Zavarivanje plazma lukom: Opsežan vodič

Zavarivanje plazma lukom

Prije nego što naučimo što je zavarivanje plazma lukom? Prvo nam recite što je plazma.

Pojam plazma označava plin koji je zagrijan na dovoljno visoku temperaturu tako da se transformira u ionizirano stanje (tj. u jednak broj elektrona i iona) i može provoditi električnu struju.

Plazma se smatra četvrtim agregatnim stanjem nakon tri opće poznata stanja: čvrsto, tekuće i plinovito. Električni luk svojom intenzivnom toplinom stvara znatnu količinu plazme.

U stvari, električni luk se sastoji od pražnjenja relativno velike struje koja se održava kroz stupac plazme.

Značajke plazma luka

U normalnim postupcima zavarivanja s otvorenim lukom, uključujući TIG postupak, mlaz plazme ima malu brzinu i raspršuje se preko širokog područja, s rezultatom da luk gubi mnogo svoje snage i njegove zone temperature se snižavaju.

Procesi s plazma lukom (oni uključuju zavarivanje s plazma lukom, rezanje s plazma lukom, navarivanje s plazma lukom i prskanje s plazma lukom) koriste posebno dizajnirani plamenik s plazma lukom, koji je modificirana verzija TIG plamenika, u kojem se volframov luk usmjerava kroz mlaznicu kroz koji teče inertni plin (argon ili mješavina argona i helija), koji se naziva plin nosilac.

Mlaznica, smještena između volframove elektrode i osnovnog metala, sprječava divergenciju luka i sužava ga u mali poprečni presjek.

To rezultira znatnim povećanjem rezistivnog zagrijavanja luka, tako da se povećavaju temperature luka i napon luka. Iz sužavajuće mlaznice, luk izlazi u obliku visokobrzinskog, intenzivno vrućeg i kolimiranog mlaza plazme. Ovaj plazma mlaz naziva se plazma luk.

Prednosti zavarivanja plazma lukom

Proces zavarivanja plazma lukom (eng. PAW) u usporedbi s TIG-om ima sljedeće prednosti:

• Veća koncentracija energije,
• poboljšana stabilnost luka posebno pri niskim strujama,
• veći sadržaj topline,
• veća brzina plazme,
• manja osjetljivost na varijacije u duljini luka,
• Nema kontaminacije volframom,
• manja vještina zavarivača u ručnom zavarivanju,
• čvrsta podloga izbjegava se usvajanjem tehnike ključanice.

Nedostaci zavarivanja plazma lukom

Nedostaci zavarivanja plazma lukom tj. PAW procesa su:

• potrošna oprema je skuplja,
• kratak vijek trajanja stezne mlaznice,
• zavarivač treba dobro poznavati proces ,
• Povećana potrošnja inertnog plina.

Postupak zavarivanja plazma lukom

Između volframove elektrode i zavarenog dijela stvara se luk, na način TIG procesa, plazma plin se ubrizgava u hlađenu komoru i omogućuje prolaz luka kroz mlaznicu, te na taj način povećava snagu luka koji postaje precizno usmjeren .

Dodatni plin štiti bazen taline od atmosferskih utjecaja. Plazma proces zahtijeva plazma plin i zaštitni plin.

Plazma omogućuje postizanje temperature od 15 000 °C i vrlo se snažno ubrzava prolaskom kroz mlaznicu. Pojam plazma koristi se kada se luk više ne sastoji od atoma i molekula, već od iona i elektrona.

Vrlo visoka temperatura i koncentracija luka čine plazmu pogodnom za termičko rezanje i zavarivanje tehnikom “ključanice”.

Da bismo razumjeli rad procesa zavarivanja plazma lukom, moramo poznavati terminologiju plamenika plazma luka kao što je prikazano na slici ispod, i značenje svakog pojma.

Elektroda/Electrode

Volframova elektroda je udubljena unutar stezne mlaznice tako da ne može dodirivati ​​obradak.

Stoga se kontaminacija volframom, koja se obično javlja u TIG procesu, ne pojavljuje u ovom procesu zavarivanja plazma lukom. Elektroda ima negativan polaritet. Pozitivan polaritet uzrokuje prekomjerno propadanje elektrode.

Zastoj elektrode:

Ovo je udaljenost između vrha elektrode i vanjskog donjeg ruba stezne mlaznice.

Otvorni plin/Cutting Gass:

Ovaj plin, koji se ranije nazivao plinom nositeljem, je inertni plin koji se dovodi kroz plamenik da okruži elektrodu i uđe u luk kroz plenumsku komoru.

U luku se ionizira stvarajući plazmu, koja se širi zbog topline luka i izlazi iz otvora sužavajuće mlaznice ubrzanom brzinom kao mlaz plazme.

Mlaz je toliko snažan da može rezati metal. Što je veći protok plina kroz otvor, to je luk prodorniji.

Za zavarivanje plazma lukom, mlaz se kontrolira održavanjem protoka plina kroz otvor unutar raspona od 1,5-15 l/min. Sam otvor/protok plina nije dovoljan za zaštitu bazena zavarivanja od atmosfere zbog toga se zaštitni plin dovodi kroz vanjsku plinsku mlaznicu.

Plenumska komora:

Taj pojam označava prostor koji se nalazi između unutarnje stijenke stezne mlaznice i elektrode.

