Ưu điểm của hàn plasma

Ưu điểm của hàn plasma

Hàn hồ quang plasma (PAW) thường bị bỏ qua khi phải chọn quy trình hàn tổng hợp cho các ứng dụng có tính toàn vẹn cao như các ứng dụng trong ngành y tế, điện tử, hàng không vũ trụ và ô tô.

Quá trình này đã bị bỏ qua vì nó phức tạp hơn và đòi hỏi thiết bị đắt tiền hơn các quy trình hồ quang khác và bởi vì các thợ hàn muốn tăng tốc độ hàn như những gì được tìm thấy bằng hàn tia laser (LBW). Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô đã chuyển sang PAW cho một số ứng dụng, bao gồm các tấm thân vỏ và các thành phần hệ thống ống xả.

Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW), còn được gọi là hàn khí trơ vonfram (TIG), thường được sử dụng cho các mối hàn chất lượng cao ở tốc độ chậm hơn, trong khi LBW thường được chọn để hàn tốc độ cao hơn.

PAW đôi khi cung cấp tốc độ hàn lớn hơn GTAW với chi phí thấp hơn LBW và đây có thể là quy trình hiệu quả nhất cho nhiều ứng dụng. Chúng bao gồm hàn ống thép không gỉ có thể mở rộng, trong đó PAW có khả năng chịu sai lệch khớp cao hơn LBW và cho độ xuyên thấu tốt hơn GTAW; hàn thép trắng như những người được sử dụng trong hệ thống ống xả ô tô; và hàn ở chế độ lỗ khóa để tạo ra các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn trong vật liệu tương đối dày trong một lần chạy.

Khái niệm cơ bản về PAW

PAW là một quá trình hàn hồ quang sử dụng một điện cực không chảy vonfram hoặc vonfram hợp kim, giống như GTAW.

Sự khác biệt chính giữa hai quá trình hàn này là trong PAW, điện cực được lõm vào trong một vòi phun dùng để hạn chế hồ quang. Khí plasma được ion hóa trong vòi phun hạn chế và thoát ra khỏi vòi với tốc độ cao.

Chỉ riêng khí plasma là không đủ để che chắn hồ hàn nóng chảy khỏi khí quyển, do đó khí bảo vệ được cung cấp xung quanh cột plasma, như với GTAW. Tốc độ dòng chảy của khí plasma thấp hơn nhiều so với khí bảo vệ để giảm thiểu nhiễu loạn.

Hình dạng hình nón của hồ quang vonfram khí đòi hỏi phải sử dụng thiết bị điều khiển độ dài hồ quang (ALC) hoặc điều khiển điện áp hồ quang (AVC) để hàn tự động để đảm bảo kích thước điểm và mật độ năng lượng phù hợp.

Vòng cung bị giới hạn trong PAW dẫn đến một vòng cung hình cột nhiều hơn. Điều này giảm thiểu ảnh hưởng của sự thay đổi độ dài hồ quang đến mật độ năng lượng và giảm thiểu nhu cầu về ALC hoặc AVC.

Một ưu điểm khác của việc rút điện cực trong vòi phun là ô nhiễm điện cực được giảm thiểu. Một điện cực thường có thể kéo dài cho toàn bộ ca sản xuất mà không cần phải điều chỉnh lại.

Một tính năng độc đáo khác của PAW là cách bắt đầu hàn. Dòng điện tần số cao (HF) thường được sử dụng để thiết lập hồ quang. HF bị tắt sau khi bắt đầu hàn. Dòng hồ quang khởi động thường được cố định ở một mức hoặc có thể được đặt ở một trong hai mức, thường là khoảng từ 2 đến 15 A.

Để hàn, hồ quang được chuyển đến vùng làm việc, trở thành một phần của mạch điện. Bởi vì hồ quang được thiết lập trước khi thực hiện hàn

Chế độ hoạt động

Có ba chế độ hoạt động khác nhau cho PAW được xác định bởi mức dòng hàn. Dòng hàn Plasma thấp dao động từ dưới 0,1 A đến khoảng 20 A.

