プラズマアーク溶接(PAW)完全ガイド:定義、用途、メリット・デメリット
本記事では、プラズマアーク溶接(PAW)の定義、用途、図解、設備、作動、メリット・デメリットを解説します。関連記事でアーク溶接プロセスを公開済み:
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プラズマアーク溶接(PAW)とは
タングステンインナートガス溶接(TIG)同様、非消耗電極を使用するアーク溶接プロセスの一種です。電極と工作物間にアークを発生。PAW凝集は、タングステン電極と絞りノズル間の収束アークセットアップ(非移行アーク)、またはタングステン/タングステン合金電極と工作物間(移行アーク)から得られる熱で生成。2種類の不活性ガス使用可能:1つはアークプラズマ形成、他方はアークプラズマシールド。TIG同様、充填材は任意添加。
動画で学ぶ:プラズマアーク溶接(PAW)の作動原理
PAWはTIGの進化形と位置づけられます。TIGでは開放アークをアルゴン・ヘリウムでシールドしますが、PAWでは特殊トーチでノズルを用い、アークとシールドガスを別々にトーチへ押し出します。水冷小径ノズルでアークを絞り込み、温度・圧力・熱強度を上昇、アーク安定性向上を図ります。
前述の通り、PAWアークは層流と乱流の2ガスフローで形成。層流:低圧・低プラズマガス流量、溶融金属が溶接ゾーンから吹き飛ばされないよう制御。乱流:高圧・高プラズマガス流量。使用ガス:アルゴン、ヘリウム、水素、または混合ガス。
構成部品と設備
プラズマアーク溶接の構成要素:
- 電流・ガス減衰制御:キーホール適切閉鎖、溶接終了時の構造制御
- 治具:曲げ部溶融金属の大気汚染防止
- 高周波発生器・電流制限抵抗:アーク着弧用。起動系は独立または内蔵
- プラズマトーチ
- 電源:直流電源(発電機または整流器)
- シールドガス:2不活性ガスまたは混合ガス
- 電圧電流:輪郭溶接で必要
プラズマアーク溶接機
用途
マイクロプラズマ溶接は、最薄0.1mm薄板、ワイヤー、メッシュ部品溶接に伝統的に使用。海洋・航空宇宙産業で採用。ステンレス鋼・チタンのパイプ・チューブ溶接。工具・金型修理に好適。タービンブレードへの溶接・コーティングにも使用。電子産業で広く採用。
プラズマアーク溶接(PAW)のメリット・デメリット
メリット
- 全金属切断可能
- 優れたアーク制御性
- 高熱生成・プラズマジェットで高速溶接可能
- 熱影響部(HAZ)はGTAW同等
- プラズマ高熱集中でキーホール効果発現、多くの継手で単パス全溶け込み実現
- 溶接制御の自由度・操作性向上
- 酸素燃料溶接より高速切断可能
- 自動化容易
- 狭いケーフ幅
デメリット
- 設備コスト高
- 専門訓練・専門要員必須
- 騒音レベル高
まとめ
PAWはTIGを発展させ、アーク集中・高エネルギー密度・キーホール効果・高速溶接・自動化適性を獲得した高精度溶接プロセスです。設備投資・専門人材・騒音対策を前提に、高付加価値用途(航空宇宙・電子・精密配管・金型修理)で採用検討すべきプロセスです。
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