Soldadura por arco de plasma (PAW): proceso, componentes y funcionamiento

¿Qué es la soldadura por arco de plasma?

La soldadura por arco de plasma (PAW) es un proceso de soldadura por arco muy similar a la soldadura TIG en que el arco se crea entre un electrodo de tungsteno puntiagudo y la pieza de trabajo. Sin embargo, al posicionar el electrodo dentro del cuerpo de la antorcha, el arco de plasma puede separarse del envoltorio de gas de protección. El plasma es forzado a través de una boquilla de cobre finamente perforada que constriñe el arco.

La soldadura por plasma es un proceso en el que se enciende un arco de plasma entre el electrodo y el material base y se usa para soldar. Se clasifica como un tipo de electrodo no consumible y, como la soldadura TIG, usa una varilla de tungsteno como electrodo. La diferencia es que usa una boquilla para cubrir el electrodo y un gas de plasma para prevenir que el arco se disperse.

La resultante alta concentración de calor permite soldadura a alta velocidad con un cordón estrecho y menos distorsión. Debido a su arco altamente direccional, la soldadura por plasma es adecuada para soldaduras de filete y puede eliminar salpicaduras.

Su bajo consumo de electrodo permite soldadura de alta calidad durante un largo período de tiempo. Aunque los equipos de soldadura son caros comparados con los soldadores TIG, los costos de operación son bajos. Este es uno de los mejores métodos para soldadura automática.

El gas piloto (gas inerte) fluye a través de la antorcha y es ionizado (conversión a plasma) por el calor del arco piloto. El gas piloto ionizado forma un chorro de plasma, se eyecta del orificio de la boquilla y actúa como conductor para la corriente de arco.

Esto estrecha el arco para darle alta densidad de energía y salir por el orificio de la punta insertada. La dispersión del arco se limita a aproximadamente un cuarto de la soldadura TIG, resultando en un arco de mayor densidad de corriente.

Diámetro del orificio

Tres modos de operación pueden producirse variando el diámetro del orificio y la tasa de flujo de gas de plasma:

Microplasma: 0.1 a 15A

El arco de microplasma puede operarse a corrientes de soldadura muy bajas. El arco columnar es estable incluso cuando la longitud del arco varía hasta 20mm.

Corriente media: 15 a 200A

A corrientes más altas, de 15 a 200A, las características del proceso del arco de plasma son similares al arco TIG, pero como el plasma está constreñido, el arco es más rígido. Aunque la tasa de flujo de gas de plasma puede aumentarse para mejorar la penetración del charco de soldadura, existe riesgo de arrastre de aire y gas de protección a través de turbulencia excesiva en el escudo de gas.

Plasma de ojo de cerradura: más de 100A

Al aumentar la corriente de soldadura y el flujo de gas de plasma, se crea un haz de plasma muy potente que puede lograr penetración total en un material, como en soldadura por láser o haz de electrones.

Durante la soldadura, el orificio corta progresivamente el metal con el charco de soldadura fundido fluyendo detrás para formar el cordón de soldadura bajo fuerzas de tensión superficial. Este proceso puede usarse para soldar material más grueso (hasta 10mm de acero inoxidable) en una sola pasada.

Construcción de la máquina de soldadura por arco de plasma:

La configuración de soldadura por arco de plasma consiste en los siguientes componentes:

• Fuente de alimentación
• Antorcha de soldadura por plasma
• Recirculador de agua
• Electrodo de tungsteno
• Gas de protección
• Gas de plasma
• Kit de accesorios de antorcha (boquillas, cerámicas, pinzas, electrodos, calibradores de configuración)
• Material de aporte

Permítanme dar una breve descripción de cada componente.

1. Fuente de alimentación:

El proceso de soldadura por arco de plasma necesitaba una fuente de alimentación DC de alta potencia para generar la chispa eléctrica entre el electrodo de tungsteno y las placas de soldadura.

Esta soldadura puede soldar a un bajo 2 amperios y la corriente máxima que puede manejar es de aproximadamente 300 amperios. Necesita unos 80 voltios para funcionar correctamente.

La fuente de poder consiste en un transformador, rectificador y consola de control.

2. Antorcha de soldadura por plasma:

Esta es la parte más importante del proceso de soldadura por plasma.

Esta antorcha es bastante similar a la usada en soldadura TIG.

Las antorchas PAW son refrigeradas por agua porque el arco está contenido dentro de la antorcha lo que produce alto calor, por lo que se proporciona una camisa de agua fuera de la antorcha.

