Плазменная сварка использует в качестве источника теплоты струю плазмы, получаемую при нагреве и ионизации рабочего газа в столбе дуги. Струя плазмы сжимается, стабилизируется и ускоряется под действием электромагнитных сил, оказывая на свариваемое изделие как тепловое так и газодинамическое воздействие.

Задача сварки особо тонких заготовок успешно решается микроплазменной сваркой, где плазменная дуга формируется специальной горелкой с вольфрамовым электродом.

Форма плазменной дуги обеспечивается конструктивными особенностями, правильным выбором и расходом плазмообразующего и защитного газов. У кромки сопла плазменная дуга существует в струе наиболее часто используемого в качестве плазмообразующего аргона. По мере приближения к изделию плазмообразующий и защитный газы перемешиваются, и плазменная дуга уже горит в их смеси. Если у защитного газа коэффициент теплопроводности больший чем у плазмообразующего, то степень сжатия дуги по мере приближения к изделию увеличивается, и дуга приобретает копьевидную форму с обращенной к изделию вершиной.

При правильно выбранном расходе плазмообразующего газа описанная выше форма низкоамперной плазменной дуги образуется при использовании в качестве защитных следующих газов: аргоноводородная смесь (90% Аг + 10% Н2), He, А, СО2. Если защитный газ аргон, то форма дуги цилиндрическая или слегка расширяющаяся к изделию (аноду). Такая же форма дуги сохраняется при токах свыше 20А, так как влияние защитного газа на сжатие дуги ослабляется, как и при превышении оптимального расхода плазмообразующего газа.

Микроплазменной сваркой можно выполнять соединение изделий во всех пространственных положениях. Технологически просто выполняются швы в нижнем положении. Затруднений в выполнении вертикальных, горизонтальных и потолочных швов обычно не возникает из-за небольшого объема сварочной ванны, где расплавленный металл легко удерживается за счет сил поверхностного натяжения.

Наиболее технологично микроплазменной сваркой выполняются стыковые и торцовые соединения. Качество сварного шва зависит от правильности подготовки кромок под сварку, точности сборки и качества применяемой оснастки. Стыковые соединения рекомендуются при толщинах 0,3-2,0мм, но при толщинах <0,3мм технологичнее стыковые с отбортовкой. Торцовые соединения рекомендуются для всех толщин, так как при их выполнении отпадает необходимость в применении присадочной проволоки и подкладок. Не рекомендуются нахлесточные и тавровые соединения. Их следует заменять стыковыми, торцовыми и стыковыми с отбортовкой.

Для получения стыковых соединений применяют однопроходные односторонние швы с полным проплавлением свариваемого металла. Обратная сторона шва формируется технологической подкладкой с канавкой заданного сечения. При сварке стыковых кольцевых швов, применяют многопроходную одностороннюю сварку. Первый проход - для прихватки кромок выполняется на токе меньше номинального. Следующим проходом проплавляют кромки на всю толщину.

Повышенные требования предъявляются к сборке деталей под микроплазменную сварку. Разметка деталей выполняется нережущим инструментом. Исключаются риски, царапины и разрывы на свариваемых кромках, которые тщательно очищают от загрязнений и рихтуют деревянным молотком. Сборку осуществляют в прецизионных оправках. При сварке протяженных швов делают прихватки длиной 3-4мм.

Качество сварного соединения зависят от стабильности горения плазменной дуги, формы рабочей части электрода и положения его в канале сопла. Заточка вольфрамового электрода должна быть в пределах 10-15°. Электрод должен располагаться точно по оси канала сопла, а сам электрод должен быть утоплен не более чем на 0,5мм от кромки сопла. При выполнении этих условий длина факела плазмы дежурной дуги должна быть не менее 1,5-2,0мм.

Основная сварочная дуга возбуждается касанием дежурной дуги свариваемого металла. При ручной сварке после зажигания основной дуги плазменная горелка не перемещается до образования на кромках сварочной ванны. Угол наклона плазменной горелки должен составлять 60-80° - при ручной и 80-90° - при автоматической сварке. Сварка выполняется углом вперед. Поперечные колебания не выполняются. Защитный газ подается еще в течение некоторого времени после отключения основной дуги.

