Сварочный аппарат плазменной сварки

Плазменная сварка является достаточно молодым методом соединения деталей. Несмотря на то, что он появился относительно недавно, уже набрал большую популярность за счет своих преимуществ и возможностей. Рассмотрим более подробно, что такое плазменная сварка, в чем она заключается и чем отличается от других видов сварок.

Сущность плазменной сварки

Плазмой называется состояние газа, в которое оно переходит под воздействием электрической дуги. Образуется она в специальном наконечнике, который называется плазмотрон (это как горелка в газовой сварке). Плавление плазмой – это такая техника, при которой для образования плазмы применяются горелка, в которой находится вольфрамовый электрод, сопла плазмы и труб подачи газа и водяного охлаждения. Данный вид незаменим для обработки изделий из металла высокой прочности и толщины (до 9 мм). Он немного схож с методикой дуговой сварки, но в отличие от электрода, который обеспечивает нагрев до 5-7 тысяч градусов, воздействует на изделие сверхвысокой температурой – до 30 тысяч градусов. От этого данный способ часто называют «плазменно-дуговая сварка». Выполнять работы таким аппаратом можно в любом пространственном положении изделия.

Плазменная сварка металла, благодаря высокой температуре воздействия на изделие позволяет обрабатывать широкий спектр металлов – бронза, титан, нержавейка, углеродистая сталь, латунь, чугун, алюминий. Такой способ применяется в разных отраслях производств – приборостроение, машиностроение, пищевая промышленность, изготовление медицинского оборудования, ювелирное дело, химическое производство и многие другие. Плазменная сварка и резка металлов необходима и незаменима практически в каждом производстве.

Плазменная сварка и резка металлов бывает двух видов:

1. Плавление металла дугой, которая возникает между изделием и неплавящимся электродом
2. Сварка плазменной струей, которая образуется благодаря дуге горит между наконечником плазмотрона и неплавящимся электродом.

В качестве материалов для образования плазмы чаще всего применяется воздух, кислород, аргон и азот. Величина тока в плазме может быть разной, и различают три подвида:

1. Микроплазменная сварка, которая реализуется на малом токе до 25 А
2. Работа на средних токах – до 150А
3. На больших токах, свыше 150А.

Говоря простыми словами, суть данного способа состоит в ионизации рабочего газа, который под давлением переходит в состояние плазмы и обеспечивает высокую температуру, используемую для расплавления металлов для резки или соединения.

Технология плазменной сварки делится на две разновидности:

• плазменная сварка прямого действия;
• плазменная сварка косвенного действия.

Плазменная сварка прямого действия

Это самый распространенный вид соединения металлов в данной технике исполнения швов. Он реализуется за счет электрической дуги, которая возбуждается между электродом и рабочим изделием.

Плазменная сварка алюминия должна проводиться крайне осторожно, так как этот плавиться при температуре 660,3 градуса. Важно контролировать весь процесс, чтобы не допустить пропал. В инструкции к аппаратам есть таблица, в которой указана рекомендованная сила тока для каждого вида металла. Например, плазменная сварка нержавейки проводится на среднем токе, а стали – на высоком.

В дуге прямого действия изначально возбуждается дуга на малых токах, между соплом и заготовкой, после касания плазмой свариваемого изделия возбуждается основная дуга прямого действия. Питание дуги может выполняться переменным и постоянным током прямой полярности, а ее возбуждение осуществляется осциллятором.

Плазменная сварка косвенного действия

В данном случае плазма образуется похожим способом, как и в плазменной сварке прямого действия. Отличие состоит в том, источник питания подключен к электроду и соплу, в результате чего образуется дуга между ними, и как следствие, на выходе из горелки — плазменная струя. Скорость выхода потока плазмы контролируется давлением газа. Основной секрет кроется в том, что газ, переходя в состояние плазмы увеличивает свой объем в 50 раз, за счет чего буквально вылетает из аппарата струей. Энергия расширяющегося газа совместно с тепловой энергией, сообщаемой струе газа, делает плазму мощным источником энергии.

Этот метод не так широко применяется, как первый, хотя имеет достаточное количество преимуществ. Во-первых, он обеспечивает бесперебойную работу даже при микроплазменной сварке (на малых токах). Во-вторых, он позволяет экономить газ (который стоит немало). В-третьих, за счет высокого давления практически нет разбрызгивания. Таким способом можно и варить и резать металл, но для резки не потребуется инертный газ, так как его функция – защищать сварочную ванну, а при разрезании металла она не образуется.

В завершение можно отметить, что устройство горелки прямого и косвенного метода сильно не отличаются. На картинке слева указана технология образования плазменной струи. Процесс происходит следующим образом: вольфрамовый электрод 2 подключен к отрицательному заряду, а сопло 4 к положительному. За счет этого дуга образуется между соплом и электродом,что характерно при косвенном методе.

На картинке справа, при прямом методе, дуга образуется между негативно-заряженным электродом и рабочей деталью, с положительным зарядом. Для поджога и возбуждения дуги используется временно подающийся ток на сопло, который после возбуждения дуги отключается.

Аппарат для работы

Аппарат воздушно плазменной сварки представляет собой небольшое техническое оборудование, весом не более 9-10 килограмм. Принцип работы его следующий: внутри находятся схемы управления, выпрямитель тока и трансформатор. Для работы к нему подключается установка с рабочими газами в баллонах – для образования плазмы и инертный газ, необходимый для защиты сварочного шва от окисления. На выходе подключается горелка с газами отдельно для резки. В связи с тем, что данный способ образует слишком высокий температурный режим, в горелке есть специальный отсек для охлаждающей жидкости. Данный аппарат по внешним признаком похож на инвертор. В продаже представлено множество моделей с различными функциями. Если говорить о самом простом, он самый компактный (около 5 кг) с минимальным количеством настроек, в которых разберется не то что новичок, а даже ребенок.

Модели, которые в цене дороже, имеют дополнительные настройки и функции, которые кроме резки и сварки могут выполнять пайку, воронение, оксидирование и закалку металла. Самыми простыми изделия считаются с минимально мощностью до 12А. Их стоимость колеблется в пределах 30 тысяч русских рублей. Оборудование на класс выше и мощнее, до 150А стоят от 40 и до 150 тысяч, зависимо от производителя и дополнительных функций. Самые дорогие модели имеют мощность от 150А, а их стоимость может даже превышать миллион рублей. Для профессионалов, которые постоянно занимаются сплавлением, рекомендуется приобретать качественное и дорогое оборудование. Заплатив один раз можно получить многофункциональное устройство, с помощью которого можно выполнять всевозможные процедуры по металлообработке.

Преимущества и недостатки

Плазменная сварка прямого действия и косвенного имеет свои преимущества и недостатки, как и другие виды сварки. Основными плюсами, что делают этот метод незаменимым для использования во многих промышленных отраслях, являются следующие:

• высокий коэффициент полезного действия и высокая скорость выполнения работ;
• высококачественная резка металла оставляет гладкие кромки и не требует дополнительной их обработки;
• возможность варить и резать изделия, толщиной почти в сантиметр;
• при работе нет шлаков и отходов;
• контроль глубины провара металла, что позволяет избежать пропалов и деформации;
• простота в использовании аппарата.

Кроме положительных моментов, можно отметить несколько недостатков:

• дороговизна оборудования и высокая стоимость работ;
• в сфере профессионального использования высокие требования к мастеру;
• необходимость постоянного контроля над охлаждением, из-за высокой рабочей температуры.

В принципе, все эти минусы, можно превратить в плюсы, если посмотреть на это с другой стороны. Профессиональный мастер, имеющий качественное оборудование может работать в любой сфере и при этом зарабатывать хорошие деньги.

Считавшийся до недавнего времени новинкой сварочный плазменный аппарат сегодня уверенно теснит позиции аппаратов электросварочных. Причем с появлением все более компактных плазмотронов эта «эпидемия» из промышленного сектора перекинулась и на бытовой. В настоящий момент примерно 65% задач, традиционных для электросварки, решается с помощью плазмосварочного аппарата.

