Giới thiệu
Quá trình hàn hồ quang plasma, còn được gọi là PAW (Plasma Arc Welding), là một trong đó quá trình nung chảy kim loại được tạo ra bởi hồ quang co điện, được thiết lập giữa điện cực vonfram và phôi. Plasma đặt tên cho quá trình này đề cập đến chất khí bị ion hóa.
Cũng như quy trình TIG, điện cực vonfram không tiêu hao được. Hồ quang được gọi là bị co lại vì nó bị giới hạn bởi vòi phun hạn chế đường kính của hồ quang và làm tăng cường độ của nguồn nhiệt.
Vòng cung này được bao quanh bởi một bầu khí quyển bảo vệ do hai dòng khí cung cấp. Đầu tiên, khí plasma bao quanh điện cực vonfram không tiêu hao, tạo thành lõi của hồ quang plasma. Khí này, thường là argon, rời khỏi vòi co thắt dưới dạng một tia phản lực được đốt nóng cao, được gọi là plasma.
Thứ hai là khí che chắn ngăn ngừa sự nhiễm bẩn của vũng hàn. Khí này đi qua một vòi phun bên ngoài, đồng tâm với vòi co thắt, và hoạt động như một tấm chắn; khí này có thể trơ hoặc hỗn hợp các khí trơ.
Sự khác biệt giữa TIG và Plasma
Hàn plasma là một quá trình rất giống với TIG. Về cơ bản, nó là một sửa đổi nhằm mục đích tăng năng suất.Quá trình hàn hồ quang plasma rất giống với quá trình TIG ở chỗ nó sử dụng các điện cực không tiêu hao và khí trơ. Sự khác biệt nằm ở loại mỏ hàn và điện áp hồ quang điện được sử dụng, ngoài các tài nguyên yêu cầu của nguồn điện (hay còn gọi là máy hàn).
Điều quan trọng cần lưu ý là hai quá trình có các vùng có cùng nhiệt độ tối đa; tuy nhiên, sự co lại của hồ quang gây ra sự thay đổi đáng kể về nồng độ nhiệt trên bề mặt của chi tiết, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho quá trình hàn.
Sử dụng
Quy trình hồ quang plasma được sử dụng để nối hầu hết các kim loại có thể hàn bằng quy trình TIG. Do đó, thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ, hợp kim chịu lửa, hợp kim titan được hàn thuận tiện bằng quá trình này.Nó cũng có thể được áp dụng với độ dày từ 0,02 đến 6mm, về mặt kinh tế. Đối với độ dày từ 2,4 đến 6 mm, kỹ thuật hàn được gọi là "lỗ khóa" được sử dụng.
Tuy nhiên, ứng dụng công nghiệp lớn nhất của quá trình hàn plasma là trong sản xuất thiết bị thép không gỉ, với các tấm có độ dày trung bình (3 đến 8 mm) và những thiết bị yêu cầu sợi dài, chẳng hạn như bể chứa và lò phản ứng cho ngành công nghiệp hóa chất và nước giải khát.
Ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ, trong việc hàn các hợp kim nhôm đặc biệt, cũng được báo cáo. Mặc dù ít phổ biến hơn, quy trình Plasma có thể được áp dụng cho các mối nối bằng thép carbon, chẳng hạn như hàn phần trên của bộ giảm xóc dành cho ngành công nghiệp ô tô.
Như các ví dụ ứng dụng khác, người ta có thể đề cập đến việc sản xuất bộ tản nhiệt, hàn các điểm quan trọng trong động cơ xe hơi và hàn các bộ phận điện, chẳng hạn như các tấm cho máy biến áp và máy phát điện.
Lĩnh vực ứng dụng của quy trình này mở rộng sang hàn máy nén và các bộ phận khác cho hàng trắng, ngoài trục và các bộ phận kết cấu cho xe có động cơ, bao gồm cả việc chế tạo cái gọi là “khoảng trống được thiết kế riêng”.
