Was ist Plasmaschweißen?

Plasmaschweißen wird in einer Reihe von Branchen eingesetzt, in denen es auf Produktionsvolumen, Konsistenz und minimale Ausfallzeiten ankommt. Hier sind einige grundlegende Fakten über den Prozess und wie er sich von konventionelleren, gängigen Schweißprozessen unterscheidet. Getty Images

Plasma ist ein heißes, ionisiertes Gas, das aus etwa gleichen Mengen positiv geladener Ionen und negativ geladener Elektronen besteht. Die Eigenschaften von Plasma unterscheiden sich erheblich von denen gewöhnlicher neutraler Gase, weshalb es als eigenständiger vierter Aggregatzustand betrachtet wird.

Einfach ausgedrückt ist Plasma ein Gas, das so weit überhitzt wurde, dass es eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Bei Schweiß- und Schneidprozessen ermöglicht dies die Übertragung von elektrischem Strom. Die Temperatur eines Plasmabogens kann bis zu 30.000 Grad Fahrenheit erreichen.

Das Plasmaschweißen, erstmals in den frühen 1960er Jahren als Schweißverfahren eingeführt, wurde in speziellen Schwachstromanwendungen (Mikroplasma) von 0,5 Ampere oder weniger oder bis zu 500 Ampere in der Schwerindustrie eingesetzt.

Obwohl es in der heutigen Fertigungsumgebung als exotischer Schweißprozess gilt, wird Plasmaschweißen immer noch in einer Reihe von Branchen eingesetzt, in denen es auf Produktionsvolumen, Konsistenz und minimale Ausfallzeiten ankommt. Hier sind einige grundlegende Fakten zum Plasmaschweißen und wie es sich von konventionelleren, gängigen Verfahren unterscheidet.

Diese Eigenschaften sind praktisch bei der Herstellung von Druckbehältern, Luft- und Raumfahrtkomponenten, Durchflusssensoren, kantengeschweißten Bälgen, Batterien und medizinischen Geräten.

Anders als beim WIG-Schweißen, bei dem die Wolframelektrode nach dem Schweißzyklus der Atmosphäre ausgesetzt wird, ist die Elektrode beim Plasmaprozess in der Kammer des Brenners eingeschlossen und durch einen Gasschutz geschützt. Dadurch bleibt die Elektrode über längere Zeiträume im gleichen Zustand. Bei automatisierten Anwendungen steigert dies die Produktivität erheblich, da der Schweißprozess nicht mehr unterbrochen werden muss, um die Elektrode zu schärfen.

Um Verunreinigungen beim WIG-Prozess zu vermeiden, ist es notwendig, den Lichtbogen mit Hochfrequenz von der Elektrode auf das Werkstück zu übertragen. In einigen Fällen führt dies zu Problemen bei automatisierten Anwendungen, bei denen die hohe Frequenz die Steuerungsausrüstung stören und unterbrechen kann. Diese Übertragungsmethode kann außerdem dazu führen, dass sich die Elektrode vorzeitig abnutzt, insbesondere bei großvolumigen Schweißnähten mit kurzer Dauer, sodass Sie den Prozess zum Schärfen der Wolframelektrode immer häufiger unterbrechen müssen.

Obwohl es in der heutigen Fertigungsumgebung als exotischer Schweißprozess gilt, wird Plasmaschweißen immer noch in einer Reihe von Branchen eingesetzt, in denen es auf Produktionsvolumen, Konsistenz und minimale Ausfallzeiten ankommt.

Beim Plasmaschweißen hingegen wird ein konstanter Pilotlichtbogen verwendet, der die Übertragung des Lichtbogens ohne Hochfrequenz ermöglicht. Dies eliminiert Störungen des Steuerungssystems und ermöglicht eine zuverlässige, genaue Übertragung für längere Produktionszyklen.

Zusätzlich zu den Funktionen der Plasmaschweißstromquelle, wie Stromregelung, digitale Gasregelung (die den Gasfluss im Inneren mit Stromstärkeeinstellungen aufrechterhält) und Impuls- und Punktzeitsteuerung, kann Ihnen der Plasmaschweißbrenner bei der Feinabstimmung der Lichtbogeneigenschaften helfen . Dazu gehören Folgendes:

Dies ermöglicht ein hohes Maß an Flexibilität, um den Prozess für viele Anwendungen weiter zu verbessern.

Sie können verschiedene Gase verwenden, um den Schweißprozess zu verbessern. Sie können beispielsweise Argon gemischt mit 2 % bis 5 % Wasserstoff als Plasmagas oder als Schutzgas in Kombination mit reinem Argon verwenden.

Argon-Plasmagas kombiniert mit einem Argon/Wasserstoff-Schutzgas . Der erhöhte Wärmeeintrag durch das Schutzgas verringert die Oberflächenspannung des Materials und ermöglicht höhere Bewegungsgeschwindigkeiten.

Durch den fokussierten Lichtbogen und die hohe Wärmekonzentration können Sie bei einigen Anwendungen schnellere Verfahrgeschwindigkeiten erreichen.

Dies kann als unmittelbarer Vorteil bei sich wiederholenden Anwendungen angesehen werden, bei denen eine Massenproduktion erforderlich ist.

Die beiden Betriebsarten des Plasmaschweißens werden allgemein als Weichplasma und Schlüssellochschweißen bezeichnet.

Der Unterschied zwischen dem Keyhole-Modus und dem Soft-Plasma-Modus (Nonkeyhole) besteht im Wesentlichen in der Einstellung der Brennerverbrauchsmaterialien und der Parameter. Im Schlüssellochmodus ist die Elektrode von der Spitzenöffnung zurückversetzt, wodurch die Wärme des Plasmalichtbogens auf einen kleineren Bereich konzentriert werden kann. In diesem Modus ist es möglich, Brennerparameter und -konfigurationen so einzurichten, dass der Plasmastrom Materialien mit einer Dicke von bis zu 0,39 Zoll durchdringt und eine vollständige Durchdringung erreicht, ohne dass eine Verbindungsvorbereitung erforderlich ist.

Im Nicht-Schlüsselloch-Modus (weiches Plasma) wird die Elektrode näher an der Spitzenöffnung platziert. Dies verringert den Lichtbogenfokus und in Kombination mit ausgewählten Stromstärken, Plasmagasen und Durchflussraten können Sie alle Vorteile des Plasmaprozesses nutzen, ohne dass Schweißnähte mit vollständiger Durchdringung erforderlich sind.

Ein Plasmaschweißaufbau ähnelt dem herkömmlichen WIG-Schweißen, abgesehen von den separaten Plasma- und Schutzgasen und der Art und Weise, wie der Strom zum Einschalten des Lichtbogens übertragen wird. Die Grafik ist eine visuelle Darstellung des Plasmaschweißprozesses durch den Brenner selbst.