Spawanie plazmowe: gazy o najwyższej jakości
Spawanie plazmowe, określane również jako spawanie plazmowe w osłonie gazów obojętnych lub spawanie plazmowe wolframowe, stanowi udoskonaloną 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 procesie spawania plazmowego źródłem ciepła jest gaz plazmotwórczy, który ulega jonizacji w palniku plazmowym pod wpływem impulsów wysokiej częstotliwości. Mechanizm ten inicjuje zajarzenie łuku pilotującego (pomocniczego) pomiędzy elektrodą wolframową a dyszą plazmową, co prowadzi do jonizacji słupa gazu pomiędzy dyszą a elementem spawanym. Umożliwia to bezdotykowe zajarzenie głównego łuku plazmowego, płonącego między elektrodą a obrabianym elementem. Dysza z wąskim otworem, chłodzona wodą, zwęża łuk plazmowy do niemal cylindrycznej kolumny gazu, co skutkuje uzyskaniem wyższej gęstości energii w porównaniu do metody TIG. Na twardość łuku plazmowego można wpływać poprzez dobór dyszy plazmowej i ilość gazu plazmotwórczego. Większa średnica dyszy w połączeniu z ograniczonym przepływem gazu generuje łuk o mniejszej twardości.
Natężenie prądu łuku pomocniczego wynosi zazwyczaj od 3 do 30 A. Gaz plazmotwórczy wypycha go częściowo z dyszy, dzięki czemu jest on widoczny jako jasny punkt świetlny. Ochronę jeziorka spawalniczego przed wpływem atmosfery zapewnia gaz osłonowy, dostarczany przez zewnętrzną dyszę.
Metody spawania plazmowego w zależności od grubości materiału
Spawanie plazmowe nietopliwą elektrodą wolframową jest realizowane w trzech wariantach:
- Spawanie mikroplazmowe
Stosowane do spawania taśm o grubości 0,01 mm, siatek drucianych oraz bardzo cienkich blach. Charakteryzuje się niskim natężeniem prądu spawania, już od 0,5 A.
- Tryb plazmy miękkiej (tryb z ograniczonym przetopem)
Metoda ta umożliwia spawanie materiałów o grubości do około 3 mm i polega na stopieniu materiału bez pełnego przetopu.
- Spawanie z tzw. „oczkiem” (tryb z pełnym przetopem)
Metoda ta jest stosowana w przypadku materiałów o grubości powyżej 3 mm. Strumień plazmy całkowicie przenika przez całą grubość spawanego materiału i tworzy tzw. oczko spawalnicze. Łuk elektryczny kieruje stopiony metal wokół oczka, gdzie zastyga tworząc trwałą spoinę. Napięcie powierzchniowe stopu zapobiega jego wyciekaniu. Celem zakończenia procesu spawania prąd spawania i ciśnienie gazu plazmowego są obniżane, co prowadzi do zamknięcia otworu przez stopiony metal.
Jakie gazy stosuje się do spawania plazmowego?
Podobnie jak w metodzie TIG, spawanie plazmowe wymaga zastosowania odpowiednich gazów. Konieczne jest użycie dwóch typów: gazu plazmotwórczego (dostarczanego dyszą wewnętrzną) oraz gazu osłonowego (dostarczanego dyszą zewnętrzną).
- Gaz plazmotwórczy
Jako gaz plazmotwórczy najczęściej wykorzystywany jest argon (Ar), ponieważ łatwo ulega i osiąga wysoki stopień jonizacji. W specyficznych przypadkach podczas spawania plazmowego stosuje się również mieszanki gazowe: argon z wodorem (dla stali chromowo-niklowych i stopów na bazie niklu) lub argon z helem (dla aluminium, cyrkonu i tytanu). Mieszanki te mają na celu zwiększenie transferu ciepła i osiągnięcie wyższych prędkości spawania. Wymagany przepływ gazu plazmotwórczego mieści się w zakresie od 15 do 35 l/min, w zależności od typu palnika i natężenia prądu spawania.
- Gaz osłonowy
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). W większości przypadków podczas spawania plazmowego oba gazy (plazmotwórczy i osłonowy) są takie same. Ilość wymaganego gazu osłonowego, w zależności od typu palnika i natężenia prądu, wynosi od 3 do 12 l/min.
Zalety spawania plazmowego
W porównaniu z metodą spawania TIG, proces spawania plazmowego w osłonie gazów obojętnych wyróżnia się:
- wyższą prędkością,
- bardziej stabilnym łukiem elektrycznym,
- zwiększoną trwałością elektrody wolframowej,
- głębszym wtopieniem, dzięki dostarczaniu ciepła w sposób bardziej skoncentrowany,
- szybszym i łatwiejszym odnalezieniem punktu początkowego spoiny podczas spawania ręcznego (dzięki łukowi pilotującemu),
- bardzo wysoką jakością spoin (mało porów i brak odprysków),
- mniejszą ilością odkształceń.
Mimo iż spawanie plazmowe nie osiąga prędkości spawania laserowego, ma nad nim przewagę w zakresie mostkowania szczelin, 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: ARCAL™ Prime jako gaz plazmotwórczy i osłonowy,
- dla metali nieżelaznych: ARCAL™ Prime jako gaz plazmotwórczy oraz ARCAL 31™ N jako gaz osłonowy,
- dla stali wysokostopowych: ARCAL™ Prime w połączeniu z ARCAL™ R1-5 (ten ostatni umożliwia uzyskanie powierzchni spoin wolnych od tlenków).
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 i kompleksowe wsparcie.