Thuật ngữ “khoảng trống được thiết kế riêng” dùng để chỉ các tấm được tạo thành từ một số tấm thép được hàn lại với nhau như một “tấm chăn chắp vá” (mỗi phần có thể có độ dày và tính chất cơ học khác nhau).
Nói chung, việc áp dụng quy trình Plasma trở nên phổ biến hơn trong các mối hàn sản xuất cao, khi các nhược điểm liên quan đến chi phí bị vượt trội hơn so với các ưu điểm nội tại của quy trình.
Lợi ích
Các ưu điểm của quy trình hàn hồ quang plasma, liên quan đến quy trình TIG hoặc các quy trình hàn thông thường khác, là: mật độ dòng điện và nồng độ năng lượng cao hơn, do đó, độ biến dạng thấp hơn, tốc độ hàn cao hơn và độ xuyên thấu lớn hơn; Hồ quang ổn định hơn ở mức dòng điện thấp, cho phép hàn các độ dày mỏng, từ 0,05mm; hồ quang đồng nhất hơn và có độ mở rộng lớn hơn, cho phép khả năng hiển thị hoạt động tốt hơn, độ ổn định của vũng hàn lớn hơn và ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi của chiều dài hồ quang; ít khả năng bị ô nhiễm hạt bởi tạp chất vonfram và ô nhiễm điện cực bởi vật liệu độn.Một trong những lợi thế lớn của quy trình Plasma, đặc biệt khi nói đến hậu cần (hoạt động mua, vận chuyển và dự trữ nguyên liệu), là khả năng loại bỏ việc sử dụng dây (kim loại phụ).
Do cường độ và sự tập trung của hồ quang (nhiệt), có thể hàn các tấm dày đến 10 mm trong một lần hàn. Quy trình Plasma cũng được ghi nhận là có khả năng chịu đựng tốt hơn với sự thay đổi chiều dài hồ quang (khoảng cách mỏ hàn từ bộ phận được hàn) và hiệu suất nhiệt nhiệt hạch cao hơn, dẫn đến mối hàn có khối lượng thấp hơn với mức độ căng hoặc biến dạng dư thấp hơn.
Những ưu điểm này cùng với các đặc tính tích cực khác đã đưa quy trình hàn plasma cạnh tranh trực tiếp với các quy trình thông thường khác, không chỉ với TIG, mà ngay cả với MIG / MAG, trong một số ứng dụng.
Hạn chế
Điều quan trọng là chỉ ra rằng quá trình này có một sự phức tạp trong hoạt động cố hữu. Có một yêu cầu để chuẩn bị mối nối tốt hơn (dung sai thấp hơn) và khả năng điều chỉnh thông số thành thạo hơn. Yêu cầu dung sai thấp hơn trong việc chuẩn bị và cố định các bộ phận khớp hướng quá trình này theo dây chuyền tự động, như được thấy trong Hình dưới đây.Một nhược điểm khác là nguồn cung cấp hạn chế của hệ thống hàn plasma và chi phí tương đối cao của thiết bị này, đặc biệt là khi so sánh với quy trình TIG.
Nhược điểm
Nhược điểm của quá trình hàn hồ quang plasma là:- Giá thành thiết bị cao (gấp hai đến năm lần TIG);
- Bảo trì ngọn đuốc đắt tiền và thường xuyên hơn;
- Mức tiêu thụ khí cao hơn;
- Yêu cầu về trình độ cao hơn của lực lượng lao động.
Điểm quan trọng
Các điểm quan trọng đối với sự lan tỏa của hàn plasma một phần là do thiếu thông tin tổng hợp về quy định các thông số hàn và về vật liệu thực sự có thể hàn được.Tuy nhiên, mặc dù đã được biết đến trong nhiều năm qua các tài liệu cổ điển, quy trình Plasma vẫn không tìm thấy ứng dụng lớn trong môi trường công nghiệp, đặc biệt là ở các nước mà nền công nghiệp vẫn đang phát triển, chẳng hạn như Brazil. Tuy nhiên, ở Đức, quá trình này đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cụ thể vì nó hiệu quả hơn các quá trình hồ quang khác.
