جوشکاری قوس پلاسما | طرز کار، کاربردها، مزایا و معایب

جوشکاری قوس پلاسما چیست؟

جوشکاری قوس پلاسما (PAW) یک فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از گرمای تولید شده توسط یک قوس فشرده بین یک الکترود غیر مصرفی تنگستن و قطعه کار (فرآیند قوس انتقالی) یا نازل منقبض کننده با آب خنک (فرایند قوس غیرانتقالی) است.

پلاسما مخلوطی گازی از یون های مثبت، الکترون ها و مولکول های گاز خنثی است. فرآیند قوس انتقالی، جت های پلاسما با تراکم انرژی بالا تولید می کند و می تواند برای جوشکاری و برش سریع سرامیک، آلیاژهای مس، فولاد، آلومینیوم، آلیاژهای نیکل و آلیاژهای تیتانیوم مورد استفاده قرار گیرد.

فرآیند قوس غیرانتقالی، پلاسمایی با چگالی انرژی نسبتا کم تولید می کند. برای جوشکاری و پاشش پلاسما (پوشش دهی) فلزات مختلف کاربرد دارد. از آنجایی که قطعه کار در جوشکاری قوس پلاسما غیر انتقالی بخشی از مدار الکتریکی نیست، مشعل قوس پلاسما ممکن است بدون خاموش کردن قوس از یک قطعه کار به قطعه دیگر برود.

اصول کار جوشکاری قوس پلاسما

طبق اصل جوشکاری قوس پلاسما، مقدار کافی انرژی به گاز بی اثر داده می شود، برخی از الکترون های آن از هسته خود آزاد می شوند اما با آن حرکت می کنند.

پس از حرکت الکترون ها، اتم ها به حالت یونیزه داغ تبدیل می شوند. این رایج ترین حالت ماده است که به عنوان حالت چهارم ماده شناخته می شود.

این اتم های یونیزه که دارای دمای بالایی هستند برای اتصال دو صفحه استفاده می شود. جوشکاری قوس پلاسما شکلی از جوشکاری TIG است که در آن از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی برای تولید قوس استفاده می شود.

تجهیزات جوشکاری قوس پلاسما

تجهیزات PAW به شرح زیر است:

1. مشعل قوس پلاسما

2. گاز محافظ و پلاسما

3. فلز پر کننده

4. منبع نیرو

1) مشعل قوس پلاسما

از چهار بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از: الکترود تنگستن، کولت، نازل داخلی و نازل بیرونی. الکترود تنگستن توسط کولت نگه داشته می شود. نازل گاز داخلی گاز بی اثر را برای تشکیل پلاسما در داخل مشعل تامین می کند.

نازل بیرونی گاز محافظ را تامین می کند که از ناحیه جوش در برابر اکسیداسیون محافظت می کند. مشعل های PAW خنک هستند زیرا قوسی که در داخل مشعل قرار دارد گرمای زیادی تولید می کند، بنابراین یک آبگرد در خارج از مشعل وجود دارد.

2) گاز محافظ و پلاسما

گاز پلاسما مشابه گاز محافظی است که از یک منبع تامین می شود. به طور عمده گازهای بی اثر مانند آرگون، هلیوم هم به عنوان گازهای بی اثر و هم محافظ استفاده می شوند.

3) فلز پر کننده

معمولا در این فرآیند جوشکاری از مواد پرکننده استفاده نمی شود. اگر از ماده پرکننده استفاده شود، مستقیما به ناحیه جوش وارد می شود.

4) منبع نیرو

فرآیند PAW به یک منبع DC با توان بالا نیاز دارد تا جرقه الکتریکی بین الکترود و صفحات جوش (برای فرآیند جوشکاری قوس پلاسما انتقالی) و الکترود تنگستن و نازل تخلیه ( فرآیند جوشکاری قوس پلاسما غیر انتقالی) ایجاد شود.

این جوشکاری در حداقل 2 آمپر و حداکثر حدود 300 آمپر قابل اجراست. برای عملکرد صحیح به 80 ولت نیاز دارد. منابع برق شامل ترانسفورماتورها، یکسو کننده ها و کنسول های کنترل هستند.

