. Níže jsou uvedeny některé obecné charakteristiky zařízení.

Připojení – 5x32A CEE konektor, 6mm kabel; napájecí napětí – 3×400 V, 50/60 Hz. Maximální proudový odběr při 100% zatížení je 14 A. Rozměry (šířka/délka/výška) – 360/1050/750 mm, hmotnost – 70 kg. Jako plazmotvorný plyn se používá argon – čistý nebo s příměsí vodíku či helia. Jako ochranné plyny se používá argon nebo dusík.

V této kapacitě, jak je uvedeno výše, se používají různé plyny (argon, helium, dusík, vodík a jejich směsi mezi sebou nebo se vzduchem). Mechanismus tvorby plazmatu těchto plynů je odlišný. Zde vycházejí najevo „stínové“ stránky technologie, o kterých jsme slíbili mluvit samostatně.

Nízkoenergetické charakteristiky argonového plazmatu poněkud omezují jeho schopnosti. Helium má vyšší energetické ukazatele, ale kvůli jeho vysokým nákladům a nedostatku jej nelze široce používat. Dusík má ve srovnání s argonem lepší energetický a ekonomický výkon plazmatu, ale při zahřátí na vysoké teploty má škodlivý vliv na životní prostředí.

Vzduchová plazma je nejekonomičtější, vysoce energetická a dostupná. Vzniklé nitridy a ozón však výrazně zhoršují hygienické a hygienické pracovní podmínky. Vodík má vynikající termofyzikální vlastnosti. Umožňuje dosáhnout síly elektrického pole 2-3x vyšší než u argonového oblouku a zvýšit energetický potenciál stlačeného oblouku díky vysoké tepelné vodivosti a entalpii. Přítomnost vodíku v plazmovém paprsku má příznivý vliv na kvalitu svarového spoje, protože vodík chrání roztavený kov před vlivy prostředí. Ale, jak asi tušíte, nevýhodou prostředí vodíkové plazmy je riziko výbuchu a snížená životnost trysky plazmového hořáku. Vysoká tepelná vodivost snižuje tepelnou a elektrickou izolaci trysky od plazmového paprsku.

Mezitím se nedávno objevila zařízení, ve kterých vodní pára působí jako plazmotvorné médium. V takové roli je prostě ideální, protože. je úspěšná a levná kombinace vodíku a kyslíku.

Při vzniku vodní plazmy (ionizace) vznikají dva objemy vodíkových iontů a jeden objem kyslíkových iontů. Disociace vodní páry na vodík a kyslík začíná při teplotě 1500K a při teplotě 2300K je 1,8%. Většina vodní páry se disociuje při teplotě 4000 K. Další zvýšení teploty podporuje ionizaci vodíku s absorpcí značného množství tepla. V souladu s tím se během rekombinace v oblasti anody (produktu) uvolňuje velké množství energie, což přispívá k zintenzivnění procesu tavení kovu. Při vysokých teplotách produkovaných plazmovým paprskem se může vodní pára také disociovat na vodík a hydroxyl (OH). Ten, který je vysoce stabilní sloučeninou, se v kovu nerozpouští, čímž pomáhá zlepšit povrch roztaveného kovu (povrch se vyznačuje kovovým leskem).

Velké vyhlídky na využití vodní páry jako média tvořícího plazmu vyvolaly touhu vývojářů plazmových hořáků z různých zemí hledat technická řešení, která by umožnila taková zařízení vytvořit. Potíže s vývojem a výrobou takových zařízení po dlouhou dobu však neumožnily mluvit o jejich širokém použití, zejména průmyslovém. Ale v tomto směru byl učiněn průlom a v Rusku.

Inovativní rozvoj ruského obranného průmyslu ve využití schopností plazmy byl oceněn zlatými medailemi na mezinárodních vynálezech v Bruselu, Ženevě a Sofii. A brzy se hlavními produkty Multiplaz OJSC staly univerzální přenosné plazmové přístroje určené pro řezání, svařování, pájení a tepelné zpracování kovů a dalších materiálů. Zde během několika let vznikla celá řada stejnojmenných zařízení, kterou doplňují zařízení „Multiplaz-2500M“, „Multiplaz-7500“ a „Multiplaz-15000“. Jejich všestrannost a multifunkčnost jsou následující: řezání nepřímým a přímým obloukem; svařování – plazmou a plazmovým obloukem; pájení tvrdou a měkkou pájkou.

Zařízení se skládá z invertorové jednotky a plazmového vodního hořáku. Ta je vyrobena ve formě pistole a obsahuje vypouštěcí komoru, konstrukčně kombinovanou se zařízením pro odpařování. Toto řešení umožnilo vytvořit účinný chladicí systém pro elektrody hořáku využitím tepelné energie uvolněné na elektrodách pro tvorbu páry. Výsledkem je v podstatě samoregulační chladicí systém (čím větší výkon se uvolní na elektrodách hořáku, tím větší množství produkované páry tvořící plazmu).

Pro použití zařízení Multiplaz nejsou potřeba žádné kompresory ani tlakové láhve. Vše, co potřebujete, je jednofázová elektrická zásuvka 220V a trocha vody nebo zředěného lihu nalitého přímo do hořáku.

Svařování je možné pro „černé“ a nízkolegované oceli vč. některé druhy nerezové oceli. Svařují se také slitiny hliníku, kovy skupiny mědi, litiny atd.

V mnoha případech je metoda pájení velmi účinná, zejména při práci s „potravinářskou nerezovou ocelí“. Vytváření trvalých spojů z některých hliníkových slitin a jakostí nerezové oceli je možné bez použití ochranných plynů, protože pracovní část plazmového hořáku má ochranný plášť z přehřátých par směsi voda-líh. Použití slova „některé“ pouze znamená, že pokračují experimenty s vývojem technologií se specifickými kovy a slitinami. A praxe ukazuje, že výběrem vhodných přídavných materiálů a tavidel lze většinu problémů úspěšně vyřešit.

Autor: Vladimír BARANOV