プラズマ溶接 — 溶接プロセス

プラズマは第4の状態だ。気体が強く加熱され電離して、電気を通すようになったものだ。ではまさにこれを使う。はとワークの間で燃えるが、水冷ノズルで絞り込まれる。は狭い穴を通ることを強制される——広がったTIGに似たアークから、エネルギー密度が非常に高い、鋭く束ねられたプラズマジェットになる。

絞り込みが物理的に何を起こすか

をホースから出る水だと思え。ノズルがなければ広く広がるが、穴を狭めれば束になったジェットが噴き出す。プラズマでも電気を通すガスで同じことが起きる。ノズルがを圧縮し、電流密度が上がり、ジェット中心の温度は自由なをはるかに超える値に達する。TIGとの違いはまさにこの絞り込みだ——そして3つの結果がある:

• 深い溶込み: プラズマジェットは深く狭く溶かす——板を貫通する「キーホール」まで。

• 狭い: 熱が集中して入るのでHAZは小さく保たれる——ひずみが少なく、組織変化も少ない。

• 高速: 薄板は溶加材なしで高速に溶接できる。

2つのガス、2つの役割

プラズマでは2つのガスを使う:

• （多くはアルゴン）: トーチを通って流れ、電離して実際のプラズマジェットを作る。

• （アルゴンまたはアルゴン-ヘリウム）: ジェットを外側から包み、溶融池を酸化から守る。

両ガスの流量と混合が溶込みとビード形状を左右する——だからプラズマはTIGよりパラメータに敏感だ。

パイロットアーク——隠れた安定化の技

電極とノズルの間に小さな補助アークが常時燃えている——パイロットアークだ。これがワークに触れなくてもプラズマを維持する。おかげでプロセスは極めて着火が確実で安定し、特に始動時や中断時に強い。自動化設備やきれいな始動には金の価値がある。本アークがいつでも即座に着火するからだ。

2つの運転モード:

• マイクロプラズマ（0.1–15 A）: 0.05 mmからの極薄板用——ろう付けのような精度で、しかし本物の溶接接合だ。は微小電流でも切れないほど安定している。

• キーホールプラズマ（100 A超）: プラズマジェットが板を貫通し、トーチの後ろで再び閉じる——10 mmまでの板を1パスで、溶加材なしの1層ビード。

プラズマかTIGかレーザーか?

3つは重なるが、役割分担は明確だ。TIGは単品製作向けの扱いやすい精密溶接、プラズマはより深い溶込みと高速な力強い variant、レーザーは自動化量産向けのさらに極端な段階だ。目安: 普通の工場ならTIGで大抵足りる。プラズマは高いエネルギー密度、深い溶込み、再現精度が必要なときに効く。

用途は精度と速度が交わるあらゆる場所だ。配管、薄肉ステンレス容器、医療技術部品、自動化量産。

代償はこうだ。設備はTIGより高く複雑で、パラメータ管理はより難しく、ノズルは摩耗する。その代わり、存在する中で最も安定したアークの一つが手に入る。