La soldadura plasma es un proceso donde
el calor necesario para la fusión es producida por un arco constreñido entre un
electrodo y la pieza bajo (modo transferido) o entre el electrodo y la tobera
de constricción (modo no transferido).
Este
proceso es básicamente una extensión del proceso TIG, donde la protección esta
compuesta ahora por un gas caliente ionizado proveniente de la tobera de
constricción y otro cuya función fundamental es para proteger a la soldadura
del aire proveniente de la tobera externa.
La
tobera de constricción es de cobre, y dado el gran calor generado presenta
canales de circulación de agua para su refrigeración.
Las
dimensiones que revisten mayor importancia son:
Æ0D = diámetro salida tobera constricción
Æ0G = diámetro entrada tobera constricción
dTL =
altura garganta tobera constricción zona salida
dES =
distancia electrodo -Superficie externa tobera constricción
dTS =
distancia torcha -pieza
Con respecto a las diferencias entre
el proceso GTAW y PAW, se observa dos diferencias
fundamentales:
1.
La
existencia de una segunda tobera;
2.
El
electrodo se encuentra dentro de la tobera de constricción
En el
proceso GTAW el arco asume una forma aproximadamente cónica por lo que
variaciones de la distancia torcha-pieza implicará un cambio importante en el
calor aportado por unidad de área, al variar el Área de contacto, en cambio la
forma cilíndrica del arco en el proceso PAW implicará un área de contacto
prácticamente constante por lo cual este proceso es mucho menos sensible a
dichas variaciones.
El gas
que circula por la tobera de constricción, es calentado por el arco, se expande
y sale a través del orificio de constricción acelerándose (plasma-jet) pudiendo
provocar gran turbulencia por lo cual el caudal es relativamente bajo de pocos
litros/minuto.
Dado que
este plasma-jet por sí solo no es adecuado para proteger al metal fundido de la
contaminación ambiental, existe un segundo gas a través de una tobera externa
que cumple esta función
Ventaja del arco constreñido
La
principal ventaja del arco constreñido es la
direccionalidad y estabilidad del plasma-jet que lo hace prácticamente
insensible a fenómenos tales como el soplo magnético.
Además
con un arco constreñido se logran alta densidad de corriente y alta
concentración de energía que implican mayor temperatura en el arco constreñido.
Otra
importante ventaja del proceso PAW es la posibilidad de ajustar adecuadamente
ciertos parámetros tales como:
·
Amperaje
·
Diámetro
y forma del orificio de la tobera de construcción
·
Tipo de
gas en la tobera
·
Caudal
de gas en el tobera de constricción que nos permitirán un amplio rango de
energía, desde muy bajas para soldar espesores finos hasta muy alta energía
para soldaduras de espesores gruesos y para el corte de metales.
Modos de arco
En este
proceso hay dos modos de arco, denominados: transferido y no transferido.
En el
modo transferido, el arco se establece entre el electrodo y la pieza; en cambio
en el modo no transferido el arco se establece entre el electrodo y la torcha
de constricción siendo el gas plasma que fuerza el arco plasma a través del
orificio de la tobera de constricción, el calor útil se obtiene del gas caliente
plasma saliente del orificio de la tobera de constricción. En este la pieza no
forma parte del circuito eléctrico
En el
modo transferido tenemos mayor energía disponible (mayor penetración) siendo
este modo el más utilizable en soldadura, reservándose el modo no transferido
para unión de materiales no conductores o en aplicaciones donde muy baja
concentración de energía es deseable y en proceso de corte plasma.
Parámetros operativos
Como
regla general valen las mismas consideraciones que en soldadura GTAW. Para la
gran mayoría de los casos, éste proceso se utiliza con corriente continua
polaridad directa en el modo transferido. La particularidad en este caso es que
podemos trabajar con amperajes muy bajos desde 0,1 Amper, que es imposible con
el proceso GTAW puesto que con valores inferiores a 10 Amper el arco tiende a
extinguirse.
La
Corriente Continua Polaridad Inversa se utiliza en casos muy particulares,
pudiendo citar soldadura de materiales reactivos tales como zirconio y titanio,
es decir aquellos casos donde se requiere extremar los recaudos en cuanto a
contaminación de tungsteno.
Longitud de arco
Como
habíamos mencionado este proceso es menos sensible a la variación de longitud
de arco que el proceso GTAW, debido a la forma cilíndrica que adopta el
constreñido y colinado plasma-jet.
Descripción del equipo
El
equipo básico para el proceso PAW consiste en la fuente de Poder de
característica corriente constante que puede ser corriente continua o corriente
alterna, ésta última utilizada para soldadura de Aluminio, aunque en este
proceso en pequeños espesores se utiliza corriente continua polaridad inversa;
torcho, tubos proveedores de los gases de constricción y de protección, equipo
para suministro del agua de enfriamiento, equipo para el establecimiento del
arco piloto para inicio de la soldadura y demás accesorios.
Encendido del arco
En este
proceso es mandatorio contar con un sistema que provea un arco piloto, dado que
al encontrarse el electrodo dentro de la tobera de constricción, nos es posible
el contacto electrodo-pieza.
El arco
piloto, que es el que se inicia entre el electrodo y la tobera de constricción,
corresponde a un arco piloto de bajo amperaje.
El
método más comúnmente empleado es el de alta frecuencia del que donde se hace
referencia en el proceso GTAW.
El gas ionizado debido al arco piloto,
provocado por la alta frecuencia,forma un camino de baja resistencia para el
establecimiento del arco principal, ya sea entre el electrodo y la pieza, o
entre el electrodo y la tobera constricción. Este arco piloto es sólo utilizado
para la formación del arco principal, luego de la cual se extingue
automáticamente (en corriente continua)
Existe
otro método para obtener el arco piloto, utilizado para bajos amperajes y con
equipos automáticos es el método retráctil que consiste en avanzar el electrodo
hasta que toque la tobera constricción y luego retroceder a la posición
preestablecida.
Torchas
Las
torchas en este proceso son algo más complejas que en GTAW.
Paras
oldadura manual se proveen hasta aproximadamente 200 Amp. Y para soldadura
automática de hasta 500 Amp.
Gases
En este
proceso es necesario la utilización de gases para la tobera de constricción y
la tobera de protección propiamente dicha. El gas de la tobera de constricción
debe ser un gas inerte no siendo generalmente mandatorio para el gas de
protección.
La
elección de los gases depende fundamentalmente del material y parámetros
eléctricos utilizados.
Como
regla general se recomienda la utilización
del mismo gas (gas de constricción y gas de protección) cuando se
trabaja con altos amperajes dado que en este caso contrario existe la
posibilidad de inestabilidad del arco.
Para
bajos amperajes la utilización de Ar es el que provee los mejores resultados.
Ar-He: se utiliza para soldadura de inoxidable,
aleaciones de Ni, y aleaciones de Ni -Cu. El porcentaje de He se limita a un
máximo de 15%
Ar- He:
dado que el He produce un arco más caliente, se utiliza para
soldadura
de grandes espesores en procesos automáticos. El porcentaje de He en estos
casos sería entre 50-75%.
En
ciertos casos de trabajo menos críticos y amperajes no elevados se puede
utilizar CO2 como gas de protección.
Electrodo no consumible
Se
utilizan los mismos electrodos que para el proceso GTAW, es decir:
a)
Tungsteno puro
b)
Tungsteno con 1% ThO2
c)
Tungsteno con 2% thO2
d)
Tungsteno con 0,35 a 0,55% ThO2 (banda lateral)
e)
Tungsteno con 0, 15 a 0,40% ZrO2
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