Plazmové svařovací stroje: hlavní typy, popis a srovnávací charakteristiky

Plazmové svařování je jedním z nejmodernějších typů svařování. Tento typ svařování se provádí pomocí plazmy, která probíhá v plynném prostředí za přítomnosti elektrického oblouku. Tento proces zahrnuje ionizaci pracovního plynu, který pod tlakem přechází do plazmového stavu.

Zvláštností procesu je, že svařování probíhá při velmi vysoké teplotě, dosahující 30 tisíc stupňů. Díky tomu je možné pomocí plazmového svařování svařovat díly velké tloušťky (až 9 mm) z obzvláště pevných kovů.

Struktura a hlavní typy zařízení

Zařízení pro plazmové svařování obecně zahrnují:

Hořák je složité zařízení, ve kterém je instalována elektroda, jsou zde potrubí pro přívod plynů a chladicí kapaliny a elektrický kabel, kterým je napájecí napětí přiváděno k elektrodě.

Konstrukce hořáku závisí na výkonu zařízení. U zařízení s nízkým výkonem se používají hořáky s výsuvnou katodou, kterou lze uzavřít k anodové trysce a pomocí ovládacího tlačítka vybudit oblouk.

Pro ruční plazmové svařování se používají hořáky, které vypadají jako pistole. Takové zařízení se pohodlně drží v rukou. Pro plazmovo-vodní svařování se používá hořák ve tvaru pistole s výbojovou komorou a zařízením na generování páry.

U výkonnějších zařízení se používají hořáky s pevnou katodou. Jejich hlavní části jsou:

Hořáky pro výkonná zařízení nemají rukojeti, protože jsou připevněny přímo k manipulátorům nebo svářecím strojům.

Invertory se nejčastěji používají jako zdroj energie v zařízeních, která téměř úplně nahradila transformátorové zdroje. Moderní pulzní měniče na IGBT tranzistorech poskytují stabilní provozní proud, který lze nastavit pro různé provozní režimy zařízení.

K tvorbě plazmatu se používá vzduch, kyslík, argon a dusík.

K ochraně svařovací lázně se používají inertní plyny – dusík, argon, alkohol nebo acetonové páry.

Kabelový svazek je určen k připojení zařízení k hořáku. Kabelový svazek obsahuje:

• hadice pro přívod pracovních a ochranných plynů;
• hadice pro přívod a odvod chladicí vody;
• hlavní přívodní vodiče;
• dráty pro zapalování oblouku;
• řetězce řídicích systémů.

U domácích spotřebičů jsou k hořáku připojeny pouze napájecí obvody. Proto v tomto případě mluvíme jednoduše o napájecím kabelu.

Přímé a nepřímé akční zařízení

V závislosti na způsobu hoření oblouku se rozlišují následující zařízení:

U prvního typu zařízení je elektrický oblouk buzen mezi elektrodou a svařovaným dílem. V tomto případě je oblouk zpočátku buzen při nízkých proudech mezi tryskou a dílem a po dotyku plazmy s dílem se vytvoří hlavní oblouk. Oblouk může být napájen buď stejnosměrným, nebo střídavým proudem. Oblouk je obvykle buzen pomocí přídavného oscilátoru.

U druhé metody svařování je zdroj energie připojen k elektrodě a trysce hořáku. V důsledku toho se mezi nimi vytvoří elektrický oblouk a na výstupu hořáku vzniká plazmový paprsek. Intenzita paprsku je regulována tlakem plynu. Vznik silného plazmového paprsku je vysvětlen skutečností, že plyn se při přechodu z jednoho skupenství do druhého rozpíná téměř 50krát. Tato metoda je méně běžná, i když má své výhody, a to:

• zajišťuje stabilní provoz při nízkých proudech;
• spotřeba plynu klesá;
• během provozu nedochází k žádnému stříkání.

Rozdělení zařízení podle výkonu

Plazmové svařovací stroje se dělí na typy v závislosti na jejich výkonu. V tomto případě se jako míra výkonu bere svařovací proud v plazmovém oblouku.

Existují různé typy zařízení, která fungují:

• při nízkém proudu (až 25 A);
• průměrný proud (až 150 A);
• při vysokém proudu (nad 150 A).