Dòng hàn plasma trung bình hoặc dòng chảy trong chế độ thường dao động từ 20 đến 100 A. Dòng hàn plasma cao hơn 100 A và thường được thực hiện ở chế độ lỗ khóa, tương tự như LBW hoặc hàn chùm tia điện tử (EBW).

Sự kết hợp giữa dòng điện cao và dòng khí plasma tạo ra một lỗ trên vật liệu và kim loại nóng chảy chảy phía sau lỗ di chuyển để tạo ra hạt hàn. Khi hàn ở chế độ lỗ khóa, tốc độ dòng khí plasma phải được kiểm soát cẩn thận để tạo mối hàn. Tốc độ dòng chảy cao hơn một chút sẽ thổi bay kim loại nóng chảy và dẫn đến cắt.

Ưu điểm và nhược điểm

Mặc dù PAW không nhanh bằng LBW (tùy thuộc vào ứng dụng và nguồn laser, LBW có thể nhanh hơn năm lần so với PAW), EBW, chi phí thiết bị vốn cho PAW thường chỉ bằng một phần nhỏ chi phí của thiết bị mật độ năng lượng cao .

Một nhược điểm của PAW là đầu vào nhiệt lớn hơn, tạo ra các mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt rộng hơn LBW và EBW. Điều này có thể dẫn đến nhiều biến dạng và mất tính chất cơ học.

Tuy nhiên, PAW cung cấp một lợi thế so với các quy trình này trong khả năng chịu đựng các khoảng trống chung và sai lệch. Mặc dù hồ quang bị hạn chế, cột plasma có đường kính lớn hơn đáng kể so với que hàn. Thêm kim loại phụ cũng được thực hiện dễ dàng hơn với PAW so với LBW hoặc EBW.

Nhược điểm chính của PAW so với GTAW là thiết bị phức tạp và tốn kém hơn, và nhu cầu làm mát bằng nước. Ngoài ra, hồ quang PAW hẹp ít chịu đựng sai lệch hơn so với hồ quang vonfram khí hình nón.

Dòng hàn plasma thấp (Microplasma) cung cấp một lợi thế so với GTAW vì một vòng cung ổn định có thể được duy trì ở mức thấp hơn hiện tại. Đây là một động lực trong sự phát triển của quá trình này.

Đầu những năm 1960, rất khó để có được hồ quang vonfram khí ổn định ở mức dưới 15 A. Microplasma đã chứng minh có khả năng khắc phục hạn chế này. GTAW đã phát triển đáng kể kể từ đó với tuyên bố về các cung ổn định ở mức dưới 1 A.

Nhưng PAW có giới hạn hiện tại thấp hơn khoảng một phần mười so với GTAW. Khả năng hiện tại thấp, cùng với khởi động hồ quang đáng tin cậy, làm cho PAW phù hợp với nhiều ứng dụng hàn chính xác nhỏ, đặc biệt là trong ngành y tế và điện tử.

GTAW và LBW cũng được sử dụng trong các ngành y tế và điện tử. GTAW được sử dụng cho các ứng dụng khối lượng thấp hơn vì chi phí thiết bị thấp và tính đơn giản tương đối. LBW được sử dụng khi sản xuất khối lượng cao hơn có thể biện minh cho chi phí, khi đầu vào nhiệt phải được giảm thiểu và khi điều chỉnh khớp có thể được kiểm soát chặt chẽ.

Sử dụng PAW trong phạm vi dòng trung bình ở chế độ tan chảy tương tự như sử dụng GTAW, nhưng hồ quang có xu hướng cứng hơn và ít bị ảnh hưởng bởi những thay đổi về độ dài cung với PAW.