طرز کار جوشکاری قوس پلاسما

در ابتدا، قطعات کار به طور کامل تمیز می شوند. منبع تغذیه نیرویی را تامین می کند که یک قوس بین الکترود تنگستن و نازل یا الکترود تنگستن و قطعه کار ایجاد می کند. الکترود تنگستن یک قوس با شدت بالا ایجاد می کند که برای یونیزاسیون ذرات گاز استفاده می شود و گازهای اریفیس را به پلاسما تبدیل می کند.

این گاز یونیزه شده داغ توسط یک سوراخ کوچک در اختیار صفحات جوش قرار می گیرد. گازهای محافظ مانند آرگون و غیره از طریق شیر فشار و شیرهای تنظیم به نازل خارجی مشعل جوشکاری می رسد.

این گازها حفاظی را در اطراف محل جوش تشکیل می دهند که از آن در برابر گازهای جوی مانند اکسیژن، نیتروژن و غیره محافظت می کند. پلاسما به صفحات جوش برخورد کرده و آن را به یک قطعه تبدیل می کند. جوش بعدی در همان جهت انجام می شود. اگر این فرآیند جوشکاری به مواد پرکننده نیاز داشته باشد، به صورت دستی توسط جوشکار انجام می شود.

انواع جوشکاری قوس پلاسما

دو نوع جوشکاری قوس پلاسما عبارتند از:

1. جوشکاری قوس پلاسما انتقالی

2. جوشکاری قوس پلاسما غیرانتقالی

تفاوت بین جوشکاری قوس پلاسما انتقالی و غیر انتقالی

1) جوشکاری قوس پلاسما انتقالی

در این فرآیند جوشکاری، الکترود تنگستن به پایانه منفی و قطعه کار به پایانه مثبت متصل می گرد. از جریان DC استفاده می شود. یک قوس بین الکترود تنگستن و قطعه کار ایجاد می شود.

در این فرآیند، هم پلاسما و هم قوس به قطعه کار منتقل می‌شوند و ظرفیت گرمایش فرآیند را بهبود می‌بخشد. از این جوشکاری برای جوش دادن ورق های ضخیم استفاده می شود.

2) جوشکاری قوس پلاسما غیرانتقالی

در این فرآیند جوشکاری از جریان DC استفاده می شود. در آن الکترود تنگستن به قطب منفی و نازل به قطب مثبت متصل می شود. یک قوس بین الکترود تنگستن و نازل داخل مشعل ایجاد می شود.

این باعث افزایش یونیزاسیون گاز داخل مشعل می شود. مشعل این گاز یونیزه شده را برای پردازش  منتقل می کند. این نوع جوشکاری برای جوش دادن ورق های نازک استفاده می شود.

مزایا و معایب جوشکاری قوس پلاسما

مزایا

1. سرعت جوش بالا

2. دارای قابلیت نفوذ بالا

3. انرژی بالایی برای جوشکاری در دسترس است. به راحتی می توان قطعات سخت را جوش داد.

4. فاصله بین ابزار و قطعه کار تأثیری بر تشکیل قوس ندارد.

5. مصرف برق پایینی برای جوش های هم اندازه دارد.

6. قوس پایدارتر توسط جوش قوس پلاسما تولید می شود.

7. می تواند در آمپر کم کار کند.

معایب

1. تجهیزات گران قیمت.

2. اعوجاج زیاد و عریض به دلیل گرمای ورودی بالا

3. این یک عملیات پر سر و صدا است بنابراین احتمال آلودگی صوتی وجود دارد.

4. تشعشع بیشتری دارد.

5. جوشکاری قوس پلاسما به اپراتور با مهارت بالا نیاز دارد.

6. هزینه نگهداری بالاست.

کاربردهای جوشکاری قوس پلاسما

1. این نوع جوشکاری در صنایع دریایی و هوافضا کاربرد دارد.

2. به طور گسترده برای جوش دادن لوله های از جنس فولادی ضد زنگ یا تیتانیوم استفاده می شود.

3. جوشکاری قوس پلاسما اغلب در صنایع الکترونیک استفاده می شود.

4. معمولا برای تعمیر ابزار و قالب ها استفاده می شود.

5.  برای جوشکاری یا پوشش روی پره های توربین نیز استفاده می شود.