Che ne pensate di un processo di saldatura che combina calore estremo, precisione ed efficienza? La saldatura al plasma, una tecnica avanzata, fa esattamente questo. Questo metodo utilizza un arco al plasma per creare saldature ad alta energia e ad alta temperatura, adatte a materiali sia sottili che spessi. Comprendendo i suoi principi e le sue applicazioni, capirete come questa tecnologia possa rivoluzionare la saldatura industriale, offrendo giunti resistenti e di alta qualità in un'ampia gamma di metalli. Scoprite la complessità della saldatura al plasma e il suo potenziale per migliorare i vostri progetti di saldatura.
L'arco al plasma è un arco compresso con elettrodo di tungsteno e argon ad alta densità di energia, temperatura e forza d'arco. L'arco al plasma si ottiene attraverso tre effetti di compressione:
1) Compressione meccanica: L'espansione limitata della sezione trasversale della colonna d'arco, causata dall'apertura dell'ugello in rame raffreddato ad acqua, è nota come compressione meccanica.
2) Compressione termica: L'acqua di raffreddamento nell'ugello forma uno strato di gas freddo vicino alla parete interna dell'ugello, riducendo l'area conduttiva effettiva della colonna d'arco. Ciò aumenta ulteriormente la densità di energia e la temperatura della colonna d'arco. Questo effetto, ottenuto attraverso il raffreddamento dell'acqua per aumentare ulteriormente la temperatura e la densità energetica della colonna d'arco, è noto come compressione termica.
3) Compressione elettromagnetica: A causa dei suddetti effetti di compressione, la densità della corrente d'arco aumenta e la forza di contrazione elettromagnetica generata dal campo magnetico della corrente d'arco diventa più forte. Ciò comporta un'ulteriore compressione dell'arco, nota come compressione elettromagnetica.
(1) Arco non trasferito
L'arco non trasferito brucia tra l'elettrodo di tungsteno e l'ugello. Durante la saldatura, il polo positivo della sorgente di alimentazione è collegato all'ugello di rame raffreddato ad acqua, mentre il polo negativo è collegato all'elettrodo di tungsteno. Il pezzo da saldare non è collegato al circuito di saldatura. L'arco è realizzato mediante l'espulsione ad alta velocità di gas plasma. Questo tipo di arco è adatto alla saldatura o al taglio dei metalli più sottili e dei non metalli.
(2) Arco trasferito
L'arco trasferito brucia direttamente tra l'elettrodo di tungsteno e il pezzo. Durante la saldatura, l'arco non trasferito tra l'elettrodo di tungsteno e l'ugello viene prima acceso e poi l'arco viene trasferito all'elettrodo di tungsteno e al pezzo. Durante il funzionamento, l'ugello non è collegato al circuito di saldatura. Questo tipo di arco è utilizzato per la saldatura di metalli più spessi.
(3) Arco combinato
Per arco combinato si intende un arco in cui coesistono l'arco trasferito e l'arco non trasferito. L'arco misto può mantenere la stabilità a correnti molto basse, il che lo rende particolarmente adatto alla saldatura di lamiere sottili e ultrasottili.
(1) La curva caratteristica statica dell'arco del arco al plasma è significativamente diverso da quello dell'arco TIG:
(2) La temperatura dell'arco è elevata, compresa tra 24000K e 50000K, con un'alta densità di potenza e una densità di energia di 105-106W/cm2. L'arco TIG, invece, ha una temperatura compresa tra 10000 e 24000K e una densità di potenza inferiore a 104W/cm2.
(3) La rigidità è elevata, con un grande fattore di concentrazione dell'arco.
(4) Il calore generato dalla colonna d'arco ha un effetto significativo sul riscaldamento del pezzo.
(I) Caratteristiche
Grazie all'elevata densità di energia, alla temperatura e alla rigidità, l'arco al plasma presenta i seguenti vantaggi rispetto alle tecnologie convenzionali saldatura ad arco:
1) Forte capacità di penetrazione, in grado di saldare attraverso piastre di acciaio inossidabile con uno spessore di 8-10 mm senza bisogno di smussare o di filo di apporto.
2) La qualità del cordone di saldatura non è sensibile alle variazioni della lunghezza dell'arco. Ciò è dovuto al fatto che la forma dell'arco è quasi cilindrica e presenta una buona rettilineità. La variazione della lunghezza dell'arco ha un impatto minimo sull'area del punto di riscaldamento, consentendo di ottenere facilmente forme uniformi del cordone di saldatura.
