Низкотемпературная плазма в металлургии
Краснов А.Н., Шаривкер С.Ю., Зильберберг В.Г.
Металлургия, 1970 г.
МИКРОПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА
Микроплазменная сварка игольчатой дугой разработана для соединения материалов толщиной от десятков микрон до 1 мм[193, 194]. Сварка производится постоянным током 0,1—10 а, зависимой или независимой дугой.
Как правило, плазмообразующим газом служит аргон, а в качестве защитного используют аргон, смесь аргона с гелием и водородом, углекислый газ, азот.
Оборудование для плазменной микросварки отличается от обычно применяемого для плазменной сварки более высоким (до 60 е) напряжением в сварочной цепи, вспомогательной (дежурной) дугой для создания необходимого количества ионизирующего газа и уменьшенным (обычно до 0,75 мм) диаметром выходного канала сопла плазмотрона [193].
При включении источника питания зажигается дежурная малоамперная дуга между вольфрамовым электродом и соплом. При подведении горелки к изделию на 1 — 1,5 мм эта дуга вытягивается и возбуждает основную дугу между электродом и изделием, которая обжимается потоком защитного газа и образует плазменную струю в виде иглы.
Длина игольчатой плазменной стали в 10 раз больше, чем при аргонодуговой сварке, и в то же время игольчатая дуга в 7—8 раз концентричнее (по данным [194], игольчатую дугу можно растянуть до 8—10 мм). Угол расхожде* ния игольчатой плазменной струи не превышает 6° [193].
Стабильность игольчатой плазменной струи обеспечивается тем, что ее вольт-амперная характеристика почти горизонтальна. Так, изменение тока до 10 до 1 α при аргоно-дуговой сварке приводит к изменению напряжения на 100%, а при микроплазменной на 5%.
Требования, предъявляемые к соединениям в процессе сборки и сварки, мало отличаются от обычных требований при аргоно-дуговой сварке. Так, при сварке стыковых швов зазоры не должны превышать 15% толщины свариваемыхкромок; превышение одной кромки над другой не должно быть > 20% их толщины. . Несоблюдение этих условий может привести к прожогам [194].
При невозможности обеспечить эти требования в условиях сборки необходимо сварку вести с присадочным материалом или применить стыковое соединение с отбор-товкой кромок (для толщин металла менее 0,125 мм).
Наилучшим соединением является торцовое. В ряде случаев целесообразно применять медные зажимы и подкладки для предотвращения протекания расплавленного металла в зазор.
Установлено [194], что при непрерывной микроплазменной сварке игольчатой дугой деформация металла на 25—30% меньше, чем при обычной аргоно-дуговой сварке, (на тех же токах), что является следствием уменьшения зоны разогрева. Это преимущество особенно важно при выполнении швов большой протяженности.
Микроплазменная сварка позволяет сваривать прецизионные изделия из нержавеющей стали, ковара, меди, титана, никеля и сплавов (инконель, хастеллой). В табл. 32 приведены, по данным [193], режимы сварки игольчатой дугой некоторых материалов. Во всех случаях расход аргона на плазмообразование составлял 0,017 м3/ч.
чина сигнала при этом достигает (в максимальном случае) ± 10 в, что вполне достаточно для управления перемещением плазмотрона.
Автоматизация процесса не снижает качества шва вследствие стабильности электрических характеристик игольчатой дуги и возможности обеспечить удовлетворительное качество сварки при отклонении от горизонтали на угол до 45 ° [193].
В работах [193, 194] приведен ряд примеров применения микроплазменной сварки для сварки сильфонов из нержавеющей стали, микроэлектронных диодных матриц из ковара, капилляров из нержавеющей стали без последующей рихтовки, корпусов реле, проволоки из титана и никеля.
При изготовлении фильтра из нержавеющей стали сварка игольчатой дугой обеспечила лучшее качество и производительность, чем пайка (на операции приваривания тончайшей проволочной сетки к корпусу из нержавеющей стали).
Очевидно, микроплазменная сварка может успешно конкурировать в ряде случаев с электроннолучевой, поскольку оборудование для нее значительно проще и дешевле.
Высокая степень концентрации тепловой энергии игольчатой плазмы позволяет использовать этот инструмент для исправления дефектов и ликвидации микропор в наружных слоях изделий. Так в работе [128] описано применение микроплазменной сварки для восстановления бракованных деталей арматуры (седла, золотники), рабочие части которых наплавлялись стеллитом марки взк.
Дефекты наплавленного слоя (микропоры, трещины, раковины) невозможно устранить обычными способами (газо-кислородных или дуговым нагревом) из-за малых размеров деталей, их деформации при нагреве и потере размеров.
Применение игольчатой дуги позволило осуществить местный нагрев и расплавление металла малого объема, не нарушая геометрии детали.
В случае заплавления незначительных дефектов дальнейшая механическая обработка детали не требуется, так как закристаллизовавшаяся микрованна имеет гладкую и ровную поверхность, свободную от окислов.