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等离子弧焊接原理、特点及应用

1.等离子弧焊接的工作原理

等离子弧焊接是使用惰性气体作为工作气和保护气，利用等离子弧作为热源来加热并熔化母材金属，使之形成焊接接头的熔焊方法。按照焊透母材的方式，等离子弧焊分为两种，即穿透型等离子弧焊接和熔透型等离子弧焊接，各有不同的原理。

(1)穿透型等离子弧焊接   穿透型等离子弧焊接也称为小孔型等离子弧焊接。其特点是弧柱压缩程度较强，等离子射流喷出速度等离子弘射流较大。焊接时，等离子弧把焊件的整个厚度完全穿透，在熔池中形成上下贯穿的小孔，并从焊件背面喷出部分电弧（亦称尾焰）。随着等离子弧沿焊接方向的移动，熔化金属依靠其表面张力的承托，沿着小孔两侧的固体壁面向后方流动，熔池后方的金属不断封填小孔，并冷却凝固形成焊缝。焊缝的断面为酒杯状。

(2)熔透型等离子弧焊接 熔透型等离子弧焊接分为普通熔透型等离子弧焊接和微束等离子弧焊

1)普通熔透型等离子弧焊接。其特点是弧柱压缩程度较弱，等离子气流喷出速度较小。由于电弧的穿透力相对较小，因此在焊接熔池中不形成小孔，焊件背面无尾焰，液态金属熔池在等离子弧的下面，靠熔池金属的热传导作用来熔透母材，实现焊接。焊缝的断面呈碗状。与穿透型等离子弧焊接比较，具有焊接参数较软(即焊接电流和离子气流量较小、电弧穿透能力较弱）,焊接参数波动对焊缝成形的影响较小，焊接过程的稳定性较高，焊缝形状系数较大（主要是由于熔宽增加）,热影响区较宽，焊接变形较大等特点。

2)微束等离子弧焊接。焊接电流在30A以下的熔透型等离子弧焊接，通常称为微束等离子弧焊接。焊接时采用小孔径压缩喷嘴（∅0.6~∅1.2mm)及联合型等离子弧。通常利用两个独立的焊接电源供电：一个是向钨极与喷嘴之间供电，产生非转移弧（称维弧）,电流一般为2~5A,电源空载电压一般大于90V,以便引弧；另一个是向钨极与焊件之间供电，产生转移弧（称主弧）。该方法可以得到针状的、细小的等离子弧，因此适宜焊接非常薄的焊件。

2.等离子弧焊接的特点

(1)与钨极氩弧焊相比，等离子弧焊接有以下优点

1)电弧能量集中，因此焊缝深宽比大，截面积小；焊接速度快，特别是厚度大于3.2mm的材料尤显著；薄板焊接变形小，焊厚板时热影响区窄。

2)电弧挺度好，以焊接电流10A为例，等离子弧喷嘴高度（喷嘴到焊件表面的距离）达6.4mm,弧柱仍较挺直，而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm。

3)电弧的稳定性好，微束等离子弧焊接的电流小至0.1A时仍能稳定燃烧。

4)由于钨极内缩在喷嘴之内，不可能与焊件接触，因此没有焊缝夹钨问题。

(2)缺点

1)由于需要两股气流，因而使过程的控制和焊枪的构造复杂化。

2)由于电弧的直径小，要求焊枪喷嘴轴线更准确地对准焊缝。

3.等离子弧焊接的应用

直流正接等离子弧焊接，可用于焊接碳钢、合金钢、耐热钢、不锈钢、铜及铜合金、钛及钛合金、镍及镍合金等材料。交流等离子弧焊接，主要用于铝及铝合金、镁及镁合金、铍青铜、铝青铜等材料的焊接。

穿透型等离子弧焊接多用于厚度1~9mm的材料焊接。

普通熔透型等离子弧焊接与穿透型等离子弧焊接相比，焊接电流和离子气流量较小，电弧穿透能力较弱，因此多用于厚度小于或等于3mm的材料焊接，适用于薄板、角焊缝和多层焊的填充及盖面焊道焊接。

微束等离子弧焊接可以焊接超薄焊件，例如焊接厚度为0.2mm的不锈钢片，目前已成为焊接金属薄箔、波纹管等超薄件的首选方法。