等離子弧焊接是借助于水冷噴嘴對電弧的拘束作用，從而獲得較高能量密度的等離子弧進行焊接的方法。


等離子弧是通過以下三種壓縮作用獲得的：


 ①. 機械壓縮，它利用水冷噴嘴孔道限制弧柱直徑，來提高弧柱的能量密度和溫度。


 ②. 熱收縮，由于水冷噴嘴溫度較低，從而在噴嘴內(nèi)壁建立起一層冷氣膜，迫使弧柱導(dǎo)電斷面進一步減小，電流密度進一步提高，弧柱這種收縮謂之“熱收縮”，也可叫做“熱壓縮”。


 ③. 磁收縮，弧柱電流本身產(chǎn)生的磁場對弧柱有壓縮作用（即磁收縮效應(yīng)）。電流密度愈，磁收縮作用愈強。


按電源聯(lián)接方式，等離子弧有非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種形式：


 ①. 非轉(zhuǎn)移型離子弧，鎢極接電源負極，噴嘴接電源正極，等離子弧體產(chǎn)生在鎢極與噴嘴之間，在離子氣流壓送下，弧焰從噴嘴中噴出，形成等離子焰（圖6-7a)


 ②. 轉(zhuǎn)移型等離子弧，鎢極接電源負極，工件接電源正極，等離子弧體產(chǎn)生于鎢極與工件之間（圖6-7b).轉(zhuǎn)移弧難以直接形成，必須先引燃非轉(zhuǎn)移弧，然后才能過渡到轉(zhuǎn)移弧，金屬焊接、切割幾乎都是采用轉(zhuǎn)移型弧，因為轉(zhuǎn)移弧能把更多的熱量傳遞給工件。


 ③. 聯(lián)合型等離子弧，工作時非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧同時并存，則稱之謂聯(lián)合型等離子弧。主要用于微束等離子弧焊和粉末堆焊等方面。


圖 7.jpg


 等離子弧焊焊接原理見圖6-8.焊槍中的鎢極處于噴嘴的中心位置，形成電弧等離子體的是氬氣，外層保護氣體可用氬氣，也可用氬氣＋氫氣的混合氣。


圖 8.jpg


 等離子弧焊設(shè)備分為手工焊和自動焊兩大類。手工焊設(shè)備由焊接電源、焊槍、控制電路、氣路和水路等部分組成。自動焊設(shè)備則由焊接電源、焊槍、焊接小車（或轉(zhuǎn)動胎具）、控制電路、氣路及水路等部分組成。按照焊接電流的大小，等離子弧焊接設(shè)備又可分為大電流等離子弧焊設(shè)備和微束等離子弧焊設(shè)備兩大類。等離子弧焊的電源采用具有陡降外特性的直流電源。


等離子弧焊接與鎢極氬弧焊相比具有下列特點：


 ①. 電弧能量集中且溫度高，焊接過程中電弧穩(wěn)定，焊接速度快?？梢钥s小焊接接頭熱影響區(qū)且焊接變形小，還能提高焊縫內(nèi)在和外部質(zhì)量，使焊接頭力學(xué)性能和耐腐蝕性能均優(yōu)于鎢極氬弧焊。


 ②. 電弧呈圓柱形且挺直性好，弧長變化對焊件表面加熱點的能量密度影響小；不會由于弧長的改變而影響焊縫成形。等離子弧焊噴嘴到焊件之間距離高達6.4mm,弧柱仍不會飄移。


 ③. 當焊接電流小到0.1A時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，并保持良好的挺度和方向性。


 ④. 鎢極縮于噴嘴內(nèi)，可減少鎢極對焊縫的污染。


 ⑤. 穿透性等離子弧焊接時，焊件不開坡口，背面無襯墊，可實現(xiàn)單面焊雙面成形。但此時不適宜手工操作，靈活性不如手工鎢極氬弧焊。


 ⑥. 設(shè)備較復(fù)雜，工藝參數(shù)因素多，匹配要求較嚴格，噴嘴使用壽命較短且氣體耗量較大，只宜在室內(nèi)焊接。等離子弧焊與鎢極氬弧焊一樣，有手工操作和機械化操作之分；也有不加填充焊絲與加填充焊絲之分。


大電流等離子弧焊接按焊縫成形機理，可分為：


 ①. 穿透型等離子弧焊


 它是以電弧在熔池前穿透工件形成小孔，隨著熱源移動在小孔后形成焊道的一種焊接方法，又稱穿孔焊或鎖孔焊。在焊接厚為2.5~8.0mm的奧氏體型不銹鋼時，可以不開坡口，不留間隙或留間隙小于0.5mm,依靠小孔效應(yīng)實現(xiàn)單面焊雙面成形。這種焊接方法，目前只適用于平焊位置對接焊。待焊處的正、反兩面均通以保護氣體，收弧時要填滿小孔。


 ②. 熔透型等離子弧焊


 是指這種等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)，焊縫成形機理與鎢極氬弧焊類似。有人又稱這種方法為熔入式或熔融法等離子弧焊。這種焊接方法主要用于薄板單面焊雙面成形的焊縫或者厚板的多層焊。


 大電流等離子弧焊接時，焊接參數(shù)比鎢極氬弧焊多，焊接參數(shù)除了焊接電流、電弧電壓外，還有等離子氣流、保護氣體的成分、氣體流量以及噴嘴形狀和孔徑、長度以及噴嘴到焊件距離等。其中焊接電流、焊接速度和等離子氣體流量的匹配尤為重要，直接影響焊接接頭的成形和焊縫表面的質(zhì)量。


 焊接電流小于30A的熔透型等離子弧焊稱為微束等離子弧焊。20世紀70年代以來，開始用小電流等離子弧焊接超薄壁件和細絲鋼件等，焊接電流可小到0.2A,焊接奧氏體型不銹鋼件最薄的厚度可達0.01mm.微束等離子弧焊接的特點是通過電弧的壓縮，導(dǎo)電弧柱集中為一條細線，雖然焊接電流很小，電弧仍十分穩(wěn)定，熔池很小，熱影響區(qū)很窄，它不利用小孔效應(yīng)，就能夠?qū)Τ〖崿F(xiàn)快速焊接。微束等離子弧焊接可以采用手工操作，但為了保證焊接接頭的質(zhì)量，應(yīng)盡可能地采用機械操作。


 為了使焊接薄壁件及超薄壁件的質(zhì)量更有保證，目前發(fā)展到采用脈沖等離子弧焊接。它與前面所述的脈沖氣體保護焊一樣，可以調(diào)節(jié)基值電流、脈沖電流、脈沖寬度和頻率等工藝參數(shù)。