Одним з порівняно нових видів з'єднань металів і сплавів є плазмова зварювання. Цей вид, схожий з варіантом аргонодугового зварювання неплавким електродом, дозволяє одержувати більш якісний результат набагато швидше. Технологія плазмового зварювання полягає в використанні електричної дуги, що горить в середовищі повністю або частково іонізованого газу. Газ називається плазмообразующих.

Особливості та характеристики процесу
Головною особливістю плазмового методу є дуже висока температура в зоні зварювання внаслідок примусового зменшення розмірів перетину дуги і збільшення її потужності. В результаті відбувається сварка, так званої, плазмовим струменем, температура якої може доходити до 30000 ° C, на відміну від 5000-7000 ° C при звичайній аргонодугового зварюванні.
Крім цього, дуга набуває циліндричну форму, на відміну від звичайної конічної, що дозволяє зберігати однакову потужність по всій її довжині. На практиці це успішно використовується для більш глибокого і точного прогріву металу.

Тиск дуги на поверхню деталей, що зварюються при плазмовому зварюванні дуже велике, що дозволяє впливати практично на будь-які метали і сплави.
Технологічний процес плазмового зварювання дозволяє використовувати її при малих токах величиною всього 0,2 - 30,0 А.
Всі ці особливості роблять плазмову зварку практично універсальною. Вона може з успіхом використовуватися у важкодоступних місцях, при з'єднанні тонких алюмінієвих листових заготовок без побоювання їх запису. Незначна зміна відстані між електродом і деталлю не робить сильного впливу на прогрів, а значить і на якість шва, як при інших видах зварювання. Велика глибина прогріву деталей дозволяє обходитися без попередньої підготовки їх кромок. Допускається зварювання металів з неметалами.

В результаті підвищується продуктивність робіт, зменшується температурна деформація шва, тобто деталь не «веде». Використовуючи технологію плазмового зварювання, плазмовим струменем можна швидко і якісно різати метали і неметали практично в будь-якому положенні.

Як це працює
Для реалізації ідеї плазмового зварювання, в конструкції пальника використовується пристрій (пальник), іменоване плазмотроном. Він являє собою конічний сопло, всередині якого знаходяться охолоджуюча рідина.
Електрична дуга в плазмовому зварюванні збуджується за допомогою зварювального апарату з вбудованим осцилятором. Вона горить всередині плазмотрона, і під час горіння до неї подається плазмообразующий газ. Як правило, це аргон з малими домішками водню або гелію. Газ подається під невеликим тиском, але всередині пальника він нагрівається і, збільшуючись в обсязі до 30 разів, створює на виході з сопла потужний струмінь.

Сама конструкція сопла наділяє газ високої кінетичної енергією, яка і реалізується в потужний потік, що має високу температуру. Це і є плазма. Так як порушувати дугу між електродом і зварюваної деталлю важко, конструкція пальника передбачає постійне підтримання «чергової» дуги між електродом і соплом. Вона перетворюється в робочу при торканні пальником з'єднуються виробів.
Захисний газ, а це, як правило, теж аргон, подається в зону зварювання по окремому каналу і, як би обволікає струмінь і розігрівається нею область металу. При цьому захисний газ, витісняючи повітря з майбутнього шва, не допускає окислення матеріалу деталей, що з'єднуються і присадочного матеріалу аж до утворення міцного однорідного шва.

способи підключення
Залежно від конструкції пальника і схеми підключення до джерела струму, розрізняють два способи плазмового зварювання:
• дугою прямої дії;
• дугою непрямої дії.

Перший спосіб підключення полягає в подачі струму від джерела живлення на електрод з вольфраму і зварювану деталь. В цьому випадку дуга стійко горить між електродом і металом, а її характеристики посилюються і доводяться до потрібних значень струменем плазмообразующего газу всередині сопла, яке є електрично нейтральним щодо всієї системи. Спосіб прямої дії застосовують для різання металів, наплавлення і безпосередньо зварювання. Його часто застосовують в побуті.

При другому способі струм подається на електрод і сопло. В цьому випадку дуга утворюється між електродом і корпусом сопла, а плазмообразующий газ видуває її, перетворюючи в потужний струмінь плазми. Температура дуги в непрямому методі зварювання менше, ніж в прямому. Непрямий спосіб застосовують для напилення металу, нагрівання деталей. Їм можна варити і різати матеріали, не проводять електрики.
При плазмовому зварюванні й різанні необхідно враховувати правильність вибору режиму. Режими повинні враховувати правильну подачу струму, типи зварювальних матеріалів, їх товщину, діаметр сопла плазмотрона. При різанні різних матеріалів використовуються і різні гази.