Điều này cho phép sử dụng chiều dài hồ quang dài hơn và kết hợp với điện cực lõm có thể giúp dễ dàng thêm kim loại phụ khi hàn thủ công. Ô nhiễm điện cực bởi kim loại phụ hiếm khi xảy ra với PAW.

Chế độ tan chảy PAW có thể có lợi so với GTAW trong các ứng dụng tự động vì bắt đầu hồ quang đáng tin cậy hơn, tuổi thọ điện cực dài hơn, không cần AVC hoặc ALC và không có nhiễu điện từ HF khi bắt đầu mỗi mối hàn.

PAW cung cấp một lợi thế đáng kể so với GTAW trong nhiều ứng dụng đòi hỏi dòng điện cao. Tạo các mối hàn với PAW ở chế độ lỗ khóa có thể dẫn đến các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn trong các vật liệu tương đối dày trong một lần chạy.

So với hàn các phần dày hơn với GTAW, lỗ khóa PAW giảm thiểu nhu cầu chuẩn bị khớp tốn kém và giảm hoặc loại bỏ sự cần thiết của kim loại phụ.

Tỷ lệ chiều sâu và chiều rộng cao của mối hàn plasma lỗ khóa so với mối hàn GTA cũng có thể làm giảm đáng kể độ méo góc. Kỹ thuật này được áp dụng tốt nhất bằng cách sử dụng thiết bị tự động. Các lỗ khóa có thể khó duy trì trong quá trình hàn thủ công.

Hầu hết các vật liệu có thể được hàn bằng PAW bằng cách sử dụng điện cực âm trực tiếp (DCEN). Dòng hàn DC cũng có thể được điều chỉnh để kiểm soát sự thâm nhập với cả chế độ tan chảy và chế độ lỗ khóa.

Các nguồn năng lượng hàn hồ quang plasma phân cực (VPPA) tăng cường sự tham gia của các vật liệu như nhôm và magiê. Dạng sóng vuông VPPA có thể được điều chỉnh sao cho phần dương điện cực của mỗi chu kỳ làm sạch các oxit bề mặt có thể cân bằng với phần âm điện cực cung cấp sự thâm nhập nhiều hơn.

Sử dụng PAW và GTAW cùng nhau

PAW cũng có thể được kết hợp với GTAW theo nhiều cách khác nhau để hàn tự động để tối ưu hóa tốc độ hàn và chất lượng mối hàn.

Một ví dụ về điều này là một dự án nghiên cứu về hàn ống được thực hiện tại Viện hàn Edison (EWI) bằng cách sử dụng ba máy hàn để tạo ra một mối hàn một lần.

Đầu phun GTAW dẫn đầu đã được sử dụng để làm nóng sơ bộ và chuẩn bị cạnh. Một đầu phun PAW thứ hai đã được vận hành trong chế độ lỗ khóa để cung cấp sự thâm nhập đầy đủ. Một đầu phun GTAW đã được sử dụng làm đèn khò để làm mịn và định hình hạt hàn.

Vật liệu hàn là tấm thép không gỉ 304 0,315 inch (8 mm) với các cạnh bị cắt. Vật liệu có độ dày này không thể được hàn bằng GTAW thông thường trong một lần chạy mà không cần chuẩn bị cạnh cho dù có sử dụng bao nhiêu nguồn hàn.

Các kết quả có thể chấp nhận được thu được bằng cách sử dụng GTAW / PAW / GTAW mà không cần thêm kim loại phụ, nhưng kết quả phù hợp hơn đã thu được khi kim loại phụ được thêm vào bể hàn của mỏ hàn. Tốc độ cấp dây đã được điều chỉnh để kiểm soát điền để có được hồ sơ hàn phẳng hoặc hơi lồi.

Để có được lợi ích đầy đủ của PAW, các quy trình hàn mạnh mẽ phải được thiết lập, chẳng hạn như xác định các cửa sổ vận hành cho các tham số hàn.