§ 82. Плазменная сварка

Прежде всего следует сказать, что о плазме, как о четвертом состоянии вещества, ученые физики стали упоминать сравнительно недавно. Всегда считалось, что вещество может находиться в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Затем появилось четвертое, так называемое ионизированное состояние вещества, названное плазмой. Впервые термин плазма был введен в 1923 году американскими учеными И. Ленгмюром и Л. Тонксом. Кинетика плазмы также рассматривалась в 1936 г. в работах советского ученого Л. Д. Ландау.

В настоящее время выделен особый вид сварки - плазменная сварка, которая наряду с общими признаками имеет существенные отличия от дуговой сварки.

В плазменной сварке основным источником энергии для нагрева металла служит плазма - ионизированный и нагретый газ. Газом для образования плазмы служат аргон или гелий, являющиеся также и защитными газами.

При плазменной сварке, как и при плазменно-дуговой резке, имеются две схемы получения дуговой плазмы: прямого и косвенного действия. При плазменной струе прямого действия свариваемое изделие включено в сварочную цепь дуги. В этом случае активные пятна располагаются на вольфрамовом электроде и изделии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги располагаются на вольфрамовом электроде и на сопле плазмотрона.

Питание дуги может выполняться переменным и постоянным током прямой полярности, а ее возбуждение осуществляется осциллятором. Для питания плазмообразующей дуги применяют источники питания с рабочим напряжением до 120 В и выше. Плазмообразующей дугой можно практически сваривать все металлы как в нижнем, так и в вертикальном положениях.

Плазменная сварка по сравнению с дуговой имеет следующие преимущества:

более высокая производительность и проплавляющая способность ;

малая чувствительность к колебаниям длины дуги; возможность удаления вольфрамовых включений из расплавленного металла сварочной ванны.

Для плазменной сварки скос кромок выполняют при толщине металла более 15 мм, получая в процессе сварки провар специфической формы. Например, при плазменной сварке стали ОХ18Н10Т при толщине свариваемых листов от 5 до 10 мм сила сварочного тока должна быть 280- 380 А, напряжение 30 В, а скорость сварки находится в пределах 14-15 м/ч.

В настоящее время в институте электросварки им. Е. О. Патона разработан способ микроплазменной сварки, а также создана аппаратура для этого способа на постоянном токе 0,5-10 А. Этот способ применяют для сварки изделий из нержавеющей стали, меди, титана, никеля, алюминия, ковара, серебра и даже золота толщиной 0,2-0,6 мм.

Источник питания и горелка обеспечивают образование плазмы в виде "иглы", что позволяет получать узкие сварные швы при малой зоне термического влияния. Малая зона термического влияния значительно снижает образование деформаций свариваемого металла.

Плазмообразующим газом служит аргон, а защитным - аргон, гелий, углекислый газ или разные смеси газов, в том числе и с водородом. При включении источника питания между вольфрамовым электродом и медным соплом в начале зажигается дежурная малоамперная дуга, а затем при подведении горелки к свариваемому изделию возникает микроплазма. Стабильное и устойчивое горение микроплазмы на токах до 10 А позволяет ее растягивать на длину до 8 мм, что дает возможность автоматизировать и механизировать процесс с введением в зону плазмы присадочного металла. При микроплазменной сварке высокое качество сварного шва могут обеспечивать даже сварщики невысокой квалификации.