等離子弧焊接的材料、裝配、工藝與缺陷形式

等離子弧焊接的材料、裝配、工藝與缺陷形式(圖)焊接材料母材凡氬弧焊能夠焊接的材料均可用等離子弧焊接，如碳鋼、耐熱鋼、蒙乃力＜合金、可伐合金、鈦合金、銅合金、鋁合金以及鎂合金等。除鋁、鎂及其合金外，其余材料均采用直流正接法焊接：鋁、鎂及其合金采用交流或直流反接法焊接。直流正接等離子弧單道可焊材料厚度范圍一般為0.3—6.4mm。交流變極性等離子弧單道可焊鋁合金厚度可達(dá)12.7mm(小孔法)。等離子弧焊接的冶金過程與氬弧焊相同，只是由等離子弧具有較小的弧柱直徑，焊接時(shí)母材熔化量少，所以焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄。每一種母材金屬焊接時(shí)對預(yù)熱、后熱以及氣體保護(hù)等工藝要求與氬弧焊相同。填充金屬與氬弧焊一樣，等離子弧焊工藝可以使用填充金屬。填充金屬一般制成光焊絲或者光焊條。自動(dòng)焊使用光焊絲作填充金屬，手工焊則用光焊條作填充金屬。填充金屬的主要成分與被焊母材相同。氣體等離子焊槍有兩層氣體，即從噴嘴流出的離子氣及從保護(hù)氣罩流出的保護(hù)氣。有時(shí)為了增強(qiáng)保護(hù)，還需使用保護(hù)拖罩及通氣的背面墊板以擴(kuò)大保護(hù)氣的保護(hù)范圍。對鎢極應(yīng)該是惰性的；以免鎢極燒；護(hù)氣對母材一般是惰性的，但如果類取決于被焊金屬，可供選擇的氣體有：Ar氣Ar氣用于焊接碳鋼、高強(qiáng)度鋼及活性金屬，如鈦、鉭及鋯合金。焊接這些金屬所用的氣體中，即使含有極小量的H,也可能導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔、裂紋或降低力學(xué)性能。Ar-H2混合氣焊接奧氏體不銹鋼、鎳合金及銅鎳合金時(shí)，允許使用Ar-H2混合氣體。Ar氣中填加H2氣可提高電弧溫度及電弧電場強(qiáng)度，能夠更有效地將電弧熱量傳遞給工件，在給定的電流條件下可以得到較高的焊接速度。同時(shí)，H2具有還原性，使用Ar-H2混合氣體可以獲得更光亮的焊縫外觀。但H2含量過多焊縫易出現(xiàn)氣孔及裂紋，一般?(H2)限制在7.5%以下。然而，在小孔焊接工藝中，由于氣體以充分逸出，加?(H2)范圍為5%一15%，工件越薄，允許H2的比例越大。如小孔法焊6.4mm不銹鋼時(shí)，力口?(H2)為5%；而進(jìn)行3。8mm不銹鋼管道高速焊時(shí)，允許加?(H2)達(dá)15%?！笔褂肁r-H2混合氣體作離?；旌蠚怏w作離子氣時(shí)，由于電弧溫度較高，應(yīng)降低噴嘴孔徑的額定電流。Ar-He混合氣He氣也是一種惰性氣體，當(dāng)被焊工件不允許使用Ar-H2混合氣時(shí)，可考慮使用Ar-He混合氣。在Ar-He混合氣體中，?甲(He)超過40%以上電弧熱量才能有明顯的變化°?(He)超過75%時(shí)，其性能基本與純He相同，通常在Ar氣中加入?(He)=50%?75%進(jìn)行鈦、鋁及其合金的小孔焊及在所有金屬材料上熔敷焊道。He氣采用純He作離子氣時(shí)，由于弧柱溫度較高，會降低噴嘴的熱負(fù)載，會降低噴嘴的使用壽命及承載電流的能力，另外He氣密度較小，在合理的離子氣流量下難以形成小孔。所以，純He僅用于熔透法焊接，如焊接銅。