Một trong những giải thích cho sự thất bại ban đầu của hàn plasma có thể là cách thức mà quy trình được đưa ra thị trường; cụm từ “Hàn Plasma” đã mang đến cho người dùng một quy trình phức tạp với công nghệ bổ sung cao. Từ quan điểm “tiếp thị”, việc sử dụng từ Plasma để mô tả một sửa đổi của quy trình TIG có thể đã làm ảnh hưởng đến khả năng tiếp nhận của nó.
Quy trình Plasma có lẽ đã được thị trường đón nhận tốt hơn nếu nó được trình bày như một phiên bản mới của quy trình TIG chứ không phải là một quy trình khác. Khi giới thiệu một quy trình mới, điều quan trọng là phải liên hệ nó với nhu cầu của người dùng cuối.
Các nhà sản xuất thiết bị nên tiết lộ tiềm năng ứng dụng của quy trình mới và những ưu điểm so với quy trình thông thường. Trong lịch sử của quy trình Plasma, các nhà cung cấp thiết bị có xu hướng cung cấp nhiều thông tin về cách quy trình hoạt động và ít thông tin về quy trình có khả năng thực hiện được những gì.
Các nguyên tắc cơ bản
Plasma là một yếu tố quan trọng trong hàn hồ quang plasma. Thông thường người ta thường nghĩ về ba trạng thái của vật chất: rắn, lỏng và khí. Nguyên tố được biết đến nhiều nhất, nước, có ba trạng thái vật lý: băng, nước và hơi nước; sự khác biệt cơ bản giữa ba trạng thái này là mức năng lượng mà chúng đang ở.Khi năng lượng ở dạng nhiệt được thêm vào nước đá, nó sẽ chuyển thành nước, khi chịu nhiều nhiệt hơn, nước đá sẽ hóa hơi. Nếu thêm năng lượng, một số đặc tính của nó, chẳng hạn như nhiệt độ và đặc tính điện, sẽ bị thay đổi đáng kể. Quá trình này được gọi là quá trình ion hóa, tức là sự tạo ra các electron và ion tự do giữa các nguyên tử của chất khí.
Khi điều này xảy ra, chất khí trở thành plasma dẫn điện, tức là các electron tự do truyền dòng điện. Đây là lý do tại sao plasma được coi là trạng thái thứ tư của vật chất.
Thực tế tương tự có thể được quan sát thấy trong plasma: tiết diện càng nhỏ, nhiệt độ càng cao.
Hàn hồ quang plasma được thực hiện thông qua hai kỹ thuật làm việc, đó là nhiệt hạch và kỹ thuật được gọi là "lỗ khóa".
Dung hợp
Hàn nhiệt hạch, tương tự như các quy trình hồ quang khác, thường được sử dụng trong hàn thủ công với một hoặc nhiều lần hàn, với dòng hàn thấp và lưu lượng khí thấp. Có thể thêm kim loại phụ vào vũng hàn, ở dạng thanh."Lỗ khóa"
Trong kỹ thuật "lỗ khóa", tia plasma tạo một lỗ nhỏ trong vùng khớp; lỗ này được mở rộng với chuyển động của mỏ hàn và trong quá trình dịch chuyển, kim loại nóng chảy do hồ quang chuyển động xung quanh plasma, tạo thành vũng hàn; Điều này đóng lỗ trong khu vực và đông đặc, hàn mối nối.Tại sao argon?
