Plasmalichtbogenschweißen erklärt: Prozess, Werkzeuge, Einsatz & Vorteile

In diesem Artikel erfahren Sie was Plasmalichtbogenschweißen ist und sein Funktionsprinzip, Ausrüstung, Typen, Anwendungen, Vorteile und mehr. Außerdem können Sie am Ende eine PDF-Datei dieses Beitrags herunterladen.

Was ist Plasmalichtbogenschweißen?

Plasmalichtbogenschweißen (PLB) ist ein Lichtbogenschweißverfahren, das die Wärme nutzt, die durch einen komprimierten Lichtbogen zwischen einer nicht verbrauchbaren Wolframelektrode und einem anderen Werkstück (übertragener Lichtbogenprozess) oder einer wassergekühlten Verengungsdüse (nicht übertragener Lichtbogenprozess) erzeugt wird.

Plasma ist ein gasförmiges Gemisch aus positiven Ionen, Elektronen und neutralen Gasmolchen. Der übertragene Lichtbogenprozess erzeugt Plasma-Strahlen mit hoher Energiedichte und kann für Hochgeschwindigkeitsschweißen und Schneiden von Keramik, Kupferlegierungen, Stählen, Aluminium, Nickellegierungen und Titanlegierungen genutzt werden.

Der nicht übertragene Lichtbogenprozess erzeugt ein Plasma mit relativ niedriger Energiedichte. Es wird für Schweißen und Plasmaspritzen (Beschichten) verschiedener Metalle verwendet. Da das Werkstück beim nicht übertragenen Plasmalichtbogenschweißen nicht Teil des elektrischen Stromkreises ist, kann die Plasmalichtbogenschweißbrenner von einem Werkstück zum anderen bewegt werden, ohne den Lichtbogen zu löschen.

Funktionsprinzip des Plasmalichtbogenschweißens

Das PLB funktioniert nach dem Prinzip, dass bei Zufuhr ausreichender Energie an ein Inertgas einige seiner Elektronen von ihrem Kern freigesetzt werden, aber mit diesem mitbewegt werden.

Nach der Bewegung der Elektronen werden die Atome in einen heißen ionisierten Zustand versetzt. Dies ist der häufigste Zustand der Materie, der als der vierte Aggregatzustand bekannt ist.

Diese ionisierten Atome haben hohe Temperaturen, die verwendet werden, um zwei Platten zu verbinden. Dies ist das Grundprinzip des PLB. Dieses Schweißen ist eine Form des WIG-Schweißens, bei dem eine nicht verbrauchbare Wolframelektrode zur Erzeugung des Lichtbogens verwendet wird.

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Ausrüstung des Plasmalichtbogenschweißens

Folgende sind die Ausrüstungen des PLB:

1. Plasmalichtbogenbrenner
2. Schutzgas- und Plasmagasversorgung
3. Zusatzwerkstoff
4. Stromquelle

1. Plasmalichtbogenbrenner

Er besteht aus vier Hauptteilen: Wolframelektrode, Spannzange, Innendüse und Außendüse. Die Wolframelektrode wird von der Spannzange gehalten. Die Innengasdüse liefert Inertgas zur Plasmabildung im Brenner.

Die Außendüse liefert Schutzgase, die den Schweißbereich vor Oxidation schützen. PLB-Brenner werden gekühlt, da der Lichtbogen im Brenner enthalten ist und hohe Wärme erzeugt, daher ist ein Wassermantel außerhalb des Brenners untergebracht.

2. Schutzgas- und Plasmagasversorgung

Das Plasmagas ist ähnlich wie ein Schutzgas, das von einer einzigen Quelle geliefert wird. Hauptsächlich werden Inertgase wie Argon, Helium als sowohl Inert- als auch Schutzgase verwendet. Dieses Gas wird sowohl den inneren als auch den äußeren Röhren zugeführt.

3. Zusatzwerkstoff

Häufig wird bei diesem Schweißverfahren kein Zusatzwerkstoff verwendet. Wenn Zusatzwerkstoff verwendet wird, wird dieser direkt in die Schweißzone gefördert.

4. Stromquelle

Der PLB-Prozess erfordert eine Hochleistungs-Gleichstromquelle, um einen elektrischen Funken zwischen der Elektrode und den Schweißplatten (beim übertragenen PLB-Prozess) oder zwischen der Wolframelektrode und der Auslassdüse (beim nicht übertragenen PLB-Prozess) zu erzeugen.

Dieses Schweißen kann bei niedrigen Stromstärken von ca. 2 A schweißen und ein maximaler Strom, der gesteuert werden kann, beträgt ca. 300 A. Es erfordert ca. 80 Volt für ordnungsgemäße Funktion. Stromquellen umfassen Transformatoren, Gleichrichter und Steuerkonsolen.

