等离子弧焊

等离子弧焊

等离子弧焊成品

等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。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、发热量和温度都高于一般电弧，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。

目录

基本信息

工作方式

过程特点

应用

等离子弧焊接和切割

各种焊接方法及设备

等离子弧焊设备

国外焊接技术最新进展

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

等离子弧的特性

合金材料的等离子弧焊

•超薄壁管子的微束等离子弧焊

安全防护技术

基本信息

缩写abbr. ：PAW.

[军] Plasma-Arc Welding, 等离子弧焊

——简明英汉词典

工作方式

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。等离子弧焊接属于高质量焊接方法。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。

过程特点

操作方式

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。

等离子弧焊接和切割

工作原理

等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割工艺方法。它利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料，并借助内部的或者外部的高速气流或水流将熔化材料排开直至等离子气流束穿透背面而形成割口。

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10~10W/cm2，电弧温