Объяснение плазменных дуг: определение, как они формируются и использование резки и сварки

Краткий ответ: плазменная дуга — это электрический разряд, который проходит через столб ионизированного газа, а не через твердый металл. Сжатая небольшим соплом, эта колонна превращается в струю с температурой примерно 15 000–30 000 °C — достаточно горячей, чтобы расплавить любой конструкционный металл — и это единственное свойство объясняет, почему один физический эффект может как прорезать 40-миллиметровую пластину, так и создать чистый корневой проход в 6-миллиметровой трубке из нержавеющей стали.

Если вы заказываете, покупаете или запускаете производственное оборудование, полезный вопрос редко заключается в том, что такое плазменная дуга, и почти всегда какая дуга вам нужна, при каком токе, с каким газом и на каком станке. Ниже приводится определение, как формируется дуга, варианты, которые фактически появляются в цеху, где режимы резки и сварки различаются, а также спецификации, о которых стоит обсудить с поставщиком, прежде чем подписывать заказ на поставку.

Что на самом деле представляет собой плазменная дуга

Плазменная дуга — это длительный электрический разряд, в котором проводящий путь представляет собой газ, нагретый до тех пор, пока он не разделится на свободные электроны, положительные ионы и нейтральные частицы. После зажигания дуги не требуется механического контакта между электродом и заготовкой.

Две конструктивные особенности отличают его от аргонодуговой сварки TIG или дуговой сварки. Дуга сжимается механически: медное сопло пропускает разряд через узкое отверстие, поднимая плотность тока и температуру ядра намного выше, чем у дуги свободного горения. Электрод располагается внутри корпуса горелки, вдали от заготовки, поэтому сварочную ванну или поверхность разреза защищает защитный газ, а не атмосфера дуги.

Полезные рабочие цифры при сравнении котировок:

• Температура ядра: примерно 15 000–30 000 °C.
• Диаметр столба дуги: около 1–5 мм, зависит от размера отверстия, расхода газа и тока.
• Диапазон резки: 30–400 А, охватывает тонкий лист до углеродистой стали толщиной около 50 мм; Системы высокой четкости достигают большего в области нержавеющей стали.
• Диапазон сварки: микроплазма толщиной примерно 0,1 мм и выше; Замочная сварка примерно до 10–12 мм за один проход.

Как формируется дуга, шаг за шагом

Формирование происходит в фиксированной последовательности, и неисправность на любом этапе проявляется либо в виде неудачного запуска, либо в виде дуги, которая отказывается оставаться стабильной.

1. Газ прокладывает путь. Сжатый воздух, азот, аргон или смесь аргона и водорода проходят через горелку с контролируемой скоростью и закручиваются.
2. Начинается ионизация. Высокочастотная искра или кратковременный контакт электрода с соплом высвобождают первые электроны.
3. Ток берет верх. Источник постоянного тока поддерживает разряд, и высокочастотная цепь отключается.
4. Сужение и коллимация. Сопло и газовый вихрь сжимают дугу в концентрированное энергетическое пятно.
5. Перенос на заготовку. При резке и плазменно-дуговой сварке корень дуги прикрепляется к пластине, а обратный путь проходит через рабочий провод; до этого момента это всего лишь пилотная дуга.

Варианты плазменной дуги, с которыми вы встретитесь

Большинство производственных ошибок связано с путаницей этих режимов. Они не взаимозаменяемы, а двойная дуга – это вообще не процесс, а повреждение, происходящее в реальном времени.

Резка и сварка: одна и та же дуга, разные режимы работы

Одно семейство блоков питания может обслуживать оба устройства, но рабочее окно совершенно разное. Резка максимизирует плотность энергии и поток газа, поэтому струя выдувает расплавленный металл из реза; Сварке нужен столб с низкой турбулентностью и жестким контролем, который плавится, не пробивая отверстия. Совмещение двух рабочих циклов — самый быстрый способ сжечь расходные материалы.

Где плазменные дуги зарабатывают себе на жизнь

Везде, где необходимо разрезать или сварить круглое соединение, механизированная плазменная дуга выигрывает в повторяемости: резервуары для хранения и сосуды под давлением, катушки технологических труб, секции ветряных башен, двутавровые балки и конструкционная сталь, а также тонкий лист для приборостроения и аэрокосмической промышленности.

Танко-снарядные работы — классический случай. Головка плазменной или погруженной дуги движется вдоль шва, в то время как оболочка поворачивается под ней, поэтому корень дуги при каждом проходе приземляется в одном и том же месте. Это накладывает нагрузку на само вращение — биение ролика, плавность хода и удержание скорости — все это непосредственно отражается на внешнем виде борта. Подходящие ротаторы с гидравлическим подъемом подходят для сосудов большинства диаметров среднего размера; обоснование этого выбора изложено в этой заметке о том, как сварочные вращатели меняют производство резервуаров и труб .

Сварочный ротатор 40T с гидравлическим подъемом и ручным орбитальным перемещением Обеспечивает сборку и сварку цилиндрических заготовок массой 40 тонн, с гидравлической регулировкой высоты, ручным перемещением рельсов и регулируемой скоростью вращения для швов резервуаров и резервуаров. Посмотреть продукт →

Не каждая заготовка имеет цилиндрическую форму. Для корпусов насосов, рам и корпусов клапанов сварочный позиционер переводит соединение в плоское или горизонтальное положение, которое предпочитает суженная дуга, а наклон и вращение с сервоприводом удерживают угол в пределах долей градуса, что важно, когда замочная скважина имеет ширину всего несколько миллиметров.

