Аппараты плазменной сварки

В сварочных технологиях произошла революция. В 1960-х инженеры создали промышленный плазмотрон и плазма перестала быть игрушкой физиков. Это случилось благодаря успехам в металлургии – были получены стойкие легированные катоды, обеспечивающие необходимый ток эмиссии для плазменной дуги.

Плазменные технологии начали работу, как и следовало ожидать, в закрытых областях “military, navy, and airspace industries” и лишь спустя десятилетия стали доступны гражданской промышленности. И наконец, наступил момент выхода к индивидуальным потребителям. На каждом из этапов технология совершенствовалась и сегодня даже частник может иметь в своем гараже или мастерской этот превосходный инструмент. Об этом и пойдет речь на данной странице.

Плазменные сварочные аппараты: технология работы

Плазма – это четвертое состояние вещества, ионизированный газ, состоящий из ионов простых веществ: газов или металлов и электронов, а также электромагнитного излучения, которое неизбежно возникает при возбуждении атомов. Энергия и температура плазмы могут располагаться в очень широких пределах. Нас интересует область температур 5000 – 10000°С и энергия, лучше сказать, мощность от сотен Ватт до сотен кВт. Она легко достижима в аппаратах сегодняшнего дня. В плазмотроне она может быть получена в следующем порядке:

  • Дуга горит между вольфрамовым катодом и соплом – это косвенная дуга.
  • Дуга горит между катодом, соплом и деталью – смешанная дуга.
  • Дуга горит между катодом и деталью – это прямая дуга.


Дугу в плазмотроне накачивают рабочим газом, при небольшом давлении: 0.2… 5 бар, которое зависит от тока. Рабочее напряжение плазменной дуги выше обычной в несколько раз, а ток имеет тот же порядок. Поскольку электрическая дуга имеет склонность к филаментации (распадается на отдельные каналы), то рабочий газ предварительно завихривают на входе. Дуга сжимается в узкий шнур и остается прямой за счет высокой скорости ионного газа. Как следствие, получаем большую энергию и мощность в ее пятне. Плавление металла происходит тоже в области пятна.

Создать плазму при помощи электрического тока и рабочего газа можно нажатием кнопки и, после небольшого прогрева горелки, использовать для:

Сварки

Плазменная дуга нагревает любой, известный в Периодической системе элементов, металл или сплав таких металлов, до плавления и даже кипения в нормальных условиях. Необходимым условием является лишь мощность дуги для данной массы свариваемых деталей. И можно варить на здоровье.

Остается только защитить ванну (область сварки) инертным газом: азотом, аргоном, или органическими парами спирта или ацетона (восстановление за счет свободных радикалов). Это делает, благодаря своей конструкции, горелка плазмотрона. Конечно, с небольшой помощью мастерства сварщика.

Резки

Высочайшая температура плазменной дуги и ее узкий канал обеспечивают идеальные условия для глубокой резки самых тугоплавких металлов и неметаллов. Неметаллы режутся косвенной дугой, а металлы – любой из них, в зависимости от толщины. При этом, за счет энергии плазмы, достигается самая высокая скорость и качество, уступающее только лазеру, резки. Для поддержания постоянного расстояния между соплом горелки и поверхностью реза могут быть использованы упорные ролики.

Пайки

При работе с защитным газом, или использовании смесей воды со спиртом или ацетоном в качестве рабочих жидкостей, атмосфера в области пайки оказывается без кислорода. В первом случае рабочий газ вытесняет кислород, во втором случае – связывает за счет восстановления свободных радикалов органических молекул, имеющихся в плазме. Благодаря этому, при значительной экономии флюсов, можно паять любые виды металлов, какие только совместимы между собой и припоями.

Аппарат плазменной сварки: какие бывают

Принято делить аппараты на разновидности по их мощности. За меру берут сварочный ток в плазменной дуге. Но не только ток отличает аппараты в данном случае. Есть и отличия в конструкции аппаратов и горелок.

Микроплазменные

Промышленный источник микроплазменной сварки SBI PMI 50 TL Basic

Микроплазменными называют аппараты, работающие при токе от 100 миллиампер до 25 А. Они подходят, начиная от нижнего предела, для сварочных работ по ювелирным изделиям и вплоть до резки листового металла толщиной 10 мм.

Это простые аппараты, работающие на постоянном токе, диаметр их сопла имеет величину от 1.3 до 2.5-3 мм.

Рабочий газ получают из воды и спиртовых или ацетоновых смесей.

Катод изготавливают из меди с легированием гафнием.

На среднем токе

Аппараты среднего тока работают в пределах 50-150 ампер. Преимущественно, они используются для резки металла. Рабочим газом служит обычный воздух, как самый дешевый, и оптимальный при том, вариант. Однако, эти же аппараты могут применяться и с другими рабочими и защитными газами. Источники питания для них более совершенны, конструкции горелок сложнее, с вольфрамовым легированным катодом, иногда имеют подвод охлаждающей воды для анода и часто – высоковольтный импульсный запуск и режим малого тока для дежурной дуги.

На большом токе

Сильноточные аппараты создают дугу с током от 150 А и, вообще говоря, малоактуальны для индивидуального потребителя. Их используют в судостроительной промышленности, в ядерном машиностроении и в приборостроении для ядерной физики. Очень часто эти аппараты являются лишь частью роботизированных комплексов. Их горелки используют вольфрамовые катоды, легированные бериллием, торием, или лантаноидами, для максимального понижения работы выхода электронов.

Плазменный аппарат для сварки и резки: из каких узлов состоит

Плазменный аппарат состоит из источника питания, горелки, а также газовой и электрической арматуры.

Источником питания в старых аппаратах служил классический трансформатор, работающий на частоте сети. Такие аппараты были очень громоздкими и тяжелыми. (Как и все старые сварочные аппараты.) Современные импульсные преобразователи на IGBT-транзисторах, управляемые микрокомпьютерами, полностью вытесняют старую технику и придают новой небывалую прежде функциональность.

Прежде всего, они обеспечивают нужный рабочий ток, его стабильность и регулирование в каждом режиме. Более продвинутые аппараты имеют режим дежурной дуги на малом токе, высоковольтный генератор для бесконтактного запуска дуги.

В некоторые аппараты также встроены компрессоры для подачи сжатого воздуха в горелки. Это для удобства и мобильности в условиях ремонтных цехов и мастерских.

Конструкции горелок зависят от мощности аппарата. Для микроплазменных горелок очень характерна конструкция с подвижным катодом, который замыкается на анод-сопло при помощи кнопки с задней стороны инструмента, и, тем самым, возбуждается дуга. Эта же кнопка служит винтом для регулировки зазора между анодом и катодом. В корпус с рукояткой встроен баллончик, емкостью 0.1…0.3 л. для рабочего раствора.

Горелки помощнее устроены с неподвижным катодом, все их основные части располагаются коаксиально (на общей оси) в следующем порядке: катод, полость для рабочего газа, промежуточная втулка, полость для защитного газа, анод (с полостью для водяного охлаждения анода на мощных аппаратах), корпус.

Наиболее мощные горелки не имеют рукоятки, а крепятся на манипуляторах роботов или в станках для резки (сварки) труб или листовых материалов.

катодО материалах для катодов уже говорилось, можно только напомнить: в простых бытовых плазморезах используют медь (реже вольфрам), легированную гафнием. Это наиболее безопасный для здоровья аппарат, в отличии от тех, в которых используется бериллий, пыль которого (или его окислов) является опасным для легких веществом, канцерогеном, и требует соблюдения норм на ПДК: вентиляции и взятия проб для анализа. Опасен также слаборадиоактивный торий, при попадании в легкие.

Для соединения аппарата с горелкой используется т.н. кабель-пакет. Это название обозначает шланг для подачи рабочего и защитного газов, охлаждающей воды, обратной воды, силовых проводов (основного тока), провода для пусковой искры, а также проводов цепи управления. Все они помещаются внутрь общего гибкого шланга “пакетом”, откуда и название. К аппарату кабель-пакет подключается в нескольких соответствующих точках: штуцер для газа часто одновременно служит и для подачи тока через катод. В бытовых аппаратах к горелке подводится только ток, так что, в этом случае, можно говорить просто о кабеле.

Возможности плазменных сварочников

Ниже показаны возможности на примере аппарата «Горыныч»:

  • Сварка и пайка любых цветных металлов, а также нержавеющих сталей (толщина свариваемого металла зависит от модели устройства).«Горыныч»
  • Резка цветных и черных металлов.
  • Закалка всех видов сталей.
  • Создание химических соединений, получаемых под действием высокой температуры.
  • Термическая усадка всех видов пластмасс и полимеров, включая ПВД, ПП, ПНД и ПВХ.
  • Очистка поверхностей от грибка, плесени и других видов органических загрязнений.
  • Сварка двух и более металлов, сплавов или сталей между собой.
  • Пайка при помощи мягких припоев.
  • Плавление металлов в частных кузнях.
  • Первоначальная термическая обработка.
  • Резка стекла и различных органических элементов (кварц, гранит, графит и многое другое).
  • Начальное воронение компактных деталей.
  • Порошковое напыление на небольшой площади.
  • Создание и разделка стекла и изделий из стекла.
  • Тушение начальных очагов возгорание водяным паром (без создания электрической дуги между катодом и анодом).

Подробнее о возможностях аппарата Горыныч смотрите в этом материале.

Можно ли сделать своими руками

Изготовленный своими руками плазменный сварочный аппарат в качественном исполнении обеспечивает полностью все требования по технологии и качеству сваривания конструкций и деталей.

Плазменный сварочный аппарат требует для работы только сжатый воздух и наличие электричества, а при использовании компрессорного оборудования достаточно одного электричества.

konstruktciia-plazmennoi-gorelki-plazmen-ru-

Смотрите более подробно о самодельном аппарате в статье про плазменный сварочный аппарат своими руками.

Плазменный сварочный аппарат для дома и дачи


В домашних условиях в распоряжении у потребителя обычно только однофазная сеть 220 В. Ему недоступны никакие технические газы, кроме, разве что, сжатого воздуха, сильные защитные средства и санитарный контроль тоже недоступны. Поэтому выбирать следует однофазный плазменный аппарат на 2-3 кВт. Там уже производитель предусмотрел все остальные условия.

Еще одна важная мысль. Когда пользуются таким аппаратом, в горелке достаточно быстро расходуются детали, соприкасающиеся с дугой – катоды и сопла. Значит, приобретая плазменный сварочник надо быть уверенным, что можно купить расходники без проблем. Так что, лучше покупать аппараты либо российских фирм, либо у солидных зарубежных компаний.

Неплохой аппарат AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT стоит около 40 000 р. Его инвертор хорошо переносит перегрузки.

По такой же цене есть аппарат КЕДР CUT-40B. Он отличается малым выгоранием сопла и катода, имеет встроенный компрессор и регулятор давления.(Купить можно здесь.)

Универсальный аппарат Горыныч позволяет не только резать, но и варить металлы и стоит около 50 000 р. (См. ссылку на обзор выше).

Также неплохие аппараты латвийской разработки (изготовляют китайцы) Ресанта различных моделей.

Аппараты микроплазменной сварки

Для промышленности выпускают не только мощные аппараты для резки металла. Например, микроплазменные сварочные аппараты SBI PMI 50 TL Basic и SBI PMI 50 TL (Австрия) могут использоваться для ювелирного производства, для изготовления приборов, работ по стеклу и многого другого.

SBI PMI 50 TL Basic работает на аргоне, для защиты сварочной ванны от кислорода используется аргоно-гелиевая или аргоно-водородная (восстановительная) смесь. Аппарат имеет полностью программируемый режим работы, очень развитую систему управления и интерфейсы (основной CAN-Bus + протоколы по желанию заказчика) для автоматизированных систем (может работать с роботами-манипуляторами).

SBI PMI 50 TL от базовой модели отличается повышенной мощностью при тех же функциях.

Из других аппаратов аналогичные функции может выполнять оборудование Klein Schweisser 25i10 Micro Plasma, Klein Schweisser 50i10 Micro Plasma от компании Electro Plasma Equipment Pvt. ltd. (Индия). Компания Process Welding System Inc. (США, Теннесси) также изготавливает весьма совершенное плазменное оборудование для микроплазменных работ.

Популярные производители аппаратов для плазменной сварки

Горыныч

ООО “АCпромт” выпускает два аппарата для плазменной сварки “Горыныч”: ГП37-10 и ГП37-12. Это оригинальная российская разработка (автор Д.А. Дуюнов). Они весьма популярны в кругах ремесленников и умельцев.

Их также используют на некоторых производствах для ремонтных и вспомогательных работ. Второй аппарат отличается от первого немного более мощным источником питания. Оба аппарата просты в работе и хорошо подходят для обучения практических специалистов по работе с плазменной дугой.

Аппараты недороги (30…50 тыс. р.) и по карману частным лицам. Расходные материалы для них совсем недороги.

Мультиплаз

Мультиплаз – это российская компания, находится в Москве. Выпускает аппараты Мультиплаз 3500, 4000, 7500 и 15000.

Аппарат 3500 сделан универсальным: режет все до 10 мм, варит и паяет множество материалов, кажется, имеет неплохие характеристики, но дороговат: цена на сегодня больше 130 000. Аппарат снабжен двумя горелками для удобства, каждая горелка ставится вертикально и сразу готова к работе.

Плазар

Снят с производства. Можно купить только с рук. Обзор аппарата здесь.

Плазариум

Компания Плазариум (Россия) занимается плазменными технологиями и применением их в промышленности. В числе прочей продукции выпускает аппараты PLAZARIUM SP3 для разнообразных работ с применением плазмы: пайка, плавка металлов и неметаллов, сварка, резка. Аппарат способен работать с температурой от 100 до 10 000 градусов, использует воду в качестве рабочего тела для плазмы.

FUBAG

FUBAG GmbH – немецкое предприятие, выпускающее огромный ассортимент оборудования для строительства и ремонта. Плазморезы представлены моделями PLASMA 25, 25 AIR (с компрессором), 30, 40, 65 Т, 100. Аппараты сделаны с немецкой практичностью – с простым на вид регулятором тока, но всегда стабильно дающим установленное значение. Это инструмент для производительной работы. Аппараты профессиональные и предназначены для резки материалов.

BlueWeld

Итальянская компания BlueWeld работает с начала 1960-х годов. В настоящее время имеет филиалы по всему миру и ее продукция пользуется большим спросом. Аппараты Prestige Plasma 41, 54, 34, 31 – переносные, для воздушной плазменной резки металла. Есть также передвижные (на роликах и колесах) трехфазные модели повышенной мощности. Все аппараты инверторного типа.

TELWIN

Telwin – итальянская компания, работает еще с шестидесятых годов прошлого века. Аппараты для плазменной резки имеют марку TECNICA PLASMA 31, 34, 41, 60 HF (последний с бесконтактным запуском). Это однофазные аппараты для ручной работы. Основное назначение – резка металлов и тугоплавких материалов. Есть также трехфазные аппараты.

AURORA

AURORA — марка китайской группы компаний. Производит различную продукцию. Из плазменной техники, которую она производит известны аппараты AuroraPRO AIRHOLD 40, 42, AIRFORCE 80 (трехфазный), MULTIWATT 40-160 (Plasma+MMA+TIG) (универсальный аппарат с большими возможностями). Аппараты отличаются небольшой ценой, имеется бесконтактный запуск, кабели длиной 3 метра.

СВАРОГ

Сварог -это торговая компания, которая продает китайскую технику под собственной маркой. Известно о шести плазменных инверторах: REAL CUT 45, CUT 40 B, PRO CUT 45, CUT 70, CUT 100 и CUT 160.

Первый из аппаратов стоит очень дешево: около 23 000 руб и притом имеет хорошие характеристики: бесконтактный запуск, встроенный компрессор, режет металл до 12 мм. Следующие два аппарата – это более мощные. Последние три аппарата самые мощные для трехфазной сети. CUT 160 способен резать сталь толщиной до 55 мм, стоит (рекомендованная цена) коло 160 000 руб.

Материалы по теме:

Поиск по сайту
©2013-2017    Копирование материалов запрещено    //    Вверх