13.1. Сварка дугой косвенного действия

Простейшим видом плазменной сварки можно считать сварку дугой косвенного действия (рис. 13.3). Дуга зажигается между двумя или несколькими электродами, например, между тремя при питании дуги трехфазным током.

Рис. 13.3. Плазменная дуга косвенного действия

Нагреваемый плазменной дугой объект в сварочную цепь не включен, поэтому он может быть изготовлен из материала, не проводящего электрический ток (стекло, керамика и т. п.). Электроды - обычно неплавкие из угля или графита. Наличие неплавких электродов обеспечивает высокую устойчивость дуги; при случайном обрыве катодное пятно довольно долго сохраняет высокую температуру и способность к термоэлектронной эмиссии, и дуга легко зажигается вновь при появлении достаточного напряжения.

При использовании постоянного тока наблюдается неравномерный разогрев электродов, анод нагревается значительно быстрее и при равных сечениях сгорает в 1,5 - 2 раза быстрее катода. Поэтому для питания дуги косвенного действия чаще применяется переменный ток; при этом устойчивость дуги достаточна, скорость сгорания электродов одинакова. Температура начальной части факела у столба дуги весьма высока, а с удалением от столба температура падает и в конце факела не превышает 800 -1000° С. Длина факела может оставлять 100 - 200 мм. Пользуясь различными участками факела можно получать пламя различной температуры.

13.2. Сварка сжатой дугой

Сущность способа состоит в том, что сечение плазменной струи уменьшается по сравнению со свободной струёй под действием магнитных полей, обдуванием потоками газа или распыленной жидкости, пропусканием струи через сопло. Данный способ является наиболее важным и распространенным (рис. 13.4).

В дуге между неплавящимся электродом 1 и нагреваемым изделием 4 располагается сопло 2, представляющее собой металлическую или графитную пластинку с калиброванным отверстием - каналом, через которое проходит плазменная струя 3, образуемая дуговым разрядом.

Рис. 13.4. Схема плазменной сварки сжатой дугой

Дуга может быть прямого действия (замкнут контакт 5, разомкнут 6), косвенного (замкнут 6, разомкнут 5) и смешанного (замкнуты контакты 5 и 6). При замыкании контакта 6 ток идет через сопротивление 7.

Рис. 13.5. Плазменная сварочная горелка

Обычно для плазменной сварки используют горелку, часто называемую плазмотроном (рис. 13.5). В горелку подаются одновременно два независимых потока: 1 - плазмообразующий и 2 - защитный. В обоих потоках может быть один и тот же газ, например, аргон; могут быть и разные газы, например, 1 - аргон и 2 - азот + водород. Внутренний поток 1 подает газ для образования плазмы; расход и скорость газа небольшие. С увеличением скорости газа усиливается расплавляющее действие плазменной струи и глубина расплавления основного металла. При значительном увеличении скорости газа расплавление металла может стать сквозным; металл выдувается из ванны и процесс сварки может перейти в резку металла.

Внешний поток 2 защищает сварочную ванну и зону сварки от воздействия атмосферного воздуха; кроме того, он обжимает плазменную струю за пределами сопла и придает ей цилиндрическую или коническую форму, поэтому защитный поток 2 называют также формирующим или фокусирующим.

Питание горелки производится от обычных источников постоянного тока с падающей характеристикой на прямой полярности (минус на электроде).

Для зажигания дуги используется генератор высокочастотного тока - осциллятор. Если используется дуга прямого действия с анодом на изделии, то сначала зажигается вспомогательная дуга между катодом и соплом, ток вспомогательной дуги ограничивается сопротивлением 4, толчки тока смягчаются конденсатором 5 (рис. 13.5).

Плазменная сварка имеет промышленное применение обычно как автоматическая или полуавтоматическая, причем автоматы и полуавтоматы для дуговой сварки легко могут быть приспособлены для плазменной с соответствующей заменой горелки. К преимуществам плазменной сварки можно отнести повышение производительности, уменьшение расхода присадочного металла, расширение возможности стыковой сварки металла без скоса кромок (толщиной до 15 мм).