Plasmaschweißen

Wenn elektrisches Lichtbogenschweißen zum Schweißen von Blechen oder Rohren bis zu einer Dicke von 8 mm in einem einzigen Durchgang gewählt wird, ist es von Vorteil, ein Verfahren einzusetzen, das vom WIG-Schweißen abgeleitet wird: Plasmaschweißen. Das Plasma-Lichtbogen-Schweißverfahren sichert hohe Produktivität und besseren Einbrand.

Bei einigen Anwendungen ist die ergänzende Anwendung von WIG-Scheißen und Plasmaschweißen notwendig. Die Wurzelnahtschweißung wird mit der einen Methode durchgeführt, das Einbringen der Fülllage mit der anderen.

Das Prinzip des Plasmaschweißens

Prinzipschema des Plasmaschweißens mit externer Drahtelektrode und Plasmagas
Diagramm, welches das Prinzip des Plasmaschweißens mit Zusatzdraht zeigt. Die Wolframelektrode wird in Inneren der wassergekühlten Düse installiert in der das Plasmagas diffundiert wird. Eine Düse wird rund um die gekühlte Düse montiert, um das Schutzgas des Ringspaltes (meist Argon) zu diffundieren. Die zusammengebauten Werkstücke werden stoßgeschweißt.

Definition

PLASMALICHTBOGENSCHWEISSEN ist im Grunde eine Erweiterung des Wolfram-Inertgas-Lichtbogenschweißenverfahrens (GTAW oder WIG). Es besitzt jedoch eine viel höhere Lichtbogenenergiedichte und eine höhere Plasmagasgeschwindigkeit, da Plasma gewaltsam durch eine sich verengende Düse gepresst wird.

Das Plasma-Lichtbogen-Schweißverfahren wird im Allgemeinen für Schweißen und Auftragschweißen verwendet. Es kann die häufigsten Metalle bis zu einer Dicke von ca. 10 mm schweißen. Mit geeigneten Brennern kann es sogar für Aluminium bis zu einer Plattendicke von ca. 5 mm verwendet werden.

Die Hauptanwendungen für Plasmaschweißen oder PAW-Schweißen liegen im Bau von Containern und der Herstellung von Rohren, wo Schweißautomatisierung sehr beliebt und effektiv ist. Mikroplasmaschweißen wird in der Technik für Haushaltsgeräte, Elektronik, Luftfahrt- und Raumfahrttechnologie, Medizintechnik und Geräte- und Instrumentenbau eingesetzt.

Plasmaschweißpfote automatisierte Schweißdrehmaschine automatisierte Maschine
Beispiel einer Schweißbank, die mit einer Plasma-Lichtbogen-Schweißmaschine ausgestattet ist. Der Plasmaschweißbrenner wird entlang dem Werkstück und darum herum geführt. Diese Schweißbank wurde für die Durchführung von Schweißungen in einem einzigen Durchgang auf 316L Edelstahl mit einer Dicke von 4, 8 oder 10mm konzipiert.

Vorteile von Plasmaschweißen

  • Die mechanische Verengung des Lichtbogens durch eine wassergekühlte Düse ermöglicht das Schweißen größerer Dicken in I-Stoß-Nahtvorbereitung (3mm bis 10mm) mit einem kleineren der Hitze ausgesetzten Bereich (Schlüssellochschweißung).
  • Erhöhte Schweißgeschwindigkeit von 50mm/min bis 500mm/min, je nach Werkstoffen und Werkstoffdicke.
  • Reduktion der Anzahl an Schweißlagen bei größeren Dicken in Kombination mit dem Heißdrahtverfahren.
  • Hohe Lebensdauer der Elektroden aufgrund der Verwendung eines Pilotlichtbogens.
  • Hervorragende Schweißqualität.
  • Minimale Verformung.
  • Einseitige Schweißung mit guter Einbrandtiefe.
  • Schweißen in alle Positionen mit Synchronisierung von gepulstem Strom und Plasmagas.
Längsnahtplasmaschweißen Polycar horizontal mit externem Schweißzusatzwerkstoff
Polycar, ausgestattet mit einem Plasmaschweißbrenner mit Drahtspule. Dieses Gerät für automatisiertes Plasmaschweißen ist auf einer an einem I-Träger befestigten Schiene montiert. Dieses Gerät für Plasmalichtbogenschweißen wurde dafür konzipiert, Längs- oder Kreisschweißungen in horizontaler oder vertikaler Position durchzuführen

