等離子弧焊技術在承壓設備制造中的應用研究

房永順

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

等離子弧焊技術是當下一種快捷、高效、優質的焊接方式，近年來，在我國不同領域中均取得了良好的焊接效果。這一技術在保證焊接質量優良的基礎上，還能夠實現便捷、快速、節能、環保的目標，極大地節約了焊接過程中鋼材的消耗，提升了設備制造的整體效率。對于制造加工企業而言，既能夠有效節約成本，還能夠提升后續的經濟效益，具有良好的使用價值和廣闊的市場前景。

1 等離子弧焊的基本方法、機理及特點

1.1 等離子弧焊的基本方法及機理

基于焊接過程中焊縫形成的原理，可以將等離子弧焊技術劃分為三種不同的方式，分別是穿孔型、熔透型、微束型。在本文的研究中將重點介紹穿孔型等離子弧焊。

這類焊接技術的核心是將等離子形成小孔、被熔化的金屬依靠表面的預應力和張力，在閉口位置控制結構拉力，熔池能夠在液體金屬重力與表面張力互相拉扯，互相作用下保持平衡，焊炬也能夠隨之平衡而不斷向前移動。在等離子弧焊技術應用后，小孔在溫度下降的基礎上冷卻閉合，形成密閉的焊縫。等離子弧焊技術的顯著特點是能夠在焊接的過程中形成“一”字形坡口，焊接金屬的正反兩面都有較好的形成效果。在工業生產加工中具有良好的生產效率，能夠取得理想的焊接效果。但是，這一技術的使用，對于焊件的厚度要求較高。當下能夠應對的焊件厚度基本為6～10mm。

值得注意的是，隨著焊件厚度的增加，熔池體積也需要不斷增大，在焊接的過程中也需要調整焊接溫度。與此同時，等離子氣流量和焊接的電流量也需要上調，才能夠取得良好的焊接效果。上調后，作用于熔池上的電弧壓力也出現顯著增加。簡言之，一旦焊件的厚度提升，焊接過程中的各項指標都會隨之增長，焊接中消耗的電能溫度提升的速度都會明顯提升。在這種情況下，焊接的穿透力和熔池平衡出現了極大的波動，極易出現焊接溫度過高焊接穿透力過強或者是穿透力不足、焊透等不同的失誤現象，影響金屬焊接的最終效果。

1.2 等離子弧焊的特點

首先，這一焊接技術能夠保證熱量和溫度短時間內高度集中，瞬間達到17726～24726℃，利用這一溫度能夠實現短時間內有效焊接，焊接金屬的正面與反面都能夠保證光滑平整，焊接效率較高，質量穩定。

其次，等離子電弧焊接的深度穩定，焊件經過膨脹、壓縮之后，會全面貼合在一起，具有良好的焊接質量，在后續的加工與使用中效果良好。

最后，等離子弧焊技術的電弧流動較為穩定，且電弧的物理性質中電離度較高、電弧穩定，使得生產加工的整體效果未出現明顯的質量波動。

2 等離子弧焊技術在承壓設備制造中應用情況

2.1 主要焊接參數及其對焊縫成形的影響

（1）焊接電流。焊接電流的大小變化會直接影響電弧波動的穩定性以及焊接過后焊縫的成形情況。當焊接的電流過小，電弧流動不穩定，則焊接中小孔會逐漸消失，或者是在焊接結束較長一段時間后，小孔仍舊存在，出現未焊透焊縫形成不良的現象。當焊接的電流過大時，電弧的穩定性便難以保障，出現較大的波動，造成噴嘴燒壞的不良現象，甚至過高的溫度會造成焊縫燒穿的不良影響。

（2）離子氣成分及流量。焊接的離子氣一般選擇的是Ar+5%H2，能夠在不銹鋼、鎳合金的焊接中降低焊縫氧化比重。在焊接金屬鈦等純度較高的金屬時，一般選擇純氬。

如果離子氣的流量較小，造成焊接金屬的表面過于粗糙的現象，影響焊接的穿透力。如果電流過大，則會將焊接的過程變成等離子弧切割工藝，焊接的深度較大，甚至直接焊穿。

（3）焊接速度。當焊接速度較快時，金屬未能夠完全融化，且金屬內部的溫度變化較快，產生卷邊現象，亦或是金屬的溫度變化未達到相應的標準，沒有焊透。而當焊接的速度較慢時，則會造成金屬的整體溫度過高，焊接位置融化面積過大，或者直接焊穿現象。可見，在焊接過程中，需要秉承著適中的溫度，避免上述不良現象影響焊接效果。