Argon đã được ưa thích trong hàn dòng điện thấp vì tiềm năng ion hóa cao hơn của nó. Nó thúc đẩy quá trình làm sạch tốt hơn các lớp oxit kim loại phản ứng và tạo điều kiện mở hồ quang điện. Nó được sử dụng để làm việc với thép carbon, thép cường độ cao và các kim loại phản ứng như titan và zirconium.Có thể áp dụng các loại khí trơ khác như helium nguyên chất hoặc trộn với argon, nhưng chúng đòi hỏi điện áp cao hơn để tạo ra hồ quang. Việc sử dụng helium (He) phát triển nhiều năng lượng hơn trong plasma, do đó, việc làm mát vòi phun của lỗ thoát nước phải rất hiệu quả.
Hỗn hợp của argon và hydro cũng được sử dụng cho plasma, với ưu điểm là hydro có tính khử và khả năng tăng thành phần hồ quang, giảm nguy cơ đứt gãy và tăng tốc độ hàn.
Thiết bị hàn
Hàn hồ quang plasma có thể được thực hiện bằng tay hoặc bằng máy móc, với một số cách điều chỉnh. Cả hai quy trình đều được sử dụng rộng rãi và có thể được sử dụng ở mọi vị trí. Thiết bị bao gồm nguồn điện, hệ thống đánh hồ quang, mỏ hàn plasma, bình khí và hệ thống điều khiển.Nguồn cấp
Nguồn năng lượng được sử dụng là dòng điện không đổi, có thể là bộ chỉnh lưu, máy phát điện hoặc các bộ biến tần, sử dụng dòng điện một chiều và phân cực một chiều. Nguồn hàn plasma khác với nguồn cắt là khi cắt thiết bị, điện áp không tải của thiết bị phải lớn hơn 200V. Các nguồn có điện áp không tải từ 65V đến 80V có thể được điều chỉnh để hàn với việc bố trí các hệ thống mở hồ quang thí điểm, dòng chảy trước và sau.Máy phát tần số cao
Để mở hồ quang, một máy phát tần số cao được sử dụng để thiết lập hồ quang hoa tiêu. Trong trường hợp làm việc với hồ quang chuyển giao, hồ quang hoa tiêu thường được sử dụng, hồ quang này yêu cầu nguồn năng lượng phụ công suất thấp để cấp điện.Đuốc
Ngọn đuốc dùng để cố định điện cực vonfram và hướng hồ quang điện; được cung cấp một tay cầm để xử lý thợ hàn, một bộ kẹp để cố định điện cực, ống dẫn khí đi qua và nước làm mát, một vòi phun bằng đồng có lỗ để co lại hồ quang điện và một vòi phun bằng sứ để cách ly và bảo vệ người vận hành.
Trong một ngọn đuốc plasma, đầu điện cực được thu thập trong một vòi phun, qua đó plasma chảy qua. Chất khí bị ion hóa khi đi qua hồ quang điện tạo thành plasma, đó là sự phân ly của các phân tử thành nguyên tử và chúng thành ion và electron.
Khí đốt nóng bên trong vòi phun trải qua một sự gia tăng áp suất rất lớn và khi nó phải thoát ra qua một lỗ nhỏ, nó đạt được tốc độ cao, theo thứ tự 6 km / s, làm nổi bật hiện tượng phân ly.
Một số ngọn đuốc chỉ có một lỗ trung tâm để khí và hồ quang đi qua; một số khác có các lỗ khác để khí phụ đi qua, cho phép tốc độ hàn cao hơn.
