Plazmové svařování: vlastnosti a vybavení

O čem to je? Plazmové svařování je relativně nový způsob spojování dílů, který je stále populárnější. Je to podobné jako u oblouku, ale teplota plazmatu je vyšší, takže můžete pracovat s větším množstvím materiálů.

Co hledat? Existuje několik metod plazmového řezání, které se liší proudovou silou a typem zpracování. V souladu s tím je výběr založen na stanovených úkolech.

Problémy diskutované v materiálu:

• Princip činnosti plazmového svařování
• Druhy plazmového svařování
• Klady a zápory plazmového svařování
• Plazmový svařovací stroj
• Aplikace plazmového svařování
• Pravidla pro použití plazmového svařování

Princip činnosti plazmového svařování

Technologie plazmového obloukového svařování je založena na intenzivním ohřevu a tavení materiálu hran spojovaných dílů pomocí plazmy. Ionizovaný plyn se vyrábí hořením svařovacího oblouku za podmínek vysokého tlaku. Pomocí plazmových hořáků nebo hořáků, které jsou vybaveny plazmovými svařovacími stroji, se provádí svařování a řezání obrobků z téměř všech kovů periodické tabulky prvků Mendělejeva.

Metoda je navíc vhodná pro práci s nekovovými součástmi, které mají potřebné fyzikální a chemické vlastnosti – adhezi, schopnost reagovat s jinými látkami atd.

Jak se plazmové svařování liší od jiných svařovacích technologií? Při svařování je plazmový paprsek vystřelován z hořáku do oblasti svarové lázně. Často se vytváří dodatečný ochranný oblak inertního plynu, aby se zabránilo kontaktu roztaveného kovu s atmosférickými plyny, což umožňuje vytvořit chemicky neutrální prostředí.

Malé množství tepelné energie vstupuje do oblastí přiléhajících k pracovní oblasti a hlavní část tepla je dodávána plazmovým paprskem do svarové lázně.

Tělo pracovního nástroje je vyrobeno z oceli a anoda je vyrobena z mědi. Chladicí voda se přivádí do speciální dutiny, kterou je měděná elektroda vybavena, a směs plynu napájející oblouk vstupuje do prostoru mezi elektrodami pod vysokým tlakem (od 2 do 5 atmosfér).

Ionizace paprsku plynu v plazmatronech nastává v důsledku zahřívání při hoření elektrického oblouku. Tepelná expanze způsobuje zvýšení objemu plynu, který může být 50 až 100krát, a je vystřikován z trysky vysokou rychlostí. V důsledku toho se díky tepelné a kinetické energii vytváří silný tok energie během svařování plazmovým obloukem. Hořáky obvykle používají stejnosměrný proud.

Druhy plazmového svařování

Různé technologie plazmového svařování kovů se od sebe mohou lišit typem zpracování, velikostí svařovacího proudu a způsobem spojování.

V závislosti na typu zpracování se rozlišuje svařování, které se provádí pomocí:

• oblouk, který je vytvořen mezi netavitelnými elektrodami a povrchem svařovaných dílů;
• proud, který se tvoří mezi netavitelnou elektrodou a špičkou hořáku.

V závislosti na hodnotě proudu může být svařování:

• mikroplazma – provozní proud ne více než 25 A;
• střední proudy – provozní proud do 150 A;
• provozní proud nad 150 ampér.

Podle typu připojení ke zdroji elektrického proudu plazmového svařovacího stroje a jeho hořáku se rozlišují plazmové hořáky:

• přímá akce;
• nepřímá akce.

Všechny uvedené odrůdy této technologie jsou pro svou jedinečnost žádané v různých oborech. Podívejme se na ty nejpoužívanější.

Mikroplazmové svařování

Tato technologie se používá pro svařování tenkostěnných dílů, trubek a plechů do tloušťky 1,5 mm. Metoda je oblíbená i mezi klenotníky. Mikroplazmové obloukové svařování je jednou z nejpoužívanějších technologií založených na využití plazmové energie.

Pracovní plazmový paprsek při svařování dílů touto metodou má průměr menší než 2 mm. Svařování se provádí díky vysokému tepelnému záření silného svařovacího oblouku. Pro práci se nejčastěji používá argon, méně často směs, která obsahuje kromě argonu v malém množství helium.

Přímé plazmové svařování

Schéma připojení k elektrickému zdroji je extrémně důležité při svařování metodou plazmového oblouku.

