等離子弧焊接技術(shù)及常見焊接問題控制探討

1、<p>　　等離子弧焊接技術(shù)及常見焊接問題控制探討</p><p>　　摘要：本文介紹了等離子弧焊接的產(chǎn)生、分類，以及焊接設別等，并對等離子焊接影響因素及應對措施進行了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：等離子弧焊接 </p><p>　　中圖分類號：P755.1 文獻標識碼：A </p><p>　　1.等離子弧焊接的背景 &l

2、t;/p><p>　　近些年，隨著脈沖電流等離子弧焊和熔化極等離子弧焊的發(fā)展，等離子弧焊的使用范圍明顯增大。等離子弧焊是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解，在高速通過噴管時受到壓縮，增大了能量密度和離解度，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。 </p><p>　　2.等離子弧的產(chǎn)生原因 </p><p&

3、gt;　　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，電弧受下列三個壓縮作用形成等離子弧。 </p><p>　　2.1機械壓縮效應（作用）——電弧經(jīng)過有一定孔徑的水冷噴嘴通道，電弧截面受到拘束，不能自由擴展，利用水冷噴嘴的孔道限制弧柱直徑，以提高弧柱的能量密度及溫度。 </p><p>　　2.2熱壓縮效應——當通入一定壓力和流量的氬氣或氮氣時，冷氣流

4、均勻地包圍著電弧，因為水冷噴嘴的溫度比較低，所以在噴嘴內(nèi)壁建立起一層冷氣膜，使電弧外圍受到強烈冷卻，迫使弧柱的導電斷面進一步縮小，弧柱被進一步壓縮，電流密度進一步增大。 </p><p>　　2.3電磁收縮效應——定向運動的電子、離子流就是相互平行的載流導體，在弧柱電流本身產(chǎn)生的磁場作用下，產(chǎn)生的電磁力使弧柱進一步收縮，又稱為磁收縮效應。實驗表明：電流密度越大，磁收縮作用越強。 </p><p

5、>　　電弧經(jīng)過以上三種壓縮效應后，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。 </p><p><b>　　3.等離子弧形式 </b></p><p>　　按照電源的供電方式，等離子弧可分為以下三種形式：非轉(zhuǎn)移型等離子弧、轉(zhuǎn)移型等離子弧和聯(lián)合型等離子弧三種形式。 </p><p>　　3.1非轉(zhuǎn)移型

6、等離子弧 </p><p>　　電源負極端接鎢極，正極端接噴嘴，等離子弧產(chǎn)生在鎢極與噴嘴之間。水冷噴嘴既是電弧的電極，又起冷壁拘束作用，而工件卻不接電源。在離子氣流的作用下，弧焰從噴嘴中噴出，形成等離子焰，這種等離子弧焊接、切割和熱噴涂時，在電極與噴嘴之間建立的等離子弧即非轉(zhuǎn)移弧，也稱等離子焰。 </p><p>　　3.2轉(zhuǎn)移型等離子弧 </p><p>　　電源

7、負極端接鎢極，正極端接工件，等離子弧產(chǎn)生在鎢極與焊件之間這種等離子弧焊時，在電極與焊件之間建立的等離子弧即轉(zhuǎn)移弧。水冷噴嘴不接電源，僅器冷卻拘束作用。轉(zhuǎn)移弧難以直接形成，必須先引燃非轉(zhuǎn)移弧，然后才能過度到轉(zhuǎn)移弧。因為轉(zhuǎn)移弧能把較多的熱量傳遞給工件，所以焊接及切割幾乎都采用轉(zhuǎn)移弧。 </p><p>　　3.3聯(lián)合型等離子弧 </p><p>　　當非轉(zhuǎn)移弧及轉(zhuǎn)移弧同時存在時，則稱聯(lián)合型等離

8、子弧。這種形式的等離子弧主要用于微束等離子弧焊接和粉末堆焊等。 </p><p>　　4.等離子弧焊設備。 </p><p>　　等離子弧焊是由鎢極惰性氣體保護焊發(fā)展而成的一種高效、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的焊接方法。壓縮電弧不僅具有比自如電弧更高的溫度，而且擴大了電弧等離子區(qū)的范圍，電弧的形態(tài)從錐形變成了圓柱形。由此使等離子弧焊具有一系列有利的工藝特點。和鎢極氫弧焊一樣，等離子弧焊設備可分為手工焊和自

9、動焊兩類。手工焊設備由焊接電源、焊槍、控制電路、氣路和水路等部分組4成。自動焊設備則由焊接電源、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。 </p><p><b>　　4.1 焊接電源 </b></p><p>　　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

10、，空載電壓需110-1200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。使用的最小焊接電流大于或等于5A時，可以不用維弧電源。 </p><p><b>　　4.2氣路系統(tǒng) </b></p><p>　　等

11、離子弧焊機供氣系統(tǒng)應能分別給可調(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。采用氬氣與氫氣的混合氣體作等離子氣時，氣路中最好設有專門的引弧氣路，以降低對電源空載電壓的要求。 </p><p><b>　　4.3控制系統(tǒng) </b></p><p>　　手工等離子弧焊機的控制系統(tǒng)比較簡單，只

