プラズマアーク溶接：PAW溶接の利点

PAW は、GTAW と同様に、非消耗品のタングステンまたはタングステン合金電極を使用するアーク溶接プロセスです。

プラズマ アーク溶接 (PAW) は、医療、エレクトロニクス、航空宇宙、自動車産業などの高信頼性アプリケーションで溶融溶接プロセスを選択する必要がある場合に見落とされることがよくあります。

このプロセスは、他のアークプロセスよりも複雑で高価な装置を必要とすること、また溶接工がレーザービーム溶接（LBW）などの溶接速度の向上を望んでいることから、見過ごされてきました。 しかし、自動車メーカーは、ボディパネルや排気システムコンポーネントを含む多くの用途で PAW に注目しています。

タングステン不活性ガス (TIG) 溶接としても知られるガス タングステン アーク溶接 (GTAW) は、低速で高品質の溶接を行うのに一般的に使用されますが、高速溶接には LBW が選択されることがよくあります。

PAW は、LBW よりも低コストで GTAW よりも優れた溶接速度を実現できる場合があり、多くの用途にとって最も効果的なプロセスとなる可能性があります。 これらには、ステンレス鋼の拡張可能なベローズの溶接が含まれます。PAW は LBW よりも関節の位置ずれに強く、GTAW よりも貫通力が優れています。 自動車の排気システムに使用されるような塗装鋼の溶接。 キーホール モードで溶接すると、比較的厚い材料をシングル パスで完全溶け込み溶接できます。

PAW は、GTAW と同様に、非消耗品のタングステンまたはタングステン合金電極を使用するアーク溶接プロセスです。

これら 2 つの溶接プロセスの主な違いは、PAW では電極がノズルの中に埋め込まれており、これがアークを狭める役割を果たすことです。 プラズマガスは絞り込まれたノズル内でイオン化され、高速でノズルから排出されます。

プラズマ ガスだけでは溶融池を大気からシールドするのに十分ではないため、GTAW と同様にプラズマ コラムの周囲にシールド ガスが供給されます。 乱流を最小限に抑えるため、プラズマ ガスの流量はシールド ガスの流量よりも大幅に低くなります。

ガスタングステンアークは円錐形であるため、自動溶接にはアーク長制御 (ALC) またはアーク電圧制御 (AVC) 装置を使用して、一貫したスポット サイズとエネルギー密度を確保する必要があります。

PAW の収縮した円弧により、より円柱状の円弧が得られます。 これにより、アーク長の変化によるエネルギー密度への影響が最小限に抑えられ、ALC または AVC の必要性が最小限に抑えられます。

ノズル内に電極を埋め込むことのもう 1 つの利点は、電極の汚染が最小限に抑えられることです。 電極は通常、再研磨する必要がなく、生産シフト全体にわたって使用できます。

PAW のもう 1 つのユニークな機能は、アークの開始方法です。 通常、高周波 (HF) 電流は、電極と銅ノズルの間にパイロット アークを確立するために使用されます。 パイロット アークが開始された後、HF はオフになります。 パイロット アーク電流は通常、1 つのレベルに固定されているか、2 つのレベルのいずれか (通常は 2 ～ 15 アンペア) に設定できます。

溶接の場合、アークはワークに伝達され、電気回路の一部となります。 アークは溶接を行う前に確立されるため、溶接アークの開始は非常に信頼性が高い傾向があります。

溶接完了後もパイロット アークはオンのままで、トーチは追加の HF を必要とせずに次の溶接を行う準備ができています。 これは、HF からの電磁ノイズがコンピュータ化されたプロセス コントローラーに干渉する可能性がある自動化アプリケーションで溶接する場合に有益です。 パイロット アークの副作用の 1 つは、低電流アプリケーションであってもプラズマ トーチを水冷する必要があることです。

PAW には 3 つの異なる動作モードがあり、溶接電流レベルによって決まります。 マイクロプラズマ溶接電流の範囲は、0.1 アンペア未満から約 20 アンペアです。

中電流プラズマ溶接またはメルトインモードの電流は、通常 20 ～ 100 アンペアの範囲です。 高プラズマ溶接電流は 100 アンペアを超え、通常は LBW または電子ビーム溶接 (EBW) と同様のキーホール モードで行われます。

高電流とプラズマ ガス流の組み合わせにより材料に穴が形成され、移動する穴の後ろに溶融金属が流れて溶接ビードが形成されます。 キーホール モードで溶接する場合、溶接を行うためにプラズマ ガスの流量を注意深く制御する必要があります。 流量が少し高いと溶融金属が吹き飛ばされ、切断の原因となります。