مقالات

جوشکاری قوس پلاسما (PAW) چیست

جوشکاری قوس پلاسما | موارد کاربرد | مزایا و معایب

جوشکاری قوس پلاسما (PAW) یک جوشکاری از نوع قوس الکتریکی است. PAW شبیه جوشکاری قوس گاز تنگستن (GTAW) است . قوس الکتریکی بین یک الکترود و قطعه کاری شکل می گیرد. این الکترود غالبا از تنگستن مصنوعی ساخته می شود. تفاوت کلیدی بین GTAW و PAW این است که با قرار دادن الکترود در بدنه مشعل جوشکاری، قوس پلاسما می تواند از گاز پوشاننده جدا شود. پلاسما سپس با فشار از یک سوراخ ریز مسی عبور داده می شود که سبب جمع شدن قوس می شود و پلاسما با سرعت بسیار زیاد از دهانه خارج می شود. این سرعت نزدیک به سرعت صوت است. دما نیز حدود 28000 درجه سانتی گراد ( 50000 فارنهایت) یا بیشتر است.

جوشکاری قوس پلاسما

قوس پلاسما چیست

قوس پلاسما حالت گذرای گاز است . گاز با عبور جریان الکتریکی از درون آن یونیزه می شود . در این شرایط به رسانای برق تبدیل می شود . در حالت یونیزه اتم ها به الکترون (-) و کاتیون (+) شکسته می شوند. سیستم در این حالت شامل ترکیبی از یون ها ، الکترون ها و اتم های پر انرژی می شود . درجه یونیزه شدن بین 1 درصد تا 100 درصد خواهد بود . یعنی دو یا سه برابر درجه یونیزه شدن . این حالت با خروج الکترون های بیشتر از مدارشان پایان می یابد .

انرژی جت پلاسما و همچنین دما بستگی به جریان الکتریکی مصرف شده برای تولید قوس پلاسما بستگی دارد . یک نمونه درجه دمای اندازه گیری شده در مشعل جت پلاسما ممکن است از 28000 درجه سانتی گراد ( 50000 فارنهایت ) تا 5500 درجه سانتی گراد ( 10000 فارنهایت ) در یک جوشکاری قوس الکتریکی معمولی متغیر باشد . در واقع تمام قوس های جوشکاری پلاسما هستند . اما در قوس پلاسما ، قوس پلاسمای محدود شده است .

مفهوم جوشکاری قوس پلاسما ( PAW )

جوشکاری قوس پلاسما یک نوع جوشکاری قوس الکتریکی است . انعقاد بوجود آمده در این جوشکاری حاصل گرمای تولید شده از قوس محدود بین الکترود از جنس تنگستن یا آلیاژ تنگستن و نازل آب خنک است . البته گاهی حاصل الکترود از جنس تنگستن / آلیاژ تنگستن و قطعه کاری است . این فرایند از دو گاز بی اثر استفاده می کند . اولی باعث بوجود آمدن قوس پلاسما و دومی محافظ قوس پلاسما است . در این روش فلز پر کننده می تواند به جوشکاری اضافه شود یا اضافه نشود .

تاریخچه جوشکاری PAW

جوشکاری قوس پلاسما توسط رابرت ام در سال های 1953 تا 1957 کشف شد . این فرایند از آن جایی حائز اهمیت بود که برای جوشکاری فلزات نازک و ضخیم مورد استفاده قرار می گرفت . این نوع جوشکاری همچنین قادر به پوشانندگی اسپری ، فلزات سخت به سایر فلزات بود .

نحوه کار جوشکاری قوس پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما نوع ترقی یافته جوشکاری TIG است . یک نوع پوشش قوس باز از آرگون و هلیوم است بطوریکه پلاسما از مشعل مخصوص استفاده می کند . از نازل برای محدود کردن قوس استفاده می شود . گاز محافظ نیز بصورت جداگانه از یک مشعل خارج می شود . قوس الکتریکی با کمک نازل کوچک آب محدود می شود . در این حالت دما افزایش پیدا می کند . دما و حرارت باعث افزایش استحکام قوس الکتریکی ، شکل قوس و ویژگی های انتقال گرما می شود .