První typ zařízení (mikroplazma) pracuje s proudy od 100 mA do 25 A. Jedná se o relativně jednoduchá zařízení s průměrem trysky 1,3 až 3 mm a pracují na stejnosměrný proud. Taková zařízení používají jako pracovní plyn vodné roztoky alkoholu nebo acetonu. Katoda v takových zařízeních je vyrobena z mědi s přídavkem hafnia.

Mikroplazmové přístroje lze použít jak pro svařování šperků, tak pro řezání kovů o tloušťce až 9 mm.

Středněproudá zařízení (50-150 A) se používají hlavně k řezání kovů. Jako pracovní plyn používají vzduch. Taková zařízení mají složitější zdroje energie s režimem nízkého proudu pro vytvoření pilotního oblouku, hořák s legovanou wolframovou katodou. Pro spuštění oblouku se v takových zařízeních používají vysokonapěťové jednotky.

V průmyslu se používají zařízení s obloukem o proudu větším než 150 A. Používají wolframové katody dopované prvky vzácných zemin, které pomáhají snižovat práci elektronů. Taková zařízení jsou obvykle součástí robotických komplexů, které vykonávají práce v lodním stavitelství nebo jaderné energetice.

Popis zařízení

Na trhu existuje mnoho různých společností, které prodávají své produkty. Většina těchto produktů je však určena pro řezání kovů. Často jsou označovány jako plazmové svařovací stroje. Později se však ukáže, že jsou to řezačky. Na druhou stranu většina svářecích strojů má funkci řezání kovů. Například stroje Gorynych, Multiplaz 4000 a Plazarium SP3 kromě svařování dokáží také řezat kov. V tomto případě se jako plynotvorná kapalina používá voda.

Charakteristiky některých plazmových svařovacích strojů jsou uvedeny v tabulce.

Jméno	společnost	Proud, A	Rpot, kW	Plyn/Ochrana	VF zapalování	Hmotnost, kg	Cena, tisíc rublů
Gorynych, GP-37-10	ASpromt, Rusko	10	2,5	Voda + alkohol	_	5,4	29
Plazárium SP3	Plazárium, Rusko	4-12	2,6	Voda + benzín	_	6	68,9
Multiplaz 4000	Multiplaz, Rusko	10-180	4	Voda + alkohol	_	28	105
SBI PMI 50 TL Basic	SBI, Rakousko	0,5-50	5	Ar/Ar + He	+	47	Smlouva
Mikroplazma 20	Elektronická taneční hudba, Německo	0,1-20	50	Plyn	+	50	598
SBI PMI 500 TL	SBI, Rakousko	5-500	20	Ar/Ar + He	+	115	Smlouva

První tři zařízení se vyrábějí v Rusku. Jako plazmatvorné médium používají roztoky voda-alkohol (Gorynych a Multiplaz 4000) nebo voda-benzín (Plazarium SP3). První dvě zařízení lze klasifikovat jako mikroplazmový typ (plazmový proud menší než 25 A) a třetí zařízení lze považovat za zařízení se středním výkonem. Je třeba poznamenat, že každá společnost vyrábí celou řadu zařízení s různým výkonem. Například rodina zařízení Multiplaz zahrnuje výkonnější zařízení 7500 a 15000, která spotřebovávají více energie a mají větší hmotnost.

Níže uvedená tabulka ukazuje charakteristiky profesionálních zařízení od rakouských a německých firem. Zařízení řady PMI jsou určena pro bodové a švové svařování mikroplazmouSoftware zařízení ukládá až 50 provozních režimů jednotky. Řídicí jednotka slouží k provádění velkého množství automatických nastavení svařovacího cyklu, včetně proplachování plynem před a po svařování, nastavení režimu nastavení provozního proudu. Hlavní parametry svařování se zobrazují na dotykové obrazovce. Zobrazují se zde také chybové signály nebo varování. Je možné se připojit k počítači a proces ovládat na dálku. Taková zařízení mají vysokofrekvenční zapalovací zařízení oblouku.

Tabulka ukazuje charakteristiky zařízení SBI PMI 50 TL Basic a výkonnějšího SBI PMI 500 TL s maximálním plazmovým proudem 500 A. Takto výkonná zařízení se nejčastěji používají v robotických výrobních instalacích.