5）Ar-C02混合氣由于保護(hù)氣體不與鎢極接觸，在小電流焊接低碳鋼及低合金鋼時(shí)，允許在保護(hù)氣中添加適性氣體，其流量在10~15L/min之內(nèi)。如在Ar中加甲（C02）為25%作保護(hù)氣焊接鐵心疊片。典型大電流焊接及小電流焊接條件下的氣體選擇分別見表1及表2。表1大電流等離子弧焊接用氣體選擇4 KIT4^IHYtl坤 撮 曲 R那乳醫(yī)拓皋StArrtr-J2ArlafrfriPi山Ar>X2AjH^^4Ar25^At,h施祁A(yù)r>13Af-AF05W+H.S%He?Sft+Af25^■-2.4Arbfc陽伸*機(jī)r2》嗎「He如1HeGJAirArS：.pi*H5*iAr>12Ar-iEto*<^_4Ar JAr?FTWM>64Ar*HiHe301 *Hr75*+ArT5c?表2小電流等離子弧焊接用氣體選擇■?vr 替 獨(dú) 倉咔<t￡館獐也tl<1iAf?-Hf?GMe1、：.1.6Ar.Wc7S^+Arm41上AtAr.MM4ArlJ4<1用AlhHCrAri4iriHJ?Mi21j6占rZ$峙Ar.4lk?Af*H--HJW-591JAiTtllz1M-l5^?刖*［冷宛WHs^S^HAiiS%Ar,Mf.Ar^ijUIJ*5%?ai.Ht1Hjl-艸4H<l.?■Ht75W+Ar33TH?75^rt^r25fl,iHf■E.UJkTS^+Arl^*.HrHrGlfir丹廉電割厘Ar.tlc^^Af25fl-Ar+Hj1Rjl$嘀』Al%He.Ar+HrH,號 鄴sin<MAr.卜1占珂“衛(wèi)去.缶ArAr- 75%+^TJ5-?fl

焊接工裝接頭形式用于等離子弧焊接的通用接頭形式為：I形坡口、單面V形和U形坡口以及雙面V形和U形坡口。這些坡口形式用于從一側(cè)或兩側(cè)進(jìn)行對接接頭的單道焊或多道焊，除對接接頭外，等離子弧焊也適合于焊接角焊縫和T形接頭，而且具有良好的熔透性。厚度大于1.6mm但小于表3所列厚度值的工件，可不開坡口，采用小孔法單面一次焊成。對于厚度較大的工件，需要開坡口對接焊時(shí)，與鎢極氬弧焊相比，可采用較大的鈍邊和較小的坡口角度第一道焊縫采用小孔法焊接，填充焊道則采用熔透法完成。圖1為兩種焊接方法所需V形坡口幾何形狀的比較。圖1等離子弧焊和鎢極氬弧焊V形坡口形狀的對比……鎢極氬弧焊——等離子弧焊焊件厚度如果在0.05?1.6mm之間，通常使用熔透法焊接。常用接頭型式如圖2所示。圖2薄板焊接接頭形式

a)I形對接接頭b)卷邊對接接頭d)卷邊角接接頭d)端接接頭

t—板厚(0.025~lmm)h—卷邊高度=(2~5)表3一次焊透的厚度(單位：mm)7一決用暹的胖HE門(單忖：⑴滬M145tftjfUSl至＜5裝配與夾緊小電流等離子弧焊對接頭的裝配要求和鎢極氬弧焊相同。引弧處坡口邊緣必須緊密接觸，間隙不應(yīng)超過金屬厚度的10%，難以保持上述公差時(shí)必須添加填充金屬。對于厚度不大于0.8mm的金屬，焊接接頭的裝配和夾緊要求如表4、圖3和圖4所示。表4厚度V0.8mm的薄板對接接頭裝配要求①背面用Ar或He保護(hù)。②板厚小于0.25mm的對接接頭推薦采用卷邊焊縫。

圖4厚度小于0.8mm的薄板對接接頭圖5厚度小于0.8mm的薄板端面接頭裝配要求a)間隙b)錯(cuò)邊c)夾緊距離圖4給出了接頭間隙和錯(cuò)邊的允許偏差、壓板間距以及墊板凹槽等的尺寸。允許偏差與板厚成比例，1形坡口對接接頭允許的最大間隙為0.2t。圖5給出了端接接頭的裝配和夾緊的允許偏差。端接接頭的允許偏差比對接接頭大得多。所以端接接頭是金屬箔片較方便的連接接頭。焊接如壁厚0.1?0.2mm的金屬薄片時(shí)，焊口附近微小的熱量波動(dòng)都可能使融化焊道分離，以致無法得到連續(xù)的焊縫。因此要求夾具在整個(gè)焊接過程中年工件緊密接觸，利用夾具對焊件的良好散熱作用穩(wěn)定焊縫成形以及降低焊接變形。如普通夾具壓緊箔件效果不好，司考慮使用氣動(dòng)琴鍵夾具或彈簧琴鍵夾具。圖6是焊接lmm以下不銹鋼對接接頭的工裝參數(shù)曲線。焊接夾具一般分為壓板和帶凹槽的墊板(圖6)。當(dāng)采用熔透法焊接時(shí)，墊板與氬弧焊時(shí)相同，開口凹槽的墊板用以支撐熔池，但采用小孔法焊接時(shí)，熔池是由表面張力支撐的，熔化的鐵水不與墊板凹槽相接觸。小孔法焊接用的典型墊板如圖7所示，凹槽通常寬13mm,深19mm,這樣的凹槽不僅能夠容納背面保護(hù)氣，還為等離子射流提供一個(gè)穿出的空間。

