等离子弧焊接技术

浅谈等离子弧焊接技术

摘要：等离子弧技术已经在国际上被广泛认可和采用，尤其在焊接领域，他的发展速度最快。

abstract： plasma arc technology has been widely recognized and adopted in the world， especially in the field of welding；it develops rapidly.

关键词：等离子弧焊接；焊接模式

key words： plasma arc welding；welding mode

中图分类号：tv547.6 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）23-0034-02

等离子弧焊接（paw）是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的，是一种利用建立在钨极和被焊金属间的压缩电弧进行焊接的熔化焊

方法。按照焊接电流的极性与波形的不同，等离子焊接可分成多种不同的工艺方法，其中主要的几种工艺方法的发展进程见图1[1]。等离子弧焊接使用惰性气体作为工作气和保护气，可以加入填充金属，也可以直接熔化母材来形成焊缝。其原理简图见图2。等离子弧焊与钨极氩弧焊最大的区别是它使用压缩电弧。焊接时，靠水冷喷嘴的强压缩效应使电弧能量高度集中，大幅度提高了电弧的温度和能量密度，从而获得更高的焊接质量。经喷嘴压缩的等离子弧，其能量密度相当于钨极氩弧焊电弧的3倍以上，温度也要高得多。等离子电弧是仅次于激光和电子束的高能流密度热源。等离子电弧和激光束（lb）和电子束（eb）一样，可以进行“小孔法”焊接，

也可以在很小功率下完成微熔化焊接。图3比较了不同焊接方法的能量密度。表1则对常规等离子弧焊接、钨极氩弧焊和电子束焊接的相关数据进行了更详细地比较。

按等离子弧焊接所使用电流的高低或喷嘴孔径的大小，可以大致将其分成三种不同的焊接模式：①微束等离子弧焊接：使用电流0.1～15a，其特点是电弧易于控制，电弧在小电流下像一个“针尖”似的，很稳定，所以又称它是针弧。微束等离子弧焊接最适合焊接精密的簿件制品。②熔入法等离子弧焊接：使用电流为15～100a，用于对焊接质量有高要求的常规部件的焊接。③小孔法等离子弧焊接：通常采用100a以上的电流，是等离子弧一种独特的焊接模式。焊接时，等离子弧的一部分穿透了被焊金属，形成被熔池金属环绕着的小孔，并随着小孔的移动逐步形成焊缝。小孔法焊接可以一次将不开坡口的对接接头熔透成型，一次可焊接的厚度主要取决于被焊接材料的特性、射流水平、等离子气的种类以及焊接位置等。

等离子焊接最常用的工作气和保护气体是氩气，为提高生产能力和焊接质量有时需要加入少量其它气体。焊接不锈钢、镍基合金及低碳钢时常用氩气+氢气，氢气可显著地提高电弧电压，进而提高等离子弧的热焓值，获得更高的生产效率。焊接不锈钢时，氢气的添加量大多在体积分数？准=1%～7%，最多达？准=15%。而对中碳钢、高碳钢、低合金钢、铝、铜合金则不能采用氩气+氢气，因为氢会在中、高碳钢和低合金钢中引起延迟裂纹，在铝和铜中引起气孔。

焊接钛合金或有色金属时可以使用氩气和氦气的混合气。氩气中加入氦气能大幅度提高电弧的功率，增大熔深和提高焊接速度，并有增加焊道润湿性的能力。表2给出了等离子焊接常用的几种气体及其性质。

具有压缩特性的等离子弧，可使焊缝的截面成为深而窄的形状，其热影响区和焊接变形也小。该方法适用于绝大多数金属的焊接，特别适用于不锈钢、铝、铜、镍基合金、钴基合金、铜基合金及各种铝合金的焊接。

在中小电流范围内的等离子弧焊接既可以采用手动操作，也可以采用自动化操作，在中等以上电流范围内则大多采用自动化操作。等离子弧焊接通常采用高频引弧，引弧时，首先由高频发生器引燃钨极与喷嘴之间的非转移型电弧（也称为维弧或导弧），然后再由非转移型电弧引燃钨极与工件间的转移型电弧。一般情况下，等离子弧焊接只用转移弧作为焊接热源，即当转移弧引燃后将非转移弧切断，只有在微束等离子焊接时使用联合型电弧焊接。

由于喷嘴的压缩作用，等离子弧具有温度高、能量集中和方向性强的特点，且对弧长的变化不敏感。tig焊电弧需要保持1.5～3mm 的电弧长度，否则很容易使钨极与熔池接触，形成短路并造成焊缝夹钨；而等离子焊接时，电弧总长可在2～10mm甚至更长，同时，钨极内缩于喷嘴里，焊缝几乎没有夹钨的现象，二者电弧形状及长度的比较可见图4。

参考文献：

[1]沈江红，厉克勤，刘志华.铝合金中厚板变极性等离子电弧焊（vppw）焊接工艺的研究[j].宇航材料工艺，1997（3）：40-42.

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[3]田云，李德元，董晓强等.等离子mig焊接铝合金的规范优化及组织分析[j].沈阳工业大学学报，2004（10）：502-505.