Принципы процесса, характеристики дуги

Температура столба дуги - плазмы зависит от многих факторов, в том числе от упругих соударений частиц в ней. Чем их больше, тем выше температура. Пропустим дугу через наконечник, охлаждаемый водой, и заставим столб дуги сжаться, т. е. уменьшить свое сечение. Сварочный ток и количество электронов, проходящих по сечению столба дуги, не изменится, но количество упругих и неупругих соударений частиц увеличится. Температура столба дуги и степень ионизации возрастают. Плазма становится более высокотемпературной и в определенных условиях может достигать температур до 20 000° С. Плазму по сечению можно разделить на три зоны: приосевая зона столба дуги — сильно ионизированный газ, периферийная зона столба дуги — менее нагретый и частично ионизированный газ и третья зона — холодный газ, образующий тонкую кольцевидную оболочку, которая предохраняет дугу от непосредственного контакта со стенками канала наконечника.

При сварке сжатой дугой происходит следующая картина: центральная часть столба дуги проникает через всю толщину металла, образуя сквозное проплавление. Горячие газы пери ферритной зоны не обладают достаточной температурой и кинетической энергией для такого же проплавления. Они образуют обыкновенную сварочную ванну в виде чаши. Поэтому при плазменной сварке толщин больше 4—5 мм в поперечном сечении проплавление имеет форму «рюмки».

При плазменной обработке металла диаметр канала наконечника и расход плазмообразующего газа является элементами режима. Чрезмерное уменьшение диаметра канала наконечника или значительное увеличение количества плазмообразующего газа приводит к двойному дугообразованию, когда одновременно горят две дуги: одна между вольфрамовым электродом и наконечником, другая — между наконечником и изделием. Это приводит к разрушению наконечника.

Поэтому дополнительное сжатие плазменной струи производится газами на выходе ее из канала мундштука («газовая фокусировка») (рис. 20).

Рис.20.

Одной из особенностей сварки сжатой дугой, которая обычно производится на весу, является образование проплавления типа замочной скважины. Проплавление такого типа характеризуется образованием малого отверстия, которое вместе с плазменной струей перемещается вдоль шва. Расплавленный металл располагается непосредственно позади этого отверстия (за счет сил поверхностного натяжения) и образует шов. При оптимальных режимах (сила тока, количество плазмообразующего газа, диаметр канала мундштука и т. д.) с обратной стороны шва получается валик шириной 1—Змм и высотой 0,5—1,5мм, он указывается на сплошное проплавление.

При сварке сжатой дугой стыковых соединений толщиной до 10—15 мм сварку можно вести за один проход без присадочной проволоки и без разделки кромок. Получается сквозное проплавление, шов выпуклости не имеет. При сварке соединений больших толщин следует производить подготовку кромок с суммарным углом раскрытия 30° и притуплением 7—10 мм, сборку производят без зазора. Первый проход выполняют без присадочного материала со сквозным проплавлением, последующие проходы производят с применением присадочного материала: его можно вводить в начале и в конце сварочной ванны. При этом плазменную струю следует отрегулировать так, чтобы не было сквозного проплавления, и процесс шел аналогично аргоно-дуговой сварке.

Сжатой дугой можно сваривать соединения толщиной 0,1 мм и меньше. В этом случае уже при токе в 1 А образуется плазменная струя, которая имеет игольчатую форму. Горелки для сварки таких толщин рассчитаны на ток до 7 А. Режимы механизированной сварки сжатой дугой без разделки кромок за один проход для различных материалов приведены в табл. 9.

Таблица 9. Режимы механизированной сварки сжатой дугой без разделки кромок за один проход.