3) L'elettrodo di tungsteno è incassato all'interno di un ugello di rame raffreddato ad acqua, che evita il contatto con il pezzo e la formazione di inclusioni di tungsteno nel metallo saldato.
4) L'arco al plasma ha un elevato grado di ionizzazione, che lo rende stabile anche a basse correnti, consentendo la saldatura di parti di precisione in miniatura.
Gli svantaggi della saldatura al plasma sono i seguenti:
1) Limitato spessore di saldatura, generalmente al di sotto dei 25 mm.
2) La pistola di saldatura e il circuito di controllo sono complessi e l'ugello ha una durata ridotta.
3) Ci sono più parametri di saldaturache richiede un elevato livello di competenza tecnica da parte dell'operatore di saldatura.
(2) Applicazioni
La saldatura ad arco di plasma può essere utilizzata per saldare vari metalli che possono essere saldati con la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG), come l'acciaio inossidabile, l'alluminio e i metalli di alta qualità. leghe di alluminiotitanio e leghe di titanio, nichel, rame e lega Monel. Questo metodo di saldatura può essere applicato nei settori aerospaziale, aeronautico, dell'energia nucleare, dell'elettronica, della costruzione navale e in altri settori industriali.
1. Classificazione: Pistola per saldatura al plasma, pistola da taglio, pistola a spruzzo.
2. Componenti
I componenti principali comprendono l'elettrodo, il portaelettrodo, l'ugello compresso, l'isolatore intermedio, il corpo della pistola superiore, il corpo della pistola inferiore e il manicotto di raffreddamento. I componenti più critici sono l'ugello e l'elettrodo.
1. Ugello
Classificazione: In base al numero di fori dell'ugello, si distinguono due tipi: a foro singolo e a foro multiplo.
Negli ugelli a più fori, oltre al foro centrale principale, ci sono più fori piccoli a sinistra e a destra del foro principale. Il gas plasma espulso da questi piccoli fori ha un ulteriore effetto di compressione sull'arco di plasma, causando l'ellissi della sezione trasversale dell'arco di plasma. Quando l'asse lungo dell'ellisse è parallelo alla direzione di saldatura, può aumentare in modo significativo la velocità di saldatura e ridurre l'ampiezza della zona interessata dal calore.
I parametri più importanti della forma dell'ugello sono l'apertura di compressione e la lunghezza del canale di compressione.
1) Apertura dell'ugello (dn):
Il dn determina il diametro e la densità di energia dell'arco di plasma. Un diametro più piccolo determina una maggiore compressione dell'arco, ma se è troppo piccolo può portare a una minore stabilità dell'arco al plasma, fino a causare un doppio arco e danni all'ugello. La scelta di dn deve basarsi sulla corrente di saldatura, sul tipo di gas plasma e sulla portata.
2) Lunghezza del canale dell'ugello (l0):
Sotto una certa apertura di compressione, un l0 più lungo fornisce una compressione più forte dell'arco di plasma. Tuttavia, se l0 è troppo grande, l'arco di plasma diventa instabile. Di solito si richiede che il rapporto l0/dn rientri in un certo intervallo. Per l'arco di trasferimento, è generalmente 1,0-1,2, mentre per l'arco misto è 2-6.
3) Angolo conico (α):
L'angolo conico ha un impatto minimo sulla compressione dell'arco di plasma e può variare da 30° a 180°. Tuttavia, è preferibile far coincidere la forma della punta dell'elettrodo per garantire un ancoraggio stabile del punto anodico sulla punta dell'elettrodo. Durante la saldatura, l'angolo è generalmente compreso tra 60° e 90°.
Materiale dell'ugello:
L'ugello è tipicamente in rame ed è raffreddato direttamente ad acqua.
Elettrodo:
1) Materiale:
La saldatura al plasma utilizza comunemente elettrodi di tungsteno toriato o elettrodi di tungsteno cerato. In alcuni casi, possono essere utilizzati elettrodi di tungsteno zirconato o di zirconio. Gli elettrodi di tungsteno richiedono generalmente un raffreddamento ad acqua. Per le applicazioni a bassa corrente, il raffreddamento ad acqua è indiretto e l'elettrodo di tungsteno ha la forma di una barra. Per le applicazioni ad alta corrente, si utilizza un raffreddamento ad acqua diretto e l'elettrodo di tungsteno ha una struttura incorporata.