Bình gas
Chai chứa khí là nguồn cung cấp khí ion hóa và khí che chắn; được cung cấp với bộ điều chỉnh áp suất và lưu lượng và ống mềm. Việc kiểm soát dòng khí phải rất chính xác, vì đây là một biến quan trọng trong quá trình này.Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển tồn tại để cho phép điều chỉnh các biến số hàn và kích hoạt thiết bị và các thiết bị phụ trợ khi hàn cơ khí hóa. Những thiết bị này tương tự như những thiết bị được sử dụng trong hàn TIG, đó là bộ cấp dây, hệ thống chuyển động, dao động hồ quang, v.v.Hàn thủ công và cơ giới hóa
Trong hàn thủ công, kim loại được lắng nhỏ giọt, được thêm vào bằng một tay trong khi tay kia điều khiển vũng hàn. Trong hàn cơ khí hóa, ống luồn dây được đặt trong bộ nạp tự động với tốc độ không đổi. Hệ thống tự động được sử dụng khi dòng hàn vượt quá 100 A; nó cũng có thể được áp dụng khi dây được làm nóng trước bởi hiệu ứng Joule, do dòng điện chạy qua nó, trước khi đến vũng hàn.Các loại và chức năng tiêu hao
Vật tư tiêu hao được sử dụng trong hàn hồ quang plasma là: kim loại phụ, khí ion hóa (plasma) và khí che chắn. Điện cực vonfram không được coi là tiêu hao nhưng nó cũng bị hao mòn theo thời gian.- Kim loại phụ có chức năng giới thiệu vật liệu làm đầy và tạo điều kiện cho sự liên kết.
- Plasma có chức năng cung cấp phương tiện truyền electron từ điện cực sang phôi (hoặc ngược lại)
- Khí che chắn có chức năng che chắn bể nóng chảy khỏi bị ô nhiễm bởi không khí trong khí quyển.
Chuẩn bị và làm sạch khớp
Việc chuẩn bị và làm sạch các mối nối để hàn Plasma đòi hỏi tất cả các chăm sóc cần thiết đối với hàn TIG, đặc biệt chú ý đến:- Việc làm sạch vát mép và các cạnh phải đối với kim loại sáng bóng, trong phạm vi 10 mm, ở mặt trong và mặt ngoài.
- Khi lắng đọng gốc mối hàn, phải sử dụng biện pháp bảo vệ bằng khí trơ ở phía bên kia của chi tiết. Khí này được tiêm vào gốc của khớp được gọi là Purge. Đối với thép cacbon, không cần bảo vệ.
Sự gián đoạn gây ra
Người kiểm tra hàn cần lưu ý rằng, do sự tương đồng với quy trình TIG, quy trình PAW có thể tạo ra các dạng gián đoạn giống nhau.Như với TIG, quá trình PAW không tạo ra xỉ.
Cân nhắc an toàn
Hình dạng vòng cung giữa điện cực vonfram và vũng hàn được tạo thành bởi khí trơ. Khi kim loại phụ được thêm trực tiếp vào vũng hàn, kim loại không đi qua hồ quang nên ít phát ra khói hơn đáng kể.Trong trường hợp hàn nhôm hoặc thép không gỉ, có thể tạo ra mức ôzôn không chấp nhận được. Do đó, cần phải cung cấp các phương tiện để loại bỏ nó khỏi môi trường làm việc. Cũng phải cẩn thận về điện trường và từ trường được tạo ra.
Tìm hiểu về Hàn
Bạn có muốn tìm hiểu thêm về hàn? Ghé thăm của tôi Khóa học nhanh.
Trích dẫn
Khi bạn cần phải bao gồm một thực tế hoặc mảnh thông tin trong một bài tập hoặc bài luận, bạn cũng nên bao gồm ở đâu và làm thế nào bạn tìm thấy rằng mảnh thông tin (Hàn plasma là gì).
Điều đó mang lại sự tín nhiệm cho bài báo của bạn và đôi khi nó được yêu cầu trong giáo dục đại học.
Để làm cho cuộc sống của bạn (và trích dẫn) dễ dàng hơn chỉ cần sao chép và dán các thông tin dưới đây vào bài tập hoặc bài luận của bạn:
Luz, Gelson. Hàn plasma là gì?. Vật chất Blog. Gelsonluz.com. dd mmmm yyyy. URL.
Bây giờ thay thế dd, mmmm và yyyy với ngày, tháng, và năm bạn duyệt trang này. Cũng thay thế URL cho url thực tế của trang này. Định dạng trích dẫn này dựa trên MLA.
Ý kiến