Tato technologie plazmového svařování je hlavní. Ke svařování obrobků dochází vlivem tepelné energie plazmatu, která vzniká v prostoru oddělujícím netavnou elektrodu od spojovaných dílů. Postupným buzením svařovacího oblouku vzniká pilotní paprsek, který se při kontaktu s povrchem obrobku změní v přímý oblouk. Metoda umožňuje použití střídavého i stejnosměrného proudu.

Tato technologie je vynikající pro řezání kovových a nekovových obrobků, svařování a navařování kovů. Přímé plazmové svařování je široce používáno jak v průmyslu, tak v každodenním životě.

Vzhledem k vysoké teplotě plazmatu při svařování je nutné řídit ohřev hořáku. Přehřátí je velmi vzácné, ale pokud k němu dojde, je třeba svařování dočasně zastavit. Zařízení musí být zkontrolováno, aby se zjistily možné poruchy. Pokud není možné problém vyřešit sami, měli byste kontaktovat specializovanou opravnu nebo vyměnit zařízení za nové.

Nepřímé svařování

Od předchozí technologie se tato technologie odlišuje tím, že k vytvoření oblouku dochází v prostoru oddělujícím špičku hořáku od elektrody. Dále směs plynů pod vysokým tlakem vytlačí plazmu z trysky a vytvoří silný paprsek.

Při tomto typu zapálení oblouku má plazmový paprsek výrazně nižší teplotu než v případě přímého působení. Tato vlastnost umožňuje použití technologie nepřímého působení pro svařování a řezání obrobků vyrobených z materiálů, které slabě vedou elektrický proud.

Výkon plazmového paprsku závisí na tlaku plynné směsi, což umožňuje použít metodu nepřímého působení při nástřiku kovových a ohřívacích dílů.

Vlastnosti švů přímo závisí na tom, který režim je vybrán pro práci. Hlavními kritérii výběru jsou v tomto případě materiál obrobků, typ přívodu elektrického proudu a průměr plazmového paprsku.

Klady a zápory plazmového svařování

Technologie svařování a řezání plazmovým obloukem je velmi žádaná při montáži a instalaci velkých i malých konstrukcí. Mezi výhody metody patří:

1. vysoká teplota plazmového paprsku dosahující až +300 000 °C;
2. malý průměr oblouku;
3. vysoká rychlost svařování, která je u dílů s tloušťkou stěny od 50 do 200 mm třikrát vyšší než rychlost svařování plynovým hořákem;
4. není potřeba další zpracování hotových švů;
5. vysoká přesnost svařování;
6. použitelnost metody pro práci s jakýmikoli kovy – můžete připojit ocelové, měděné, hliníkové, litinové díly;
7. nepřítomnost deformace, a to i při práci s částmi složité konfigurace;
8. schopnost pracovat s neupravenými povrchy obsahujícími skvrny od barev atd.;
9. nákladová efektivnost technologie;
10. bezpečnost, nepřítomnost toxických emisí a výbušných plynů.

Mezi nevýhody metody patří:

1. rozptyl části energie v okolním prostoru;
2. potřeba plynu tvořícího plazmu;
3. potřeba vodního chlazení zařízení;
4. vysoké náklady na plazmové svařovací stroje.

Plazmový svařovací stroj

Zařízení pro ruční plazmové svařování je malá jednotka o hmotnosti do 10 kg, jejíž „náplň“ těla zahrnuje řídicí jednotku, usměrňovač proudu a transformátor. K plazmovému hořáku jsou hadicemi připojeny lahve s pracovními plyny – plazmotvornými a inertními, které slouží k vytvoření ochranného prostředí. Z přístroje vychází hadice, kterou jsou plyny přiváděny do hořáku. Chladicí kapalina chrání plazmový hořák před přehřátím.

Externě je tato instalace podobná střídači. Nejjednodušší zařízení jsou kompaktní a váží asi 5 kg a dokonce i začínající svářeč může snadno zjistit jejich nastavení.

Na trhu jsou i dražší modely s doplňkovými funkcemi, které lze použít k pájení, leštění, oxidaci a kalení kovových obrobků. Výkon zařízení začíná na 12 ampérech a cena je přibližně 30 000 rublů. Nejvýkonnější (až 150 ampér) plazmatrony mohou stát od 40 000 do 150 000 rublů. Existují profesionální modely, jejichž cena může být více než milion rublů.