圖6小電流焊接不銹鋼對接接頭的工裝參數(shù)曲線虛線示例：T=板厚，0.5mmC=壓板間距，3.5mmD=墊板槽寬，2.0mmI=焊接電流，9A圖7小孔法等離子弧焊接用的典型墊板1—焊槍2—等離子射流3—工件4—背面保護(hù)氣5—墊板（3）焊槍定位與氬弧焊一樣，等離子弧可以進(jìn)行全位置焊接。由于等離子弧指向性強(qiáng)，弧柱直徑小，所以要求焊接時(shí)焊槍能夠更精確地對準(zhǔn)焊縫，即嚴(yán)格地限制焊槍噴嘴軸線沿焊縫中心線的橫向擺動(dòng)。等離子電弧對弧長不敏感，所以焊槍噴嘴至工件的距離不像氬弧焊時(shí)要求那么嚴(yán)格。焊接工藝（1）熔透法可以選擇手工及自動(dòng)兩種方式進(jìn)行熔透法焊接。1） 手工熔透法手工熔透法焊接的最佳電流范圍是0。廣50A。當(dāng)電流超過50A,使用于工氬弧焊更為經(jīng)濟(jì)。使用等離子弧焊設(shè)備的過程是先引燃維弧，開始焊接時(shí)再引燃主弧。如—段時(shí)間內(nèi)需焊接多段焊縫或多個(gè)焊點(diǎn)，在完成一段焊縫或一個(gè)焊點(diǎn)時(shí)，可以只熄滅主弧，保存維弧。這樣，在下—次焊接時(shí)，便可以方便地引燃主弧，而不像氬弧焊那樣反復(fù)地使用高頻引弧。而且，等離子弧長偏差土1mm對焊縫質(zhì)量無影響，所以手工等離子弧特別適合焊接需要反復(fù)引燃主弧，而又無法精確控制弧長的焊接工藝，如焊接絲網(wǎng)。2） 自動(dòng)熔透法自動(dòng)熔透法焊接工藝應(yīng)用廣泛，特別是焊接小型精密元件如醫(yī)療設(shè)備元件、光學(xué)儀器元件、精密儀器元件、絲材、膜盒或波紋管等。在許多焊接應(yīng)用中，熔透法等離子弧應(yīng)用微程序控制焊接參數(shù)。如控制起弧電流、電流上升、脈沖電流電流衰減及引弧電流。由于高頻引弧器僅用來引燃維弧，焊接時(shí)無需再用高頻引弧器便可以順利地在工件與電極之間建立起轉(zhuǎn)移弧。因此，等離子弧設(shè)備工作時(shí)不會損壞周圍其他的電子設(shè)備。這種特點(diǎn)使等離子弧設(shè)備可以在電子檢測設(shè)備、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)周圍使用而無需對這些設(shè)備加以隔離或防護(hù)。熔透型等離子弧焊接工藝參數(shù)參考值見表5及6。（2）小孔法小孔法只能采用自動(dòng)焊。小孔法焊接需要精確地控制起弧與-收弧、離子氣流量、焊接電流、焊接速度等工藝參數(shù)。1）起弧與收弧板厚小于3mm時(shí)，可以直接在焊件上起弧及收弧。板厚大于3mm時(shí)，對于縱縫，可以采用引弧板及引出板，將小孔起始區(qū)及收尾區(qū)排除在焊縫之外。環(huán)縫焊接時(shí)，須采用電流及離子氣量遞增的方式形成合適的小孔形成區(qū)，而采用電流及離子氣量遞減的方式獲得小孔收尾區(qū)。圖8是小孔焊時(shí)電流及離子弧氣流量斜率控制曲線。有的等離子弧設(shè)備配備了先進(jìn)的流量控制器，可以在焊接過程中精確地控制離子氣流量。表5熔透型等離子弧焊接工藝參數(shù)參考值

it*Al*HflSlitI9.5iAr*Hc75*^Mit*Al*HflSlitI9.5iAr*Hc75*^M*背枯業(yè)介奢表6微束等離子弧焊接不銹鋼的焊接工藝參數(shù)參考值?*ft?fl?A9H/anffi-B4::/numMt/L'iinn'1曜■至IfiKii/■titqflft/vtsrfi* 詵1VMa-柑戡111n.7?OJ.4UIdDIM1.5i刑里iX*＜權(quán)29.Z0l4&.4IJn如軸耗.TT*tf■0.76OJ1S.4I.Q>Ti<r?感無**1i.i1.2￡l#6.41.5手Lfi?.Cl.7?*U.7t04gjLG111孫"MfettJ.S22L20-4idTLW?填克#i注：1?保護(hù)氣：95%Ar-5%H2、流量1OL/min。2?背面保護(hù)氣：Ar，流量5L/min。離子氣：Ar。填充絲：310不銹鋼，砂1.1mm。填充絲：310不銹鋼，?1.4mm。