Сборка металлоконструкций, монтаж трубопроводов, раскрой и сварка заготовок в машиностроении, особенно из таких «неудобоваримых» материалов, как спецсплавы, «нержавейка» и цветные металлы – вот лишь часть большого списка задач, которые приходится решать с помощью плазменного оборудования. Но плазмотрон, в отличие от электросварки, может работать и с неметаллами. С его помощью, к примеру, осуществляется оплавление поверхности железобетонных изделий – прекрасная альтернатива гидроизоляции.

Технология плазменной обработки материалов

Основными компонентами аппарата для плазменной сварки являются источник питания и особой конструкции горелка, называемая плазмотроном.

Плазмотрон имеет помещенный в кожух фторопластовый корпус, внутри которого установлен электродный узел. К горелке подводится рабочая (плазмообразующая) смесь, защитный газ и охлаждающая среда, если только не применяется воздушное охлаждение.

В качестве плазмообразующей смеси может применяться:

• Аргон в чистом виде;
• Аргон с примесью водорода;
• Аргонно-гелиевая смесь;
• Воздух;
• Водород;
• Азот;
• Смесь воды и спирта (эта технология появилась относительно недавно).

Под воздействием электрического разряда рабочая среда превращается в плазму, которая представляет собой ионизированный газ. Температура плазмы может достигать 30 тыс. градусов. При этом плазменная дуга сжимается в тончайший пучок, благодаря чему ее удельная мощность, приходящаяся на 1 кв. мм поперечного сечения многократно увеличивается. Это позволяет использовать плазму для решения таких задач, с которыми электроразрядная дуга с ее температурным пределом в 5 тыс. градусов эффективно справиться не может.

Смотрим видео, немного о данном приборе:

Но высокая температура – это только одно из преимуществ, которыми обладает аппарат для плазменной сварки. К числу достоинств этих устройств, также, относят:

1. Высокий КПД;
2. Малый расход защитных газов;
3. Небольшую площадь прогрева материала и, как следствие, малую усадку шва и почти полное отсутствие деформаций;
4. Возможность применения данного оборудования для сваривания неметаллических материалов с металлическими.

Разновидности оборудования

Различные модели плазменного аппарата для сварки и резки можно классифицировать по нескольким признакам — принципу действия и мощности.

• Аппараты с силой тока от 0,1 до 20 А:Данный вид обработки материалов называется микроплазменным. Такие устройства получили наибольшее распространение.

Наиболее простые микроплазменные аппараты работают только в режиме постоянного горения дуги. Более функциональные версии поддерживают импульсный режим. Возможности такого прибора можно использовать более гибко: импульсный режим позволяет уменьшить температуру в зоне сварки, что бывает необходимо в определенных случаях (при работе с тонколистовыми заготовками, например).

• Аппараты с силой тока от 20 до 100 А: По своим возможностям плазменная сварка на токах средней величины приблизительно соответствует аргонно-дуговой сварке, для которой применяются вольфрамовые электроды (неплавящиеся).
• Аппараты с силой тока свыше 100 А:Установки этого класса способны проплавить насквозь заготовку практически любого размера, создавая за один проход прочный равномерный шов по всей толщине деталей.

По принципу действия:

1. Плазменно-дуговые аппараты: Обрабатываемый материал подвергается воздействию направленного потока раскаленного ионизированного газа.
2. Воздушно-плазменные аппараты: Функцией этих установок является исключительно разрезание заготовки. Выплавляемый плазмой материал выдувается из зоны резания струей сжатого воздуха.

Наконец, плазменное оборудование может предназначаться для работ вручную либо в автоматическом режиме.

Популярные производители

Тому, кто еще не купил плазменный сварочный аппарат, но собирается это сделать и мучительно выбирает производителя, можно порекомендовать несколько компаний, продукция которых успела завоевать доверие пользователей.

