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 (см. рис. 10). Сварочный ток и число электронов, проходящих по сечению столба дуги, не изменятся, но число 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 периферийной 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 являются элементами режима. Чрезмерное уменьшение диаметра канала наконечника или значительное увеличение коли­чества плазмообразующего газа приводит к двойному дугообразованшо, 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») следу­ющими способами:

1) струями газа, направленными под углом к оси дуги по кольцевому каналу (рис. 169, а); струи газа должны скрещиваться в непосредственной близости от сваривае­мых кромок;

2) двумя встречными струями газа, направленными поперек столба дуги (рис. 169, б).

Приведенные выше схемы формирования столба дуги позволяют увеличить эффективную мощность сварки сжа­той дугой. Одной из особенностей сварки сжатой дугой, которая обычно производится на весу, является образова­ние проплавления типа замочной скважины (рис. 169, б). 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, объем плазмообразу­ющего газа, диаметр канала мундштука и т. д.) с обрат­ной стороны шва получается валик шириной 1—3 мм и высотой 0,5—1,5 мм, 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 аргоподуговой 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 сжатоц дугой без разделки кромок за один проход для различных материалов приведены в табл. 75.

Резка плазменной струей заключается в том, что под воздействием теплоты электрической дуги металл обра-

батываемого изделия плавится, а струя азота или какого - либо газа, вытекающая из мундштука, удаляет расплав­ленный металл из зоны реза.

Газы, применяемые при резке сжатой дугой, должны обеспечивать следующие функции:

1) защиту вольфрамового электрода; эту функцию лучше других газов выполняет аргон;

2) обеспечение стабилизации дуги; в этом случае аргон экономически невыгоден, так как происходит очень боль­шой расход газа. Наилучшим газом является азот, кото­рый можно использовать в больших количествах вслед­ствие его дешевизны;

3) обеспечение более эффективной передачи теплоты дуги в изделие за счет диссоциации и ассоциации двух­атомных газов (азот, водород).

Следовательно, при резке вольфрамовым электродом необходимо применять различные газы. Один для предо­хранения электрода и мундштука от разрушения (обычно аргон), второй — для обеспечения резки с максимальной скоростью (азот, водород, воздух).

В качестве электрода применяется вольфрамовый пру­ток с присадкой лантана. Конец электрода затачивается под углом 60—70°. Для сохранения оптимальной формы плазменной струи требуется правильная центровка электрода относительно выходного отверстия мундш­тука.

Резка производится на прямой полярности. В процессе резки необходимо следить за постоянным охлаждением наконечника водой (объемный расход воды не менее 3— 4 л/мин). В начале резки расстояние от мундштука до изделия должно быть 12—14 мм для уменьшения «броска» тока в момент возникновения режущей дуги, в процессе резки это расстояние не должно превышать 6—8 м.

Резку рекомендуется производить справа налево. Ре­жимы резки сжатой дугой в среде азота приведены в табл. 76.

В последнее время в промышленности находит все большее применение воздушно-плазменная резка, повы­шающая производительность за счет взаимодействия кис­лорода воздуха с разрезаемым металлом. При этом методе используются медные охлаждаемые электроды с вваренной вставкой из циркония или гафния. Режим воздушно­плазменной резки углеродистых сталей толщиной 10— 15 мм следующий: сила тока 150—250 А; напряжение на

дуге 150—250 В; скорость резки 2,5—3,0 м/мин; объемный расход воздуха 30—40 л/мин; расстояние от наконечника до изделия 12—25 мм.