Spawanie plazmowe: gazy o najwyższej jakości
Spawanie plazmowe (ang. Plasma Arc Welding, PAW), stanowi zmodyfikowaną metodę spawania metodą TIG z zastosowaniem nietopliwej elektrody wolframowej. Technologia ta jest stosowana od lat 60. XX wieku i znajduje zastosowanie głównie w produkcji części dla przemysłu motoryzacyjnego, budowie rurociągów, wytwarzaniu zbiorników i aparatury oraz w przemyśle lotniczym i kosmicznym.
Jak działa spawanie plazmowe?
W spawaniu plazmowym, gaz plazmotwórczy ulega jonizacji w plazmotronie (palniku plazmowym) pod wpływem impulsów wysokiej częstotliwości. Mechanizm ten inicjuje zajarzenie łuku pilotującego (pomocniczego) pomiędzy nietopliwą elektrodą wolframową a wewnętrzną dyszą plazmową. Łuk pilotujący jonizuje gaz i umożliwia bezdotykowe zajarzenie głównego łuku plazmowego, który płonie między elektrodą a obrabianym elementem. Charakterystyczna, chłodzona cieczą dysza z wąskim otworem, mechanicznie zwęża łuk do niemal cylindrycznej kolumny plazmy. To zwężenie jest kluczowe, ponieważ umożliwia uzyskanie znacznie wyższej gęstości energii i większą stabilność łuku w porównaniu do metody TIG. Na twardość (sztywność) i koncentrację łuku plazmowego można wpływać poprzez dobór średnicy dyszy plazmowej i regulację przepływu gazu plazmotwórczego: większa średnica dyszy w połączeniu z ograniczonym przepływem gazu generuje łuk o mniejszej twardości.
Natężenie prądu łuku pilotującego, które wynosi zazwyczaj od 3 do 30 A, wypycha zjonizowany gaz z dyszy, co jest widoczne jako mały, jasny punkt świetlny. Dodatkowo, gaz osłonowy zapewnia niezbędną ochronę jeziorka spawalniczego przed wpływem atmosfery.
Metody spawania plazmowego w zależności od grubości materiału
Spawanie plazmowe jest realizowane w trzech wariantach:
- Spawanie mikroplazmowe
Stosowane do spawania cienkich taśm i folii o grubości 0,01 mm, siatek drucianych oraz cienkich blach. Charakteryzuje się niskim natężeniem prądu spawania, wynoszącym od 0,1 do 15 A. Wymaga najwyższej precyzji i minimalnego doprowadzenia ciepła.
- Tryb plazmy miękkiej (tryb z ograniczonym przetopem)
Metoda ta umożliwia spawanie materiałów o grubości do około 3 mm i polega na stopieniu materiału w szerokiej, ale płytkiej strefie bez pełnego przetopu. Często stosowany do spawania w sytuacjach wymagających kontroli głębokości wtopienia.
- Spawanie z tzw. „oczkiem” (tryb z pełnym przetopem)
Metoda ta jest stosowana w przypadku materiałów o grubości powyżej 3 mm. Silnie skoncentrowany strumień plazmy o wysokiej gęstości energii całkowicie przenika przez całą grubość spawanego materiału, tworząc charakterystyczny, stabilny otwór – tzw. oczko spawalnicze (keyhole). Łuk elektryczny kieruje stopiony metal wokół oczka, gdzie metal zastyga tworząc spoinę z pełnym przetopem. Napięcie powierzchniowe stopionego metalu zapobiega jego wyciekaniu. Aby zakończyć proces spawania, prąd spawania i ciśnienie gazu plazmowego są stopniowo obniżane, co prowadzi do kontrolowanego zamknięcia oczka.
Jakie gazy stosuje się do spawania plazmowego?
Podobnie jak w metodzie TIG, spawanie plazmowe wymaga zastosowania odpowiednich gazów. Konieczne jest użycie dwóch niezależnych strumieni: gazu plazmotwórczego (dostarczanego dyszą wewnętrzną), który tworzy i zwęża łuk, oraz gazu osłonowego (dostarczanego dyszą zewnętrzną), który chroni jeziorko spawalnicze.
- Gaz plazmotwórczy
Jako gaz plazmotwórczy najczęściej wykorzystywany jest argon), ponieważ łatwo ulega jonizacji i osiąga stabilny łuk przy niskich natężeniach prądu. W specyficznych przypadkach podczas spawania plazmowego stosuje się również mieszanki gazowe: argon z wodorem (wodór zwiększa energię cieplną, poprawiając szybkość spawania) lub argon z helem (hel ma wyższą energię jonizacji, a jego dodatek zwiększa energię cieplną łuku, co jest istotne przy spawaniu materiałów o wysokiej przewodności cieplnej). Wymagany przepływ gazu plazmotwórczego mieści się w niższym zakresie od 1 do 10 l/min, w zależności od typu palnika i natężenia prądu spawania.
- Gaz osłonowy
Główną funkcją gazu osłonowego jest ochrona jeziorka spawalniczego przed reakcją z tlenem, azotem i wilgocią z atmosfery. Jako gaz osłonowy stosuje się zazwyczaj argon lub mieszankę argonu i wodoru. Do spawania stali niestopowych i niskostopowych można również zastosować mieszankę argonu z dwutlenkiem węgla lub tlenem (gazy aktywne), choć rzadziej niż w metodzie MIG/MAG, i zawsze w celu kontrolowania wpływu na spoinę. Azot może być stosowany w mieszankach osłonowych dla wybranych stopów stali nierdzewnej. W większości przypadków podczas spawania plazmowego oba gazy (plazmotwórczy i osłonowy) są takie same, aby uprościć kontrolę procesu i dostawy. Ilość wymaganego gazu osłonowego, w zależności od typu palnika i natężenia prądu, wynosi od 5 do 20 l/min.
Zalety spawania plazmowego
Spawanie plazmowe w osłonie gazów obojętnych (PAW) charakteryzuje się szeregiem korzyści w porównaniu z metodą spawania TIG:
- wyższa prędkość spawania,
- bardziej stabilny łuk elektryczny,
- zwiększona trwałość elektrody wolframowej,
- głębsze wtopienie, dzięki dostarczaniu ciepła w sposób bardziej skoncentrowany,
- wysoka jakość spoin (minimalna porowatość i brak odprysków),
- mniejsze odkształcenia,
- łatwość inicjacji łuku, dzięki obecności łuku pomocniczego.
Mimo iż spawanie plazmowe nie osiąga prędkości spawania laserowego, ma nad nim istotną przewagę w zakresie zdolności do mostkowania szczelin, większej tolerancji pozycjonowania oraz kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.
Gazy do spawania plazmowego
Air Liquide jest uznanym partnerem w zakresie dostaw gazów standardowych oraz indywidualnych mieszanek gazowych:
- dla stali niestopowych i niskostopowych: ARCAL™ Prime (argon) jako gaz plazmotwórczy i osłonowy,
- dla stali wysokostopowych: ARCAL™ Prime w połączeniu z ARCAL™ R1-5 (argon i 5% wodoru), co umożliwia uzyskanie powierzchni spoin wolnych od tlenków,
- dla metali nieżelaznych: ARCAL™ Prime jako gaz plazmotwórczy oraz ARCAL 31™ (argon z helem) jako gaz osłonowy, zwiększający energię łuku.
W celu uzyskania szczegółowych informacji dotyczących spawania plazmowego z wykorzystaniem gazów Air Liquide lub w przypadku pytań odnośnie konkretnego produktu, prosimy o wypełnienie formularza kontaktowego. Nasi eksperci zapewnią Państwu kompleksowe wsparcie.