等離子焊接

等離子焊接，用等離子弧作為熱源來(lái)熔化兩金屬連接處的一種焊接法。包括交流等離子弧焊接、微束等離子弧焊接、反極性等離子弧焊接、脈沖等離子弧焊接、熔化極等離子弧焊接等。優(yōu)點(diǎn)是在一定厚度范圍內(nèi),工件可不開(kāi)坡口、不留間隙,單面焊雙面成形,且電弧穩(wěn)定、熱量集中、熱影響區(qū)小、變形小、生產(chǎn)率高?？捎糜诤附与y熔、易氧化、熱敏感性強(qiáng)的材料,如鉬、鎢、鈹、鉻、鉭、鎳、鈦及其合金、不銹鋼等,也能焊接一般鋼材或有色金屬。

按焊縫成形原理，等離子弧有兩種基本焊接方法：小孔型等離子弧焊及熔透型等離子弧焊，其中30A以下的熔透型等離子弧焊又可稱(chēng)為微束等離子弧焊。

（1）小孔型等離子弧焊利用小孔效應(yīng)實(shí)現(xiàn)等離子弧焊的方法稱(chēng)小孔型等離子弧焊，亦稱(chēng)穿透性焊接法。

1）小孔法原理在對(duì)一定厚度范圍內(nèi)的金屬進(jìn)行焊接時(shí)，適當(dāng)?shù)嘏浜想娏?、離子氣流及焊接速度三個(gè)工藝參數(shù)，等離子弧將會(huì)穿透整個(gè)工件厚度，形成一個(gè)貫穿工件的小孔，如圖5。小孔周?chē)囊后w金屬在電弧吹力、液體金屬重力與表面張力作用下保持平衡。焊槍前進(jìn)時(shí)，在小孔前沿的熔化金屬沿著等離子弧柱流到小孔后面并遂漸凝固成焊縫。 小孔法焊接的主要優(yōu)點(diǎn)在于可以單道焊接厚板，板厚范圍：1.6~9mm。小孔法一般僅限于平焊；然而，對(duì)于某些種類(lèi)的材料，采取必要的工藝措施，用小孔法可實(shí)現(xiàn)全位置焊接。

2）焊接特點(diǎn) 小孔法焊接所具有的優(yōu)點(diǎn)是：

a、孔隙率低。

b、由于小孔法產(chǎn)生較為對(duì)稱(chēng)的焊縫，焊接橫向變形小。

c、由于電弧穿透能力強(qiáng)，對(duì)厚板可實(shí)現(xiàn)單道焊接。

d、不開(kāi)坡口實(shí)現(xiàn)對(duì)接焊，焊前對(duì)工件坡口加工量減少。

小孔法的缺點(diǎn)是：

a、焊接可變參數(shù)多，規(guī)范區(qū)間窄。

b、厚板焊接時(shí)，對(duì)操作者的技術(shù)水平要求較高，并且小孔法僅限于自動(dòng)焊接。

c、焊槍對(duì)焊接質(zhì)量影響大，噴嘴壽命短。

d、除鋁合金外，大多數(shù)小孔焊工藝仍限于平焊位置。

（2）熔透型等離子弧焊 焊接過(guò)程過(guò)程中，只熔透工件，但不產(chǎn)生小孔效應(yīng)的等離子弧焊方法，又稱(chēng)熔透型焊接法。

1）熔透法原理 當(dāng)離子氣流量較小，弧柱受壓縮程度較弱時(shí)，這種等離子弧在焊接過(guò)程中只熔化工件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)，焊縫成形原理與氬弧焊類(lèi)似。主要用于薄板焊接及厚板多層焊。

2）微束等離子弧焊 微束等離子通常采用聯(lián)合弧。由于非轉(zhuǎn)移弧的存在，焊接電流小至1A以下電弧仍具有較好的穩(wěn)定性，能夠焊接細(xì)絲及箔材。這時(shí)的非轉(zhuǎn)移弧又稱(chēng)維弧，而用于焊接的轉(zhuǎn)移弧又稱(chēng)主弧。

3）焊接特點(diǎn)與GTAW焊相比，熔透法等離子弧焊具有優(yōu)點(diǎn)是：

a、電弧能量集中，因此焊接工藝具有焊接速度快；焊縫深寬比大，截面積?。槐“搴附幼冃涡?，厚板焊接縮孔傾向小及熱影響區(qū)窄等優(yōu)點(diǎn)。

b、電弧穩(wěn)定性好。由于微束等離子弧焊接采用聯(lián)合弧，電流小至0.1A時(shí)電弧仍能穩(wěn)定燃燒，因此可焊超薄件，如厚度0.1mm不銹鋼片。

c、電弧挺直性好。以焊接電流10A為例，等離子弧焊噴嘴高度（噴嘴到工件表面的距離）達(dá)6.4mm時(shí)，弧柱仍較挺直，而鎢極氬弧焊的弧長(zhǎng)僅能采用0.6mm（弧長(zhǎng)大于0.6mm后穩(wěn)定性變差）。鎢極氬弧的擴(kuò)散角約45°，呈圓錐形，工件上的加熱面積與弧長(zhǎng)成平方關(guān)系，只要電弧長(zhǎng)度有很小變化將引起單位面積上輸入熱量的較大變化。而等離子弧的擴(kuò)散角僅5°左右基本上是圓柱形，弧長(zhǎng)變化對(duì)工件上的加熱面積和電流密度影響比較小，所以等離子弧焊弧長(zhǎng)變化對(duì)焊縫成形的影響不明顯。

d、由于等離子弧焊的鎢極內(nèi)縮在噴嘴之內(nèi)，電極不可能與工件相接觸，因而沒(méi)有焊縫夾鎢的問(wèn)題。

與GTAW焊相比，熔縫法的主要缺點(diǎn)是：

a、由于電弧直徑小，要求焊槍噴嘴軸線(xiàn)更準(zhǔn)確地對(duì)中焊縫。

b、焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高。焊槍噴嘴對(duì)焊接質(zhì)量有著直接影響，必需定期檢查、維修，及時(shí)更換。

