Способы получения плазменных струй.

Имеется несколько схем устройств для получения плазменной струи: раздельное сопло и канал, плазменная струя выделена из столба дуги; совмещенное сопло и канал, плазменная струя выделена из столба дуги; сопло и канал совмещены со струей, совпадающей со столбом дуги.

Плазменная струя создается дуговым разрядом, возбуждаемым между электродом и электродом с от­верстием, выполняющим роль сопла. Дуговой разряд происходит в канале, электрически изолированном от сопла и электрода. Через канал вдоль столба дуги пропускается газ, который, проходя по направлению от электрода к соплу через плазму дуги, ионизируется и вы­ходит из сопла в виде ярко светящейся струи. Устройство для создания плазмы охлаждается водой. Мало ионизи­рованная сравнительно холодная струйная оболочка газа, соприкасающаяся со стенками сопла и канала, изолирует последние от теплового воздействия разряда. Опусканием электрода в канал регулируют напряжение дуги и мощ­ность плазменной струи.

При создании плазменной струи по схеме с совмещен­ными каналом и соплом электрически актив­ное пятно дуги в зависимости от состава и расхода газа, длины канала и других факторов располагается или на боковой поверхности канала, или на торце его. В этом случае длина дуги не является независимым параметром регулирования эффективной мощности плазменной струи.

В обоих случаях плазменную струю, выделенную из токоведущего столба дуги, используют как независимый источник теплоты.

При обработке плазменной струей электропроводных металлов для увеличения эффективной тепловой мощ­ности, вводимой в изделие, последнее можно подключать к источнику питания. В этом случае плазмен­ная струя полностью совпадает с токоведущим столбом разряда, частично проходя через изолированный ка­нал.

Для промышленного использования выпускают не­сколько типов плазменных горелок, предназначенных для резки, напыления и т. п.

Сварка плазменной дугой

Сварка плазменной дугой находит применение при изготовлении изделий из нержавеющей стали, титана, никелевых сплавов, молибдена, вольфрама и многих других металлов и сплавов в авиационной и электронной промышленности, судостроении, в нефтехимическом машиностроении и ряде других отраслей тех­ники.

По сравнению с аргонодуговой сваркой плазменно-дуговая сварка отлича­ется более стабильным горением дуги. При плазменной сварке обеспечивается более равномерное проплавление кромок.

Наиболее распространен способ сварки плазменной дугой, при котором дуговой разряд возбуждается между неплавящимся электродом плазменной го­релки и свариваемым изделием.

Плазменная дуга, используемая для сварки металла, по проплавляющей способности занимает промежуточное положение между электронным лучом и сварочной дугой, горящей в аргоне. Столб дуги и струя плазмы имеют цилиндри­ческую форму, поэтому величина поверхности металла, через которую осуществ­ляется теплопередача от струи к металлу, не зависит от расстояния между элек­тродом горелки и свариваемым изделием.

Благодаря цилиндрической форме столба дуги процесс плазменно-дуговой сварки менее чувствителен к изменению длины дуги, чем процесс аргонодуговой сварки. Изменение длины дуги конической формы (при аргонодуговой сварке) всегда ведет к изменению диаметра пятна нагрева, а следовательно, и к измене­нию ширины шва. Плазменная дуга позволяет иметь практически постоянный диаметр пятна и дает возможность стабилизировать проплавление основного ме­талла. Это свойство плазменной дуги с успехом используется при сварке очень тонких листов

Пятну нагрева при сварке плазменной дугой может быть придана наиболее благоприятная форма. Изменения формы пятна нагрева достигают применением специальных сопл.

Если необходимо иметь пятно нагрева вытянутой формы, то в сопле делают два дополнительных отверстия. Через эти отверстия поступает холодный плазмообразующий газ, что приводит к уменьше­нию поперечного размера пятна нагрева и придает ему вытянутую форму. При сварке таким соплом зона термического влияния сужается, а скорость сварки возрастает на 50—100%.

Другая разновидность сопла с дополнительными отверстиями для созда­ния фокусирующего газового потока Плазмообра­зующий газ подается тангенциально, что позволяет при небольшом его расходе хорошо стабилизировать дугу. Поток фокусирующего газа направлен под углом к оси столба дуги и благодаря этому создает дополнительное сжатие ее.

Деформировать пятно плазменной дуги возможно путем наложения на нее неоднородного магнитного поля, создаваемого двумя парами магнитных полюсов. При помещении дуги в середину такой магнитной системы дуга вытягивается в одном направлении, превращаясь в линейный источник теплоты.

Сварка плазменной дугой характеризуется глубоким проплавлением основ­ного металла в форме «замочной скважины».

Расход плазмообразующего газа устанавливают таким, чтобы истечение плаз­мы из сопла не было турбулентным, а силовое воздействие плазменной струи на поверхность сварочной ванны не приводило к разбрызгиванию расплавлен­ного металла

В качестве плазмообразующего газа обычно применяют аргон или его смеси с водородом или гелием.

Плазменной дугой сваривают листы толщиной до 9,5 мм встык без разделки кромок и присадочного металла. В ряде случаев успешно сваривают за один про­ход листы толщиной до 12,7 мм. При сварке листов толщиной до 25 мм требуется V- или U-образная подготовка кромок, причем глубина и угол разделки значи­тельно меньше, чем для аргонодуговой сварки. При плазменно-дуговой сварке количество присадочного металла снижается примерно в 3 раза. Наибольшие преимущества сварка плазменной дугой дает при соединении толстых листов без разделки кромок и без присадочного металла.

При сварке кольцевых швов, например при сварке труб, процесс сварки в начале и конце шва целесообразно производить с программным изменением параметров режима. Благодаря программированию параметров режима сварки можно успешно заварить замок шва, который получается ровным, без заметных шероховатостей и подрезов.

Присадочный металл вводят в плазменную струю в конце сварочной ванны.

Плазменно-дуговая сварка может быть выполнена практически в любом про­странственном положении.

Большие преимущества плазменная дуга имеет при сварке труб, где ее при­менение обеспечивает резкое повышение производительности.