等离子焊接技术要点
等离子焊接技术要点
等离子焊接作为一种先进的焊接技术，以其高生产率和高穿透率在现代工业中得到广泛应用。本文将详细介绍等离子焊接的原理、优势、工艺特点以及实际应用，帮助读者深入了解这一重要的焊接技术。
等离子焊原理
等离子填丝焊接原理图。钨电极安装在水冷喷嘴内，等离子气体在其中分流扩散。在水冷喷嘴周围再安装另一喷嘴，保护气体(大多情况为氩气)从中通过。组装部件为对接焊。
定义
等离子弧焊基本上是气体钨极电弧焊(GTAW或TIG)工艺的延伸。由于等离子体被收缩喷嘴强制压缩，它具有更高的电弧能量密度和更高的等离子体气体速度。等离子弧焊工艺通常用于焊接和堆焊。它可以焊接厚度达至10毫米的常见金属。使用合适的焊炬，甚至可以用来焊接厚度高达约5毫米的铝板。
等离子焊机(也称为PAW)的主要应用是在集装箱建造和管道制造中。在这些应用中焊接自动化非常普及和有效。微束等离子焊机应用于家电、电子、航空航天技术、医疗技术和仪器仪表工程等领域。
装有等离子弧焊机的焊接机床实例。等离子焊炬沿工件或绕工件运动。这台机床被设计用来单道焊接4,8或10mm厚的316L不锈钢。
等离子焊机的优势
- 通过水冷喷嘴对电弧进行机械收缩，使得直坡口对接焊时可以焊接更大厚度3mm至10mm，热影响区更小（小孔焊接）。
- 根据材料以及材料厚度，焊接速度可提高至50mm/min - 500mm/min。
- 当与热丝工艺结合使用焊接更大厚度的工件时，可减少焊道层数。
- 由于使用引导电弧，电极寿命高。
- 优异的焊接质量。
- 较小变形量。
- 单面焊接，根部渗透良好。
- 脉冲电流与等离子气体同步调整进行全位置焊接。
Polycar配有带送丝盘的等离子焊枪。该等离子自动焊机安装在工字钢固定轨道上。这种等离子弧焊设备设计用于在水平或垂直位置进行纵向或圆形焊接。
填丝等离子焊接工艺主要特征
- 厚度为3mm至8mm材料的对接焊时使用直坡口。
- 填充焊道可采用热丝工艺。
- 全位置焊接时脉冲电流与等离子气体同步。
等离子焊接焊前准备
材料厚度5mm至7mm时：根据工艺组合与填充焊道的层数可选择v型坡口（30°, 70° 或90°）。通过保持焊炬喷嘴与工件间正确的距离，确保等离子焊接起弧无问题。
等离子弧焊熔池特征
在等离子小孔焊接中，熔池截面呈酒杯形状。根部熔池非常狭窄，而在顶部则不成比例地变宽。根部的快速冷却和上部区域的缓慢凝固，平衡了焊接熔池。
等离子焊接熔池行为
考察影响因素的一个重要事实是，焊缝熔池在根部区域和表面区域的凝固时间差。差值越大，对熔池的控制越好。
熔池的表面张力和黏度是控制熔池平衡的基本因素。
保持熔池稳定性的因素
以下这些因素会影响等离子焊接熔池的平衡：
- 熔池尺寸
- 熔池的物理特性
- 焊前准备
- 焊接速度
等离子焊接中熔池的尺寸
我们没有办法影响熔融金属的粘度，然而，在焊接过程中通过具体修改焊接参数，可以控制焊缝金属的体积及其凝固。
等离子焊接熔池的物理特性
如果符合以下规范，则更容易控制焊接池：
- 90度直坡口。
- 小孔直径尽可能小（1-3mm之间）。
焊接准备
为了不影响熔池的平衡，必须控制等离子焊接参数，并确保坡口准备一贯优良。这种一贯性对焊缝的规律性有直接影响。等离子体喷嘴专为特定的大电流而设计;接近这个极限时可能形成杂散电弧，影响等离子体电弧和等离子体气体的流动。
焊接速度
如果小孔型等离子焊机焊接速度过慢，这将产生不规则的焊缝，或者在极端情况下，可能导致焊缝脱落。在实际操作中，应设置焊接电流和气体流量，使等离子体射流的强度刚好足以完全穿透工件。为了获得完美的焊缝，焊接速度必须与这些参数相适应。
使用小孔型等离子焊接的标准
每台等离子弧焊机在任何位置的纵向焊接都没有特别的问题。脉冲电流和等离子体气体的同步需要一个合适的控制系统。
然而，轨道等离子焊接有两个难点：
- 小孔闭合
- 6点至9点位置有凹陷风险，其他位置比较容易控制。
必须设定等离子体气体的流速，以防止材料被“吹出”，并消除粘合错误或无意的夹杂物。
使用特殊喷嘴，等离子焊炬也可以用于TIG焊接。中心气体和等离子气体分开控制。当使用电源和等离子/TIG焊炬时，可以选择以下变化：
- 普通TIG工艺
- TIG双气体工艺
- 等离子/等离子小孔焊接
在图表中，特征曲线U = f(I)比较了等离子与TIG工艺所记录的电弧电压值与电流强度的关系。结果表明，在相同的电流强度下，等离子焊接的电压值是TIG焊接的两倍。这显示了电极/工件距离(在等离子弧焊工艺中较大)和第二种气体(等离子气体)的影响。
这些方法中的每一种都可以与等离子/TIG热丝工艺结合使用，以提高生产率(提高熔覆率)。
使用脉冲等离子气体进行等离子焊接
利用脉冲气体进行等离子小孔焊接的方法是由POLYSOUDE应用技术部门开发的。这一开发让等离子焊接在所有位置成为可能。利用等离子气体的流速来产生完全控制小孔所需的动能。
脉冲焊接电流和等离子气体的同步减少了线性功率输入。等离子熔池的体积和控制可以通过这种“缝纫机效应”来确定。
缝纫机效应
- 高电流 >> 母材融化
- 低电流 >> 冷却
- 通过在低电流阶段减少等离子气体流量来增强这种效应 >> 小孔的精确控制