12、要能保證先通離子氣體和保護氣，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、小車行走裝置、填充焊絲進拖動電路及程控電路組成。程控電路應能滿足提前送氣、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。 </p><p>　　4.4等離子弧焊槍 </p><p>　　它是等離子弧焊設備中的關(guān)鍵部分（又稱為等離子弧發(fā)生器），對等離子弧的性能及焊接過程穩(wěn)定

13、性起著決定性作用。焊槍結(jié)構(gòu)設計由上槍體、下槍體、壓縮噴嘴、中間絕緣體及冷卻套組成。 </p><p><b>　　4.5水路系統(tǒng) </b></p><p>　　由于等離子弧的溫度在10000攝氏度以上，為了防止燒壞噴嘴并增加對電弧的壓縮作用，必須對電極及噴嘴進行有效地水冷卻。冷卻水的流量不得小于3L/min,水壓不小于0.15-0.20MPa。水路中應設有水壓開關(guān)，在

14、水壓達不到要求時，切斷供電回路。 </p><p>　　5 等離子弧焊接影響因素及應對： </p><p><b>　　5.1焊接電流 </b></p><p>　　焊接電流是決定等離子弧功率的一個重要參數(shù)。焊接電流小于某一數(shù)值時，電弧不穩(wěn)定，難于形成小孔效應；焊接電流增大，等離子弧穿透能力增大，但電流過大會造成熔池金屬因小孔直徑過大而墜落，難

15、以形成合格焊縫，甚至引起焊縫凹陷的增加。因此，在噴嘴結(jié)構(gòu)確定后，為了獲得穩(wěn)定的小孔焊接過程，焊接電流只能在某一個合適的范圍內(nèi)選擇，而且這個范圍與離子氣的流量有關(guān)。 </p><p><b>　　5.2焊接速度 </b></p><p>　　焊接速度時影響焊接線能量的參數(shù)，焊接速度太快，由于線能量小，不足以形成小孔效應。。如果焊接速度太低，使母材過熱而導致熔池質(zhì)量增大，

16、小孔直徑增大，熔池金屬容易墜落，甚至造成焊縫凹陷、熔池泄漏現(xiàn)象。因此，焊接速度、離子氣流量及焊接電流等這三個工藝參數(shù)應相互匹配。 </p><p>　　5.3噴嘴離工件的距離 </p><p>　　噴嘴離工件的距離過大，熔透能力降低：距離過小，易造成噴嘴被飛濺物堵塞，破壞噴嘴正常工作。噴嘴離工件的距離一般取3～8mm。與鎢極氬弧焊相比，噴嘴距離變化對焊接質(zhì)量的影響不太敏感。 </p&

17、gt;<p>　　5.4等離子氣流量及保護氣體 </p><p>　　等離子氣及保護氣體通常根據(jù)被焊金屬及電流大小來選擇。大電流等離子弧焊接時，等離子氣及保護氣體通常采取相同的氣體，否則電弧的穩(wěn)定性將變差。小電流等離子弧焊接通常采用純氬氣作等離子氣。這是因為氬氣的電離電壓較低，可保證電弧引燃容易。離子氣流量決定了等離子流力和熔透能力。等離子氣的流量越大，熔透能力越大。但等離子氣流量過大會使小孔直徑過

18、大而不能保證焊縫成形。因此，應根據(jù)噴嘴直徑、等離子氣的種類、焊接電流及焊接速度選擇適當?shù)碾x子氣流量。 </p><p>　　保護氣體流量應根據(jù)焊接電流及等離子氣流量來選擇。在一定的離子氣流量下，保護氣體流量太大，會導致氣流的紊亂，影響電弧穩(wěn)定性和保護效果。而保護氣體流量太小，電弧壓縮程度小，熱量不夠集中，導致熔池質(zhì)量增大，熔池溫度梯度減小，使焊縫表面凹度增大。因此，保護氣體流量應與等離子氣流量保持適當?shù)谋壤?&

19、lt;/p><p>　　小孔型焊接保護氣體流量一般在15～30L/min范圍內(nèi)。采用較小的等離子氣流量焊接時，電弧的等離子流力減小，電弧的穿透能力降低，只能熔化工件，形不成小孔，焊縫成形過程與TIG焊相似。這種方法稱為熔入型等離子弧焊接，適用于薄板、多層焊的蓋面焊及角焊縫的焊接。 </p><p><b>　　5.5引弧及收弧 </b></p><p&

20、gt;　　板厚小于3mm時，可直接在工件上引弧和收弧。利用穿孔法焊接厚板時，引弧及熄弧處容易產(chǎn)生氣孔、下凹等缺陷。對于直縫，可采用引弧板及熄弧板來解決這個問題。先在引弧板上形成小孔，然后再過渡到工件上去，最后將小孔閉合在熄弧板上。大厚度的環(huán)縫，不便加引弧板和收弧板時，應采取焊接電流和離子氣遞增和遞減的辦法在工件上起弧，完成引弧建立小孔并利用電流和離子氣流量衰減法來收弧閉合小孔。 </p><p>　　結(jié)束語：隨著

21、脈沖電流的發(fā)展和機器人在焊接領(lǐng)域應用技術(shù)的成熟，等離子弧焊接會在黑色金屬和銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等有色金屬的焊接方面發(fā)揮越來越重要的作用。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]董春林,吳林,朱軼峰,張慧,邵亦陳.不銹鋼等離子弧焊正面弧光傳感熔池小孔特征行為的研究[J].航空制造技術(shù),1999(S1). <