Funktionsweise des Plasmalichtbogenschweißens

Zunächst werden die Werkstücke gründlich gereinigt. Die Stromquelle liefert die Energie, die einen Lichtbogen zwischen der Wolframelektrode und der Düse oder der Wolframelektrode und dem Werkstück erzeugt. Die Wolframelektrode gibt einen hochintensiven Lichtbogen ab, der zur Ionisation der Gasteilchen verwendet wird und das Öffnungsgas in Plasma umwandelt.

Dieses heiße ionisierte Gas wird durch ein kleines Loch zu den Schweißplatten geleitet. Schutzgase wie Argon etc. werden über Druckventil und Regelventile zur äußeren Düse des Schweißbrenners geliefert.

Diese Gase bilden einen Schutzschild um den Schweißbereich, der ihn vor atmosphärischen Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff usw. schützt. Das Plasma trifft auf die Schweißplatten und verschmilzt sie zu einem Stück. Das nächste Schweißen wird in Schweißrichtung fortgesetzt. Wenn dieser Schweißprozess Zusatzwerkstoff erfordert, wird dieser manuell vom Schweißer zugeführt.

Typen des Plasmalichtbogenschweißens

Folgende sind die zwei Typen des Plasmalichtbogenschweißens:

1. Nicht übertragenes PLB
2. Übertragenes PLB

Unterschied zwischen übertragenem und nicht übertragenem Plasmalichtbogenschweißen:

1. Übertragenes Plasmalichtbogenschweißen

Bei diesem Schweißprozess ist die Wolframelektrode an den negativen Pol und das Werkstück an den positiven Pol angeschlossen. Es wird auch Gleichstrom verwendet. Ein Lichtbogen wird zwischen der Wolframelektrode und dem Werkstück erzeugt.

Bei diesem Prozess werden sowohl Plasma als auch Lichtbogen auf das Werkstück übertragen, was die Heizkapazität des Prozesses verbessert. Es wird zum Schweißen dicker Bleche eingesetzt.

2. Nicht übertragenes Plasmalichtbogenschweißen

Bei diesem Schweißprozess wird Gleichstrom verwendet. Dabei ist die Wolframelektrode an den negativen und die Düse an den positiven Pol angeschlossen. Ein Lichtbogen wird zwischen der Wolframelektrode und der Düse im Brenner erzeugt.

Dies erhöht die Ionisation des Gases im Brenner. Der Brenner überträgt dieses ionisierte Gas zur weiteren Verarbeitung. Es wird zum Schweißen dünner Bleche eingesetzt.

Vor- und Nachteile des Plasmalichtbogenschweißens

Folgende sind die Vorteile des PLB:

1. Erfordert weniger Bedienerkönnen aufgrund guter Toleranz des Lichtbogens gegen Fehlausrichtungen.
2. Hohe Schweißgeschwindigkeit.
3. Hohe Eindringfähigkeit (Keyhole-Effekt).
4. Hohe Energie für das Schweißen verfügbar. Es kann harte und raue Werkstücke leicht schweißen.
5. Der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück beeinflusst die Lichtbogenbildung nicht.
6. Geringer Energieverbrauch für Schweißnähte gleicher Größe.
7. Stabilerer Lichtbogen durch Plasmalichtbogenschweißen.
8. Es kann bei niedrigen Stromstärken betrieben werden.

Folgende sind die Nachteile des PLB:

1. Teure Ausrüstung.
2. Hoher Verzug und breite Naht als Folge hohen Wärmeeintrags.
3. Es ist ein lärmintensiver Betrieb, daher besteht die Gefahr von Lärmbelästigung.
4. Es hat mehr Strahlung.
5. Plasmalichtbogenschweißen erfordert hochqualifizierte Arbeitskräfte.
6. Die Wartungskosten sind hoch.

Anwendungen des Plasmalichtbogenschweißens

Sie fragen sich vielleicht, wofür Plasmalichtbogenschweißen verwendet wird. Folgende sind die Anwendungen des PLB:

1. Diese Art des Schweißens wird in der Schiffs- und Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.
2. Es wird häufig zum Schweißen von Rohren und Schläuchen aus Edelstahl oder Titan verwendet.
3. Plasmalichtbogenschweißen wird oft in der Elektronikindustrie eingesetzt.
4. Es wird üblicherweise zur Reparatur von Werkzeugen, Gesenken und Formen eingesetzt.
5. Es wird auch für das Schweißen oder Beschichten von Turbinenschaufeln verwendet.

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Fazit

Wir hoffen, dass wir alle Ihre Zweifel zum Plasmalichtbogenschweißen geklärt haben. Falls Sie noch Fragen zum „PLB“ haben, können Sie uns kontaktieren oder in den Kommentaren fragen.

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