Оборудование (установки, машины) для плазменных процессов сварки, наплавки и резки состоит из плазменной аппаратуры и механизмов, обеспечивающих перемещение плазмотрона относительно обрабатываемого изделия. Оно может функционировать в составе автоматизированных линий (станов). Плазменные установки представляют собой комплекты из плазмотрона (плазменной горелки), источника его питания и системы управления электрическими и газовыми параметрами плазменной дуги. Установки для сварки и наплавки кроме плазменных установок обычно комплектуются механизмами подачи присадочной проволоки или (в случае наплавки) порошковыми дозаторами и механизмами колебания плазмотрона. Основные составляющие плазменной аппаратуры (плазмотрон, источник питания, система управления) при всем их многообразии имеют ряд общих схемных и конструктивных решений.
Плазмотроны для сварки, наплавки и резки металлов представляют собой сочлененные в едином корпусе изолированные друг от друга катодный и сопловой узлы. Электрический ток, охлаждающая вода, рабочий и защитный газы подводятся к плазмотрону по кабель-шланговому пакету, который стыкуется с плазмотроном либо внутри рукоятки ручной горелки, либо посредством штуцерных соединений, расположенных в верхней части механизированного плазмотрона.
В плазмотронах для сварки и наплавки в качестве рабочего и защитного газов используется в основном аргон (реже гелий), а в качестве катода — тугоплавкий, стойкий к инертной среде вольфрамовый стержень, закрепленный в цанговом зажиме или впаянный в медный водоохлаждаемый катододержатель. Плотность тока в канале сопла, условно определяемая, обычно невысока (7… 14 А/мм2 на токах 200…300 А), чем обусловлено формирование слабообжатой плазменной дуги, обеспечивающей спокойный (без выплесков) процесс сварки или наплавки.
В плазмотронах для резки в качестве рабочего газа используется в основном сжатый воздух, а в качестве материала катода — стойкий в кислородсодержащей среде циркониевый или гафниевый стержень, запрессованный в медный легкосменный катододержатель. Плотность тока в канале сопла, обусловливающая формирование жесткой интенсивно обжатой дуги с высокими режущими свойствами в плазмотронах для ручной резки составляет 25…30 А/мм2, а в плазмотронах для механизированной резки 50…60 А/мм2 на токах 200…300 А. К плазмотронам для резки предъявляют повышенные требования по точности сборки и соосности катодного и соплового узлов.
Высокие технологические показатели плазменных процессов сварки, наплавки и резки достигаются при определенной взаимосвязи между геометрией катодно-сопловой камеры плазмотрона, формирующей столб дуги, и параметрами режима работы плазмотрона (тока, расхода газа).
Источники электропитания плазмотронов для сварки и наплавки выполнены на базе сварочных выпрямителей с падающими внешними вольт-амперными характеристиками (ВАХ) с повышенным напряжением холостого хода (до 80 В). Источники питания для ручной воздушно-плазменной резки (ВПР) построены по принципу сварочных выпрямителей с падающими ВАХ, но с напряжением холостого хода до 300 В. Кремниевые вентили и трехфазные трансформаторы с повышенным рассеянием обусловливают простоту, надежность и невысокую стоимость установок, но сравнительно низкое качество резки.
Выпрямители в аппаратах для механизированной ВПР, предназначенных в основном для комплектации установок с программным управлением, ввиду повышенных требований к качеству резки обладают высокими показателями статических и динамических характеристик (стабильность тока, быстродействие его управления, плавное регулирование и нарастание при включении дуги и пр.). Источники построены по принципу управляемых тири-сторных выпрямителей с обратными связями по току и напряжению дуги ; внешние ВАХ таких выпрямителей крутопадающие. При ручной резке металлов больших толщин (свыше 100 мм) рабочее напряжение дуги возрастает до величины, близкой к допустимой. Выпрямители, построенные на резонансе индуктивных и емкостных элементов силовой цепи обеспечивают высокое соотношение рабочего напряжения и напряжения холостого хода при вертикальных ВАХ.
Система управления состоит из пульта и, при необходимости, шкафа управления, в которых размещены устройство поджига дуги, регуляторы расхода газа, электроблокировки, отсекатели и другие элементы водяных и газовых коммуникаций, коллектор кабель-шлангового пакета плазмотрона, разъем электрокабеля для подключения к источнику питания. На пульте расположены приборы контроля и регулирования параметров плазменного процесса. В установках для ручных плазменных процессов пульт управления чаще всего встроен в корпусе источника питания, а в установках для механизированных процессов — вмонтирован в панель управления установок.
Рассмотрим наиболее распространенные установки для плазменных процессов.
Установки для плазменной сварки выпускают двух типов: для ручной сварки УПС-3; для механизированной сварки УПС. Техническая характеристика установок представлена в табл. Установка предназначена для сварки на постоянном токе прямой полярности меди и ее сплавов толщиной 0,5…3 мм; коррозионно-стойкой стали толщиной 0,5…5 мм и на постоянном токе обратной полярности алюминия и его сплавов толщиной 1…8 мм; может быть использована для ручной аргоно-дуговой сварки.
Наличие переносного пульта позволяет приблизить его к сварщику, облегчает зажигание дуги, настройку расхода газа и силы сварочного тока. Установка обеспечивает работу в трех режимах: непрерывном, импульсном, точечном. Длительность импульса и паузы регулируется в пределах 0,1… 1 с.
Установка предназначена для сварки в среде инертных газов на постоянном токе прямой полярности меди и ее сплавов, коррозионно-стойкой стали толщиной 3…6 мм и на постоянном токе обратной полярности алюминия и его сплавов толщиной 5… 16 мм.