圖8厚板環(huán)縫小孔焊時(shí)焊接電流及離子氣流量斜率控制曲線2）離子氣流量離子氣流量增加，可使等離子流力和熔透能力增大，在其他條件不變時(shí)，為了形成小孔，必須要有足夠的離子氣流量，但是離子氣流量過大也不好，會使小孔直徑過大而不能保證焊縫成形，噴嘴孔徑確定后，離子氣流量大小視焊接電流和焊接速度而定，亦即離子氣流量、焊接電流和焊接速度這三者之間—要有適當(dāng)?shù)钠ヅ洹?）焊接電流焊接電流增加等離子弧穿透能力增加，和其他電弧焊方法一樣，焊接電流總是根據(jù)板厚或熔透要求來選定的，電流過小，不能形成小孔，電流過大，又將因小孔直徑過大而使熔池金屬墜落。此外，電流過大還可能引起雙弧現(xiàn)象。為此，在噴嘴結(jié)構(gòu)確定后，為了獲得穩(wěn)定的小孔焊接過程，焊接電流只能被限定在某一個(gè)合適的范圍內(nèi)，而且這個(gè)范圍與離子氣的流量有關(guān)。圖9a為噴嘴結(jié)構(gòu)、板厚和其他工藝參數(shù)給定時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法在8mm厚不銹鋼板上測定的小孔型焊接電流和離子氣流量的匹配關(guān)系。圖中1為普通圓柱型噴嘴，2為收斂擴(kuò)散型噴嘴，后者降低了噴嘴壓縮程度，因而擴(kuò)大了電流范圍，即在較高的電流一F也不會出現(xiàn)雙弧。由于電流上限的提高，因此采用這種噴嘴可提高工件厚度和焊接速度。n■IdTIn■IdTI表7小孔型等離子弧焊接工藝參數(shù)參考值圖9小孔型焊接工藝參數(shù)匹配4）焊接速度焊接速度也是影響小孔效應(yīng)的一個(gè)重要工藝參數(shù)。其他條件一定時(shí)，焊速增加，焊縫熱輸入減小，小孔直徑亦隨之減小，最后消失。反之，如果焊速太低，母材過熱，背面焊縫會出現(xiàn)下陷甚至熔池泄漏等缺陷。焊接速度的確定，取決于離子氣流量和焊接電流，這三個(gè)工藝參數(shù)相互匹配關(guān)系見圖9b。由圖可見，為了獲得平滑'的小孔焊接焊縫，隨著焊速的提高，必須同時(shí)提高焊接電流，如果焊接電流一定，增大離子氣流量就要增大焊速，若焊速一定時(shí)，增加離子氣流量應(yīng)相應(yīng)減小電流。5） 噴嘴距離距離過大，熔透能力降低：距離過小則造成噴嘴被飛濺物粘污。一般取3—8mm，和鎢極氬弧焊相比，噴嘴距離變化對焊接質(zhì)量的影響不太敏感。6） 保護(hù)氣體流量保護(hù)氣體流量應(yīng)與離子氣流量有一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤?，離子氣流量不大而保護(hù)氣體流．量太大時(shí)會導(dǎo)致氣流的紊亂，將影響電弧穩(wěn)定性和保護(hù)效果。小孔型焊接保護(hù)氣體流量一般在15~30L/min范圍內(nèi)。常用四類金屬（碳鋼和低合金鋼、不銹鋼、鈦合金、銅和黃銅）小孔型焊接的工藝參考值見表7。表7小孔型等離子弧焊接工藝參數(shù)參考值

iflF嘩iflF嘩n虐n\itmrniih'■?ftiJL41 ;—IM3*nr"抽卜1-■191^-&IL,[to~訓(xùn),沖魁4Mr**14>I7(4S240丄理1瞬■Hr5^ikt2iIAria*■4Qii1HMil1NUKMJ丨垣記程144?IUnfit3UQ①碳鋼和低合金焊接時(shí)噴嘴高度為1.2mm：焊接其它金屬時(shí)。為4.81^~釆用多孔噴嘴；②預(yù)熱到316~C~焊后加熱至399~C：保溫1h