2) Forma:
La punta di un elettrodo a forma di asta viene solitamente rettificata a forma di cono appuntito o di piattaforma conica. Per applicazioni a corrente elevata, può anche essere rettificata in forma sferica per ridurre il burn-off.
3) Lunghezza e concentricità della contrazione interna:
A differenza di Saldatura TIGNella saldatura al plasma, l'elettrodo di tungsteno è generalmente contratto all'interno dell'ugello compresso. La distanza tra la superficie esterna dell'ugello e la punta dell'elettrodo di tungsteno è nota come lunghezza di contrazione interna (lg).
Per garantire la stabilità dell'arco e prevenire il doppio arco, l'elettrodo di tungsteno deve essere concentrico con l'ugello e la lunghezza di contrazione interna (lg) dell'elettrodo di tungsteno deve essere adeguata (lg = l0 ± 0,2 mm).
3. Metodi di erogazione del gas:
a) Tangenziale: Questo metodo fornisce un'elevata compressione, con bassa pressione al centro e alta pressione alla periferia. Aiuta a stabilizzare l'arco al centro.
b) Radiale: Questo metodo fornisce una compressione inferiore rispetto al metodo tangenziale.
1. Doppio arco
In condizioni normali, tra l'elettrodo di tungsteno e il pezzo si forma un arco trasferito.
Tuttavia, in alcune situazioni anomale, può verificarsi un arco parallelo, noto come doppio arco, che brucia tra l'elettrodo di tungsteno e l'ugello, nonché tra l'ugello e il pezzo.
2. Meccanismo di generazione a doppio arco
Teoria della rottura del film di gas freddo
3. Cause e misure di prevenzione della generazione a doppio arco
1. In determinate condizioni di corrente, l'apertura di compressione dell'ugello è troppo piccola o la lunghezza del canale di compressione è troppo lunga, con conseguente eccessiva lunghezza di contrazione interna.
2. Flusso insufficiente di gas plasma.
3. Deviazione eccessiva tra l'asse dell'elettrodo di tungsteno e l'asse dell'ugello.
4. Blocco dell'ugello dovuto a schizzi di metallo.
5. Caratteristiche esterne dell'alimentatore non corrette.
6. Distanza errata tra l'ugello e il pezzo.
Esistono tre metodi: il tipo di perforazione, il tipo di fusione e la saldatura ad arco plasma a microfasci.
(1) Saldatura ad arco plasma di tipo a perforazione
Utilizzando una corrente di saldatura e un flusso di plasma maggiori, l'arco al plasma ha una densità di energia e una forza del flusso di plasma più elevate. Il pezzo viene completamente fuso e si forma un piccolo foro che penetra nel pezzo sotto l'azione della forza del flusso di plasma, mentre il metallo fuso viene espulso intorno al piccolo foro.
Quando l'arco al plasma si muove in direzione della saldatura, il metallo fuso si sposta lungo le pareti dell'arco e cristallizza in un cordone di saldatura dietro il bagno di saldatura, mentre il piccolo foro avanza con l'arco al plasma.
È adatto alla saldatura su un solo lato e alla formatura su due lati e può essere utilizzato solo per la saldatura su un solo lato e la formatura su due lati.
Quando si saldano pezzi sottili, si può ottenere senza smussare, imbottire le piastre o riempire il metallo, ottenendo la formatura su due lati in una sola passata.
La generazione di piccoli fori dipende dalla densità di energia dell'arco di plasma. Più spessa è la lamiera, maggiore è la densità di energia richiesta. Per le lamiere più spesse, la saldatura ad arco plasma a perforazione può essere utilizzata solo per il primo cordone di saldatura.
Tabella 6-1: Spessore applicabile per la saldatura ad arco plasma a perforazione
| Materiale | Acciaio inox | Titanio e leghe di titanio | Nichel e leghe di nichel | Basso acciaio legato | Acciaio a basso tenore di carbonio |
| Limite dello spessore di saldatura /mm | 8 | 12 | 6 | 7 | 8 |
(2) Saldatura al plasma ad arco di fusione
Utilizzando una portata di gas plasma inferiore, la forza del flusso di plasma è minore e la capacità di penetrazione dell'arco è bassa.
