等离子焊接原理及特点

等离子焊

根据电源的要求，主电路包括2个部分：一是在切割工作模式下为割炬提供0-200 V电压、0-30A电流，或在焊接工作模式下为焊枪提供0-80V电压、0-60V电流的直流电源电路；二是为触发电路和控制电路提供+15V、-15V、+24V 和+5V 电压的直流电源电路。其中第一部分包含变压、整流、滤波、高频引弧、保护回路等几个子电路；在第二部分中包含了变压、整流、滤波、稳压等子电路，其中整流输出主要由7815、7915、7824和7805三端集成稳压器实现主电路工作时，380V三相交流电经过隔离变压器（电源变压器）由2个抽头分别得到切割抽头（148V）和焊接抽头（60V）的交流电，然后经过晶闸管可控桥式整流电路、滤波电路后得到直流电。空载时切割电压为200V，焊接电压为80V；工作时在高频引弧电路中产生250kHz/2500V的高频电压耦合到割炬或焊枪，电离空气，进行切割或焊接。当主机申请响应后输出信号使继电器闭合接通带电，接通高频回路，高频振荡器产生的高频高压信号耦合到割矩或焊枪上，从而击穿空气形成等离子弧。当切割或焊接完毕后，回路电流为零，电流传感器输出0信号，在程序的控制下电路延时几十秒后自动断开气阀；压力控制器触点断开，主接触器断电停止工作，主电路输出电压为零。

优点

由于等离子电弧具有较高的能量密度，温度及刚直性（能量密度可达10000到100000w/平方厘米，弧柱中心温度可达18000—24000K 以上，焰流速度可达300m/s以上），因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点：

1.能量密度大，电弧方向性强，融透能力强，在不开坡口，不加填充焊丝的情况下可一次焊透8至10mm厚的不锈钢板，与钨极氩弧焊相比，在相同的焊缝熔深情况下，等离子焊接速度要快得多。

2.焊缝质量对弧长的变化不敏感。这是由于等离子弧的形态接近圆柱形，发散角很小（约5度），且挺直性好，弧长变化对加热斑点的面积影响很小，因此容易获得均匀的焊缝形状。若按钨极氩弧焊的扩散角为90度，等离子焊扩散角为5度计算，电弧断面变化20%时，钨极氩弧焊的焊炬高度只允许变化±0.12mm,而等离子焊则可变化±1.2mm,这对保证焊缝成形和焊缝均匀性都十分有益。

3.钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不可能与工件接触，因此可有效避免焊缝金属产生夹钨现象。另外，电弧搅动性好，熔池温度高，有利于熔池内气体的释放。

4.等离子电弧由于压缩效应及热电离度较高，电流较小时仍很稳定。配

用新型的电子电源，焊接电流可以小到0.1A，这样小的电流也能达到电弧稳定燃烧，因此特别适合焊接微型紧密零件。

5.焊缝的深宽比大，热影响区小，适合焊接某些可焊性差的材料和双金属等。

6.可以产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊的时候可以获得良好的单面焊双面成型。

7.焊接成本低，与一般氩弧焊相比，可省电1/3～1/2,省气1/2～

2/3，且在焊接厚度较小的情况下，无需填丝。

3　钛及钛合金的等离子弧焊接

等离子弧焊能量密度高、线能量大、效率高。厚度2．5～

15mm的钛及钛合金板材采用"小孔型"方法可一次焊透，并可有效地防止产生气孔，"熔透型"方法适于各种板厚，但一次焊透的厚度较小，3mm以上一般需开坡口。

钛的弹性模量仅相当于铁的1／2，因此在应力相同的条件下，钛及钛合金焊接接头将发生比较显著的变形。等离子弧的能量密度介于钨极氩弧和电子束之间，用等离子弧焊接钛及钛合金时，热影响区较窄，焊接变形也较易控制。目前微束等离子弧焊已经成功地应用于薄板的焊接。采用3～10A的焊接电流可以焊接厚度为0.08～0.6mm的板材。

由于液态钛的密度较小，表面张力较大，利用等离子弧的小孔效应可以单道焊接厚度较大的钛和钛合金，保证不致发生熔池坍塌，焊缝成形良好。通常单道钨极氩弧焊时工件的最大厚度不超过3mm，并且因为钨极距离熔池较近，可能发生钨极熔蚀，使焊缝渗入钨夹杂物。等离子弧焊接时，不开坡口就可焊透厚度达15mm的接头，不可能出现焊缝渗钨现象。

钛板等离子弧焊接的工艺参数见表1-4。TC4钛合金等离子弧焊和TIG焊接接头的力学性能见表1-5。

焊接航天工程中应用的TC4钛合金高压气瓶的研究结果表明，等离子弧焊接头强度与氩弧焊相当，强度系数均为90％，但塑性指标比氩弧焊接头高，可达到母材的75％。根据30万吨合成氨成套设备的生产经验，用等离子弧焊接厚度10mm的TAl工业纯钛板材，生产率可比钨极氩弧焊提高5～6倍，对操作的熟练程度要求也较低。 纯钛等离子弧焊的气体保护方式与钨极氩弧焊相似，可采用氩弧焊拖罩，但随着板厚的增加、焊速的提高，拖罩要加长，使处于

350℃以上的金属得到良好保护。背面垫板上的沟槽尺寸一般宽度和深度各为2.0～3.0mm，同时背面保护气体的流量也要增加。厚度15mm以上的钛板焊接时，开6～8mm钝边的V形或U形坡口，用"小孔型"等离子弧焊封底，然后用"熔透型"等离子弧填满坡口。用等离子弧封底可以减少焊道层数，减少填丝量和焊接角变形，提高生产率。"熔透型"多用于厚度3mm以下薄件的焊接，比钨极氩弧焊容易保证焊接质量。

4　银与铂的微束等离子弧焊接

银与铂都属于贵金属，价格昂贵。银与铂可制成板材、带材、线材等常用于微电子,仪器仪表、医药等特殊产品或军工产品。

银与铂电子器件的微束等离子弧接的工艺要点如下：

a．焊前将银与铂的接头处清理干净；

b．将两种金属预热到400～500℃，

c．采用微束脉冲等离子弧，维弧电流为24A；

d．保护气体流量为6L/min，离子气流量为0.5L/min。

银与铂电子器件微束等离子弧焊接的工艺参数见表1-6