（4）噴嘴到焊件的距離。等離子焊接的工藝噴嘴到焊件的距離并不會對最后形成的焊縫具有強烈影響。基于眾多專家的研究成果能夠看出，噴嘴到焊件的適宜距離4～7mm。距離過小，則會造成咬邊現象，也會損壞噴嘴。而距離過大，則會造成焊縫增大、焊接位置粗糙的現象。

這一部分論述的影響焊接質量的相關因素，其間的關聯性十分明顯，但是，不同的兩個因素之間的關系都不盡相同，需要技術人員在生產加工實踐中進行研究和考量，通過實踐結果選擇最佳的焊接方式，促進等離子焊接技術的發展。

2.2 縱縫的施焊

利用等離子焊接技術時，當縱向縫隙較小時，橫向間隙也會隨之縮小，且能這一焊接方式能夠有效保證其整體質量。后續的檢驗、養護、維修工作也并不困難，具有良好的實施效果。

2.3 環縫的施焊

（1）起弧。從引燃等離子弧，到形成正常熔池為一個起弧過程。由于起弧直接影響焊接能否正常進行和收弧的質量，應選擇在環縫組對質量較好（間隙小、錯邊量少）的部位起弧。起弧時，常會出現翻弧、氣孔、下凹及燒穿等情況。在等離子弧穩定穿過小孔的情況下，才能夠保證焊接結束后小孔逐漸關閉，在此期間，氣體從小孔中逐漸流出，翻弧現象也能夠避免。

（2）收弧。收弧階段指的是焊接結束后，金屬表面的溫度不斷下降，焊接產生的小孔逐漸縮小，直至電弧熄滅。在這一階段，需要注意的是起弧位置的金屬會受到溫度變化的影再次融化，才能夠有效消除氣孔。當焊接過程中的電流、離子電流出現的大小、時間能夠與焊件焊接的位置參數適宜，也能夠有效規避收弧期間小孔消失的現象。當焊接收弧階段出現明顯的凹陷，則需要適當增加焊接的金屬重量，而后適當延長焊接的時間，就能夠消除焊接金屬表面的凹陷現象。

（3）其他應注意事項。在金屬焊接前，需要檢查金屬的縫隙位置，對金屬的質量水平、縫隙大小詳細記錄，既能夠保證工程實施記錄完整，又能夠準確選擇與之相適應的焊接技術。在焊接過程中，需要重點關注焊接縫隙位置的處理，避免縫隙開裂較大。

2.4 跟罩保護及背保護

等離子弧焊技術指導下的金屬焊接背面效果十分理想，為了保障正面與反面均能夠取得良好的質量，需要使用惰性氣體作為保護罩，保護焊接金屬材料的正反兩個面，才能夠保證焊接后光滑無誤。

2.5 焊縫返修工藝

與傳統的焊條電弧焊、埋弧焊相比等離子弧焊焊接技術處理的產品質量較為理想，在焊接過程中極少出現缺陷與問題。如果在焊接后發現焊接的縫隙較大的情況，則需要對引弧處或者收弧處進行嚴密的處理。常規處理措施指的是利用旋風銼或風動砂輪進行打磨，打磨后對焊接產品進行二次熱處理，并且進行檢驗與檢修，在保證質量無誤的情況下方可投入市場。

當焊接產品無損檢驗時，可以根據傳統的焊接維修措施進行調整，與焊條電弧焊、埋弧焊縫相同的方式進行修整，利用氣刨打磨旋轉銼進行多次打磨拋光處理，具體工具的使用需要根據焊接的金屬材質、出現問題的嚴重程度進行選擇。

3 結語

根據上文的研究能夠看出，等離子弧焊技術在不銹鋼、鎳合金等金屬焊接中具有良好的效果，焊接接頭的質量具有穩定性與可靠性，在后續的生產加工以及使用過程中能夠有效發揮自身的性能，為我國工業生產加工奠定良好的基礎。與此同時，能夠看出等離子弧焊技術在現階段仍舊存有一些問題和弊端，需要相關人員進行深化研究和解決，力求能夠規避等離子弧焊技術中的風險與問題，發揮其優勢作用，成為我國生產、加工、制造業發展的重要技術保障。