Leistungsmerkmale des Plasmaschweißverfahrens mit Zusatzdraht

  • Stoßschweißen von Materialien mit einer Dicke von 3mm bis 8 mm mit I-Stoß-Nahtvorbereitung.
  • Möglichkeit der Verwendung des Heißdrahtverfahrens für die Zusatzdtrahtlage(n).
  • Synchronisierung von Pulsstrom und Plasmagas für Zwangslagenschweißen

Schweißnahtvorbereitung für Plasmaschweißen

Mit einer Werkstoffdicke von 5mm bis 7mm: V-Nahtvorbereitung (30°, 70° oder 90°, je nach Verfahrenskombination und Anzahl der Zusatzdrahtlagen). Durch Beibehaltung der korrekten Entfernung zwischen der Brennerdüse und dem Werkstück wird sichergestellt, dass die Lichtbogenentzündung beim Plasmaschweißen problemlos verläuft.

Merkmale des Schweißbades beim Plasmalichtbogenschweißen

Beim Plasmaschlüssellochschweißen hat der Querschnitt des Schweißbades die Form eines Weinglases. An der Wurzel ist das Schweißbad sehr schmal, während es oben unverhältnismäßig breit wird. Das schnelle Abkühlen der Wurzel und langsamere Verfestigung des oberen Bereichs gleichen das Schweißbad aus.

Prinzip des Plasmaschweißens und des Schlüssellochschweißens
Polycar, ausgestattet mit einem Plasmaschweißbrenner mit Drahtspule. Diese Maschine für automatisiertes Plasmaschweißen ist auf einer an einem I-Träger befestigten Schiene montiert. Dieses Gerät für Plasmalichtbogenschweißen wurde dafür konzipiert, Schweißungen der Länge nach oder runde Schweißungen in horizontaler oder vertikaler Position durchzuführen

Verhalten des Schweißbades beim Plasmaschweißen

Eine wichtige Tatsache bei der Überprüfung der Einflussfaktoren ist der Zeitunterschied zwischen der Verfestigung des Schweißbades im Bereich der Wurzel und im Bereich der Oberfläche. Je größer der Unterschied ist, ums besser ist die Kontrolle des Schweißbades

Oberflächenspannung und Viskosität des Schweißbades sind grundlegende Faktoren für dieses Gleichgewicht.

Faktoren, welche die Stabilität des Schweißbades erhalten

Diese Faktoren können das Gleichgewicht des von der Plasmaschweißmaschine geschaffenen Schweißbades beeinflussen:

  • Größe des Schweißbades
  • Physikalische Eigenschaften des Schweißbades
  • Schweißnahtvorbereitung
  • Schweißgeschwindigkeit

Größe des Schweißbades beim Plasmaschweißen

Die Viskosität des geschmolzenen Metalls kann nicht kontrolliert werden. Es ist jedoch möglich, das Volumen des Schweißmetalls und seine Verfestigung zu kontrollieren, indem die Schweißparameter während des Schweißens speziell verändert werden.

Physikalische Eigenschaften des Plasmaschweißbades

Es ist einfacher, das Schweißbad zu kontrollieren, wenn es folgenden Spezifikationen entspricht :

  • Eine Stumpfnahtvorbereitung von 90 Grad.
  • Durchmesser des Schlüssellochs sollte so klein wie möglich gehalten werden (zwischen 1 und 3 mm).

Schweißnahtvorbereitung

Um das Gleichgewicht des Schweißbades nicht zu stören, müssen die Parameter für Plasmaschweißen kontrolliert werden und die Nahtvorbereitung muss konstant gut sein. Die Konsistenz hat eine direkten Einfluss auf die Regelmäßigkeit der Schweißnaht. Die Plasmadüsen sind speziell für bestimmte maximale Ströme konzipiert; bei Annäherung an diese Grenze können sich Störlichtbögen bilden, welche den Plasmalichtbogen und den Fluss des Plasmagases beeinflussen.

Schweißgeschwindigkeit

Wird Plasmaschlüssellochschweißen bei einer Schweißgeschwindigkeit durchgeführt, die zu langsam ist, verursacht dies eine unregelmäßige Schweißnaht oder in extremen Fällen ein Abfallen der Schweißnaht. In der Praxis sollten Schweißstrom und Gasvolumen so eingestellt werden, dass der Plasmastrahl gerade stark genug ist, um das Werkstück vollständig zu durchdringen. Um eine perfekte Schweißnaht zu erhalten, muss die Schweißgeschwindigkeit an diese Parameter angepasst werden.