قوس پلاسما از دو گاز تشکیل می شود . یکی از آن ها دارای فشار و جریان کم است و دیگری دارای فشار و جریان زیاد است . گاز های استفاده شده ، آرگون ، هلیوم ، هیدرژن یا مخلوطی از آن ها هستند . در شرایط جوشکاری پلاسما با فشار و جریان کم باید مطمئن شوید که فلز ذوب شده از ناحیه جوشکاری خارج نمی شود .

قوس الکتریکی منتقل نشده ( قوس آرام ) بمنظور شروع فرایند جوشکاری قوس پلاسما استفاده می شود . قوس بین الکترود با بار منفی و نازل محدود کننده آب خنک با بار مثبت شکل می گیرد . بعد از اینکه قوس اولیه با فرکانس بالا شروع می شود ، قوس الکتریکی آرام ( جریان کم ) بین الکترود با جریان کم بوجود می آید . بعد از اینکه قوس الکتریکی اصلی رخ می دهد ، نازل خنثی است . در مواقعی که جوشکاری با پلاسمای میکرو انجام می شود ، گزینه ای وجود دارد که می توان در آن قوس پلاسما متناوب داشت . قوس انتقال پیدا کرده دارای چگالی انرژی بالا است . بسته به جریانی که استفاده می شود و جریان گاز ، برای بریدن و ذوب فلز مورد استفاده قرار می گیرد .

میکرو پلاسما از جریان بین 0.1 تا 10 آمپر استفاده می کند . مورد استفاده آن ورق های نازک هستند . پلاسما میانه از جریان بین 10 تا 100 آمپر استفاده می کند . مورد استفاده آن در ورق های ضخیم است . پلاسما با جریان بالای 100 آمپر برای کار با جوشکاری سیم فیلر در سرعت بالا استفاده می شود . سایر موارد استفاده از پلاسما ، عبارتند از برش پلاسما ، گرما دهی ، رسوب غشای الماس ، فرایند های کار با مواد ، متالوژی ، اسپری پلاسما و برش های زیر آب است .

تجهیزات مورد نیاز در جوشکاری PAW

تجهیزات مورد نیاز در جوشکاری قوس پلاسما موارد زیر هستند .

  • کنترل کننده گاز و جریان
  • فیکسچر
  • مواد : استیل ، آلومینویم ، سایر مواد
  • ژنراتور با فرکانس بالا و مقاومت های محدود کننده جریان
  • مشعل پلاسما : این نوع مشعل می تواند قوس الکتریکی انتقال دهد یا از این نوع نباشد . می تواند مشعل دستی باشد یا مکانیزه . در حال حاضر تمام کارها نیازمند سیستم اتوماتیک هستند . این مشعل با استفاده از آب خنک می شود تا بتواند طول عمر نازل و الکترود ها را افزایش دهد . نوع نوک نازل و سایز آن بسته به فلزی که قرار است ذوب شود ، شکل جوشکاری و عمق جوشی که باید شکل گیرد ، انتخاب می شود .
  • منبع برق.
  • گاز پوشاننده .
  • کنترل کننده ولتاژ : از کنترل کننده ولتاژ در جوشکاری های کانتور استفاده می شود .