3. Recirculador de agua:

Este mecanismo se usa para enfriar la antorcha de soldadura por el flujo continuo de agua fuera de la antorcha de soldadura.

4. Electrodo de tungsteno:

En esta máquina usamos un electrodo de tungsteno no consumible. Como sabemos, el tungsteno puede soportar temperaturas muy altas.

5. Gas de protección:

En este proceso de soldadura, usamos dos gases inertes. Necesitamos mantener baja presión para evitar turbulencia durante la soldadura; debido a esta presión baja del gas, el escudo de soldadura se forma semanalmente, por eso necesitamos cargar otro gas inerte a través de la porción exterior de la fuerza de soldadura a alta tasa de flujo, para hacer el escudo de soldadura sostenible.

Los gases inertes que se usan en este proceso pueden ser helio, argón e hidrógeno según la necesidad, y depende totalmente de la temperatura.

6. Gas de plasma:

Es un gas ionizado caliente compuesto de casi el mismo número de electrones e iones. Tiene suficiente energía para liberar electrones de moléculas, átomos y electrones para sincronizar.

Es la principal fuente de energía de esta soldadura.

7. Kit de accesorios de antorcha:

Estos kits se usan para expandir el rendimiento de la antorcha de soldadura.

8. Material de aporte:

En soldadura por plasma no se usa material de aporte. Si se usa material de aporte, entonces se alimenta directamente en la zona de soldadura.

¿Cómo funciona la soldadura por plasma?

Un plasma es un gas que se calienta a una temperatura extremadamente alta e ionizado para que se vuelva eléctricamente conductor. Similar a GTAW (TIG), el proceso de soldadura por arco de plasma usa este plasma para transferir un arco eléctrico a una pieza de trabajo. El metal a soldar se funde por el intenso calor del arco y se fusiona.

En la antorcha de soldadura por plasma, un electrodo de tungsteno está ubicado dentro de una boquilla de cobre que tiene una pequeña abertura en la punta. Se inicia un arco piloto entre el electrodo de la antorcha y la punta de la boquilla. Este arco se transfiere luego al metal a soldar.

Al forzar el gas de plasma y el arco a través de un orificio constreñido, la antorcha entrega una alta concentración de calor a un área pequeña. Con equipo de soldadura de alto rendimiento, el proceso de plasma produce soldaduras de calidad excepcionalmente alta.

Los gases de plasma son normalmente argón. La antorcha también usa un gas secundario, argón, argón/hidrógeno, o helio que ayuda a proteger el charco de soldadura fundido, minimizando así la oxidación de la soldadura.

Ventajas de la soldadura por arco de plasma

Las ventajas de la soldadura por arco de plasma son las siguientes:

• El diseño de la antorcha permite mejor control del arco.
• Este método proporciona más libertad para observar y controlar la soldadura.
• La mayor concentración de calor y chorro de plasma permiten velocidades de avance más rápidas.
• La alta temperatura y alta concentración de calor del plasma permiten el efecto ojo de cerradura.
• Esto proporciona penetración completa con soldadura de una sola pasada en muchas uniones.
• La zona afectada por el calor es más pequeña comparada con GTAW (soldadura por arco de tungsteno con gas).
• Usa menos entrada de corriente comparada con otro proceso de soldadura.

Desventajas de la soldadura por arco de plasma:

Las desventajas de la soldadura por arco de plasma son:

• Produce cordones más anchos y zonas afectadas por calor comparadas con LBW y EBW.
• El equipo de soldadura por plasma es muy costoso. Por lo tanto, tendrá un costo de puesta en marcha más alto.
• Requiere capacitación y especialización para realizar soldadura por plasma.
• Produce radiación ultravioleta e infrarroja.
• El método produce ruido más alto del orden de unos 100dB.
• La antorcha es voluminosa y, por lo tanto, la soldadura manual es un poco difícil y requiere capacitación como se mencionó.

Aplicaciones de la soldadura por arco de plasma:

La aplicación de la soldadura por arco de plasma es:

• Esta soldadura se usa en las industrias marina y aeroespacial.
• Se usa para soldar tuberías y tubos de acero inoxidable o titanio.
• Se usa mayormente en industrias electrónicas.
• También se usa para reparar herramientas, troqueles y moldes.
• Se usa para soldadura o recubrimiento en álabes de turbina.

Así que esto es todo sobre el mecanizado de soldadura por arco de plasma, espero que hayan disfrutado este artículo. También escribí artículos sobre otros procesos de soldadura para revisarlos también. Y además, no olviden compartir el artículo en su plataforma social favorita.

Video de soldadura por plasma