Zaštitni plin:

Kao što je spomenuto pod ‘otvornim plinom’, zaštitni plin se dodatno dovodi kroz vanjsku plinsku mlaznicu, na isti način kao u TIG postupku kako bi se zaštitilo područje obratka, preko kojega lučna plazma udara.

Sastav mu je isti kao kod inertnog plina tj. argona ili mješavine argona i helija.

Sužavajuća mlaznica/Nozzle:

Mlaznica za sužavanje luka kritična je komponenta gorionika. Njegova kontura djelomično određuje toplinsku energiju luka. Njezine glavne dimenzije su ‘promjer otvora’ i ‘duljina grla’, koje su prikazane na gornjoj slici. Mlaznica može imati jedan ili više otvora.

Mlaznica je obično izrađena od bakra i hlađena vodom. Činjenica da bakar s talištem od 1083°C može izdržati temperaturu plazme od 24000°C i više objašnjava se ovako: tijekom zavarivanja plazma lukom, stupac luka unutar mlaznice okružen je prstenastim slojem hladnijeg plina te čini strmi toplinski nagib.

Ovaj sloj hladnijeg plina osigurava toplinsku i električnu izolaciju unutarnje površine mlaznice. Ako je nesmetan protok ovog plinskog sloja poremećen bilo nedovoljnim protokom plina kroz otvor ili prekomjernom strujom luka, mlaznica se može oštetiti zbog dvostrukog luka, tj. između elektrode i mlaznice te između mlaznice i materijala.

Promjer otvora:

Veličina otvora mlaznice je ključna dimenzija kao što je ranije navedeno. Nazivna je za danu struju pri danoj brzini protoka plina. Ako se količina plina smanji, nazivna struja na otvoru mora se razmjerno smanjiti.

Zastoj baklje:

Označava udaljenost između vanjskog ruba stezne mlaznice i obratka. Udaljenost plamenika nije važna, jer promjene u duljini luka imaju zanemariv učinak na rezultate procesa zavarivanja plazma lukom.

S plazma lukom moguća su mnogo dulja odstojanja plamenika nego s TIG postupkom.

Svojstva plazma luka

U konvencionalnom TIG procesu, plazma luka se širi preko velike površine obratka i luk se lako skreće slabim magnetskim poljima.

Zavarivanje plazma lukom, naprotiv, je kruto i jednosmjerno i na njega vrlo malo utječu magnetska polja. Sužavanje luka u potonjem rezultira višim temperaturama plazme i snagom luka.

Na primjer, pri 200 ampera, negativnoj elektrodi i brzini protoka argona od 19 l/min, suženi luk koji prolazi kroz otvor promjera 4,8 mm pokazuje 100% povećanje snage luka (uglavnom zato što je napon luka udvostručen) i 30 % povećanja temperature u usporedbi s otvorenim TIG lukom.

Snaga plazma luka može varirati u širokom rasponu ovisno o:

• struji plazme,
• veličina i oblik otvora mlaznice,
• vrsti plina, i
• protoku plina.

Stoga se postupak može primijeniti s jednakom učinkovitošću za rezanje, zavarivanje, navarivanje i prskanje metala odgovarajućim kontroliranjem četiri čimbenika. Za rezanje se, na primjer, koristi velika struja luka, mali otvor i velika brzina protoka plina ili komprimiranog zraka kroz otvor kako bi se dobila visoko koncentrirana energija i velika brzina mlaza.

Za zavarivanje se postiže mala brzina mlaza plazme korištenjem velikog otvora, niske brzine protoka plina i niske prenesene struje luka.

Primjena zavarivanja plazma lukom

Zavarivanje plazma lukom (eng. PAW) se može koristiti na svim metalima koji se normalno zavaruju TIG postupkom zavarivanja. Plazma dokazano daje bolju fleksibilnost, dosljedno visoku kvalitetu i olakšava proces samog zavarivanja.

Postupak zavarivanja plazmom je ekonomičniji, stoga je to prihvaćen proces u brodogradnji, nuklearnoj, elektroničkoj, zrakoplovnoj i mnogim drugim inženjerskim industrijama.

Robodsko zavarivanje plazmom odlikuju velike struje zavarivanja s tehnikom ključanice, korisno je za postizanje velikih brzina zavarivanja i dosljedno visokokvalitetnih spojeva u sljedećim tipičnim primjenama u SAD-u:

1) Cijevi od nehrđajućeg čelika i titana (uzdužni zavari)

2) Obujni spojevi/zavari u proizvodnji cijevi

3) Spremnici projektila

4) Komponente turbinskog motora

Ručno zavarivanje plazmom (eng,)PAW s tehnikom topljenja obično se koristi na vrlo tankim metalnim dijelovima, zbog lakoće i pouzdanosti koju pruža.

Zavarivanje mikro plazmom uspješno se koristi u sljedećim primjenama jer daje stabilan, ali hladan luk pri vrlo niskim strujama:

1) Mrežasti filteri od tanke žice

2) Sučeoni varovi male žice

3) Izrada kućišta releja

4) Sklopovi mijeha

5) Toplinski štitovi

6) Posude pod pritiskom tankih stijenki

7) Komponente vakumske cijevi

8) Spojevi termoparova.

Moguće je da visokokvalificirani zavarivači koriste mikro plazma tehniku ​​ključanice za postizanje ravnomjernog prodiranja zavara u aplikacijama kao što je izrada cijevi.