等离子焊接原理

等离子焊接原理

1，等离子焊接定义

等离子焊接是通过高度集中的等离子束流获得必要的熔化母材能量的焊接过程。通常等离子电弧的能量取决于等离子气体的流量，焊枪喷嘴的压缩效果和使用电流大小。普通电弧射流速度为80~150m/s。等离子电弧的射流速度可以达到300~2000m/s，等离子电弧由于受到压缩，能量密度可达105~106w/cm2而自由状态下TIG电弧能量密度为50~100w/mm2,弧柱中心温度在24000k以上，而TIG电弧焊柱中心温度在5000~8000k左右。因此，等离子电弧焊接与电子束（能量密度102w/mm2），激光（能量密度105w/mm2）焊接同被称为高能密度焊接。

等离子电弧的分类。三种形式都是钨极接负，工件或喷嘴接正。

非转移型电弧是在钨极与喷嘴之间形成电弧，在等离子气流压下，弧焰从喷嘴中喷出形成等离子焰，主要适合于导热性较好的材料焊接。但由于电弧能量主要通过喷嘴，因此喷嘴的使用寿命较短，能量不易过大，不太适合长时间阿德焊接，这种形式较少应用在焊接。

转移型电弧是在喷嘴与工件之间形成电弧，由于转移弧难以直接形成，先在钨极与喷嘴之间形成小的非转移弧。然后过渡到转移弧，形成转移电弧时，非转移弧同时切断。由于这种方式能将更多的能量传递给工件，因此该形式电弧普遍应用到金属材料焊接和切割中。

混合型电弧是指转移电弧和非转移电弧并存，主要用于微束等离子焊接和粉末堆焊。

2，等离子焊接优点

（1）焊接速度明显提高（可达手工TIG焊的4-5倍，工件厚度在可焊范围越大，提高越明显）。

（2）焊缝性能优良。

（3）在可焊范围内容易得到完整地规则的全焊透焊缝。

（4）满足100%射线探伤要求。

（5）可以得到与母材化学和性能相同的悍缝。

（6）电弧集中，焊缝热影响区域小，且具有较低的氧化。

（7）优良的外观的外观成形。

（8）不用开坡口，大大减少焊丝用量和焊前坡口制备。

（9）焊接过程电弧挺度好，电弧容易控制。

（10）残余应力和焊接变形小。

3，等离子技术的应用行业

由于等离子电弧独有的特点和优越性，等离子工艺被广泛的运用到金属材料的焊接中。

（1）焊管

不锈钢焊管主要有连续成型加工和板材定尺卷型焊接两种加工方式。在连续成型线上，对于Ⴗ114mm一下，壁厚2mm以下的小口径薄壁管道成型，通常采用TIG焊或微束等离子焊工艺，这种工艺方法已经非常普及。为进一步降低生产成本，有些厂家采用三把TIG焊枪同步连续焊接的工艺方法，提高了生产效率，降低了成本。但这些管道由于承压能力较低，通常用于装饰管和要求较低供水管。但对于Ⴗ114~Ⴗ325mm,壁厚2~6mm工业承压管道，则需要采用等离子或等离子加TIG双枪的焊接工艺，这种工艺方法除去可以保证较好的焊接质量外，也可获得较高的焊接效率。这些管道通常用作电厂，化工，造纸等行业的供水，工期口径管道批量需求少，一般均需要根据工程要求来定制，这种多品种少批量的加工形式，通常采用UOE定尺焊管机组的方式来完成。一般焊管长度为6m左右，焊管直径Ⴗ159~Ⴗ1220mm。此种方法较为方便的迎合了工程需求来定制，主要问题是不利于交货和库存

（2）特材化工容器

随着化工装备需求和化工类容器使用寿命的提高，对特材如钛合金，锆合金，镍基合金等的应用越来越多。而传统的手工焊接工艺已在一定程度上制约了产品的提升，很多人为的手工操作因素也会严重影响焊接质量，重复返修会恶化焊接质量甚至造成产品的报废，导致巨大的经济损失。采用等离子焊接工艺可以获得一次性连续稳定的焊接质量，前期焊接为位置的清理和准备必须达到焊接要求。对于易氧化材料的等离子焊接应加强焊接热影响区的保护，当然如果能在散热设备的工装上完成焊接是最为理想的。

（3）制药设备

出于制药生产过程GMP认证的要求，制药设备的加工要保证较好的耐腐蚀性能。对于容器筒体的加工，传统的工艺手工TIG焊，具有工件变形大，焊缝金属性能差，效率低的缺点。尽管筒体要求通过抛光处理，单手工焊接的焊缝其物理化学性能较差。将等离子焊接工艺引进制药机械设备加工中，国外已较为普及，而国内一些企业通过使用，明显体现了该工艺方法的优势。

（4）食品机械

在酒类发酵设备，乳品机械合饮料机械中，不锈钢储槽和罐体是整个生产工艺装备中重要的流体和储液设备。简体规格众多，大量工件的厚度在2~10mm，非常适合等离子焊接工艺。对于直径大于5m以上的罐体制造，一般采用倒装法，工件放置于大型地转盘上，工件旋转，焊枪置于十字操作架上，筒体纵缝采用等离子立焊工艺，环缝采用横焊等离子工艺，该工艺与传统手工工艺相比，大大节省了时间和生产成本，缩短了制造周期。

（5）军工装备

在军工装备制造中，铝合金和钛合金的应用较多，TIG焊接工艺在一定程度上满足了大量的产品焊接要求，但对于要求性能更好的焊缝，等离子焊接提现了较好的工艺价值。铝合金等离子立焊工艺已在设备制造中推广应用。

4，结论

随着国民经济的高速发展，中国的制造业也得到迅猛发展，中国制造业产品市场的竞争，已不再是局限于国内，而是来源于全球。产品质量的优劣不仅包括内部质量，还包括外在质量(如美观，包装等)，产品成品仅仅依靠廉价的劳动力成本来体现不是长久之计，而是要靠先进的装备和工艺来保证，一起达到高效，高质，环保……因而采用先进的设备和工艺，加上先进的管理理念，来进一步提升本企业在国内，国际知名度，提高市场的竞争力显得尤为重要

中国目前的制造业针对厚3~8mm材料的焊接，仍处于一个发展不平衡状态，75%的企业设备及工艺技术落后，仍采用传统的焊条电弧焊或TIG焊工艺，该工艺存在工作效率低，质量不稳定，制造成本高，焊后打磨及变形大等缺点，因而无法参与国际竞争。而25%或相当少的一部分企业采用了自动焊工艺，如自动TIG，MAG ，等离子焊接工艺，极大地控制焊接质量，特别是在国内不锈钢焊管行业，自20世纪80年代就开始使用等离子焊接工艺，针对厚3~8mm不锈钢可以不开坡口，一次焊透，少了多道工序，节约了制造成本。因而在国内相关行业嘉大推广新型高效的等离子弧焊工艺及设备，具有重要的实用价值。