Více Pokročilejší jsou plazmové svařovací stroje, jako je Microplasma Německá společnost EDM. V prodeji je několik modelů s proudy až 20, 50 a 120 A. Tabulka ukazuje údaje pro zařízení typu Microplasma 20. Tento typ jednotky je určen pro mikroplazmové svařování stejnosměrným proudem. Lze jej použít k navařování a spojování plechů, fólií, sítí vyrobených z Fe, Ni, Cu, Ag, Ti a jejich slitin. Zařízení Microplasma 20 lze použít ve výrobě a opravách v leteckém, leteckém průmyslu, ale i v elektrotechnickém, chemickém a lékařském průmyslu.

Zařízení tohoto typu využívají nastavení svařovacího proudu pomocí potenciometru, nastavení parametrů svařování (startovací a svařovací proud, proud pro dokončení svařování, doba proplachování plynem), ochranu svařovacího hořáku pomocí relé a indikaci parametrů svařování na displeji.

Hořák je k mikroplazmovému zařízení připojen hadicemi pro přívod ochranného plynu a plazmového plynu, jakož i pro přívod a odvod chladicí kapaliny. Pro chlazení se používá speciální deionizovaná kapalina. Ovládací kabel svařovacího hořáku se k zařízení připojuje pomocí 5pinové zásuvky.

Relativně nedávno se na trhu objevil nový typ spojování kovových součástí – plazmové svařování.

Spojování kovových součástí pomocí tohoto typu svařování se stává stále běžnějším.

To vše je dáno tím, že plazma má vysoký potenciál a účinnost vykonávané práce. Pojďme se podrobněji podívat na její vlastnosti.

Obecná charakteristika

Reakcí na elektrický oblouk se plyn mění na plazmu. Ta se objevuje v hrotu, nazývá se plazmatron.

Hořák používaný pro technologii plazmového tavení se skládá z následujících součástí: wolframové elektrody, trubice pro přívod plynu a redukci teploty a samotné plazmové trysky.

Pro svařování dílů o tloušťce větší než 9 mm je vhodné použít tento typ svařování.

Existují určité podobnosti s obloukovým svařováním, ale pouze pod vlivem plazmatu lze dosáhnout teploty asi 30 tisíc stupňů, na rozdíl od obloukového svařování, kde je maximální teplota v rozmezí 5-7 tisíc stupňů.

Proto se často používá název „plamenové obloukové svařování“. S tímto typem je možné pracovat v různých místnostech bez ohledu na prostorová omezení.

Vzhledem k tomu, že pouze při použití plazmy lze dosáhnout velmi vysoké teploty tání, používá se u všech skupin kovů a jejich slitin, a to jak železných, tak neželezných (titan, železo, měď, hliník atd.).

Plazmové svařování se široce používá ve všech odvětvích průmyslu – letectví, automobilovém průmyslu, strojírenství, stavebnictví. Žádný velký podnik se bez něj neobejde.

Typy plazmového svařování s použitím elektrod, které se netaví:

• s elektrickým obloukem mezi objektem a elektrodou.
• s plazmovým paprskem mezi hrotem plazmového hořáku a elektrodou.

Síla proudu v každém typu může být:

• minimálně (až 25 A)
• střední (do 150 A)
• vysoký (více než 150 A).

Ionizace pracovního plynu je základem plazmového svařování. To znamená, že plyn, který se mění v plazmu, dosahuje maximální teploty, což umožňuje spolehlivě spojovat díly nebo naopak provádět řez.

Existují následující typy plazmového svařování:

Pojďme se na ně podívat podrobněji.

Plazmové svařování s přesnou svařovací metodou

Toto je v průmyslu nejrozšířenější metoda. Reakce, která probíhá mezi elektrodou a povrchem, je způsobena elektrickým obloukem.

Při práci s neželeznými kovy je třeba být obzvláště opatrný, protože mají nízký bod tání (asi 661 stupňů). Proto se taková práce provádí pod zvláštní kontrolou, aby se dosáhlo uspokojivého výsledku.

Každý svářecí stroj je dodáván s uživatelskou příručkou, která uvádí, jakou sílu proudu lze použít pro různé skupiny kovů.

Plazmové svařování neželezných kovů tedy probíhá proudem až 25 A a železných kovů vysokým proudem.

U metody přímého oblouku začíná reakce zapálením oblouku s proudem až 25 A mezi tryskou a obrobkem, což vede k zapálení hlavního oblouku, který je již přímočarý.

