Diese Vorteile hat das Plasmaschweißen

Beim Plasmaschweißen bildet sich, ähnlich dem verwandten WIG-Schweißen, ein Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Grundwerkstoff. Im Gegensatz zum WIG-Schweißen wird der Lichtbogen hier durch eine wassergekühlte Kupferdüse „gezwängt“, fachlich ausgedrückt „eingeschnürt“. Der konzentrierte Lichtbogen dringt daher mit hoher Energie ins Werkstück, die sonst nur ein Laserstrahl erreicht. Durch die enorme Temperatur des Plasmalichtbogens (10.000 bis 24.000 Grad) kann man wesentlich schneller schweißen. Die Einbrandtiefe ist exakt einstellbar. Die Elektrode ist geschützt und erreicht daher tolle Standzeiten – bis zum 30-fachen höher als beim WIG-Schweißen.

Weitere erfreuliche Vorteile der Plasmatechnologie sind: Man braucht keine Nahtvorbereitung, daher weniger Zusatzwerkstoff zum „Füllen“ der Naht, und durch die gezielt gebündelte Wärmeeinbringung bleibt der thermische Verzug sehr gering. Und vor allem kann sich die Schweißfachkraft über einen sehr stabilen Plasma-Lichtbogen freuen. Diese vielen Vorzüge des Plasmaschweißens prädestinieren das Verfahren für Anwendungen, die einen hohen Qualitätsanspruch an die Schweißnaht stellen: absolute Poren- und Spritzerfreiheit und somit eine perfekte Nahtoptik.

Plasmaschweißen schafft mit den jeweiligen Varianten Verbindungen von „dünn bis dick“. Und das bei längs- und rundgeschweißten Rohrleitungen sowie im Fahrzeug-, Behälter- und Apparatebau, dabei sowohl manuell, als auch vollautomatisiert. Plasmaschweißen kann man unterteilen in Mikroplasma-Schweißen, das „weiche“ Plasmaschweißen (Durchdrücktechnik), Plasmakurzzeitschweißen, Plasmapunkt- und Plasmastichlochschweißen.

Mit dem Mikroplasma-Schweißen lassen sich extrem dünne Bleche ab rund 0,1 mm mit „zarten“ Schweißstromstärken ab 0,3 A verbinden. Ein WIG-Lichtbogen wäre bei so geringen Strömen sehr instabil. Der deutsche Schweißtechnikspezialist EWM hat in diesem Segment das Plasmaschweißgerät „Microplasma“ für filigrane Schweißarbeiten ab 0,1 mm auf den Markt gebracht. In den drei Leistungsvarianten 0,3 bis 20,50 oder 100 A. Die digitale Steuerung mit visualisierten Schweißablaufparametern erlaubt das freie Einstellen von bis zu 100 Jobs. Bereits voreingestellt sind alle Standardparameter – sowohl für Plasma-, als auch für WIG- und Puls-Schweißen. Die Gasmenge lässt sich präzise regulieren, mehrere Schnittstellen ermöglichen den Anschluss von Zubehör. Über ein externes Gateway kann man das Gerät digital mit einem Schweißmanagement-System vernetzen.

Das „weiche“ Plasmaschweißen, auch Durchdrücktechnik genannt, hat seinen Namen davon, dass die Wärme nur von der Oberfläche aus zugeführt und durch Wärmeleitung an die tieferliegenden Schichten weitergegeben wird. Das Schweißgut wird durch den Druck des Plasmalichtbogens nach unten durchgedrückt und bildet auf der Rückseite eine Wurzel. Die schweißbaren Wanddicken liegen hier bei 0,5 bis 3 mm. Für das Längsnahtschweißen bei Rohren eine Alternative zu anderen Fügeverfahren. Plasmakurzzeitschweißen (Schweißzeit 20 Millisekunden bis 2 Sekunden) ist ein stark wachsender Bereich für Zulieferteile im Automotiv- und Elektronikbereich.

Liefert das herkömmliche „Widerstandspunkten“ nicht die gewünschten Ergebnisse, kann das Plasmapunktschweißen die Aufgabe lösen. Geringer Verzug, kurze Schweißzeiten, keine Nacharbeit der Schweißpunkte sowie Verschweißen mehrerer Bleche unterschiedlicher Materialdicken sind hier die Stärken.

Plasmastichlochschweißen, vielen auch als „Schlüssellochtechnik“ bekannt, findet sich vornehmlich im Behälterbau-, Rohrleitungs- und Apparatebau, wo die zu fügenden Wandstärken bei 3,0 bis 10,0 mm liegen. Bei mehr als 10 mm wird dieses Verfahren häufig zum Schweißen der Wurzel eingesetzt. Am Nahtanfang wird durch hohen Plasmagasdruck ein Stichloch gebildet, wo das Material in seiner gesamten Tiefe aufgeschmolzen wird. Zum Auffüllen des Stichloches, zum Ausgleich des Wurzeldurchhanges und für die Bildung einer geringen Nahtüberhöhung wird als Zusatzwerkstoff ein Kaltdraht eingesetzt. Diese Variante bietet durch seine Lichtbogencharakteristik eine hohe Qualität bei geringen Kosten pro Meter Schweißnaht im Vergleich zum MAG-, UP- oder WIG-Schweißen.

Plasmaschweißen eignet sich praktisch für alle elektrisch leitenden Werkstoffe wie Stahl, Edelstahl, Aluminium und Kupfer. Bei un- und niedriglegierten Stählen kommt diese Technologie zunehmend mehr zum Einsatz, weil der produktiver einstellbare Plasmalichtbogen klar „die Nase vorne“ hat gegenüber dem WIG-Lichtbogen. Für hochlegierte Stähle empfiehlt sich speziell das Plasmaschweißen mit Stichlochtechnik. Die werkstoffspezifische Viskosität des Schweißgutes führt zu besonders flachen und feingliedrigen Raupen. Die intensive Wärmeeinbringung durch den konzentrierten Lichtbogen wird durch die hohe Schweißgeschwindigkeit kompensiert, so dass nachteilige Auswirkungen wie Heißrisse oder verminderte Korrosionsbeständigkeit nicht zu befürchten sind.

Wesentlich kritischer und umfassender als bei Stahl ist das Plasmaschweißen von Aluminium (und Al-Legierungen). Daher wird hier nicht näher darauf eingegangen, sondern der Kontakt zu einschlägigen Fachfirmen empfohlen. Bei Kupfer (und Cu-Legierungen) wirkt sich die konzentriert eingebrachte Wärme des Plasmalichtbogens besonders günstig aus. Im Gegensatz zum WIG-Schweißen kann hier die Vorwärmung, vor allem bei größeren Wanddicken, meistens entfallen. Ebenfalls gut geeignet zum Plasmaschweißen sind die Werkstoffe Nickel und Titan sowie ihre Legierungen.

[Quelle: METALL 5/2019]