Caratteristiche:
(3) Saldatura ad arco di plasma a microfasci
Una fusione a bassa corrente (in genere inferiore a 30A) processo di saldatura.
Caratteristiche dell'equipaggiamento:
Caratteristiche del processo:
(4) Saldatura ad arco plasma a impulsi
Utilizza corrente pulsata inferiore a 15Hz invece di corrente continua stabile. L'arco è più stabile, con conseguente riduzione della zona colpita dal calore (ZTA) e minore distorsione.
(5) Saldatura al plasma a corrente alternata
Generalmente utilizza l'alimentazione a onda quadra per la saldatura di leghe di alluminio.
(6) Arco di plasma trasferito
In realtà, si tratta di una combinazione di arco trasferito e arco al plasma, e ne esistono due forme:
(1) Forma del giunto e dello smusso
La forma del giunto viene selezionata in base allo spessore della piastra:
(2) Corrente di saldatura e apertura dell'ugello
La corrente di saldatura viene sempre scelta in base allo spessore della lamiera o ai requisiti di penetrazione. Se la corrente è troppo bassa, la saldatura potrebbe non penetrare e non si formerebbe un piccolo foro. Se la corrente di saldatura è troppo alta, il metallo fuso potrebbe abbassarsi a causa dell'ampio diametro del foro.
L'apertura dell'ugello viene selezionata in base alla corrente di saldatura e deve essere adeguatamente abbinata. È anche correlata alla portata del gas plasma.
(3) Gas plasma
Il gas plasma e gas di schermatura sono solitamente scelti in base al metallo da saldare e all'entità della corrente. Quando si utilizzano correnti di saldatura elevate nella saldatura ad arco al plasma, è generalmente consigliabile utilizzare lo stesso gas per il gas plasma e il gas di protezione, poiché l'uso di gas diversi può causare una scarsa stabilità dell'arco.
La Tabella 6-5 elenca i gas tipici utilizzati per la saldatura ad arco plasma ad alta corrente di vari metalli. Per la saldatura ad arco al plasma a bassa corrente, si usa comunemente il gas argon puro come gas plasma. Questo perché il gas argon ha una tensione di ionizzazione più bassa, che garantisce una facile accensione dell'arco.
| Metallo | Spessore/mm | Tecnica di saldatura | |
| Metodo di perforazione | Metodo di fusione | ||
| Acciaio al carbonio (acciaio con alluminio) | ＜3.2 | Ar | Ar |
| ＞3.2 | Ar | 25%Ar+75%He | |
| Acciaio basso legato | ＜3.2 | Ar | Ar |
| ＞3.2 | Ar | 25%Ar+75%He | |
| Acciaio inox | ＜3.2 | Ar o 92,5% Ar + 7,5% H2 | Ar |
| ＞3.2 | Ar o 95% Ar + 5% H2 | 25%Ar+75%He | |
| ＞3.2 | Ar o 95% Ar + 5% H2 | 25%Ar+75%He | |
| Metalli reattivi | <6.4 | Ar | Ar |
| >6.4 | Ar+（50%-70%）He | 25%Ar+75%He | |
La portata del gas plasma determina direttamente la forza di flusso del plasma e la capacità di penetrazione. Maggiore è la portata del gas plasma, maggiore è la capacità di penetrazione. Tuttavia, se la portata del gas plasma è troppo elevata, il diametro del piccolo foro può diventare troppo grande, compromettendo la formazione della saldatura.
Pertanto, è necessario selezionare una portata adeguata del gas plasma in base al diametro dell'ugello, al tipo di gas plasma, alla corrente di saldatura e alla velocità di saldatura.
Quando si utilizza il metodo di fusione, è necessario ridurre la portata del gas plasma in modo appropriato per minimizzare la forza di flusso del plasma.
(4) Velocità di saldatura
La velocità di saldatura deve essere selezionata in base alla portata del gas plasma e alla corrente di saldatura, assicurandosi che tutti e tre i parametri siano adeguatamente abbinati. Quando le altre condizioni sono costanti, l'aumento della velocità di saldatura riduce l'apporto di calore e diminuisce il diametro del piccolo foro fino a farlo scomparire.