ТМ Горыныч

В случае с плазменным сварочным аппаратом Горыныч цена не имеет существенного значения, поскольку это устройство делает плазменную обработку различных материалов как никогда более выгодной и доступной. Дело в том, что в качестве плазмообразующей среды аппараты от ТМ Горыныч используют воду или водно-спиртовой раствор, а роль защиты играет водяной пар. В результате на поверхности шва образуется пленка из окислов, которая препятствует развитию коррозионных процессов.

Смотрим видео о данной модели:

Важным достоинством оборудования, произведенного данной торговой маркой, является его мобильность:сварочный аппарат Горыныч легко можно переносить подобно сумке, поскольку никаких трансформаторов, а также газобаллонного и компрессорного оборудования для него не требуется. При этом источником питания может выступать как обычная сеть напряжением 220 В, так и автономный генератор.

Для проведения работ наличие вентиляции не обязательно, поскольку воздух не только не отравляется веществами, вредными для организма человека, но и насыщается кислородом, выделяющимся при частичном разложении водяного пара.

Температура водоплазменной дуги достигает 6000 градусов. В зависимости от силы используемого тока аппарат может работать с заготовками толщиной от 0,5 до 8 мм.

Стоимость плазменных аппаратов Горыныч:

• Аппарат с силой тока до 8 А: около 29 тыс. руб.;
• Аппарат с силой тока до 10 А: 30 тыс. руб.;
• Аппарат с силой тока до 12 А (2,5 кВт): 33 тыс. руб.

Цены на расходные материалы:

• Сварочное сопло (2,1 мм): 200 руб.;
• Режущее сопло (1,2 мм): 200 руб.;
• Катод: 200 руб.

Мультиплаз

Работа плазменного сварочного аппарата от компании Мультиплаз также основана на применении воды и водно-спиртовых растворов. За счет этого удалось уменьшить размеры устройства, отказавшись при этом от трансформаторного и компрессорного оборудования. Аппараты от компании Мультиплаз помещаются в небольшой контейнер-сумку и весят очень мало: блок питания имеет массу около 5 кг, плазмотрон в виде пистолета – около 1 кг.

Смотрим видео, немного о работе прибора:

Особенностью водноплазменных устройств является их экологичность. Термообработку металлов можно проводить даже в закрытых пространствах, не оснащенных вентиляцией, так как образование плазмы из воды не сопровождается выделением опасных для здоровья веществ, а напротив – обогащает воздух кислородом.

Плазма генерируется следующим образом. Сначала между катодом и соплом, выступающим в роли анода, возникает электроразрядная дуга. Под ее воздействием дистиллированная вода превращается в пар, который затем ионизируется и переходит в плазменное состояние. Собственное давление пара выбрасывает его из горелки в виде струи, которая и воздействует на материал заготовки.

Стоимость модели Мультиплаз 3500 (мощность – 3,5 кВт): 90 тыс. руб.

Плазариум

Одной из наиболее популярных стала модель плазменного сварочного аппарата Плазариум SP3. Компактное и надежное устройство с отличными характеристиками. Применена инверторная схема, позволяющая получать стабильный ток независимо от колебаний напряжения в питающей сети.

Устройство снабжено температурными датчиками, позволяющими контролировать процесс и избегать аварий вследствие перегрева оборудования.

Стоимость модели Плазариум SP3 (мощность – 2,64 кВт): около 39 тыс. руб. Уровень цен на аппараты плазменной сварки зависит от мощности (чем она выше, тем дороже агрегат) и от «имени» производителя.

Электросварочные аппараты теряют свои позиции как в промышленном секторе, так и бытовом. И это – вполне естественно. Технический прогресс шагает уверенно вперед, внося свои новинки в повседневную жизнь. Более половины промышленных, бытовых сварочных задач решается с помощью плазменного оборудования.

Притом, работа производится не только с металлами. Можно, например, оплавить поверхность железобетонных конструкций, сделав таким образом надежную герметичную гидроизоляцию.

Краткое содержимое статьи:

Устройство

Основные компоненты плазменного сварочного аппарата:

• Источник питания;
• Плазмотрон (специальная горелка с фторопластовым корпусом и электродным (катодным) узлом).
• Рабочая смесь;
• Защитный газ;
• Охлаждающая среда (либо – охлаждение воздухом).