Kriterien für den Einsatz von Plasmaschlüssellochschweißen

Längsnahtschweißen ist für jede Plasma-Lichtbogen-Schweißmaschine unproblematisch. Die Synchronisierung des Impulsstroms und des Plasmagases braucht ein entsprechendes Kontrollsystem.

Mit orbitalemPlasmaschweißen sind jedoch zwei Probleme verbunden:

  1. Schließen des Schlüssellochs
  2. Gefahr einer konkaven Durchdringung von 6 bis 9 Uhr. Alle anderen Positionen sind leicht zu meistern.

Die Flussrate des Plasmagases muss so eingestellt werden, dass ein „Ausblasen“ des Materials verhindert und Bindungsfehler oder unabsichtliche Einschlüsse vermieden werden.

Mit einer Spezialdüse können Plasmabrenner auch für WIG-Schweißen verwendet werden. Das Zentralgas und das Plasmagas werden getrennt kontrolliert. Folgende Variationen sind bei der Verwendung einer Stromquelle und eines Plasma/WIG-Brenners verfügbar:

  • normale WIG-Methode
  • WG Doppelgasmethode 
  • Plasma /Plasmaschlüssellochschweißen
Diagramm Hitzdrahtschweißen vs. Kaltdrahtschweißen beim Engspaltschweißen Vergleich der Abschmelzleistung Durchmesser Produktivität
Im Diagramm vergleichen die charakteristischen Kurven U = f(I) die Lichtbogenspannungswerte, die als Funktion der Intensität des Schweißstroms zwischen den Plasma- und WIG-Prozessen aufgezeichnet wurden. Es zeigt sich, dass für dieselbe Stromintensität die Spannungswerte bei Plasmaschweißen doppelt so hoch sind wie bei WIG-Schweißen. Dies zeigt den Einfluss der Entfernung der Elektrode/des Werkstücks (die beim Plasma-Lichtbogen-Schweißverfahren größer ist) und den Einfluss des zweiten Gases (Plasmagas).

Jede dieser Methoden kann in Kombination mit dem Plasma/WIG-Heißdrahtverfahren auch verwendet werden, um die Produktivität zu steigern (verbesserte Abschmelzrate).

Plasmaschweißen mit gepulstem Plasmagas

Die Methode des Plasmaschlüssellochschweißens mit gepulstem Gas wurde in der Abteilung für Anwendungstechnologie von POLYSOUDE entwickelt. Diese Entwicklung ermöglicht Plasmaschweißen in allen Positionen. Die Flussgeschwindigkeit des Plasmagases wird verwendet, um die kinetische Energie zu erzeugen, die erforderlich ist, um das Schlüsselloch vollständig zu kontrollieren.

Die Synchronisierung von gepulsten Schweißströmen und Plasmagas reduziert die lineare Leistungsaufnahme. Das Volumen und damit die Kontrolle des Plasmaschweißbades kann durch diesen „Nähmaschineneffekt“ bestimmt werden.

Nähmaschineneffekt

Hochstrom ð Schmelzen von Grundmetall

  • Schwachstrom ð Kühlung
  • Verstärkung dieses Effekts durch Reduktion des Plasmagasflusses in der Schwachstromphase ð Präzisionskontrolle des Schlüssellochs

Wer wir sind

Polysoude ist auf den Entwurf, die Entwicklung und Herstellung innovativer Lichtbogen-Schweißlösungen spezialisiert. Die Marke steht für weltweit führendes Expertenwissen in 3 Kernbereichen: automatische Systeme für orbitales WIG-Schweißen, automatische WIG- und Plasmaschweißlösungen und WIGer™-Auftragsschweißen.
Das seit 1961 in Nantes ansässige Unternehmen stellt eine Vielzahl von Stromquellen und Orbitalschweißgeräten her, mit Spezialisierung auf orbitales Plasmaschweißen und automatisiertes Plasmaschweißen sowie Engspaltschweißen und Auftragschweißen.

Als intelligentes, werkorientiertes Unternehmen stellt Polysoude heute alle Produkte startklar für Industrie 4.0 her.

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