1、母材凡氬弧焊能夠焊接的材料均可用等離子弧焊接，如碳鋼、耐熱鋼、鈦合金、銅合金、鋁合金以及鎂合金等。

除鋁、鎂及其合金外，其余材料均采用直流正接法焊接：鋁、鎂及其合金采用交流或直流反接法焊接。直流正接等離子弧單道可焊材料厚度范圍一般為0.3—6.4mm。交流變極性等離子弧單道可焊鋁合金厚度可達(dá)12.7mm(小孔法)。

等離子弧焊接的冶金過(guò)程與氬弧焊相同，只是由等離子弧具有較小的弧柱直徑，焊接時(shí)母材熔化量少，所以焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄。每一種母材金屬焊接時(shí)對(duì)預(yù)熱、后熱以及氣體保護(hù)等工藝要求與氬弧焊相同。

2、填充金屬與氬弧焊一樣，等離子弧焊工藝可以使用填充金屬。填充金屬一般制成光焊絲或者光焊條。自動(dòng)焊使用光焊絲作填充金屬，手工焊則用光焊條作填充金屬。填充金屬的主要成分與被焊母材相同。

3、氣體等離子焊槍有兩層氣體，即從噴嘴流出的離子氣及從保護(hù)氣罩流出的保護(hù)氣。有時(shí)為了增強(qiáng)保護(hù)，還需使用保護(hù)拖罩及通氣的背面墊板以擴(kuò)大保護(hù)氣的保護(hù)范圍。對(duì)鎢極應(yīng)該是惰性的；以免鎢極燒；護(hù)氣對(duì)母材一般是惰性的，但如果類(lèi)取決于被焊金屬，可供選擇的氣體有：

1)Ar氣Ar氣用于焊接碳鋼、高強(qiáng)度鋼及活性金屬，如鈦、鉭及鋯合金。焊接這些金屬所用的氣體中，即使含有極小量的H，也可能導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔、裂紋或降低力學(xué)性能。

2)Ar-H2混合氣焊接奧氏體不銹鋼、鎳合金及銅鎳合金時(shí)，允許使用Ar-H2混合氣體。

Ar氣中填加H2氣可提高電弧溫度及電弧電場(chǎng)強(qiáng)度，能夠更有效地將電弧熱量傳遞給工件，在給定的電流條件下可以得到較高的焊接速度。同時(shí)，H2具有還原性，使用Ar-H2混合氣體可以獲得更光亮的焊縫外觀(guān)。但H2含量過(guò)多焊縫易出現(xiàn)氣孔及裂紋，一般φ(H2)限制在7.5%以下。然而，在小孔焊接工藝中，由于氣體以充分逸出，加φ(H2)范圍為5%一15%，工件越薄，允許H2的比例越大。如小孔法焊6.4mm不銹鋼時(shí)，加φ(H2)為5%；而進(jìn)行3.8mm不銹鋼管道高速焊時(shí)，允許加φ(H2)達(dá)15%?！笔褂肁r-H2混合氣體作離?；旌蠚怏w作離子氣時(shí)，由于電弧溫度較高，應(yīng)降低噴嘴孔徑的額定電流。 3)Ar-He混合氣He氣也是—種惰性氣體，當(dāng)被焊工件不允許使用Ar-H2混合氣時(shí)，可考慮使用Ar-He混合氣。在Ar-He混合氣體中，φ甲(He)超過(guò)40%以上電弧熱量才能有明顯的變化。φ(He)超過(guò)75%時(shí)，其性能基本與純He相同，通常在Ar氣中加入φ(He)=50%～75%進(jìn)行鈦、鋁及其合金的小孔焊及在所有金屬材料上熔敷焊道。

4)He氣采用純He作離子氣時(shí)，由于弧柱溫度較高，會(huì)降低噴嘴的熱負(fù)載，會(huì)降低噴嘴的使用壽命及承載電流的能力，另外He氣密度較小，在合理的離子氣流量下難以形成小孔。所以，純He僅用于熔透法焊接，如焊接銅。

5)Ar-C02混合氣由于保護(hù)氣體不與鎢極接觸，在小電流焊接低碳鋼及低合金鋼時(shí)，允許在保護(hù)氣中添加適性氣體，其流量在10~15L/min之內(nèi)。如在Ar中加甲(C02)為25%作保護(hù)氣焊接鐵心疊片。 2100433B

利用等離子弧能量密度和等離子流力大的特點(diǎn)，可在適當(dāng)參數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)熔化穿孔型焊接。這時(shí)等離子弧把工件完全熔透并在等離子流力作用下形成一個(gè)穿透工件的小孔，熔化金屬被排擠在小孔周?chē)?。隨著等離子弧在焊接方向移動(dòng).熔化金屬沿電弧周?chē)鄢乇谙蛉鄢睾蠓揭苿?dòng)，于是小孔也就跟著等離子弧向前移動(dòng)。穩(wěn)定的小孔焊接過(guò)程是不采用襯墊面實(shí)現(xiàn)單面焊雙面一次成形的好方法。

一般大電流(100~300A)等離子弧焊都采用這種方法。應(yīng)該指出的是，穿孔效應(yīng)只有在足夠的能量密度條件下才能形成，板厚增加時(shí)所需能量密度也增加。

選擇穿孔型等離子弧焊工藝參數(shù)時(shí)，一般首先按所需電流確定噴嘴孔徑。2100433B