学文网摘要：本文介绍了等离子弧焊接的产生、分类，以及焊接设别等，并对等离子焊接影响因素及应对措施进行了探讨。
关键词：等离子弧焊接
中***分类号：P755.1 文献标识码：A
1.等离子弧焊接的背景
近些年，随着脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展，等离子弧焊的使用范围明显增大。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，在高速通过喷管时受到压缩，增大了能量密度和离解度，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。
2.等离子弧的产生原因
在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。
2.1机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，电弧截面受到拘束，不能自由扩展，利用水冷喷嘴的孔道限制弧柱直径，以提高弧柱的能量密度及温度。
2.2热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，因为水冷喷嘴的温度比较低，所以在喷嘴内壁建立起一层冷气膜，使电弧受到强烈冷却，迫使弧柱的导电断面进一步缩小，弧柱被进一步压缩，电流密度进一步增大。
2.3电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使弧柱进一步收缩，又称为磁收缩效应。实验表明：电流密度越大，磁收缩作用越强。
电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。
3.等离子弧形式
按照电源的供电方式，等离子弧可分为以下三种形式：非转移型等离子弧、转移型等离子弧和联合型等离子弧三种形式。
3.1非转移型等离子弧
电源负极端接钨极，正极端接喷嘴，等离子弧产生在钨极与喷嘴之间。水冷喷嘴既是电弧的电极，又起冷壁拘束作用，而工件却不接电源。在离子气流的作用下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰，这种等离子弧焊接、切割和热喷涂时，在电极与喷嘴之间建立的等离子弧即非转移弧，也称等离子焰。
3.2转移型等离子弧
电源负极端接钨极，正极端接工件，等离子弧产生在钨极与焊件之间这种等离子弧焊时，在电极与焊件之间建立的等离子弧即转移弧。水冷喷嘴不接电源，仅器冷却拘束作用。转移弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后才能过度到转移弧。因为转移弧能把较多的热量传递给工件，所以焊接及切割几乎都采用转移弧。
3.3联合型等离子弧
当非转移弧及转移弧同时存在时，则称联合型等离子弧。这种形式的等离子弧主要用于微束等离子弧焊接和粉末堆焊等。
4.等离子弧焊设备。
等离子弧焊是由钨极惰性气体保护焊发展而成的一种高效、优质、经济的焊接方法。压缩电弧不仅具有比自如电弧更高的温度，而且扩大了电弧等离子区的范围，电弧的形态从锥形变成了圆柱形。由此使等离子弧焊具有一系列有利的工艺特点。和钨极氢弧焊一样，等离子弧焊设备可分为手工焊和自动焊两类。手工焊设备由焊接电源、焊***、控制电路、气路和水路等部分组4成。自动焊设备则由焊接电源、焊***、焊接小车（或转动夹具）、控制电路、气路及水路等部分组成。
4.1 焊接电源
下降或垂直下降特性的整流电源或弧焊发电机均可作为等离子弧焊接电源。用纯氢作为离子气时，电源空载电压只需65-80V；用氢、氢混合气时，空载电压需110-1200大电流等离子弧都采用等离子弧，用高频引燃非转移弧，然后转移成转移弧。 30A以下的小电流微束等离子弧焊接采用混合型弧，用高频或接触短路回抽引弧。由于非转移弧在非常焊接过程中不能切除因此一般要用两个***的电源。使用的最小焊接电流大于或等于5A时，可以不用维弧电源。
4.2气路系统
等离子弧焊机供气系统应能分别给可调节离子气、保护气、背面保护气。为保证引弧和熄弧处的焊接质量，离子气可分两路供给，其中一路可经气阀放空，以实现离子气流衰减控制。采用氩气与氢气的混合气体作等离子气时，气路中最好设有专门的引弧气路，以降低对电源空载电压的要求。
4.3控制系统
手工等离子弧焊机的控制系统比较简单，只要能保证先通离子气体和保护气，然后引弧即可。自动化等离子弧焊机控制系统通常由高频发生器、小车行走装置、填充焊丝进拖动电路及程控电路组成。程控电路应能满足提前送气、高频引弧和转弧、离子气递增、延迟行走、电流和气流衰减熄弧、延迟停气等控制要求。
4.4等离子弧焊***
它是等离子弧焊设备中的关键部分（又称为等离子弧发生器），对等离子弧的性能及焊接过程稳定性起着决定性作用。焊***结构设计由上***体、下***体、压缩喷嘴、中间绝缘体及冷却套组成。
4.5水路系统
由于等离子弧的温度在10000摄氏度以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧的压缩作用，必须对电极及喷嘴进行有效地水冷却。冷却水的流量不得小于3L/min,水压不小于0.15-0.20MPa。水路中应设有水压开关，在水压达不到要求时，切断供电回路。
5 等离子弧焊接影响因素及应对：
5.1焊接电流
焊接电流是决定等离子弧功率的一个重要参数。焊接电流小于某一数值时，电弧不稳定，难于形成小孔效应；焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起焊缝凹陷的增加。因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。
5.2焊接速度
焊接速度时影响焊接线能量的参数，焊接速度太快，由于线能量小，不足以形成小孔效应。。如果焊接速度太低，使母材过热而导致熔池质量增大，小孔直径增大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。
5.3喷嘴离工件的距离
喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低：距离过小，易造成喷嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。喷嘴离工件的距离一般取3～8mm。与钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。
5.4等离子气流量及保护气体
等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采取相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。这是因为氩气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。等离子气的流量越大，熔透能力越大。但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。
保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。在一定的离子气流量下，保护气体流量太大，会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果。而保护气体流量太小，电弧压缩程度小，热量不够集中，导致熔池质量增大，熔池温度梯度减小，使焊缝表面凹度增大。因此，保护气体流量应与等离子气流量保持适当的比例。
小孔型焊接保护气体流量一般在15～30L/min范围内。采用较小的等离子气流量焊接时，电弧的等离子流力减小，电弧的穿透能力降低，只能熔化工件，形不成小孔，焊缝成形过程与TIG焊相似。这种方法称为熔入型等离子弧焊接，适用于薄板、多层焊的盖面焊及角焊缝的焊接。
5.5引弧及收弧
板厚小于3mm时，可直接在工件上引弧和收弧。利用穿孔法焊接厚板时，引弧及熄弧处容易产生气孔、下凹等缺陷。对于直缝，可采用引弧板及熄弧板来解决这个问题。先在引弧板上形成小孔，然后再过渡到工件上去，最后将小孔闭合在熄弧板上。大厚度的环缝，不便加引弧板和收弧板时，应采取焊接电流和离子气递增和递减的办法在工件上起弧，完成引弧建立小孔并利用电流和离子气流量衰减法来收弧闭合小孔。
结束语：随着脉冲电流的发展和机器人在焊接领域应用技术的成熟，等离子弧焊接会在黑色金属和铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等有色金属的焊接方面发挥越来越重要的作用。
参考文献
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[2]雷玉成,郑惠锦,程晓农.铝合金等离子弧立焊穿孔熔池的计算机模拟[J].焊接学报,2003(01).
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