Aplikace plazmového svařování

Svařování plazmovým obloukem umožňuje pracovat s širokou škálou kovů a slitin, například s:

• titan a jeho slitiny;
• hliník a jeho slitiny;
• hořčík a jeho slitiny;
• měď a její slitiny;
• wolfram;
• vysokolegované, nízkolegované nebo nelegované oceli;
• litina;
• slitiny niklu;
• různé kovy s nízkou elektrickou vodivostí;
• jiné materiály.

Technologie plazmového svařování jsou žádané především v průmyslové výrobě, což je způsobeno vysokou cenou zařízení a nutností proškolit svářeče. Ze stejných důvodů je obtížné individuální a domácí použití plazmového obloukového svařování.

Plazmové svařování je široce používáno v široké škále výrobních oblastí. Takové technologie jsou nejvíce žádané tam, kde je vyžadována vysoká kvalita svarů a větší přesnost, například při výrobě přístrojů, výrobě letadel, kosmickém průmyslu, při výrobě lékařského vybavení a mnoha dalších.

Pravidla pro použití plazmového svařování

Svařování technologií plazmového oblouku provádějí svářeči se zvláštním schválením. Při svářečských pracích je třeba přísně dodržovat bezpečnostní opatření.

Při zahájení práce s plazmovým hořákem musíte:

1. připravit pracoviště a zajistit dostupnost speciálních oděvů a osobních ochranných pracovních prostředků;
2. ujistěte se, že všechny prvky svařovacího zařízení jsou v dobrém stavu, zkontrolujte tlak v lahvích s plazmotvorným a ochranným plynem;
3. nastavit sníženou proudovou sílu pro práci s hliníkovými slitinami;
4. sfouknout hořák;
5. Začínajícím svářečům se doporučuje začít pracovat s bezpečnějším mikroplazmovým svařováním;
6. nastavte požadovaný režim a nastavení zařízení.

Normy bezpečnosti práce pro plazmové svařování:

1. Abyste předešli úrazu elektrickým proudem, musíte použít dielektrickou podložku. Ujistěte se, že izolace kabelu je neporušená.
2. Pro ochranu sluchu musíte použít sluchátka, špunty do uší nebo protihlukovou masku, protože při zvýšení proudu je práce doprovázena silným hlukem.
3. Pracoviště svářeče musí být vybaveno místním odsáváním k ochraně dýchacího ústrojí před škodlivými výpary a plyny.
4. Orgány vidění musí být chráněny speciálními brýlemi se světelnými filtry.

Práce s neželeznými kovy

Svařování takových kovů vyžaduje relativně nízkou teplotu, ale elektrický oblouk musí mít dostatečně vysoký výkon kvůli vysoké tepelné vodivosti materiálu.

Svařovací práce může komplikovat oxidace kovu při kontaktu s kyslíkem. Většinu těchto oxidů lze redukovat.

Stačí, když jsou v plazmě přítomna organická radikálová okysličovadla – vodně-alkoholové nebo acetonové roztoky.

Tenkostěnné kovy

Svařování a řezání tenkých kovových obrobků vyžaduje udržení určité vzdálenosti mezi hořákem a svařovanými hranami. Pokud přiblížíte trysku, hrozí vysoké riziko popálení. Plazmové svařování vyvíjí větší tlak na obrobek než konvenční svařování. Zpravidla používají svařovací proud od 12 do 14 ampér, méně často nastavují nižší hodnoty.

doporučené články

• Technologie galvanizace kovů: přehled moderních metod
• Řezání kovů plynem: základní technické nuance
• Venkovní reklamní stavby: typy, požadavky, materiály, fáze výroby

Příslib technologií plazmového obloukového svařování je dán tím, že se optimálně hodí pro instalaci tepelných systémů a výrobu elektroniky. Rostoucí zájem o tento typ svařování je dán tím, že se stále používá v nových oblastech.

Vedoucí obchodního oddělení

Nejnovější články tohoto autora:

• Six Sigma a Lean Manufacturing: Lean Six Sigma jako způsob, jak zlepšit efektivitu podnikání
• Eloxování kovů: metody, vlastnosti, výhody
• Žíhání oceli: druhy, technologie, možné vady
• Výrobky z kovové sítě: všestrannost použití

Plazmové svařování (PAW svařování – Plasma Arc Welding) je svařování tavením kovu, jehož ohřev se provádí usměrněným proudem stlačeného ionizovaného plynu (plazmy).