منبع برق جوشکاری PAW

منبع برق مورد نیاز برای جوشکاری قوس پلاسما ، منبع توان جریان مستقیم است . ژنراتور و رکتیفایر از این نوع منابع هستند . ولتاژ 70 ولت به بالا برای جوشکاری قوس پلاسما مناسب است . رکتیفایر ها نسبت به ژنراتورهای DC ارجح هستند . کار کردن با هلیوم به عنوان گاز بی اثر ، نیازمند مدار باز با ولتاژ بشتر از 70 ولت است . این ولتاژ بالا توسط یک سری عملیات با دو منبع از توان بدست می آید . البته می توان با گاز آرگون کار را شروع کرد و سپس آن را با هلیوم جابجا کرد .
پارامترهای جوشکاری برای جوش قوس پلاسما به شرح زیر هستند. جریان 50 تا 350 آمپر ، ولتاژ بین 27 تا 31 ولت ، نرخ جریان گاز بین 2 تا 40 لیتر بر دقیقه . DCNE ( الکترود منفی جریان مستقیم ) در جوشکاری های قوس پلاسما بجز جوشکاری آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد . در این موارد DCEP مورد استفاده واقع می شود.

گاز پوشاننده در جوشکاری قوس پلاسما

دو نوع گاز بی اثر یا مخلوطی از گاز ها در این روش استفاده می شوند . گاز اوریفیس در فشار پایین و نرخ جریان پایین ، قوس پلاسما را شکل می دهد . فشار گاز اوریفیس بمنظور جلوگیری از تلاطم های جوشکاری فلز پایین نگه داشته می شود . اما این فشار پایین نمی تواند محافظت مناسبی برای حوضچه جوشکاری بوجود آورد . بمنظور محافظت مناسب یک گاز بی اثر دیگر از همان نوع یا نوع دیگر با نرخ جریان بالاتر از مشعل بیرون فرستاده می شود . اکثر مواد با استفاده از آرگون ، هلیوم ، آرگون – هیدرژن و آرگون – هلیوم ، به عنوان گازهای بی اثر قابل جوش هستند .

آرگون معمول ترین گاز مورد استفاده است . هلیوم زمانی استفاده می شود که گرمای بیشتری مورد نیاز است . مخلوطی از آرگون و هیدرژن گرمای بیشتری نسبت به زمانی که از آرگون به تنهایی استفاده می شود تولید می کنند . از این مخلوط در جوشکاری های آلیاژ های نیکل ، آلیاژ های مس و استیل استفاده می شود . بمنظور برش از مخلوطی از آرگون ، هیدروژن و نیتروژن استفاده می شود .

مزایا و معایب استفاده از جوشکاری قوس پلاسما

مزیت های این نوع جوشکاری عبارتند از :

  • طراحی مشعل به شکلی است که قوس الکتریکی را بهتر می توان کنترل کرد.
  • این متد کنترل بیشتری روی جوشکار دارد.
  • هرچه گرما بیشتر باشد پلاسما با سرعت بیشتری شکل می گیرد.
  • دمای بالا و گرمای بالای پلاسما ، سبب تاثیر کی هول می شود.
  • بسیاری از لبه ها را می توان با این روش جوش داد.
  • نسبت به سایر فرایندهای جوشکاری جریان ورودی کمی استفاده می کند.

معایب جوشکاری قوس پلاسما به شرح زیر است:

  • جوش های وسیع تولید می کند .
  • تجهیزات این نوع جوشکاری بسیار گران هستند.
  • نیازمند آموزش های کامل قبل از انجام کار است .
  • نویز های زیادی تا حدود 100db تولید می کند.
  • جوشکاری دستی با این روش سخت است.

موارد استفاده از جوشکاری PAW

از جمله زمینه هایی که این جوشکاری مورد استفاده واقع می شود عبارتند از :

  • صنعت های هوا و فضا.
  • جوشکاری لوله و استیل و تیتانیوم.
  • مورد استفاده در صنایع الکترونیک.
  • بمنظور تعمیر ابزارها.
  • جوشکاری پره های توربین.

منابع: Wikipedia  – learnmechanical

 از اینکه این مقاله را مطالعه کردید متشکریم. در قسمت پیشنهادات منتظر نظرات شما هستیم.

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *