等離子弧焊等離子弧焊接和切割

等離子弧的產(chǎn)生：

（1）等離子弧的概念：

自由電弧：未受到外界約束的電弧，如一般電弧焊產(chǎn)生的電弧。

等離子?。菏芡獠烤惺鴹l件的影響使弧柱受到壓縮的電弧。

自由電弧弧區(qū)內(nèi)的氣體尚未完全電離，能量未高度集中，而等離子弧弧區(qū)內(nèi)的氣體完全電離，能量高度集中，能量密度很大，可達10~10W/cm2，電弧溫度可高達24000～50000K（一般自由狀態(tài)的鎢極氬弧焊最高溫度為10000～20000K，能量密度在10W/cm2以下）能迅速熔化金屬材料，可用來焊接和切割。

（2）等離子弧的產(chǎn)生

在鎢極與噴嘴之間或鎢極與工件之間加一較高電壓，經(jīng)高頻振蕩使氣體電離形成自由電弧，該電弧受下列三個壓縮作用形成等離子弧。

①機械壓縮效應(yīng)（作用）——電弧經(jīng)過有一定孔徑的水冷噴嘴通道，使電弧截面受到拘束，不能自由擴展。

②熱壓縮效應(yīng)——當(dāng)通入一定壓力和流量的氬氣或氮氣時，冷氣流均勻地包圍著電弧，使電弧外圍受到強烈冷卻，迫使帶電粒子流（離子和電子）往弧柱中心集中，弧柱被進一步壓縮。

③電磁收縮效應(yīng)——定向運動的電子、離子流就是相互平行的載流導(dǎo)體，在弧柱電流本身產(chǎn)生的磁場作用下，產(chǎn)生的電磁力使孤柱進一步收縮。

電弧經(jīng)過以上三種壓縮效應(yīng)后，能量高度集中在直徑很小的弧柱中，弧柱中的氣體被充分電離成等離子體，故稱為等離子弧。

當(dāng)小直徑噴嘴，大的氣體流量和增大電流時，等離子焰自噴嘴噴出的速度很高，具有很大的沖擊力，這種等離子弧稱為“剛性弧”，主要用于切割金屬。反之，若將等離子弧調(diào)節(jié)成溫度較低、沖擊力較小時，該等離子弧稱為“柔性弧”，主要用于焊接。

等離子弧焊接是指用等離子弧作為熱源進行焊接的方法稱為等離子孤焊接。

焊接時離子氣（形成離子?。┖捅Ｗo氣（保護熔池和焊縫不受空氣的有害作用）均為純氬。

等離子弧焊所用電極一般為鎢極（與鎢極氬弧焊相同，國內(nèi)主要采用釷鎢極和鈰鎢極，國外還采用鋯鎢極和鋯極），有時還需填充金屬（焊絲）。一般均采用直流正接法（鎢棒接負極）。故等離子弧焊接實質(zhì)上是一種具有壓縮效應(yīng)的鎢極氣體保護焊 。

1.防電擊

等離子弧焊接和切割用電源的空載電壓較高，尤其在手工操作時，有電擊的危險。因此，電源在使用時必須可靠接地，焊槍槍體或割槍槍體與手觸摸部分必須可靠絕緣?？梢圆捎幂^低電壓引燃非轉(zhuǎn)移弧后再接通較高電壓的轉(zhuǎn)移弧回路。如果啟動開關(guān)裝在手把上，必須對外露開關(guān)套上絕緣橡膠套管，避免手直接接觸開關(guān)。盡可能采用自動操作方法。

2.防電弧光輻射

電弧光輻射強度大，它主要由紫外線輻射、可見光輻射與紅外線輻射組成。等離子弧較其它電弧的光輻射強度更大，尤其是紫外線強度，故對皮膚損傷嚴重，操作者在焊接或切割時必須帶上良好的面罩、手套，最好加上吸收紫外線的鏡片。自動操作時，可在操作者與操作區(qū)設(shè)置防護屏。等離子弧切割時，可采用水中切割方法，利用水來吸收光輻射。

3.防灰塵

等離子弧焊接與切割過程中伴隨有大量汽化的金屬蒸氣、臭氧、氮化物等。尤其切割時，由于氣體流量大，致使工作場地上的灰一塵大量揚起，這些煙氣與灰塵對操作工人的呼吸道、肺等產(chǎn)生嚴重影響。切割時，在柵格工作臺下方還可以安置排風(fēng)裝置，也可以采取水中切割方法。

4.防噪聲

等離子弧會產(chǎn)生高強度、高頻率的噪聲，尤其采用大功率等離子弧切割時，其噪聲更大，這對操作者的聽覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)非常有害。其噪聲能量集中在2000^8000Hz范圍內(nèi)。要求操作者必須戴耳塞。在可能的條件下，盡量采用自動化切割，使操作者在隔音良好的操作室內(nèi)工作，也可以采取水中切割方法，利用水來吸收噪聲 。

等離子弧的穩(wěn)定性直接影響著切割質(zhì)量，等離子電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，會導(dǎo)致切口參差不齊、積瘤等缺陷，也會導(dǎo)致控制系統(tǒng)的相關(guān)元件壽命降低，噴嘴、電極頻繁更換。針對此現(xiàn)象，進行分析并提出一些辦法。

1.氣壓或流量過低

等離子弧切割機工作時，如工作氣壓遠遠低于說明書所要求的氣壓，這意味著等離子弧的噴出速度減弱，輸入空氣流量小于規(guī)定值，此時不能形成足夠多的帶有高能量、高速度的負離子，從而造成切口質(zhì)量差、切不透、切口積瘤的現(xiàn)象。氣壓不足的原因有：輸入空氣壓力或流量不足，切割機空氣調(diào)節(jié)閥調(diào)壓過低，電磁閥內(nèi)有油污，氣路不通暢等。

解決方法是：使用前注意觀察空壓機輸出壓力顯示，如不符合要求，可調(diào)整壓力或檢修空壓機。如輸入氣壓已達要求，應(yīng)檢查空氣過濾減壓閥的調(diào)節(jié)是否正確，表壓顯示能否滿足切割要求。否則應(yīng)對空氣過濾減壓閥進行日常維護保養(yǎng)，確保輸入空氣干燥、無油污。如果輸入空氣質(zhì)量差，會造成電磁閥內(nèi)產(chǎn)生油污，閥芯開啟困難，閥口不能完全打開。另外，割炬噴嘴氣壓過低，還需更換電磁閥；氣路截面變小也會造成氣壓過低，可按說明書要求更換氣管。

2.氣壓過高

若輸入空氣壓力遠遠超過0.45MPa，則在形成等離子弧后，過大的氣流會吹散集中的弧柱，使弧柱能量分散，減弱了等離子弧的切割強度。造成氣壓過高的原因有：輸入空氣調(diào)節(jié)不當(dāng)、空氣過濾減壓閥調(diào)節(jié)過高或者是空氣過濾減壓閥失效。

解決方法是，檢查空壓機壓力是否調(diào)整合適，空壓機和空氣過濾減壓閥的壓力是否失調(diào)。開機后，如旋轉(zhuǎn)空氣過濾減壓閥調(diào)節(jié)開關(guān)，表壓無變化，說明空氣過濾減壓閥失靈，需更換。

3.割炬噴嘴和電極燒損

因噴嘴安裝不當(dāng)，如絲扣未上緊，設(shè)備各擋位調(diào)整不當(dāng)，需用水冷卻的割炬在工作時，未按要求通入流動的冷卻水以及頻繁起弧，都會造成噴嘴過早損壞。

解決方法是，按照切割工件的技術(shù)要求，正確調(diào)整設(shè)備各擋位，檢查割炬噴嘴是否安裝牢圄，需通冷卻水的噴嘴應(yīng)提前使冷卻水循環(huán)起來。切割時，根據(jù)工件的厚度調(diào)整割炬與工件之間的距離。

4.地線與工件接觸不良

接地是切割前一項必不可少的準備工作。未使用專用的接地工具，工件表面有絕緣物及長期使用老化嚴重的地線等，都會使地線與工件接觸不良。應(yīng)使用專門的接地工具，并檢查是否有絕緣物影響地線與工件表面接觸，避免使用老化的接地線。

5.火花發(fā)生器不能自動斷弧

等離子切割機工作時，首先要引燃等離子弧，由高頻振蕩器激發(fā)電極與噴嘴內(nèi)壁之間的氣體，產(chǎn)生高頻放電，使氣體局部電離而形成小弧，這一小弧受壓縮空氣的作用，從噴嘴噴出以引燃等離于弧，這是火花發(fā)生器主要的任務(wù)。正常情況下，火花發(fā)生器的工作時間只有0.2～0.5s，不能自動斷弧的原因一般是控制線路板元件失調(diào)，火花發(fā)生器的放電電極間隙不合適。

應(yīng)經(jīng)常檢查火花發(fā)生器放電電極，使其表面保持平整，適時調(diào)整火花發(fā)生器的放電電極間隙與割炬電極噴嘴之間的間隙相適應(yīng)，必要時更換控制板或更換電極噴嘴。

6.離子氣的旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)的離子氣有利有提高等離子弧的挺直度同時更具穩(wěn)定性。因此，要選用會使離子氣旋轉(zhuǎn)的分配器。

7.其他

除以上原因外，電流和噴嘴孔徑的配合、切割速度（恒定）、切割時割炬與工件的位置、離子氣和保護氣的種類，以及操作者的個人因素等，都對等離子弧的穩(wěn)定性起作用。

總之， 提高電弧穩(wěn)定性有利于提高切割質(zhì)量 。

超薄壁管

用焊接工藝制造超薄壁有縫管是把帶材卷成圓管，然后焊接起來。

超薄壁管，微束等離子弧焊接

超薄壁管在許多工業(yè)部門中有著廣泛的應(yīng)用，可用來制造金屬軟管、波紋管、扭力管、熱交換器的換熱管、儀器儀表的諧振筒等，還有時是在高溫高壓、復(fù)雜振動和交變載荷下用來輸送各種腐蝕性介質(zhì)。用焊接工藝制造超薄壁有縫管是把帶材卷成圓管，然后焊接起來。

這種方法工藝簡單生產(chǎn)率高、成本低(為無縫管的50%左右)，受到國內(nèi)外生產(chǎn)廠家的極大重視。

微束等離子電弧是一種能量高度集中的熱源。電弧經(jīng)過壓縮，其穩(wěn)定性比自由電弧(例如氬弧)好得多，并且工作弧長可以比自由電弧長。因此，觀察焊接過程比較方便，超薄壁管子常用微束等離子弧焊接。

超薄壁管子微束等離子弧焊接具有以下優(yōu)點：

a．焊接的帶材厚度比氬弧焊小，·通常厚度為0.1～0.5mm，不需卷邊就能焊接，焊接質(zhì)量好。

b．在管子連續(xù)自動焊接時，等離子弧長的變化對焊接質(zhì)量影響不大，這點與氬弧焊不同，氬弧焊弧長變化對焊接質(zhì)量影響很大。

c．在焊接電流很小時(小于3A)，微束等離子弧穩(wěn)定性好，而氬弧有時游動，穩(wěn)定較差。

d．微束等離子弧由于熱量集中，焊接速度高于氬弧焊，生產(chǎn)率高。

e．能焊接多種金屬，包括不銹鋼、有色金屬和難熔金屬等。

超薄壁管子連續(xù)自動微束等離子弧焊接，類似于封閉壓縮弧焊過程。在焊接模套和焊槍之間安裝絕緣套，使等離子焊槍與金屬零件可靠絕緣，同時把保護氬氣封閉在一個小室中，超薄壁管子微束等離子弧焊工藝參數(shù)較氬弧焊多，除了焊接電流、焊接速度、保護氣體流量外，還有工作氣體的流量、保護氣體的成分、保護氣體流量與工作氣體流量之比等，這些參數(shù)均影響焊接質(zhì)量。

工作氣體流量大，電弧挺度好，電弧很容易引出噴嘴，轉(zhuǎn)移弧建立容易；工作氣體流量小，電弧挺度差，轉(zhuǎn)移弧建立較困難。但工作氣體流量不能過大，太大會形成切割，焊縫成形不良。保護氣體用氫氬混合氣體保護效果好，一般用5%的氫氣，其余為氬氣。有時也加氦氣，但氦氣價格昂貴，只有對某些有色金屬焊接時才用。經(jīng)驗表明，保護氣體流量與工作氣體流量有一個最佳比值，這要通過試驗確定。

經(jīng)驗表明，影響超薄壁管子生產(chǎn)率的最主要的工藝參數(shù)是焊接電流、工作氣體的流量和噴嘴小孔直徑等。

銅及其合金超薄壁管子的焊接工藝與不銹鋼管子的焊接工藝有許多共同點。但是，由于彼此的物理性能特點不同，如線脹系數(shù)和導(dǎo)熱性高、焊縫形成氣孔傾向大、合金元素鋅(黃銅)、鈹(鈹青銅)容易燒損等，焊接時必須采取以下附加措施(其他工藝措施同不銹鋼)。

a．在焊接處必須建立起封閉小室，用氦氣作為保護氣體，，以避免熔池氧化，提高保護效果。

b．用鉬噴嘴代替銅噴嘴。由于鉬噴嘴的熱導(dǎo)宰相當(dāng)?shù)?比銅小2.7倍)，加熱到高溫時呈熾熱的桃紅色，妨礙鋅和鈹?shù)恼舭l(fā)和沉積作用，可以減少鋅和鈹?shù)臒龘p。

c.必須利用軟態(tài)帶材制造超薄壁管子。

在封閉小室中用氦氣作保護氣體也能夠用微束等離子弧焊接鈦和鋯的超薄壁管子 。

等離子弧焊接的分類：

1.小孔型等離子弧焊

小孔型焊又稱穿孔、鎖孔或穿透焊。利用等離子弧能量密度大、和等離子流力強的特點，將工件完全熔透并產(chǎn)生一個貫穿工件的小孔。被熔化的金屬在電弧吸力、液體金屬重力與表面張力相互作用下保持平衡。焊槍前進時，小孔在電弧后方鎖閉，形成完全熔透‘的焊縫。

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：所需能量密度也增加。由于等離子弧能量密度的提高有一定限制，爵因此小孔型等離子弧焊只能在有限板厚內(nèi)進行。

2.熔透型等離子弧焊

當(dāng)離子氣流量較小、弧抗壓縮程度較弱時，這種等離子弧在焊接過程中只熔化工件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)。焊縫成形原理和鎢極氫弧焊類似，此種方法也稱熔入型或熔蝕法等離子弧焊。主要用于薄板加單面焊雙面成形及厚板的多層焊。

3.微束等離子弧焊

15-30A以下的熔入型等離子弧焊接通常稱為微束等離子弧焊接。由于噴嘴的拘束作用和維弧電流的同時存在，使小電流的等離子弧可以十分穩(wěn)定，現(xiàn)已成為焊接金屬薄箔的有效方法。為保證焊接質(zhì)量，應(yīng)采用精密的裝焊夾具保證裝配質(zhì)量和防止焊接變形。工件表面的清潔程度應(yīng)給予特別重視。為了便于觀察，可采用光學(xué)放大觀察系統(tǒng)。

等離子弧焊微束離子

微束離子通常用于焊接薄板材（厚度為0.1mm）、焊絲和網(wǎng)孔部分。針型挺直的弧能將弧的偏離和變形減到最小。雖然等效的TIG 弧更擴散，但更新的晶體管化的（TIG）電源能在低電流下產(chǎn)生非常穩(wěn)定的弧。

等離子弧焊中等電流

在熔化方式下可選擇該方法進行傳統(tǒng)的TIG焊。 它的優(yōu)點是能產(chǎn)生較深的熔深（緣于溫度較高的等離子氣流），能容許包括藥皮（焊炬中的焊條）在內(nèi)的較大的表面污染。主要缺點是焊炬笨重，使手工焊接比較困難。在機械化焊接中，應(yīng)該更加注意焊炬的維護以保證穩(wěn)定的性能。

等離子弧焊小孔型

可用的幾點優(yōu)勢是：熔深較深、焊接速度快。與TIG 弧相比，它能焊透厚度達10mm的板材，但使用單道焊接技術(shù)時，通常將板材厚度限制在6mm內(nèi)。通常的方法是使用有填充物的小孔，以確保焊道斷面的光滑（無齒邊）。由于厚度達到了15mm，要使用6mm厚的鈍邊進行V型接頭準備。也可使用雙道焊技術(shù)，在熔化方式下通過添加填充焊絲，自動生成第一和第二條焊道。

必須精確地平衡焊接參數(shù)、等離子氣流速度和填充焊絲的添加量（填入小孔）以維護孔和焊接熔池的穩(wěn)定，這一技術(shù)只適用于機械化焊接。雖然通過使用脈沖電流，該技術(shù)能用于位置焊接，但它通常是用于對較厚的板材材料（超過3mm）進行高速平焊。進行管道焊接時，必須精確地控制溢出電流和等離子氣流速度以確保小孔關(guān)閉 。

和鎢極氫弧焊一樣，按操作方式，等離子弧焊設(shè)備可分為手工焊和自動焊兩類。手工焊設(shè)備由焊接電源、焊槍、控制電路、氣路和水路等部分組成。自動焊設(shè)備則由焊接電源、焊槍、焊接小車（或轉(zhuǎn)動夾具）、控制電路、氣路及水路等部分組成。

焊接電源

下降或垂直下降特性的整流電源或弧焊發(fā)電機均可作為等離子弧焊接電源。用純氫作為離子氣時，電源空載電壓只需65-80V；用氫、氫混合氣時，空載電壓需110-120V。

大電流等離子弧都采用等離子弧，用高頻引燃非轉(zhuǎn)移弧，然后轉(zhuǎn)移成轉(zhuǎn)移弧。

30A以下的小電流微束等離子弧焊接采用混合型弧，用高頻或接觸短路回抽引弧。由于非轉(zhuǎn)移弧在非常焊接過程中不能切除，因此一般要用兩個獨立的電源。

氣路系統(tǒng)

等離子弧焊機供氣系統(tǒng)應(yīng)能分別供給可調(diào)節(jié)離子氣、保護氣、背面保護氣。為保證引弧和熄弧處的焊接質(zhì)量，離子氣可分兩路供給，其中一路可經(jīng)氣閥放空，以實現(xiàn)離子氣流衰減控制。

控制系統(tǒng)

手工等離子弧焊機的控制系統(tǒng)比較簡單，只要能保證先通離子氣和保護氣，然后引弧即可。自動化等離子弧焊機控制系統(tǒng)通常由高頻發(fā)生器，小車行走。填充焊口逆進拖動電路及程控電路組成。程控電路應(yīng)能滿足提前送氣、高頻引弧和轉(zhuǎn)弧、離子氣遞增、延遲行走、電流和氣流衰減熄弧。延遲停氣等控制要求。

一種新開發(fā)的用于等離子弧焊的焊矩系統(tǒng)，采用反極性電極和選用100~200A焊接電流可以經(jīng)濟有效地焊接鋁制零件，焊接質(zhì)量很好。經(jīng)對各種鋁鎂合金的焊接試驗表明：在焊接2~8mm的板材時，可以使用熔入和鎖孔式焊接技術(shù)。

使用電極極性可變的鎖孔技術(shù)進行等離子弧焊，可用來焊圓周焊縫，如AlMg3管道、法蘭盤以及GK－AlSi7Mg冷鑄合金制造的形狀各異的零件，能夠進行8mm壁厚材料的無坡口對焊連接。使用新開發(fā)的特殊氣體控制系統(tǒng)可以無缺陷地完成圓周焊縫的收尾焊接。由于只在鑄件一側(cè)才會產(chǎn)生氣孔，因此要確定鑄件熔化金屬的原子氫含量。如果鑄件熔化金屬中的氫含量低于0.3mL/100g，焊縫產(chǎn)生的氣孔就很少。采用此方法要修復(fù)的焊縫總長度可達39m，占整個焊縫長度的27.2%。

在研究開發(fā)最現(xiàn)代化的電源和控制技術(shù)條件下，采用等離子弧焊技術(shù)是一種質(zhì)量最佳、經(jīng)濟有效、重復(fù)性好的連接工藝。另外，通過調(diào)節(jié)電流，確保厚板等離子弧對接接頭焊接時產(chǎn)生鎖孔的傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)電的熔池支撐與被焊板材絕緣，并通過帶電的車架在等離子弧穿透時測量電流，并隨之移動。

這種新的工藝與TIG焊接相比具有如下特點：

（1）采用等離子弧焊時的特定工藝優(yōu)點，不僅主要表現(xiàn)在微型等離子弧焊的板材厚度范圍方面，而且涉及使用鎖孔技術(shù)。

應(yīng)用范圍包括：表面堆焊、噴涂和焊接。通過可調(diào)頻率使用低脈沖焊接電流，等離子弧焊可以更好的方式控制電弧能量的大小，能夠通過現(xiàn)代控制系統(tǒng)可靠地同步監(jiān)測各種設(shè)定值的執(zhí)行情況。晶體管的焊接電源，如 AUTOTIG系列，可以精確地按照技術(shù)規(guī)格的規(guī)定運行。

（2）用粉末等離子弧焊焊接薄板和管道時，具有焊接速度快、熱輸入小和變形小等優(yōu)點。

（3）等離子弧焊接時，鎖孔技術(shù)的優(yōu)點還清楚地在板厚達10mm的材料焊接方面體現(xiàn)。在應(yīng)用技術(shù)中，粉末等離子弧焊接具有穩(wěn)固的市場地位。這種新的工藝也將會在機器人上得到應(yīng)用 。

廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，特別是航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術(shù)所用的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接，如鈦合金的導(dǎo)彈殼體，飛機上的一些薄壁容器等。

等離子弧的類型

按電源連接方式的不同，等離子弧有非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種形式見圖23。

（1）非轉(zhuǎn)移型等離子弧 鎢極接電源負端，噴嘴接電源正端，等離子弧體產(chǎn)生在鎢極與噴嘴之間，在等離子氣體壓送下，弧柱從噴嘴中噴出，形成等離子焰。

（2）轉(zhuǎn)移型等離子弧 鎢極接電流負端，焊件接電流正端，等離子弧產(chǎn)生在鎢極和焊件之間。因為轉(zhuǎn)移弧能把更多的熱量傳遞給焊件，所以金屬焊接、切割幾乎都是采用轉(zhuǎn)移型等離子弧。

（3）聯(lián)合型等離子弧 工作時非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧同時并存，故稱為聯(lián)合型等離子弧。非轉(zhuǎn)移弧起穩(wěn)定電弧和補充加熱的作用，轉(zhuǎn)移弧直接加熱焊件，使之熔化進行焊接。主要用于微束等離子弧焊和粉末堆焊。

轉(zhuǎn)移型等離子弧

為建立轉(zhuǎn)移型等離子弧，應(yīng)將鎢極接電源負極，噴嘴和焊件同時接正極，轉(zhuǎn)移型弧示意圖見圖24。首先接通鎢極與噴嘴之間的電路，引燃鎢極與噴嘴之間的電弧，接著迅速接通鎢極和焊件之間的電路，使電弧轉(zhuǎn)移到鎢極和焊件之間直接燃燒，同時切斷鎢極和噴嘴之間的電路，轉(zhuǎn)移型等離子弧就正式建立。

在正常工作狀態(tài)下，噴嘴不帶電，在開始引燃時產(chǎn)生的等離子弧，只是作為建立轉(zhuǎn)移弧的中間媒介。

弧焊方法

常用的等離子弧焊基本方法有小孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊和微束等離子弧焊三種。

（1）小孔型等離子弧焊 使用較大的焊接電流，通常為50～500A，轉(zhuǎn)移型弧。施焊時，壓縮的等離子焰流速度較快，電弧細長而有力，為熔池前端穿透焊件而形成一個小孔，焰流穿過母材而噴出，稱為 “小孔效應(yīng)”。隨著焊槍的前移，小孔也隨著向前移動，后面的熔化金屬凝固成焊縫。由于等離子弧能量密度的提高有一定限制，因此小孔型等離子弧焊只能在有限厚板內(nèi)進行焊。

（2）熔透型等離子弧焊 當(dāng)?shù)入x子氣流量較小、弧柱壓縮程度較弱時，此種等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)，焊縫成形原理與鎢極氬弧焊相似，稱為熔透型等離子弧焊，主要用于厚度小于2～3mm的薄板單面焊雙面成形及厚板的多層焊。

（3）微束等離子弧焊 焊接電流30A以下熔透型焊接稱為微束等離子弧焊。采用小孔徑壓縮噴嘴（ф0.6mm～ф1.2mm）及聯(lián)合型弧，當(dāng)焊接電流小至1A以下，電弧仍能穩(wěn)定地燃燒，能夠焊接細絲和箔材 。

等離子弧有兩種工作方式。一種是“非轉(zhuǎn)移弧”，電弧在鎢極與噴嘴之間燃燒，主要用於等離子噴鍍或加熱非導(dǎo)電材料。

另一種是“轉(zhuǎn)移弧”，電弧由輔助電極高頻引弧后，電弧燃燒在鎢極與工件之間，用於焊接。形成焊縫的方式有熔透式和穿孔式兩種。前一種形式的等離子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用于0.8～3mm厚的板材焊接；后一種形式的等離子弧只熔穿板材，形成鑰匙孔形的熔池，多用于3～12mm厚的板材焊接。此外，還有小電流的微束等離子弧焊，特別適合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。

等離子弧焊接屬于高質(zhì)量焊接方法。焊縫的深/寬比大，熱影響區(qū)窄，工件變形小，可焊材料種類多。特別是脈沖電流等離子弧焊和熔化極等離子弧焊的發(fā)展，更擴大了等離子弧焊的使用范圍。

等離子弧焊與TIG焊十分相似，它們的電弧都是在尖頭的鎢電極和工件之間形成的。但是，通過在焊炬中安置電極，能將等離子弧從保護氣體的氣囊中分離出來，隨后推動等離子通過孔型良好的銅噴管將電弧壓縮。通過改變孔的直徑和等離子氣流速度，可以實現(xiàn)三種操作方式：

1、微束等離子弧焊：30A以下的熔透型等離子弧焊

是指電流在30A以下的熔透型等離子弧焊，通常稱為微束等離子弧焊。為了保證小電流等離子弧的穩(wěn)定，一般采用混合型等離子弧。主要用于超薄件的焊接。

2、熔透型等離子弧焊：15～200A

它是采用較小的焊接電流和較小的離子氣流量，等離子弧在焊接過程中只熔化焊件不產(chǎn)生小孔效應(yīng)，焊接方法與鎢極氬弧焊很相似，焊接時可以不添加金屬，主要用于薄板（0.5～2.5mm）的焊接。

3、穿透型等離子弧焊：100～300A

又稱穿孔型焊接法，通過增加焊接電流和等離子氣流速度，可產(chǎn)生強有力的等離子束，利用它溫度高、能量密度強、穿透力強的特點，焊接時等離子弧把焊件完全熔透并在等離子流量的作用下形成一個穿透焊件的小孔（小孔背面露出等離子?。?，形成正反面都有魚鱗紋的焊縫，即所謂的“小孔效應(yīng)”，焊接時一般不加填充金屬。適用于3～8mm的不銹鋼、12mm以下的鈦合金、2～6mm低碳鋼低合金鋼以及銅、黃銅和鎳及鎳合金的焊接 。