Tuttavia, un aumento eccessivo della velocità di saldatura può provocare sottosquadri o porosità.
D'altra parte, se la velocità di saldatura è troppo bassa, il metallo di base può surriscaldarsi e il metallo fuso può cadere. Pertanto, la velocità di saldatura, la portata del gas al plasma e la corrente di saldatura devono essere ben calibrate.
(5) Distanza ugello-pezzo
Se la distanza è troppo grande, la capacità di penetrazione diminuisce. Se la distanza è troppo piccola, può causare l'ostruzione dell'ugello. In genere, la distanza viene impostata tra 3 e 8 mm. Rispetto alla saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG), la variazione della distanza dell'ugello ha un impatto minore sulla capacità di penetrazione. qualità della saldatura.
(6) Portata del gas di schermatura
La portata del gas di protezione deve essere selezionata in base alla corrente di saldatura e alla portata del gas plasma. Al di sotto di una certa portata di gas plasma, un flusso eccessivo di gas di protezione può disturbare il flusso di gas, compromettendo la stabilità dell'arco e l'efficacia della protezione.
D'altra parte, una portata troppo bassa del gas di schermatura può causare una protezione inadeguata. Pertanto, la portata del gas di schermatura deve essere adeguatamente proporzionata alla portata del gas di plasma.
Per la saldatura a perforazione, la portata del gas di protezione è generalmente compresa tra 15 e 30 L/min.
(7) Innesco e terminazione dell'arco
Quando si utilizza il metodo della perforazione per saldare lamiere spesse, è probabile che si verifichino difetti come porosità e sottosquadri nei punti di inizio e fine dell'arco.
Per le giunzioni di testa si utilizzano piastre di innesco e di terminazione dell'arco. L'arco viene innescato sulla piastra di innesco, quindi trasferito sul pezzo e infine terminato sulla piastra di terminazione, chiudendo il piccolo foro.
Tuttavia, per i giunti circonferenziali, non è possibile utilizzare piastre di innesco e terminazione dell'arco. Si utilizza invece un metodo che prevede l'aumento graduale della corrente di saldatura e della portata del gas plasma per innescare l'arco sul pezzo e la chiusura dell'arco riducendo gradualmente la corrente e la portata del gas plasma per chiudere il piccolo foro.
1. Principio di taglio
Principio di fusione e soffiaggio: l'arco di plasma fonde completamente il pezzo da lavorare e la forza di lavaggio meccanico ad alta velocità del flusso di plasma soffia via il metallo fuso o il non metallo, formando un taglio stretto.
Taglio a gas: Utilizza la combustione e il soffiaggio.
Vantaggi:
Svantaggi:
2. Tecniche di taglio
1. Gas plasma
1) Tipi
2) Portata
La portata del gas al plasma è molto più elevata di quella utilizzata nella saldatura, poiché l'arco al plasma richiede un arco più duro.
2. Parametri di processo
1) Tensione a vuoto:
Non solo influisce sulle prestazioni di accensione dell'arco, ma anche sulla sua rigidità. Una tensione a vuoto più elevata determina un arco più forte e una maggiore forza di lavaggio, consentendo una maggiore velocità e spessore di taglio.
2) Corrente e tensione d'arco:
Aumentando la corrente e la tensione dell'arco si possono aumentare lo spessore e la velocità di taglio, mentre la tensione ha un effetto più significativo. Tuttavia, l'aumento della corrente può portare alla formazione di un doppio arco e a un aumento delle dimensioni dell'arco stesso. kerf.
3) Velocità di taglio:
Si raccomanda di massimizzare la velocità, garantendo al contempo una penetrazione completa. L'aumento della velocità di taglio migliora la produttività e riduce la deformazione e la zona termicamente alterata. Taglio lento Le velocità di rotazione sono causa di una minore produttività, di un maggiore rischio di formazione di scorie e di una zona termicamente colpita più ampia.
4) Distanza ugello-pezzo:
In genere si preferisce una distanza di 8-10 mm. L'aumento della distanza aumenta la potenza dell'arco, ma comporta una maggiore dissipazione di calore, una minore efficienza dell'arco, una minore forza di lavaggio e un maggiore rischio di formazione di scorie. Inoltre, è più probabile che si verifichino archi doppi. Al contrario, una distanza troppo bassa può causare il blocco dell'ugello.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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