Tato technologie je známá již od dob Sovětského svazu – 80. let minulého století prošla na Západě výrazným rozvojem a za dobu své existence prošla mnoha změnami k lepšímu.

Například se začaly vyrábět zdroje invertorové, programovatelné, plazmatrony se znatelně zmenšily, rozšířily se technologické možnosti a chybí silný hluk, který byl dříve při svařování.

Průmyslový plazmový svařovací zdroj se skládá ze dvou invertorů – pomocného a hlavního. To je jeden z důvodů, proč jsou plazmové zdroje dražší než argonové obloukové zdroje. ALE zároveň mají velké výhody oproti svařování TIG.

Schéma klasického průmyslového plazmového svařovacího stroje

Pomocný invertor zapálí mezi wolframovou elektrodou a tryskou oblouk, který se následně vyfoukne a aktivuje se hlavní invertor, který již udržuje a reguluje svařovací proces. Je to díky přítomnosti nízkoampérového pomocného oblouku 3-15 A se provádí zapalování na plazmě vždy stabilní na rozdíl od svařování argonovým obloukem TIG. To je patrné zejména při svařování hliníku a při svařování/pájení pozinkovaných ocelí, kde se při svařování TIG ničí a kontaminuje elektroda, a při použití plazmy životnost elektrody je 30-40krát vyšší, protože elektroda je „skryta“ za plazmovou tryskou a navíc je vháněna stlačeným plynem argonu.

Díky přítomnosti plazmové trysky a přívodu stlačeného argonového plynu je svařovací oblouk stlačen, stane se úzce směrovaný a nehoří volně jako u TIG, proto se plazmové svařování někdy nazývá „svařování stlačeného argonu“. Vzhledem k tomu, že oblouk při svařování TIG je volný, dochází u TIG k problémům, kdy při překryvném svaru oblouk přechází na horní hranu, totéž se děje při svařování natupo, kdy je jeden plech upnut výše než druhý, v tomto případě – spálení nebo nedostatek vaření. U plazmy nedochází v důsledku stlačeného oblouku k propálení nebo nedostatečné penetraci.

Jednoduše řečeno, plazmové svařování je modifikované argonové obloukové svařování.

Z hlediska kvality zaujímá plazmové svařování právem pozici mezi argonovým obloukem a laserovým svařováním.

Rozdíly od ostatních typů svařování

Hlavní rozdíly mezi plazmovým svařováním a argonovým obloukem a poloautomatickým svařováním MIG/MAG jsou názorně znázorněny na obrázku. Použití plazmového svařování pomáhá řešit takové problémy, jako je tvorba rozstřiků a pórů, nedostatek průvaru a vysoká spotřeba svařovacího drátu, poškození elektrody a deformace produktu.

Druhy plazmového svařování

• Švy plazmové svařování
• Bodové plazmové svařování

Materiály ke svařování

— nerezové oceli
– nízkouhlíkové oceli
– pozinkovaná ocel
– titan
– měď, bronz, mosaz
— slitiny hliníku (pro zdroj PMI 350AC)
— u pozinkovaných ocelí je možný i proces pájení plazmou

Výhody technologie plazmového svařování

• zvýšení produktivity svařovacích procesů 2-3krát, rychlost svařování až 4 m/min;
• zlepšení kvality svarových švů, švy jsou užší, lze je svařovat s výztuží nebo bez ní;
• žádný rozstřik na rozdíl od poloautomatického svařování MIG/MAG a větší úspora svařovacího drátu, protože svařujeme bez řezání a proud a rychlost podávání drátu s plazmou jsou nezávislé;
• malá tepelně ovlivněná zóna v důsledku mechanického stlačení plazmovou tryskou, což má za následek mírné zahřátí základního kovu a minimalizaci deformace po a během svařování;
• hluboká penetrace v tupém spoji, penetrační obloukové svařování bez řezání do 8 mm . Ve srovnání s MIG a TIG nemá plazmové svařování v kvalitě a produktivitě v tloušťkách od 3 do 8 mm konkurenci;
• hladký povrch švů, který nevyžaduje další zpracování;
• vysoká spolehlivost zapálení hlavního oblouku díky přítomnosti pomocného oblouku;
• nepřítomnost wolframových vměstků ve svarovém spoji;
• vysoká životnost spotřebního materiálu.

Více podrobností o aplikaci a výhodách plazmového švového a plazmového bodového svařování naleznete v článcích: