等離子弧焊管機

Ⅰ 等離子弧焊的組成結構

和鎢極氫弧焊一樣，按操作方式，等離子弧焊設備可分為手工焊和自動焊兩類。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成。自動焊設備則由焊接電源、焊槍、焊接小車（或轉動夾具）、控制電路、氣路及水路等部分組成。
焊接電源
下降或垂直下降特性的整流電源或弧焊發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，空載電壓需110-120 0
大電流等離子弧都採用等離子弧，用高頻引燃非轉移弧，然後轉移成轉移弧。
30A以下的小電流微束等離子弧焊接採用混合型弧，用高頻或接觸短路回抽引弧。由於非轉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。
氣路系統
等離子弧焊機供氣系統應能分別供給可調節離子氣、保護氣、背面保護氣。為保證引弧和熄弧處的焊接質量，離子氣可分兩路供給，其中一路可經氣閥放空，以實現離子氣流衰減控制。
控制系統
手工等離子弧焊機的控制系統比較簡單，只要能保證先通離子氣和保護氣，然後引弧即可。自動化等離子弧焊機控制系統通常由高頻發生器，小車行走。填充焊口逆進拖動電路及程式控制電路組成。程式控制電路應能滿足提前送氣、高頻引弧和轉弧、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。
一種新開發的用於等離子弧焊的焊矩系統，採用反極性電極和選用100~200A焊接電流可以經濟有效地焊接鋁制零件，焊接質量很好。經對各種鋁鎂合金的焊接試驗表明：在焊接2~8mm的板材時，可以使用熔入和鎖孔式焊接技術。
使用電極極性可變的鎖孔技術進行等離子弧焊，可用來焊圓周焊縫，如AlMg3管道、法蘭盤以及GK－AlSi7Mg冷鑄合金製造的形狀各異的零件，能夠進行8mm壁厚材料的無坡口對焊連接。使用新開發的特殊氣體控制系統可以無缺陷地完成圓周焊縫的收尾焊接。由於只在鑄件一側才會產生氣孔，因此要確定鑄件熔化金屬的原子氫含量。如果鑄件熔化金屬中的氫含量低於0.3mL/100g，焊縫產生的氣孔就很少。採用此方法要修復的焊縫總長度可達39m，占整個焊縫長度的27.2%。
在研究開發最現代化的電源和控制技術條件下，採用等離子弧焊技術是一種質量最佳、經濟有效、重復性好的連接工藝。另外，通過調節電流，確保厚板等離子弧對接接頭焊接時產生鎖孔的感測器系統、導電的熔池支撐與被焊板材絕緣，並通過帶電的車架在等離子弧穿透時測量電流，並隨之移動。
這種新的工藝與TIG焊接相比具有如下特點：
（1）採用等離子弧焊時的特定工藝優點，不僅主要表現在微型等離子弧焊的板材厚度范圍方面，而且涉及使用鎖孔技術。
應用范圍包括：表面堆焊、噴塗和焊接。通過可調頻率使用低脈沖焊接電流，等離子弧焊可以更好的方式控制電弧能量的大小，能夠通過現代控制系統可靠地同步監測各種設定值的執行情況。晶體管的焊接電源，如 AUTOTIG系列，可以精確地按照技術規格的規定運行。
（2）用粉末等離子弧焊焊接薄板和管道時，具有焊接速度快、熱輸入小和變形小等優點。
（3）等離子弧焊接時，鎖孔技術的優點還清楚地在板厚達10mm的材料焊接方面體現。在應用技術中，粉末等離子弧焊接具有穩固的市場地位。這種新的工藝也將會在機器人上得到應用。
楊懷文
索引：等離子弧焊的幾個工藝參數
關鍵詞：焊接電流，焊接速度，噴嘴離工件的距離，等離於氣及流量，引弧及收弧，接頭形式和裝配要求，
(1)焊接電流
焊接電流是根據板厚或熔透要求來選定。焊接電流過小，難於形成小孔效應：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，難以形成合格焊縫，甚至引起雙弧，損傷噴嘴並破壞焊接過程的穩定性。因此，在噴嘴結構確定後，為了獲得穩定的小孔焊接過程，焊接電流只能在某一個合適的范圍內選擇，而且這個范圍與離子氣的流量有關。
(2)焊接速度
焊接速度應根據等離子氣流量及焊接電流來選擇。其他條件一定時，如果焊接速度增大，焊接熱輸入減小，小孔直徑隨之減小，直至消失，失去小孔效應。如果焊接速度太低，母材過熱，小孔擴大，熔池金屬容易墜落，甚至造成焊縫凹陷、熔池泄漏現象。因此，焊接速度、離子氣流量及焊接電流等這三個工藝參數應相互匹配。
(3)噴嘴離工件的距離
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量的影響不太敏感。
(4)等離於氣及流量
等離子氣及保護氣體通常根據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採取相同的氣體，否則電弧的穩定性將變差。小電流等離子弧焊接通常採用純氬氣作等離子氣。這是因為氧氣的電離電壓較低，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大而不能保證焊縫成形。因此，應根據噴嘴直徑、等離子氣的種類、焊接電流及焊接速度選擇適當的離子氣流量。利用熔人法焊接時，應適當降低等離子氣流量，以減小等離子流力。
保護氣體流量應根據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，影響電弧穩定性和保護效果。而保護氣體流量太小，保護效果也不好，因此，保護氣體流量應與等離子氣流量保持適當的比例。
小孔型焊接保護氣體流量一般在15～30L/min范圍內。採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，適用於薄板、多層焊的蓋面焊及角焊縫的焊接。
(5)引弧及收弧
板厚小於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生氣孔、下凹等缺陷。對於直縫，可採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，然後再過渡到工件上去，最後將小孔閉合在熄弧板上。
大厚度的環縫，不便加引弧板和收弧板時，應採取焊接電流和離子氣遞增和遞減的辦法在工件上起弧，完成引弧建立小孔並利用電流和離子氣流量衰減法來收弧閉合小孔。
(6)接頭形式和裝配要求
工件厚度大於1.6mm時，小於表1-1列舉的厚度時，採用I形坡口，用穿孔法單面焊雙面成形一次焊透。工件厚度大於表1-1列舉的數值時，根據厚度不同，可開V形、U形或雙V形、雙U形坡口。
工件厚度小於1．6mm，採用微束等離子弧焊時，接頭形式有對接、卷邊對接、卷邊角接、端面接頭。當厚度小於0．8mm時，接頭裝配要求見表1-2。
摘要：提出了一種基於等離子弧焊的直接金屬成形新方法,通過對成形工藝的試驗研究,確定了焊接電流、成形速度與成形軌跡寬度之間的對應關系;針對成形輪廓的表面質量問題,實施了根據輪廓矢量進行切向送絲的填充方案;並採用循環水冷的溫控措施解決了成形過程的過熱問題。
送絲角度對成形軌跡的影響
本文在實驗中發現,對零件外輪廓進行掃描時,填充絲材送入的方向同外輪廓切向的夾角對輪廓成形的質量有顯著的影響。在直接金屬成形系統運動機構的早期設計中, 焊炬和送絲機構固定不動,保持送絲方向在空間上不變, 這樣當XY 二維工作台沿著成形輪廓插補運動時, 送絲方向與成形輪廓的運動方向就會形成一定的夾角α,如圖3。當夾角α較小時,軌跡成形所受影響不大,但是, 當α增加到一定程度後成形軌跡的表面波紋度開始增大,表面質量明顯變差。
圖4是不同送絲角度下成形軌跡的形貌。可以看出,送絲角度保持在小角度范圍內時,成形軌跡表面質量較好;而隨著送絲角度的增加,成形軌跡表面的波浪度增大;當送絲角度進一步增大時,熔化的焊絲不能進入熔池,團成球狀凝結於掃描路徑外側,不能形成完整的軌跡。
成形過程不均勻的熱場和力場分布,是造成這種現象的主要原因。小角度,特別是切向送絲時,焊絲送入的方向與焊接熱場移動的方向相符,焊絲能夠得到足夠的熱量迅速熔化,並與熔池形成搭橋過渡,順利進入熔池,如圖5。固定送絲方向時,隨著焊絲與軌跡切向夾角的增大,焊絲吸收的熱量減少,難以形成順利的搭橋過渡,焊絲熔化後團聚成球狀,難以送入熔池中心,在自重作用下落於熔池邊緣,如圖6。
成形件的外輪廓總是由各種形式的曲線構成的,如果在成形曲線的過程中保持送絲的角度不變,勢必會引起熔滴過渡的條件時好時壞,容易在曲線軌跡表面形成圖7中所示的積瘤、夾絲等缺陷。因此,成形過程中,為了保證成形軌跡輪廓的一致均勻性,應根據成形輪廓切向的變化,不斷調整送絲角度,使二者保持一致,如圖8。
為了方便送絲角度的動態調整,本文對直接金屬成形系統的機構部分進行了改進,將先前固定的焊炬和送絲機構置於回轉工作台上,回轉工作台通過步進電機在計算機系統的控制下可以隨掃描軌跡的走向自適應旋轉,以保證送絲機構沿掃描輪廓的切向均勻連續地送絲。圖9即為改進後的直接金屬成形系統部分實物照片,圖10是採用送絲角度調整後成形輪廓的外觀情況,通過送絲角度的調整,成形件的外觀質量得到了改善。
冷卻措施
在成形過程中,成形件要承受電弧熱量的連續輸入,從而造成其整體溫度升高,成形軌跡熱影響區變大,熔池金屬流動性增強等熱效應,這對於控製成形件表面質量極為不利。而焊後引起的整體熱變形對成形件的尺寸及形狀都有很大的影響。對於具有薄壁特徵的成形件,其傳熱途徑更為局限,因此,這種熱效應就更為嚴重(如圖11) 。因此,有必要採取可靠的傳熱措施,控製成形過程中成形件的熱量傳遞。
針對這種現象,本文在實驗中採用循環水冷的方法,增強成形過程中成形件的熱量傳遞。具體實施方法如圖12所示,將基底放入水槽中進行焊接成形;當成形過程中出現過熱效應時,開始通入循環冷卻水;並使冷卻水的液面始終與當前熔焊層保持3 mm～5 mm的距離,以保持良好的散熱效果。這樣可以大大改善成形件的熱傳遞過程,同時也可在一定程度上增強保護氣體的保護效果。
等離子是指在標准大氣壓下溫度超過3000℃的氣體，在溫度譜上可以把其看作為繼固態、液態、氣態之後的第四種物質狀態。等離子是由被激活的高子、電子、原子或分子組成。例如：它可通過自然界中的閃電產生。從1960年以後，等離子這個詞獲得了新的含義，那就是電弧通過渦流環或噴嘴壓縮而形成的高能量狀態，此原理被廣泛用於鋼鐵、化工及機械工程工業。
等離子弧焊是在鎢極氬弧焊的基礎上發展起來的一種焊接方法。鎢極氬弧焊使用的熱源是常壓狀態下的自由電弧，簡稱自由鎢弧。等離子弧焊用的熱源則是將自由鎢弧壓縮強化之後而獲得電離度更高的電弧等離子體，稱等離子弧，又稱壓縮電弧。兩者在物理本質上沒有區別，僅是弧柱中電離程度上的不同。經壓縮的電弧其能量密度更為集中，溫度更高。
等離子弧的最大電壓降是在弧柱區里，這是由於弧柱被強烈壓縮，使電場強度明顯增大的緣故。因此，等離子弧焊主要是利用弧柱等離子體熱來加熱金屬，而自由鎢弧是利用兩電極區產生的熱來加熱母材和電極金屬。
等離子弧的靜特性曲線接近U形(圖1-2)。與自由鎢弧比較最大區別是電弧電壓比自由鎢弧高。此外，在小電流時，自由鎢弧靜特性為陡降(負阻特性)的，易與電源外特性曲線相切，使電弧失穩。而等離子弧則為緩降或平的，易與電源外特性相交建立穩定工作。
表示了等離子弧與自由鎢弧的形態區別。等離子弧呈圓柱形，擴散角約5度左右，焊接時，當弧長發生波動時，母材的加熱面積不會發生明顯變化，而自由鎢弧呈圓錐形，其擴散角約45度，對工作距離變化敏感性大。
等離子弧的挺直度非常好。由於等離子弧是自由鎢弧經壓縮而成，故其挺度比自由鎢弧好，焰流速度大，可達300m/s以上，因而指向性好，噴射有力，其熔透能力強。
綜述
穿孔型等離子弧焊接最適於焊接厚度3～8mm不銹鋼、厚度12mm以下鈦合金、板厚2～6mm低碳或低合金結構鋼以及銅、黃銅、鎳及鎳合金的對接焊縫。這一厚度范圍內可不開坡口，不加填充金屬，不用襯墊的條件下實現單面焊雙面成形。厚度大於上述范圍時可採用V形坡口多層焊。
高溫合金焊接
用等離子弧焊焊接固溶強化和Al、Ti含量較低的時效強化高溫合金時，可以填充焊絲也可以不加焊絲，均可以獲得良好質量的焊縫。一般厚板採用小孔型等離子弧焊，薄板採用熔透型等離子弧焊，箔材用微束等離子弧焊。焊接電源採用陡降外特性的直流正極性，高頻引弧，焊槍的加工和裝配要求精度較高，並有很高的同心度。等離子氣流和焊接電流均要求能遞增和衰減控制。
焊接時，採用氬和氬中加適量氫氣作為保護氣體和等離子氣體，加入氫氣可以使電弧功率增加，提高焊接速度。氫氣加入量一般在5%左右，要求不大於15%。焊接時是否採用填充焊絲根據需要確定。選用填充焊絲的牌號與鎢極惰性氣體保護焊的選用原則相同。
高溫合金等離子弧焊的工藝參數與焊接奧氏體不銹鋼的基本相同，應注意控制焊接熱輸入。鎳基高溫合金小孔法自動等離子弧焊的工藝參數見表1-1。在焊接過程中應控制焊接速度，速度過快會產生氣孔，還應注意電極與壓縮噴嘴的同心度。高溫合金等離子弧焊接接頭力學性能較高，接頭強度系數一般大於90%。
鋁及鋁合金
等離子弧是以鎢極作為電極，等離子弧為熱源的熔焊方法。焊接鋁合金時，採用直流反接或交流。鋁及鋁合金交流等離子弧焊接多採用矩形波交流焊接電源，用氬氣作為等離子氣和保護氣體。對於純鋁、防銹鋁，採用等離子弧焊，焊接性良好；硬鋁的等離子弧焊接性尚可。
為了獲得高質量的焊縫應注意以下幾點。
a．焊前要加強對焊件、焊絲的清理，防止氫溶人產生氣孔，還應加強對焊縫和焊絲的保護。
b．交流等離子弧焊的許用等離子氣流量較小，流量稍大，等離子弧的吹力過大，鋁的液態金屬被向上吹起，形成凸凹不平或不連續的凸峰狀焊縫。為了加強鎢極的冷卻效果，可以適當加大噴嘴孔徑或選用多孔型噴嘴。
c．當板厚大於6mm時，要求焊前預熱100--200℃。板厚較大時用氦作等離子氣或保護氣，可增加熔深或提高效率。
d．需用的墊板和壓板最好用導熱性不好的材料製造(如不銹鋼)。墊板上加工出深度lmm、寬度20～40mm的凹槽，以使待焊鋁板坡口近處不與墊板接觸，防止散熱過快。
e．板厚不大於lOmm時，在對接的坡口上海間隔150mm點固焊一點；板厚大於l0mm時，每間隔300mm點固焊一點。點固焊採用與正常焊接相同的電流。
f．進行多道焊時，焊完前一道焊道後應用鋼絲或銅絲刷清理焊道表面至露出純凈的鋁表面為止。
表1-2列出純鋁自動交流等離子弧焊接的工藝參數。表1-3列出鋁合金直流等離子弧焊接的工藝參數。
鈦、鈦合金
等離子弧焊能量密度高、線能量大、效率高。厚度2．5～15mm的鈦及鈦合金板材採用小孔型方法可一次焊透，並可有效地防止產生氣孔，熔透型方法適於各種板厚，但一次焊透的厚度較小，3mm以上一般需開坡口。
鈦的彈性模量僅相當於鐵的1/2，因此在應力相同的條件下，鈦及鈦合金焊接接頭將發生比較顯著的變形。等離子弧的能量密度介於鎢極氬弧和電子束之間，用等離子弧焊接鈦及鈦合金時，熱影響區較窄，焊接變形也較易控制。微束等離子弧焊已經成功地應用於薄板的焊接。採用3～10A的焊接電流可以焊接厚度為0.08～0.6mm的板材。
由於液態鈦的密度較小，表面張力較大，利用等離子弧的小孔效應可以單道焊接厚度較大的鈦和鈦合金，保證不致發生熔池坍塌，焊縫成形良好。通常單道鎢極氬弧焊時工件的最大厚度不超過3mm，並且因為鎢極距離熔池較近，可能發生鎢極熔蝕，使焊縫滲入鎢夾雜物。等離子弧焊接時，不開坡口就可焊透厚度達15mm的接頭，不可能出現焊縫滲鎢現象。
鈦板等離子弧焊接的工藝參數見表1-4。TC4鈦合金等離子弧焊和TIG焊接接頭的力學性能見表1-5。
焊接航天工程中應用的TC4鈦合金高壓氣瓶的研究結果表明，等離子弧焊接頭強度與氬弧焊相當，強度系數均為90%，但塑性指標比氬弧焊接頭高，可達到母材的75%。根據30萬噸合成氨成套設備的生產經驗，用等離子弧焊接厚度10mm的TAl工業純鈦板材，生產率可比鎢極氬弧焊提高5～6倍，對操作的熟練程度要求也較低。
純鈦等離子弧焊的氣體保護方式與鎢極氬弧焊相似，可採用氬弧焊拖罩，但隨著板厚的增加、焊速的提高，拖罩要加長，使處於350℃以上的金屬得到良好保護。背面墊板上的溝槽尺寸一般寬度和深度各為2.0～3.0mm，同時背面保護氣體的流量也要增加。厚度15mm以上的鈦板焊接時，開6～8mm鈍邊的V形或U形坡口，用小孔型等離子弧焊封底，然後用熔透型等離子弧填滿坡口。用等離子弧封底可以減少焊道層數，減少填絲量和焊接角變形，提高生產率。熔透型多用於厚度3mm以下薄件的焊接，比鎢極氬弧焊容易保證焊接質量。
銀與鉑
銀與鉑都屬於貴金屬，價格昂貴。銀與鉑可製成板材、帶材、線材等常用於微電子,儀器儀表、醫葯等特殊產品或軍工產品。
銀與鉑電子器件的微束等離子弧接的工藝要點如下：
a．焊前將銀與鉑的接頭處清理干凈；
b．將兩種金屬預熱到400～500℃，
c．採用微束脈沖等離子弧，維弧電流為24A；
d．保護氣體流量為6L/min，離子氣流量為0.5L/min。
銀與鉑電子器件微束等離子弧焊接的工藝參數見表1-6

Ⅱ 等離子弧焊機與其他焊接方法比有什麼優缺點

• 優點：能量密度大、電弧方向性強、熔透能力強，在不開坡口、不加填充焊絲的情況下可

  一次焊透8～10mm 厚的不銹鋼板。

• 缺點：焊接參數較多，對焊接操作人員的技術水平要求較高。

Ⅲ 什麼叫等離子弧焊

等離子弧焊是利用等離子弧作熱源進行焊接的一種工藝方法。電弧通過水冷噴嘴孔道，受到機械壓縮、熱收縮和磁收縮效應的作用，迫使弧柱截面縮小，電流密度增大，弧柱電離度提高，從而獲得更為集中，溫度達10000~30000℃的等離子弧。
等離子弧焊主要用於碳鋼、普低鋼、耐熱鋼、不銹鋼、銅及其合金、鎳及其合金等的焊接。

Ⅳ 等離子弧焊接有哪些方法有何特點焊接中要注意什麼

等離子弧焊接方法：穿透型焊接法，熔透型焊接法，微束等離子弧焊。特點是等離子弧的能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強，焊接電流小到0.1A時，電弧仍能穩定燃燒，並保持良好的挺度與方向性，電弧呈圓柱形，弧長變化時對焊件表面加熱點的能量密度影響較小。

焊前要加強對金剛石焊件、焊絲的清理，防止氫溶人產生氣孔，還應加強對焊縫和焊絲的維護。2交流等離子弧焊的許用等離子氣流量較小，流量稍大，等離子弧的吹力過大，鋁的液態金屬被向上吹起，形成凸凹不平或不連續的凸峰狀焊縫。

等離子弧焊接技巧

等離子切割機工作時，首先要引燃等離子弧，由高頻振盪器激發電極與噴嘴內壁之間的氣體，產生高頻放電，使氣體局部電離而形成小弧，這一小弧受壓縮空氣的作用，從噴嘴噴出以引燃等離子弧，這是火花發生器主要的任務。

正常情況下，火花發生器的工作時間只有0.2～0.5s，不能自動斷弧的原因一般是控制線路板元件失調，火花發生器的放電電極間隙不合適。

解決措施：應經常檢查火花發生器放電電極，使其表面保持平整，適時調整火花發生器的放電電極間隙與割炬電極噴嘴之間的間隙相適應，必要時更換控制板或更換電極噴嘴。

Ⅳ 等離子弧焊接時，一般採用什麼電極材料

等離子弧焊焊機 基本都是採用的釷鎢極。可能和等離子壓縮電弧有關。
鈰鎢 鋯鎢 鑭鎢 基本都是氬弧焊採用的電極，代替釷鎢極。