Следует учитывать свойства свариваемых металлов при разработке технологии микроплазменной сварки. Низкоуглеродистые спокойные и полуспокойные стали успешно свариваются с применением в качестве защитного газа аргоноводородной смеси. Кипящие стали склонны к образованию пор в результате взаимодействия водорода с оксидами железа во время кристаллизации, поэтому в таком случае содержание водорода в защитном газе не должно превышать 3%.

Наиболее целесообразным является применение микроплазменной сварки для соединения изделий из коррозионностойких сталей аустенитного класса. Сварка этих материалов выполняется в теплоотводящих жестких зажимных приспособлениях исключающих коробление свариваемых деталей и сварного изделия в целом.

Очень тонкие металлы свариваются низкоамперной дугой в импульсном режиме с формированием однополярных или разнополярных импульсов. Плавление свариваемого металла происходит дугой прямой полярности в течение импульса тока заданной длительности. Жидкий металл кристаллизуется и формируется сварная точка во время паузы, когда ток питания плазменной дуги равен нулю. Импульсные режимы и скорость сварки выбираются так, чтобы обеспечивалась необходимую величину перекрытия кристаллизующихся точек.

Микроплазменная импульсная сварка значительно облегчает процесс получения качественного сварного соединения, поскольку позволяет подобрать амплитуду тока, длительности импульсов и пауз так, что практически исключает прожоги свариваемого металла даже в случае остановки или неравномерности процесса сварки.

Одной из разновидностей микроплазменной сварки в импульсном режиме является сварка разнополярными импульсами. В течение импульса тока прямой полярности свариваемым кромкам передается достаточное количество теплоты, которая обеспечивает их расплавление, образование сварочной ванны и, после ее кристаллизации, формирование сварной точки. В течение импульса тока обратной полярности в свариваемые изделия вводится значительно меньшее количество теплоты, однако, достаточное для разрушения оксидной пленки. За это время сварочная ванна охлаждается до полной или частичной кристаллизации. Следующий импульс тока прямой полярности создает на определенном расстоянии новую сварную точку. Перекрытие точек задается их размером, шагом и скоростью сварки.

Процесс микроплазменной сварки на обратной полярности разработан для сварки алюминия, магния и их сплавов. Особенность этого способа состоит в использовании двух источников питания. Один - для поддержания непрерывного горения дежурной дуги между вольфрамовым электродом и соплом плазменной горелки. Второй - для питания сварочной дуги, горящей между соплом (анодом) и свариваемой деталью (катодом). Использование водоохлаждаемого сопла в качестве анода основной дуги позволяет исключать влияние тока обратной полярности основной дуги на вольфрамовый электрод, что обеспечивает его высокую стойкость. Малый диаметр электрода стабилизирует горение дежурной дуги на токах 2-5А. При низких расходах плазмообразующего газа (0,2-0,8л/мин) анодное пятно основной дуги находится внутри канала сопла, а сжатие столба дуги на открытом участке и вблизи катода обеспечивается как и при сварке на прямой полярности защитным газом. Катодное пятно разрушает тугоплавкую оксидную пленку на поверхности изделия. Этот способ позволяет сваривать алюминий и его сплавы толщиной в десятые и сотые доли миллиметра. Однако "блуждание" катодного пятна ведет к получению широкого шва и большой зоны термического влияния.

Успешно применяется микроплазменная сварка алюминия и на переменном токе, когда между соплом и электродом плазменной горелки непрерывно горит дежурная дуга постоянного тока. При подаче на вольфрамовый электрод положительного относительно изделия полупериода напряжения, между ними формируется сжатая дуга обратной полярности с "блуждающим" катодным пятном, разрушающим оксидную пленку. После подачи на вольфрамовый электрод плазменной горелки отрицательного относительно изделия полупериода напряжения генерируется сжатая дуга большой плотности, достаточной для сварки металлов с поверхностными тугоплавкими оксидными пленками. Так как по вольфрамовому электроду проходит только ток прямой полярности, разрушения его не происходит. Раздельная подача тока прямой и обратной полярности на вольфрамовый электрод является важным технологическим достоинством данного способа сварки.

Помимо сварки плазменная дуга широко используется для таких технологических операций как:

• - плазменная наплавка
• - плазменное напыление
• - плазменная резка