プラズマトランスファーアークトーチ（PTAトーチ）は、プラズマトランスファーアーク（PTA）装置の中心的要素であり、プラズマアークを発生させ、合金粉末を溶接部へ正確に供給する役割を担っています。その構造と動作原理は一般的な溶接トーチとは異なり、より高い精度と安定性を備えています。
1. 構造部品
そのPTA溶接トーチ主に以下の部分から構成されます。
カソード（タングステン電極）：プラズマアークを生成するための中心コンポーネントで、通常は高温および耐腐食性のタングステン材料で作られています。
陽極（ノズル）：プラズマアークを誘導し、アーク柱を集中させます。通常は放熱性を高めるために銅で作られています。
粉末供給システム：合金粉末をプラズマアークに均一に供給し、溶融してワークピースの表面に堆積させるために使用されます。
保護ガスチャネル：溶接領域の酸化を防ぐためのプラズマガスおよび保護ガスとして、通常はアルゴンまたはヘリウムが使用されます。
冷却システム：高温動作中の溶接トーチの安定性を確保するために水冷が使用されます。
2. 動作原理
アーク開始段階: 高周波および高電圧パルスにより、タングステン電極とノズルの間に非移行アークが生成されます (小電流、安定したアーク開始)。
プラズマアーク形成：プラズマガス（アルゴンなど）がノズルを通過し、高温アークによって高エネルギープラズマに電離され、ノズルを通ってワークピースの表面に到達し、移行アーク（メインアーク）を形成します。
粉末供給と溶融：合金粉末は粉末供給装置を通じてプラズマアーク領域に均一に供給され、瞬時に溶融してワークピースの表面に噴霧され、緻密なコーティングを形成します。
冶金結合: 溶融した粉末を基材と冶金結合して、高強度で耐摩耗性のあるクラッド層を形成します。
3. 特徴と利点
高エネルギー密度: 長くて細いアーク柱、高温 (最大 20,000°C)、溶融深さとコーティング厚さの正確な制御。
熱影響部が小さい: 基板の変形と熱応力が軽減され、ワークピースの寸法安定性が向上します。
高い材料利用率：粉末材料の利用率は90％を超えており、経済的です。
優れたコーティング品質：緻密なコーティング、無多孔性、高い冶金結合強度、優れた耐摩耗性と耐腐食性。
4. よく使われる材料と用途
合金粉末材料: コバルト基、ニッケル基、鉄基、タングステンカーバイドおよびその他の耐摩耗性、耐腐食性合金粉末。
代表的な応用分野:
石油・ガス：バルブ、ドリルビット、ポンプ本体用の耐摩耗性および耐腐食性コーティング。
エンジニアリング機械：シャフト、ロール、ギア、金型表面の強化および修理。
冶金産業: ロール、金型、バルブシート、その他の部品の表面仕上げおよび修理。
5.使用上の注意
タングステン電極保護：酸化と焼損を防ぎ、電極の寿命を延ばします。
ノズル冷却: ノズルの過熱による損傷を防ぐために良好な水冷効果を維持します。
粉末供給の安定性: 均一な粉末供給を確保し、コーティングの厚さの不均一やスラグ欠陥を回避します。
安全保護：高温、高電圧での操作のため、保護マスク、手袋などの安全装置を装備する必要があります。
6. 他の溶接方法との比較
プラズマアーク溶接 (PAW) の場合: PTA 溶接は主に表面クラッディングと強化に使用され、PAW は主に浸透溶接に使用されます。
レーザー表面処理との比較: PTA 溶接は安価で、より広範囲の材料に適用できますが、レーザー表面処理の方が熱影響部が小さく、精度が高くなります。
プラズマ噴霧の場合：PTA溶接は冶金結合でコーティング強度が高く、プラズマ噴霧は機械結合で薄層コーティングに適しています。
投稿日時: 2025年2月19日