Плазменные технологии. Резка и сварка.

 
Оглавление
Введение 3
1. Теоретические основы плазменных технологий 4
2. Развитие технологии и оборудования 7
3. Плазменная резка 10
3.1. Плазменная резка с опорой сопла на поверхность металла 10
3.2. Плазменная резка с факельным зазором. 11
3.3. Резка с опорой защитного наконечника на поверхности металла. 11
3.4. Плазменная резка с использованием воды 11
4. Плазменная сварка 15
4.1. Микроплазменная сварка 16
4.2. Плазменная сварка на средних токах 18
4.3. Плазменная сварка на больших токах 18
Заключение 20
Используемая литература 21

2. Развитие технологии и оборудования
Основным инструментом для плазменной сварки и резки является плазмотрон (Рис. 3). В устройствах данного типа рабочий газ поступает в разрядную камеру, где горит мощная дуга. По средствам теплообмена с дугой температура газа увеличивается и затем, ионизируясь, истекает через выходное отверстие камеры (сопло) в форме плазменной струи, используемой в качестве источника нагрева. Плазма газового разряда в зависимости от состава среды характеризуется температурами от 2000 до 50000 0С.

Рис. 3. Принципиальные схемы плазмотронов прямого действия (а) и косвенного (б):
1 – вольфрамовый электрод; 2 – электроизоляционная втулка; 3 – сопло;
4 – плазменная струя; 5 – изделие
Применение плазмотронов в сварочной технике началось с середины 50-х гг. ХХ в., после того как для соединения тонколистового металла получила широкое распространение аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом.
...

3.4. Плазменная резка с использованием воды

Относительно поставленной задачи плазменная резка с использованием воды разделяется на три основных способа:
• резка металла погруженного или полупогруженного в водяную ванну;
• использование воды в качестве плазмообразующей среды (водоэлектрическая резка);
• подача небольшого количества воды в столб плазмы.
Использование способа резки с погружением разрезаемого листа в воду позволяет добиться снижение до минимума выделение вредных газов (озон, окислы азота) в окружающую среду производства. Металл и шлак, выплавляемые из полости реза, сразу попадают в воду и в виде мелких частичек и капель оседают на дно ванны.
При осуществлении резки листа, полностью погруженного воду, нужна аппаратура, которая обеспечивает поддержание дежурной малоамперной дуги, то есть необходим аргон.
...

4. Плазменная сварка
В общем виде имеет много общего с технологией аргонной сварки.
Плазменная сварка осуществляется с помощью направленного потока плазменной дуги.
Строение плазмотрона уже было рассмотрено выше и применительно к сварке не имеет значительных различий.
Основными чертами, отличающими плазменную дугу от обычной, являются:
• более высокая температура;
• меньший диаметр дуги;
• цилиндрическая форма дуги (в отличие от обычной конической);
• давление дуги на металл в 6–10 раз выше, чем у обычной;
• возможность поддерживать дугу на малых токах (0,2–30 А).
Перечисленные отличительные черты делают плазменную дугу по сравнению с обычной более универсальным источником нагрева металла. Она обеспечивает более глубокое проплавление металла при одновременном уменьшении объема его расплавления. Плазменная дуга – более концентрированный источник нагрева и позволяет без разделки кромок сваривать большие толщины металла (Рис. 5).
...

4.1. Микроплазменная сварка

Широко распространена. В связи с достаточно высокой степенью ионизации газа в плазмотроне и при использовании вольфрамовых электродов диаметром 1–2 мм плазменная дуга может гореть при очень малых токах, начиная с 0,1 А.
Для поддержания дежурной дуги, непрерывно горящей между электродом и соплом плазмотрона используют специальный малоамперный источник питания постоянного тока. При подведении плазмотрона к изделию зажигается основная дуга, которая питается от источника. Плазмообразующий газ подается через сопло плазмотрона, имеющее диаметр 0,5–1,5 мм.
Защитный газ подается через керамическое сопло. Плазменная горелка охлаждается водой. Для зажигания дуги в сварочной установке имеются осцилляторы дежурной и основной дуги.
Микроплазменная сварка является весьма эффективным способом сплавления изделий малой толщины, до 1,5 мм.
...

4.2. Плазменная сварка на средних токах

Плазменная сварка на токах Iсв= 50–150А имеет много общего с аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом. Однако из-за более высокой мощности дуги и ограниченной площади нагрева она является более эффективной. По энергетическим характеристикам плазменная дуга занимает промежуточное положение между обычной дугой и электронным или лазерным лучом. Она обеспечивает более глубокое проплавление, чем обычная дуга, при меньшей ширине шва. Кроме энергетических характеристик, это связано и с более высоким давлением дуги на сварочную ванну, вследствие чего уменьшается толщина прослойки жидкого металла под дугой и улучшаются условия теплопередачи в глубь основного металла. Сварка может осуществляться с применением присадочной проволоки или без нее.
4.3.
...

4.3. Плазменная сварка на больших токах

Плазменная сварка на токах более I = 150A оказывает еще большее силовое воздействие на металл (плазменная дуга на токах 150А эквивалентна 300А дуге при сварке неплавящимся электродом).
Сварка сопровождается полным проплавлением с образованием в ванне сквозного отверстия. Происходит как бы разрезание деталей с последующей заваркой.
Металл с обратной стороны шва удерживается силами поверхностного натяжения. Диапазон режимов весьма ограничен, поскольку при сварке возможны прожоги.
Плазменная сварка на больших токах используется при сплавлении низкоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминиевых сплавов, титана и других материалов. Во многих случаях она позволяет значительно уменьшить затраты, связанные с разделкой кромок, повысить производительность, улучшить качество швов.
...

Заключение
В данной работе рассмотрены теоретические основы плазменных технологий, устройство плазмотронов, а также технологии плазменной резки и плазменной сварки.
Исходя из проведенного анализа темы, можно сделать вывод о том, что плазменные технологии со временем все больше находят свое применение в промышленности. Прежде всего это связано с эволюцией технической мысли, необходимости снижения затрат на производство работ и постоянно растущей точности производства тех или иных деталей и оборудования.
К примеру, в настоящее время микроплазменная сварка применяется в самолетостроении, атомной, газовой, электронной, медицинской и других отраслях промышленности. Есть все основания предполагать, что в течение ближайших десятилетий микроплазменная сварка останется одним из основных способов соединения тонких металлов и сплавов.
А плазменная резка соответствует большинству прикладных требований, но особенно подходит для задач, в которых важны скорость и качество резки.
...