Вимоги до дотримання технології
При уявній простоті процесу плазмового зварювання, він дуже вимогливий до точного дотримання технології і до утримання обладнання. Основними помилками є: 

• запізніла заміна змінних елементів плазмотрона;
• використання неякісних або дефектних деталей;
• використання некоректних режимів, які скорочують термін служби елементів;
• відсутність контролю за параметрами плазмообразующего матеріалу;
• висока або низька швидкість різання в порівнянні з передбаченою режимом;

Для успішного здійснення робіт за допомогою плазмового зварювання необхідний зварювальний апарат, який забезпечує необхідні характеристики зварювального струму. Знадобитися також спеціальна пальник з плавиться, комплект шлангів для подачі або циркуляції охолоджуючої рідини, балони з аргоном і комплект газопровідних шлангів.
Як зробити плазмотрон своїми руками
Ручний апарат для плазмового зварювання можна виготовити зі звичайного зварювального апарату інверторного типу. Основним завданням є виготовлення безпосередньо самого плазмотрона, так як в іншому весь процес схожий зі звичайною аргонодугового зварюванням.

Анод і сопло
Для плазмотрона знадобиться бронзова заготовка, яку потрібно буде обробляти на токарному верстаті. З цієї заготовки необхідно виточити дві деталі околоціліндріческой форми, які, вставивши одна в іншу, необхідно спаяти разом, щоб усередині утворилася порожнина за принципом термоса.
Ця порожнина буде використовуватися для прокачування охолоджуючої рідини. Це буде анод пальника. Він може бути і соплом в плазмовому зварюванні. Діаметр сопла повинен бути 1,8-2,0 міліметра. Можна зробити сопло з більш тугоплавкого матеріалу і вкрутити його в анод, попередньо передбачивши пристрій різьблення на обох деталях.

охолодження
Циркуляцію охолоджуючої рідини можна здійснити шляхом підключення через систему шлангів звичайного автомобільного омивача вітрового скла. Тобто не самого омивача, а тільки бачка з перекачує насосом. Харчування насоса напругою постійного струму 12 В організовується від акумулятора або через відповідний блок живлення.

катод
Для катода можна використовувати заточений під конус стрижень, виготовлений з вольфрамового електрода. Діаметр стрижня повинен бути 4,0 міліметра. На тильній стороні стержня необхідно передбачити різьбове пристрій, що дозволяє здійснювати контрольований введення стрижня в корпус плазмотрона.

корпус
Сам корпус можна виконати з неметалічного твердого тугоплавкого матеріалу. Всередині необхідно передбачити можливість подачі плазмообразующего і захисного газу, для чого необхідно впаяти патрубки відповідних розмірів.

порушення дуги
Від основного джерела живлення, який тепер можна називати плазмовим інвертором, підводиться позитивний заряд. Мінімальна величина струму в 5-7 А повинна буде підтримувати горіння чергової дуги.
Якщо апарат має вбудований осцилятор, то збудження дуги не повинно викликати проблем. Якщо осцилятора немає, доведеться ускладнити конструкцію плазмотрона, подпружінени катод таким чином, щоб можна було здійснити короткочасне торкання анода. Саме в момент дотику і буде запалюватися чергова дуга. Пружину необхідно передбачити досить жорстку, щоб контакт був якомога коротше за часом, інакше катод може пригоріти до анода.

нагнітання газу
При роботі необхідно врахувати істотний недолік - в саморобному пристрої для плазмового зварювання, витрата аргону буде невиправдано високий. Тому при різанні металів або інших матеріалів доцільно використовувати стиснене повітря або водяна пара. Але ними можна тільки різати, так як і повітря і пар не є хімічно нейтральними до металу і можуть викликати окислення шва.
Для нагнітання стисненого повітря використовуються компресори. Підключати компресор до плазмотрону краще не безпосередньо, а через ресивер - балон, в якому повітря акумулюється під деяким тиском.
Якщо ресівер не використовувати, то подача повітря буде нерівною і якість плазмової дуги буде низька. Для подачі водяної пари використовують різні парогенератори.

мікроплазменні апарати
Дуже часто домашні умільці роблять апарати для плазмового різання і пайки, в яких температура плазми не перевищує всього 8000-9000 ° C. Відмінною особливістю такого мікроплазмового апарату, є те, що він використовує для утворення плазми спиртоводного рідина, яка випаровується прямо в плазмотроне. Для цього в конструкції передбачений спеціальний резервуар. Подібні апарати дуже зручні для дрібних робіт з огляду на свою мобільність, адже немає необхідності транспортувати громіздкі балони з газом або газогенератори.

При правильній експлуатації зварювального устаткування і дотриманні режимів зварювання, при використанні якісних витратних матеріалів, плазмова зварювання є найбільш ефективним способом різання або з'єднання матеріалів. В даний час тільки лазерне зварювання є більш технологічною, але її вартість і вимоги до обладнання на порядок вище, ніж у плазмової.