Плазменная сварка и применение роботизированных систем

Плазменная сварка является сегодня одной из самых высокопроизводительных, что делает ее востребованной в различных отраслях промышленности. Применяемая при этом плазменная дуга представляет собой мощный и весьма гибкий инструмент, позволяющий добиваться высокой скорости и качества работ на фоне относительно небольших затрат. Таким образом, плазменная сварка – неплохая альтернатива лазерному и электронно-лучевому способам как более сложным и дорогим.

Что такое плазменная сварка?

Плазма представляет собой газ, который частично или полностью ионизирован. В его составе также содержатся электрически заряженные электроны и нейтральные молекулы и атомы. В сравнении с обычной дугой плазменная дуга имеет более высокую температуру и обладает более значительным запасом энергии. Чтобы повысить температуру и мощность обычной дуги, превратив ее в плазменную, необходимо: 1) сжать дугу; 2) принудительно вдуть в нее плазмообразующий газ.

Процесс сжатия дуги осуществляется в плазмотроне (специальном устройстве, стенки которого интенсивно охлаждаются водой). В результате достигается уменьшение поперечного сечения дуги и возрастает количество энергии на единицу площади – то есть ее мощность. Сравним: если температура обычной дуги, горящая в атмосфере аргона и паров железа, составляет от 5 до 7 тысяч градусов по Цельсию, то аналогичный показатель плазменной дуги на порядок выше и достигает 30 тысяч градусов.

Вдувание плазмообразующего газа в область дуги осуществляется одновременно со сжатием последней. Дуга его нагревает, в ходе чего он ионизируется. Результатом теплового расширения газа становится его увеличение в объеме от 50 до 100 раз, что заставляет его с высокой скоростью истекать из сопла плазмотрона. При этом в дуге выделяется тепловая энергия, которая дополняется кинетической энергией движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа. Вот почему плазменная дуга – это более мощный (в отличие от обычной дуги) источник энергии.

«Плазма» и ее разновидности

Существует три разновидности плазменной сварки: 1) микроплазменная, 2) на средних токах, 3) на больших токах. Разница между ними – в силе тока: в первом случае I св равно 0,1–25А, во втором – 50–150А, а в третьем 1 св превышает 150 А.

Микроплазменная сварка. Высокая степень ионизации газа в плазмотроне позволяет плазменной дуге гореть даже при весьма незначительных уровнях тока (начиная от 0,1 А). Это позволяет использовать микроплазменную сварку в качестве эффективного способа для сварки изделий небольшой толщины (в пределах 0,05-1,5 мм). Преимущества малоамперной сжатой дуги – энергия высокой концентрации и иглоподобной форма вкупе с малой зоной термического влияния. Все эти факторы способствуют снижению показателей деформации изделий, если сравнивать с аргонодуговой сваркой, на 25-30%.

Возможности микроплазменной сварки таковы, что позволяют сваривать тонкие листы цветных металлов, а также никеля, циркония и титана, нержавеющей стали, сплавов золота и серебра. Она же нашла свое успешное применение в области производства тонкостенных емкостей и труб, при приварке к массивным деталям сильфонов и мембран, соединении термопар, фольги. Трудно переоценить возможности микроплазменной сварки в производстве электроники и медицинского оборудования, изготовлении ювелирных изделий.

Плазменная сварка на средних и больших токах. Эти разновидностиво многом идентичны аргонодуговой сварке с вольфрамовым электродом. Вместе с тем они значительно эффективнее, поскольку имеют более высокую мощность дуги, а площадь нагрева при этом ограничена.

Если сравнивать плазменную дугу с обычной дугой и лазерным либо электронным лучом, то она по своим энергетическим характеристикам находится в промежуточном положении между ними. Обеспечивая в отличие от обычной дуги (и это при меньшей ширине шва!) более глубокое проплавление. Сварочные работы могут осуществляться как с применением присадочной проволоки, так и без нее.

Плазменная сварка на токах более 150A, будучи эквивалентной 300-амперной дуге сварки неплавящимся электродом, оказывает на металл еще большее силовое воздействие. Данный способ называют «сваркой проникающей дугой», поскольку при нем свариваемые элементы полностью проплавляются по толщине и образуется небольшое отверстие. Через него происходит удаление раскаленных газов и пара за нижние края свариваемых элементов. Расплавленный дугой металл при стекании по стенкам свариваемых элементов удерживается на них силами поверхностного натяжения. Подобная технология позволяет обходиться без применения подкладок.

Способ сварки проникающей дугой на токах от 100 до 300 ампер особенно эффективен при сварке металлических поверхностей с повышенным натяжением – к примеру, нержавеющей стали и титановых сплавов толщиной 3-15 мм.

Плазменная сварка с использованием роботов

Максимальная производительность и качество плазменной сварки возможны только в том случае, если используются автоматические системы и комплексы, поскольку высокая скорость сварочного процесса накладывает свои ограничения при ее использовании в ручном режиме (исключение – микроплазменная сварка).

Плазменная технология широко применяется для сваривания на стыковых соединениях продольных либо кольцевых швов различных изделий из нержавеющей стали, сплавов из алюминия и титана. Использование здесь соответствующих автоматических установок представляет собой идеальное технологическое решение, так как на них можно осуществлять сварку, не обрабатывая предварительно кромки материалов и металлов с ограниченной свариваемостью. При этом обеспечиваются как высокая производительность, так и качество получаемого продукта.

Новые возможности плазменной сварки

Если говорить о востребованности технологии плазменной сварки, то большую распространенность она получила при производстве трубопроводного оборудования, а также в нефтехимической промышленности. Совместное применение сварки проникающей дугой и сварочных колонн консольного типа дает отличные результаты, а именно: обеспечиваются высокая производительность и качество в процессе изготовления реакторов, теплообменников, емкостей и ряда других изделий из низко- и высоколегированных видов стали, в том числе и алюминия.

Благодаря современным роботизированным технологиям применение плазменной сварки получает поистине новые возможности. Ведь сложные сварные соединения, прежде выполнявшиеся только вручную, теперь отданы «на откуп» роботизированным системам и, как показывает практика, они справляются с этими задачами более чем успешно. Использование роботов позволяет добиться высокой скорости и точности при выполнении операций, что позволяет плазменной сварке выходить на новую, более эффективную степень производительности.

По материалам: Высокопроизводительные сварочные системы на основе плазменных процессов