Napájení je zajištěno stejnosměrným i střídavým proudem s přímou polaritou. Aktivace takové polarity probíhá pomocí oscilátoru.

Plazmové svařování nepřímou metodou svařování

Tato metoda svařování je podobná přesnému svařování. Jediný rozdíl je v tom, že plazmový paprsek vychází z hořáku a tvoří se mezi elektrodou a tryskou. Důležitým detailem je, že plyn má schopnost přeměnit se na plazmu.

Výrazně zvyšuje svůj objem, více než 50krát, což zvyšuje rychlost jeho výstupu ze zařízení. Energie, která se při tom vytváří, je mocným nástrojem při svařování.

Nepřímé svařování není příliš běžné, ale přesto má pozitivní vlastnosti:

• i s minimálním proudem lze dosáhnout rytmického provozu;
• Tato metoda snižuje spotřebu plynu;
• Prakticky nedochází k naprašování kovu.

Tato metoda se používá nejen pro svařování povrchů, ale také pro řezání kovu. Při řezání kovových povrchů se však nepoužívá inertní plyn. Proto můžeme s jistotou říci, že přesné a nepřímé svařování jsou si navzájem podobné.

Obrázek znázorňuje proces tvorby plazmového paprsku. Podstata této metody spočívá v tom, že wolframová elektroda je připojena k zápornému náboji a tryska ke kladnému.

U nepřímé metody se tedy mezi tryskou a elektrodou vytvoří elektrický oblouk. Pro zapálení oblouku se aplikuje proud, který působí na trysku. Plazmové svařování je poměrně kompaktní a jeho hmotnost je asi 10 kg.

Vlastnosti zařízení

Zařízení se skládá z řídicích obvodů, usměrňovače proudu a transformátoru. Dále jsou připojeny lahve se zapalovacím plynem a řezným plynem.

Charakteristickým rysem je, že tento typ zařízení nutně obsahuje nádobu s chladicí látkou. Tato látka je nezbytná, protože teplota během svařování je velmi vysoká.

Existuje obrovský výběr takových zařízení. Nejjednodušší zařízení váží asi 5 kilogramů a je velmi snadné ho používat.

Pro složitější práce, kde jsou potřeba další funkce (pájení, kalení ocelového povrchu, čištění kovu od plísní, řezání skla), se používají dražší zařízení.

Cenové rozpětí se velmi liší a může se pohybovat od 400 eur (do 12 A) do 2 tisíc eur (do 150 A).

Zařízení s kapacitou přes 150 A jsou velmi drahá a jejich cena se může pohybovat kolem 15 tisíc eur. Drahá zařízení nakupují hlavně velké podniky, protože jejich rozsah zámečnické práce se může lišit.

A není praktické kupovat několik nástrojů.

Pozitivní aspekty používání takových zařízení jsou:

• vysoká efektivita a krátká doba pro provádění různých druhů prací;
• při plazmovém řezání kovových povrchů se hrany získají bez zářezů;
• můžete pracovat s tlustým kovem (až 1 cm);
• netvoří se žádné zuhelnatění;
• je možné regulovat hloubku průniku kovu;
• přístupnost při práci se zařízením.

Existují však i některé nevýhody:

• vysoké ceny zařízení;
• hodnost svářeče musí být 4 nebo vyšší;
• potřeba regulovat teplotu, při které se provádí svařování/řezání.

Abychom to shrnuli

Pokud má ale svářeč 4. kategorii a je profesionálem ve svém oboru, může si vydělat vysoký plat, protože tito řemeslníci jsou ve velkých průmyslových podnicích vysoce ceněni.

Doporučení od kvalifikovaných uživatelů:

• práce musí být prováděna ve speciálním oblečení a pracoviště a svářecí stroj musí být uklizené;
• regulovat tlak v plazmových plynových lahvích;
• při práci s neželeznými kovy by proudová síla neměla překročit 12 A;
• plazmový hořák musí být vyfouknut a očištěn od nečistot;
• Abyste se naučili pracovat s plazmovým svařováním, musíte začít s mikroplazmovým svařováním.

Čtěte také: Jak svařovat nerotační (neohýbatelné) spoje na trubkách – technika a potřebné vybavení

Profesionální svářeč 6. kategorie s 15+ letou praxí (nepočítám školení) Pravidelně kontroluji publikované články a odpovídám na vaše dotazy! Neváhejte se zeptat! =)