Saldatura ad arco plasma: i vantaggi della saldatura PAW

PAW è un processo di saldatura ad arco che utilizza un elettrodo di tungsteno o lega di tungsteno non consumabile, proprio come GTAW.

La saldatura ad arco plasma (PAW) viene spesso trascurata quando è necessario selezionare un processo di saldatura per fusione per applicazioni ad alta integrità come quelle che si trovano nei settori medico, elettronico, aerospaziale e automobilistico.

Questo processo è stato trascurato perché è più complesso e richiede attrezzature più costose rispetto ad altri processi ad arco e perché i saldatori desiderano velocità di saldatura maggiori come quelle riscontrate con la saldatura a raggio laser (LBW). Tuttavia, i produttori automobilistici si sono rivolti a PAW per una serie di applicazioni, tra cui pannelli della carrozzeria e componenti del sistema di scarico.

La saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW), nota anche come saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG), è comunemente utilizzata per saldature di alta qualità a velocità inferiori, mentre LBW è spesso selezionata per la saldatura a velocità più elevata.

PAW a volte offre una velocità di saldatura maggiore rispetto a GTAW a un costo inferiore rispetto a LBW e può essere il processo più efficace per molte applicazioni. Questi includono la saldatura di soffietti espandibili in acciaio inossidabile, dove PAW è più tollerante al disallineamento dei giunti rispetto a LBW e offre una migliore penetrazione rispetto a GTAW; saldatura di acciai rivestiti come quelli utilizzati nei sistemi di scarico delle automobili; e saldatura in modalità keyhole per effettuare saldature a piena penetrazione in materiale relativamente spesso in un unico passaggio.

PAW è un processo di saldatura ad arco che utilizza un elettrodo di tungsteno o lega di tungsteno non consumabile, proprio come GTAW.

La differenza principale tra questi due processi di saldatura è che nella PAW l'elettrodo è incassato in un ugello che serve a restringere l'arco. Il gas plasma viene ionizzato nell'ugello restrittore ed esce dall'ugello ad alta velocità.

Il gas plasma da solo non è adeguato a proteggere il bagno di fusione fuso dall'atmosfera, quindi il gas di protezione viene fornito attorno alla colonna plasma, come con GTAW. La portata del gas plasma è molto inferiore a quella del gas di protezione per ridurre al minimo la turbolenza

La forma conica di un arco di tungsteno a gas richiede l'utilizzo di apparecchiature di controllo della lunghezza dell'arco (ALC) o di controllo della tensione dell'arco (AVC) per la saldatura automatizzata per garantire dimensioni del punto e densità di energia costanti.

L'arco ristretto in PAW risulta in un arco molto più a forma di colonna. Ciò riduce al minimo l'effetto della variazione della lunghezza dell'arco sulla densità di energia e riduce al minimo la necessità di ALC o AVC.

Un altro vantaggio dell'incasso dell'elettrodo in un ugello è che la contaminazione dell'elettrodo è ridotta al minimo. Di solito un elettrodo può durare per un intero turno di produzione senza bisogno di essere riaffilato.

Un'altra caratteristica unica del PAW è il modo in cui viene avviato l'arco. La corrente ad alta frequenza (HF) viene generalmente utilizzata per stabilire un arco pilota tra l'elettrodo e l'ugello di rame. L'HF viene disattivato dopo l'avvio dell'arco pilota. La corrente dell'arco pilota di solito è fissa ad un livello o può essere impostata su uno dei due livelli, tipicamente tra 2 e 15 A.

Nella saldatura l'arco viene trasferito all'opera, che diventa parte del circuito elettrico. Poiché l'arco viene stabilito prima di effettuare una saldatura, gli inizi dell'arco di saldatura tendono ad essere molto affidabili.

L'arco pilota rimane acceso una volta completata la saldatura e la torcia è pronta per effettuare la saldatura successiva senza bisogno di ulteriore HF. Ciò può essere utile durante la saldatura in applicazioni automatizzate in cui il rumore elettromagnetico proveniente dall'HF può interferire con i controllori di processo computerizzati. Un effetto collaterale dell'arco pilota è che le torce al plasma devono essere raffreddate ad acqua, anche per applicazioni a bassa corrente.

Esistono tre diverse modalità operative per PAW, determinate dal livello della corrente di saldatura. La corrente di saldatura del microplasma varia da meno di 0,1 A a circa 20 A.

La corrente di saldatura al plasma a corrente media o la corrente in modalità melt-in varia generalmente da 20 a 100 A. L'elevata corrente di saldatura al plasma è superiore a 100 A e in genere viene eseguita in modalità buco della serratura, simile alla saldatura LBW o a fascio di elettroni (EBW).

La combinazione di corrente elevata e flusso di gas plasma crea un foro nel materiale e il metallo fuso scorre dietro il foro mobile per creare il cordone di saldatura. Quando si salda in modalità keyhole, la portata del gas plasma deve essere controllata attentamente per eseguire una saldatura. Una portata leggermente superiore soffierà via il metallo fuso provocandone il taglio.