Сварочный позиционер 1T с сервоуправлением Сервопозиционер весом одной тонны для нецилиндрических деталей, обеспечивающий наклон на 0–105° и непрерывное вращение на 360° для поддержания выравнивания горелки при автоматизированной сварке. Посмотреть продукт →

Длинные прямые швы обычно обрабатываются с помощью горелки, закрепленной на колонне и стреле над станиной или набором роликов. Электрическое орбитальное движение позволяет головке свободно поворачиваться для загрузки и возвращаться к тому же запрограммированному углу, что сокращает время переналадки между деталями.

4030 Колонна и стрела по индивидуальному заказу с электрическим орбитальным движением Специализированная колонна и стрела для автоматической сварки с электрическим орбитальным перемещением для позиционирования длинных прямых швов и настройки скорости между деталями. Посмотреть продукт →

Производство ветряных башен сочетает в себе все три: обечайки насаживаются на вращатели, продольные швы проходят под стрелой, а дуговой процесс — плазменный, под флюсом или гибридный — выбирается по проплавлению и скорости движения. Компромисс процесса описан в этой статье на технология сварки для ветроэнергетики .

Что проверить перед покупкой

Качество плазменной дуги определяется в спецификации, а не в демонстрационной части. Шесть пунктов имеют наибольшее значение.

• Рабочий цикл при вашем реальном токе. Машина на 200 А с нагрузкой 60 процентов отличается от машины с нагрузкой 100 процентов.
• Охлаждение резака и стоимость расходных материалов на метр реза. Горелки с водяным охлаждением стоят дороже и служат значительно дольше при токе выше примерно 100 А.
• Газоснабжение и чистота. Загрязнение и падение давления являются двумя наиболее распространенными причинами нестабильности дуги.
• Точность движения. При механизированной сварке ищите позиционирование сервопривода с точностью ±0,1 мм или выше и повторяемую скорость под нагрузкой.
• Грузоподъемность с запасом. Подберите ротаторы и позиционеры для самой тяжелой заготовки плюс инструмент, а не для средней детали.
• Сертификация и документация. Маркировка CE, протоколы испытаний и посещение завода расскажут вам больше, чем просто брошюра.

Диагностика распространенных неисправностей плазменной дуги

Большинство неисправностей имеют короткий список причин, и самое дешевое решение обычно является правильным.

• Окалина на нижней стороне реза: слишком низкая скорость движения, слишком низкий ток или слишком большое зазор.
• Двойная дуга: изношенное или неправильное сопло, недостаточное зазор или влага в газопроводе.
• Короткий срок службы расходных материалов: плохой поток охлаждающей жидкости, загрязненный газ или прожигание на слишком низкой высоте.
• Блуждание дуги или схлопывание замочной скважины при сварке: неправильная подача газа, накопление магнитного поля в заготовке или неподготовленный зазор соединения.
• Пористость в сварных швах PAW: потеря защитного покрытия, поглощение водорода или слишком большая длина дуги.

Часто задаваемые вопросы

Плазменная дуга горячее, чем дуга TIG?

Да, обычно в два и более раз. Свободно горящая дуга TIG имеет температуру около 10 000–11 000 ° C, а суженная плазменная дуга достигает 15 000 ° C и выше. Преимущество не только в тепле, но и в концентрации: энергия поступает узким столбиком.

Может ли плазменная дуга разрезать любой материал?

Нет. Для резки переносной дугой требуется электропроводящая заготовка, поскольку ток должен возвращаться через рабочий провод. Стекло, керамику и большинство пластиков таким способом разрезать невозможно.

Зачем горелке нужна вспомогательная дуга?

Пилотная дуга ионизирует газовый путь при слабом токе, поэтому основная дуга может передаваться в тот момент, когда горелка достигает пластины. Это также позволяет зажигать горелку на окрашенных, ржавых или покрытых поверхностях, которые в противном случае могли бы прервать запуск.

Является ли плазменно-дуговая сварка всего лишь разновидностью TIG?

Нет. TIG позволяет дуге свободно распространяться, в то время как PAW проталкивает ее через сопло. В результате получается более плотный столбик, режим «замочной скважины» для однопроходного проникновения и гораздо меньшая чувствительность к длине дуги.

Работает ли плазменная резка под водой?

Да. Подводная резка снижает шум, дым и ультрафиолетовое излучение, поэтому она широко распространена на верфях и заводах по резке нержавеющих или окрашенных листов.

Итог

Плазменная дуга представляет собой ограниченный разряд через ионизированный газ, и ее две промышленные задачи — резка и сварка. Для резки необходима максимальная плотность энергии и поток газа; для сварки требуется устойчивая и точно расположенная колонна. Между ними находится механика — вращатели, позиционеры и стрелы колонны, которые удерживают основание дуги именно там, где, согласно процедуре, оно должно находиться. Установите правильные параметры дуги, затем сделайте движение повторяемым, и процесс станет предсказуемым шаг за шагом.