Плазмообразующая рабочая смесь может быть разнородной по составу:

• Чистый аргон;
• К аргону примешивается водород;
• Аргон с гелием;
• Воздушная масса;
• Водород;
• Азот;
• Раствор воды и спирта.

Принцип работы

Электрический разряд превращает рабочую среду в плазменную в виде ионизированного газа с высокой, в десятки тысяч градусов, температурой.

Происходит сжимание плазменной дуги до тончайшего луча с высокой удельной мощностью на квадратный миллиметр площади, что позволяет справиться с такими сварочными задачами, которые при использовании электроразрядной дуги не всегда успешны, либо вовсе вовсе не доступны.

Помимо высокой температуры плазмосварочный аппарат обладает другими преимуществами:

• Работает с высоким КПД;
• Защитный газ расходуется в малом количестве;
• Прогревается небольшая площадь материала (малая усадка, деформация поверхности);
• Сваривание металла с неметаллом.

Классификация

Микроплазменные, маломощные, с силой тока до двадцати ампер (постоянное, импульсное горение плазменной дуги).

Аргонно дуговая сварка, аппараты средней мощности (с применением неплавящихся вольфрамовых электродов). Высокомощное оборудование, с силой тока выше ста ампер (сквозная проплавка любой заготовки за один заход с возможностью создания равномерного шва по всей длине).

Плазменно-дуговой тип (применяется ионизированный газ). Воздушно-плазменное оборудование (применяется исключительно для резки – выплавление плазмой, выдувание фрагментов материала). Ручной режим работы. Полная автоматизированность.

Модели популярных производителей

Цены на такого рода оборудование могут как порадовать, так и огорчить. Всё завит от уровня личных притязаний, финансовых возможностей. В фотокаталогах встречаются следующие модели, пользующиеся доверием покупателей:

• Мобильный сварочный аппарат ТМ Горыныч (легко переносится, работает как от бытовой сети, так и генератора. Плазмообразующая среда – смесь воды и спирта).
• Сварочные аппараты ТМ Мультиплаз (также относится к водноплазменному типу, отличаются малым весом, не используется трансформаторное и компрессорное оборудование).
• Компактное надежное устройство Плазариум SP3 (работает как инвертор, имеет датчики температуры для контроля состояния перегрева).

Технология плазменной сварки

Существенно отличается от других ее видов. Плазменная сварка является самым безопасным видом сварки. Не используются взрывоопасные кислородные баллоны, не выделяются в атмосферу вредные вещества. Однако проводить работы лучше в большом гараже или на свежем воздухе.

Для того чтобы провести плазменную сварку своими руками понадобится:

• Моток присадочной проволоки;
• Плазменный сварочный аппарат;
• Пачка электродов.

В процессе работы нужно следовать следующим рекомендациям:

• Выполняется конусообразная заточка электродов, длиною 5 мм/с притупленным острием.
• Во время их установки проследить, чтобы их центральная ось и плазмообразующей насадки – совпадали.
• Подготавливается сварочный стык (зачищается поверхность реза, обезжиривается).
• Обеспечить совпадение стыков, скрепляя их сборочными приспособлениями.
• Защитный газ подается до пробуждения дуги, отключается через несколько секунд после ее обрыва.
• Плазменная горелка держится не дальше сантиметра от заготовки.
• Важно суметь удержать плазменную дугу на протяжении всего процесса.
• При обрыве дуги необходимо зачистить шов до 20-ти миллиметров к месту обрыва.
• Следить, чтобы металл не перегревался, вовремя его охлаждать используя сжатый воздух.
• Для придания швам правильной формы используйте присадочную проволоку.

Есть еще масса мелочей, которые нужно учитывать в процессе работы. В конечном счете, сварить нужные детали, конструкции, используя плазменный аппарат не так уж сложно. Опыт в такого рода делах очень важен.

При наличии подходящего оборудования, соблюдении правил пожарной безопасности сам процесс работы доставит огромное удовольствие.