淺析等離子弧技術

丁英冬

摘 要：焊接在人們平時的生產生活當中應用非常廣泛，小到兩個螺絲帽的連接，大到三峽大壩發電用的齒輪的連接，都要用到焊接。隨著社會的發展，生產力水平的不斷地提高，一些領域的焊接要求在不斷提高，如在航空領域火箭的外殼焊接，常用的焊接方法如手弧焊，氬弧焊等很難達到要求，而等離子弧焊可以很好地進行焊接，滿足這些焊件特殊的要求，現在在一些尖端領域中，等離子弧焊接技術已經應用比較廣泛，比如軍事和航空等。為了滿足實際需要，等離子弧焊接技術研究也有了明顯進步。

關鍵詞：等離子弧形成；等離子弧應用；等離子弧分類

若是沒有對焊接電弧進行外界壓縮，那么這種焊接電弧便是自由電弧，自由電弧沒有充分的進行氣體電離，能量也無法高度集中，并且弧柱隨著功率的增加而增加，所以弧柱的電流密度幾乎是常數，其溫度大約是5000℃-7700℃。若是強迫壓縮自由電弧，那么能夠得到導電截面收縮比較小，能量比較集中，弧柱氣體電離比較徹底的電弧，這便是等離子弧。

在焊接時，將等離子弧作為熱源進行焊接的方式便是等離子弧焊。電弧加熱能夠離解氣體，高速通過水冷噴嘴時，會受到壓迫，讓能量密度以及電離度更大，從而形成等離子弧。等離子弧本身的溫度、發熱量以及穩定性都比一般電弧高，焊接時焊接速度以及溶透力都比較出色。

1 等離子弧的形成

形成等離子弧需要通過電弧壓縮的辦法將鎢機縮入到噴嘴的內部，并將壓力、流量一定的離子氣通入到水冷噴嘴中去，電弧被強迫通過噴嘴孔道之后，便會形成能量和溫度都比較高的等離子弧，電弧受到以下三種壓縮作用：

（1）機械壓縮作用。電弧的弧柱被迫通過細孔道的噴嘴，使弧柱截面的壓縮變細，而不能自由擴大。

（2）熱收縮作用。電弧通過水冷的噴嘴，同時又受到外部不斷送來的高速氣流（如氮氣，氬氣）的冷卻，這樣弧柱外圍受到強烈的冷卻作用，使外圍的電離度大大減弱，電弧電流只能從弧柱中心通過，電弧弧柱近一步被壓縮。

（3）磁收縮作用。帶電粒子在弧柱內的運動，可以看成是電流在一束平行的“導線”內移動，由于這些“導線”自身磁場所產生的電磁力，使這些”導線“相互吸引，從而產生磁收縮效應。由于上述兩種效應使電弧中心的電流密度應經很高，使得磁收縮作用明顯增強，從而使電弧更進一步的受到壓縮。

電弧在以上的三種壓縮的作用之下，弧柱截面很細，溫度很高，弧柱內的氣體也得到了高度的電離，形成穩定的等離子弧。

2 等離子弧的主要類型和實際應用

（1）“非轉移弧”。等離子焰是噴嘴接正極，鎢極接負極，焊件不接電源，電弧在鎢極與噴嘴之間燃燒形成的等離子弧。焊件本身不接電源，工作過程中需要通過等離子焰進行加熱，其溫度以及加熱量都比較低。在焊接、噴涂以及較薄金屬切割時使用比較廣泛。

（2）“轉移弧”。鎢極接負極，焊件接正極，電弧由輔助電極高頻引弧后，當電極與焊接間加上一個較高的電壓之后，在轉移到電焊與焊件間，電弧燃燒在鎢極與工件之間，這個電弧就稱為轉移弧。這時電極與噴嘴的電弧就熄滅，由于高溫的陽極斑點在焊件上，工件的熱量很高，可以應用于中厚板的焊接。

3 等離子弧的焊接

等離子弧焊與TIG焊十分相似，它們的電弧都是在尖頭的鎢電極和工件之間形成的。但是，通過安置的電極，能將等離子弧從保護氣體的氣囊中分離出來，隨后推動等離子通過孔型良好的銅噴管將弧壓縮。通過改變孔的直徑和等離子氣流速度，可以實現三種操作方式：

（1）微束等離子弧焊（30A以下的熔透型等離子弧焊），主要用于超薄件的焊接；

（2）熔透型等離子弧焊（15—200A），主要用于薄板0.5—2.5mm的焊接；

（3）穿透型等離子弧焊（100—300A），適用于3—8mm的不銹鋼、2—6mm低碳鋼低合金鋼以及銅、黃銅和鎳及鎳合金的焊接。

4 等離子弧焊接特點

（1）等離子弧焊接的不但在微型等離子弧焊板材厚度方面優勢明顯，還能夠使用涉及到鎖孔技術。利用可調頻率來對低脈沖焊接電流進行使用，能夠對電弧能量進行一定的控制，還可以將現代控制系統運用進去對執行情況進行同步檢測，了解其實際執行情況；

（2）通過粉末等離子弧焊對管道以及薄板進行焊接時，具備變形小、熱輸入小以及焊接速度較快的優點；

（3）等離子弧焊接時，鎖孔技術的優點還清楚地在板厚達10mm的材料焊接方面體現。

5 等離子弧焊接技術的應用

（1）等離子弧焊接在石油工業中的應用。在機械加工中，焊接是一種非常重要的手段，在石油工業中也非常重要。由于其焊接質量比較高，在液化石油氣加工以及管道加工中，已經得到了廣泛的運用。比如焊接不銹鋼時，利用等離子弧焊接能夠單面焊接雙面成型，這樣不但能夠提高焊接的質量還能夠提高焊接效率。

（2）等離子弧焊接在再造技術中的應用。通過先進技術來修復已經失效的零件的技術便是再制造技術，通過再制造技術能夠重復利用零件。現在等離子弧焊接已經出現和發展了六十多年，在實踐和研究中技術也得到了快速的發展。

在工業生產中，等離子弧焊接實用非常廣泛，特別是在軍工、航空航天以及尖端工業技術中，作用更是非常重要。比如焊接飛機中的薄壁容器、焊接鈦合金導彈殼體等。

6 總結

等離子弧焊接技術從出現到現在已經發展了60年，最初得到重視是在航空航天工業中，并且應用范圍不斷的擴大。隨著汽車工業、石油工業和核電工業的不斷進步，質量比較高的等離子弧焊接技術也會發揮更大作用。程序化控制自動等離子弧焊接技術是等離子弧技術發展的主要方向，其在工業再制造中的應用也會愈加廣泛。

參考文獻：

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