等離子弧焊電源

使用等離子弧焊時，通常采用直流電流和垂降特性電源。由于從特別的焊炬排列方式和各自分離的等離子、保護氣流中獲得了獨特的操作特性，可在等離子控制臺上增加一個普通的TIG電源，還可以使用特別組建的等離子系統(tǒng)。采用正弦波交流電時，不容易使等離子弧穩(wěn)定。當(dāng)電極和工件間距較長且等離子被壓縮時，等離子弧很難發(fā)揮作用，而且，在正半周期內(nèi)，過熱的電極會使導(dǎo)電嘴變成球形，從而干擾弧的穩(wěn)定。

可使用專用的直流開關(guān)電源。通過調(diào)節(jié)波形的平衡來減少電極正極的持續(xù)時間，使電極得到充分冷卻，以維護尖頭導(dǎo)電嘴形狀，并形成穩(wěn)定的弧。

等離子弧焊起弧

雖然等離子弧是通過采用高頻產(chǎn)生的，但它首先是在電極和等離子噴嘴之間形成的。該維弧被裝在焊炬中，需要焊接時，再將它轉(zhuǎn)移到工件上。與在焊縫間保持的維弧相同，維弧系統(tǒng)能確保穩(wěn)定的起弧，這避免了對產(chǎn)生電子干涉的高頻的需要。

等離子弧焊電極

用于等離子過程使用的是含2%氧化釷的鎢電極和銅的等離子噴嘴。與TIG焊使用的導(dǎo)電嘴不同，在等離子過程中，對電極導(dǎo)電嘴的直徑要求不那么嚴格，但壓縮角須保持在30°～60°左右。等離子噴嘴孔的直徑是很重要的，在相同的電流強度和等離子氣流速度下，孔直徑太小會導(dǎo)致噴嘴被過度腐蝕甚至熔化。在工作電流下，需要謹慎使用直徑過大的等離子噴嘴。

注：孔的直徑過大，可能會對弧的穩(wěn)定及孔的維護造成困難。

等離子弧焊氣體

通常等離子氣體的組合氣體是純氬，并含有2%～5%的氬氣作為保護氣體。氦氣也能用做等離子氣體，但由于它溫度較高，會降低噴嘴的電流上升率。氫氣含量越少，進行小孔型等離子焊接就越困難 。

（1）微束等離子弧焊可以焊接箔材和薄板。

（2）具有小孔效應(yīng)，能較好實現(xiàn)單面焊雙面自由成形。

（3）等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強，實現(xiàn)10～12mm厚度鋼材不開坡口焊接，能一次焊透雙面成形，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應(yīng)力變形小。

（4）設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，組對間隙、對工件的潔凈要求嚴格，只宜于室內(nèi)焊接。

等離子弧切割是一種常用的金屬和非金屬材料切割工藝方法。它利用高速、高溫和高能的等離子氣流來加熱和熔化被切割材料，并借助內(nèi)部的或者外部的高速氣流或水流將熔化材料排開直至等離子氣流束穿透背面而形成割口 。

等離子弧焊是指利用等離子弧高能量密度束流作為焊接熱源的熔焊方法。等離子弧焊接具有能量集中、生產(chǎn)率高、焊接速度快、應(yīng)力變形小、電孤穩(wěn)定且適宜焊接薄板和箱材等特點，特別適合于各種難熔、易氧化及熱敏感性強的金屬材料(如鎢、鉬、銅、鎳、鈦等) 的焊接。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解，在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩(wěn)定性、發(fā)熱量和溫度都高于一般電弧，因而具有較大的熔透力和焊接速度。形成等離子弧的氣體和它周圍的保護氣體一般用純氬。根據(jù)各種工件的材料性質(zhì)，也有使用氦、氮、氬或其中兩者混合的混合氣體的。

中文名稱

脈沖等離子弧焊

英文名稱

pulsed-plasma arc welding

定　　義

利用脈沖電流進行焊接的等離子弧焊。

應(yīng)用學(xué)科

機械工程（一級學(xué)科），焊接與切割（二級學(xué)科），熔焊（三級學(xué)科）

中電流等離子弧焊槍，大電流等離子弧焊槍，微束等離子弧焊槍2100433B