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Schweißen

 
Plasma-Unterpulver-Schweißen
         
plasma schweißen
 
Als Plasma bezeichnet man ein hocherhitztes Gas (etwa 104 K) bestehend aus Molekülen, Atomen, Ionen und Elektronen. Ionen und Elektronen sind in gleicher Anzahl vorhanden; dadurch wird das Gas elektrisch leitend, nach außen wirkt es jedoch neutral. Durch Dissoziations- und lonisationsenergien, die zur spezifischen Wärme beitragen, ergibt sich ein hoher Energieinhalt. Durch Fokussierung mit einer Düse wird die Lichtbogensäule radial zusammengeschnürt, so daß Leistungsdichten von 105 bis 106 W/cm2 erreicht werden können.
       
 
Plasmastrahlschweißen - Der Plasmastrahl wird durch den Lichtbogen zwischen einer Wolframelektrode und einer meist wassergekühlten Kupferdüse erzeugt. Das entstehende Plasma wird durch die Gasströmung als hell leuchtende schlanke Flamme aus der Kupferdüse geblasen. Der sichtbare Plasmastrahl ist nicht stromführend (nicht übertragener Lichtbogen). Dieser Plasmastrahl kann auch zur Wärmeübertragung auf beliebige, elektrisch nichtleitende Werkstoffe benutzt werden, zum Beispiel beim Auftragschweißen. Während des Zündvorganges springt der Hochfrequenzfunke von der Wolframkatode zu der als Düse ausgebildeten Anode über. Das Plasmagas im Düsenkanal wird ionisiert, so daß ein Hilfslichtbogen (Pilotlichtbogen) entsteht. Dieser ionisiert die Gassäule zwischen Düse und Werkstück und führt zum Zünden des Hauptlichtbogens. Der Widerstand begrenzt den Strom des Pilotlichtbogens auf einen bestimmten Wert. Am Kondensator liegt die Hochfrequenzspannung zwischen Elektrode und Düse an. Die Stromstärke des Pilotlichtbogens verringert sich, sobald der übertragene Lichtbogen gezündet hat, da der Widerstand des Pilotlichtbogens und der ohmsche Widerstand zusammen größer sind als der übertragene Lichtbogen.
         
   

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Plasmagase: Vorwiegend wird reines Argon wegen der geringen lonisationsspannung verwendet. Bei höheren Stromstärken (Stichlochschweißen von Stahl und bei Ni-Werkstoffen) werden H2-Zusätze, bei Cu und Ti auch He-Zusätze benutzt. Auch CO2 kommt als Schutzgas in Frage. Die Katode besteht aus einem thorierten Wolframstab, die Anode aus einer Cu-Düse und/oder Werkstück. Die Cu-Düse wird mit Wasser gekühlt. Die Einschnürung des Lichtbogens und die Ausbildung des Plasmastrahls erfolgt mit Druckgas (1,4 bar) – thermischer Pincheffekt. Zur Zündung wird Hochfrequenz (HF: 2300 V, einige MHz) verwendet. Die Zündspannung liegt bei 65 bis 100 V (Leerlaufspannung), die benötigte Lichtbogenspannung (Betriebsspannung) bei 25 bis
35 V.
         
   
Vorteile des Plasmaschweißens gegenüber dem WIG-Schweißen:
         
   
Auch nach einer durch Abbrand veränderten Elektrodenform bleibt die Ausbildung des Lichtbogens unverändert.
   
Bei verändertem Schweißstrom oder verändertem Abstand des Brenners vom Werkstück bleibt die Ausbildung des Lichtbogens fast unverändert. Sichere Zündung durch Pilotlichtbogen und gutes Auffinden des Schweißnahtbeginns, da der Pilotlichtbogen bereits vor dem Zünden die Schweißstelle beleuchtet.
   
Auch bei sehr niedrigen Strömen und bei lang gehaltenem Lichtbogen hohe Stabilität desselben.
   
Die Ablenkung des eingeschnürten und richtungsstabilen Plasmalichtbogens durch Kanten oder andere Werkstückeinflüsse ist gering.
   
Die hohe Energiedichte, der tiefe Einbrand, die hohe Schweißgeschwindigkeit ergeben schmalere Schmelzzone, geringere Wärmeeinbringung und damit weniger Verzug.