等离子弧焊

等离子弧焊

目录·等离子弧焊（PAW）简介

·等离子弧焊接和切割

·各种焊接方法及设备(等离子弧焊)

·国外焊接技术最新进展情况（等离子弧焊）

·等离子弧焊的工艺参数

·等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究

·等离子焊优点

·合金材料的等离子弧焊

·超薄壁管子的微束等离子弧焊

缩写abbr. ：PAW.

[军] Plasma-Arc Welding, 等离子弧焊

——简明英汉词典

利用等离子弧作为热源的焊接方法（见图等离子弧焊（穿孔式））。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高於一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。根据各种工件的材料性质，也有使用氦或氩氦、氩氢等混合气体的。等离子弧有两种工作方式。一种是“非转移弧”，电弧在钨极与喷嘴之间燃烧，主要用於等离子喷镀或加热非导电材料；另一种是“转移弧”，电弧由辅助电极高频引弧后，电弧燃烧在钨极与工件之间，用於焊接。形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。前一种形式的等离子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用於0.8～3毫米厚的板材焊接；后一种形式的等离子弧只熔穿板材，形成钥匙孔形的熔池，多用於3～12毫米厚的板材焊接。此外，还有小电流的微束等离子弧焊，特别适合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。等离子弧焊接属於高质量焊接方法。焊缝的深/宽比大，热影响区窄，工件变形小，可焊材料种类多。特别是脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展，更扩大了等离子弧焊的使用范围。

等离子弧焊（PAW）简介

★过程特点

等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：

1、微束等离子：0.1～15A

在很低的焊接电流下，材苁褂梦⑹ 壤胱踊＜词乖诨〕け浠 怀 ?0mm时，柱状弧仍能保持稳定。

2、中等电流：15～200A

在较大的15～200A电流下，等离子弧的过程特点与TIG弧相似，但由于等离子被压缩过，弧更加挺直。虽然可提高等离子气流速度来增加焊接熔池的度深，但会造成在紊乱的保护气流中，混入空气和保护气体的风险。

3、小孔型等离子：大于100A

通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产生强有力的等离子束，与激光或电子束焊接一样，它能够在材料上形成充分的熔深。焊接时，随着焊接熔池的流动，金属穿过小孔被切割后在表面张力作用下形成焊道。单道焊时，该过程可用于焊接较厚的材料（厚度不超过10mm的不锈钢）。

★电源

使用等离子弧焊时，通常采用直流电流和垂降特性电源。由于从特别的焊炬排列方式和各自分离的等离子、保护气流中获得了独特的操作特性，可在等离子控制台上增加一个普通的TIG电源，还可以使用特别组建的等离子系统。采用正弦波交流电时，不容易使等离子弧稳定。当电极和工件间距较长且等离子被压缩时，等离子弧很难发挥作用，而且，在正半周期内，过热的电极会使导电嘴变成球形，从而干扰弧的稳定。

可使用专用的直流开关电源。通过调节波形的平衡来减少电极正极的持续时间，使电极得到充分冷却，以维护尖头导电嘴形状，并形成稳定的弧。

★起弧

虽然等离子弧是通过采用高频产生的，但它首先是在电极和等离子喷嘴之间形成的。该维弧被装在焊炬中，需要焊接时，再将它转移到工件上。与在焊缝间保持的维弧相同，维弧系统能确保稳定的起弧，这避免了对产生电子干涉的高频的需要。

★电极

用于等离子过程使用的是含2%氧化钍的钨电极和铜的等离子喷嘴。与TIG焊使用的导电嘴不同，在等离子过程中，对电极导电嘴的直径要求不那么严格，但压缩角须保持在30°～60°左右。等离子喷嘴孔的直径是很重要的，在相同的电流强度和等离子气流速度下，孔直径太小会导致喷嘴被过度腐蚀甚至熔化。在工作电流下，需要谨慎使用直径过大的等离子喷嘴。

注：孔的直径过大，可能会对弧的稳定及孔的维护造成困难。

★等离子和保护气体

通常等离子气体的组合气体是氩气，并含有2%～5%的氩气作为保护气体。氦气也能用做等离子气体，但由于它温度较高，会降低喷嘴的电流上升率。氢气含量越少，进行小孔型等离子焊接就越困难。

★应用

☆微束离子焊接

微束离子通常用于焊接薄板材（厚度为0.1mm）、焊丝和网孔部分。针型挺直的弧能将弧的偏离和变形减到最小。虽然等效的TIG 弧更扩散，但更新的晶体管化的（TIG）电源能在低电流下产生非常稳定的弧。

☆中等电流焊接

在熔化方式下可选择该方法进行传统的TIG焊。它的优点是能产生较深的熔深（愿于较高的等离子

气流），能容许包括药皮（焊炬中的焊条）在内的较大的表面污染。主要缺点是焊炬笨重，使手工焊接比较困难。在机械化焊接中，应该更加注意焊炬的维护以保证稳定的性能。

☆小孔型焊接

可用的几点优势是：熔深较深、焊接速度快。与TIG 弧相比，它能焊透厚度达10mm的板材，但使

用单道焊接技术时，通常将板材厚度限制在6mm内。通常的方法是使用有填充物的小孔，以确保焊道断面的光滑（无齿边）。由于厚度达到了15mm，要使用6mm厚的钝边进行V型接头准备。也可使用双道焊技术，在熔化方式下通过添加填充焊丝，自动生成第一和第二条焊道。

必须精确地平衡焊接参数、等离子气流速度和填充焊丝的添加量（填入小孔）以维护孔和焊接熔池的稳定，这一技术只适用于机械化焊接。虽然通过使用脉冲电流，该技术能用于位置焊接，但它通常是用于对较厚的板材材料（超过3mm）进行高速平焊。进行管道焊接时，必须精确地控制溢出电流和等离子气流速度以确保小孔关闭。

本文引用地址：/simple/skill/html/content_1332.htm

等离子弧焊接和切割

等离子弧焊接和切割：

1.1 等离子弧的产生：

（1）等离子弧的概念：

自由电弧：未受到外界约束的电弧，如一般电弧焊产生的电弧。

等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。

自由电弧弧区内的气体尚未完全电离，能量未高度集中，而等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达105~106W/cm2，电弧温度可高达24000～5000K（一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000～20000K，能量密度在104W/cm2以下）能迅速熔化金属材料，可用来焊接和切割。（2）等离子弧的产生

等离子弧发生装置如图6-4-1所示。

在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。

①机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。

②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。

③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。

电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。

当小直径喷嘴，大的气体流量和增大电流时，等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲击力，这种等离子弧称为“刚性弧”，主要用于切割金属。反之，若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时，该等离子弧称为“柔性弧”，主要用于焊接。

1.2 等离子弧焊接

1.2.1 基本知识

用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。

焊接时离子气（形成离子弧）和保护气（保护熔池和焊缝不受空气的有害作用）均为氩气。

等离子弧焊所用电极一般为钨极（与钨极氩弧焊相同，国内主要采用钍钨极和铈钨极，国外还采用锆钨极和锆极），有时还需填充金属（焊丝）。一般均采用直流正接法（钨棒接负极）。故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。

1.2.2 等离子弧焊接的分类：

等离子弧焊可分为大电流等离子弧焊和微束等离子弧焊等

（1）大电流等离子孤焊：