等离子电弧焊接技术

等离子弧实际上就是一种压缩的电弧。把扩散角较大的电弧通过喷嘴小直径的孔道，约束了电弧的散射，加上有一定压力的离子气通过喷嘴孔道吹出，致使弧柱的截面积缩小，热能量密度增大，离子气热电离充分，弧柱的温度提高，所以弧柱的穿透性强，可以一次焊透钛或钛合金板达12mm.
等离子弧有三种不同的类型：非转移弧；转移弧；联合弧。等离子弧工作原理如图4-26所示。

非转移弧（见图4-26(a))是直流电源负极接钨极，正极接水冷喷嘴。用高频引燃钨极与喷嘴之间的电弧，靠离子气流将弧焰从喷嘴中吹出，形成等离子焰流。这类的等离子弧焊的功率不宜过大，否则烧坏喷嘴的几率较大。
转移弧（见图4-26(b))是负极接钨极，正极接喷嘴，同时又接焊件。高频先引燃钨极与喷嘴之间的电弧，当离子气将电弧吹出喷嘴并与焊件接通后，钨极与喷嘴之间的电弧熄灭，钨极与工件之间继续工作的电弧称为转移弧。
联合弧（见图4-26(c))是工作时非转移弧和转移弧同时存在，但非转移弧的电源功率小，而转移弧的电源功率大。两套电源同时存在，特点是等离子弧的稳定性强。等离子弧焊设备由焊接电源、焊轮、电路控制系统、供气系统和供水系统等部分构成。
焊接电源是陡降外特性直流电源，一般为可控硅整流器或其他形式的直流电源。转移型等离子弧采用两套电源，也可以只用一套电源，而联合型等离子弧必须有两套独立电源。焊轮主要由电极、电极夹头、喷嘴、中间绝缘体、空室、冷却水路等组成。各组成部件匹配成一体，必须保证电弧压缩性好，绝缘体、气室、水路可靠，更换电极方便，电极与喷嘴对中准确。等离子弧焊轮结构如图4-27所示。
决定等离子弧的性能和稳定性的是等离子喷嘴的结构，如图4-28所示，孔径d决定离子弧的直径和能量密度。等离子弧电流值与喷嘴孔径的参考值见表4-10. 

孔径过大，电弧压缩效果差；孔径过小，易发生双弧。喷嘴孔径长l与孔径d有一定参考比例，见表4-11. 

喷嘴孔道有单孔型和多孔型。在喷嘴外离子气流将等离子弧压缩，从而提高了弧柱的能量密度。
电极有棒状和镶嵌式两种。棒状电极是铈钨合金棒，形状与氩弧焊所用电极棒相同。为了对中准确，铈钨棒要经过外围磨光。
镶嵌式电极的结构和形状如图4-29所示，即在铜电极座上镶嵌一块铪（Hf)棒。
电路控制系统要完成一系列规定程序和动作，如调节离子气的预通时间、保护气的预通时间以及电流衰减的时间等。
供气系统有焊接气路和保护气路。焊接气路是等离子弧的工作介质，可以用氩气（Ar)、氦（He)、二氧化碳（CO2)和氢气（H2),或用两种气体的混合气；保护气路是用氩气（Ar),以防止熔池和其热影响区不受大气的污染，除对焊缝的正面进行惰性气体保护外，对焊缝背面同样也要进行保护。供水系统可以是自来水水源，也可以是独立系统的高压水。

主要用于对电极和喷嘴的冷却，同时对连接等离子焊轮的电缆线也要进行冷却，特别是对大电流通量的电缆线的电阻热需要进行水冷。在供水系统中必须装有水压保护开关，防止因疏忽残水流量不足而造成等离子焊轮被烧坏。
钛材作为结构材料，经熔化焊接加工后，多数情况下焊缝的力学性能和耐蚀性等都能满足应用条件的要求，即焊缝的存在并无太大的影响。但钛材作为某些功能材料，焊缝的存在却带来不良影响。例如，电解铜箔生产过程中的生产设备之一是阴极辊。阴极辊的外表层是一个焊接的钛套筒。整体阴极辊投入铜箔生产前，辊表层的钛筒要进行车光和抛光处理。抛光后辊子表面显现出一条光亮的焊缝，在铜箔生产中这条光亮焊缝也“复印”到铜箔上了。
随着科学技术的飞速发展，电子行业对电解铜箔的产量和质量要求越来越高。为了提高电解铜箔生产的单机产量，阴极辊制造正向大尺寸方向发展。阴极辊的直径已从Φ1500mm发展到Φ2000mm,甚至已发展到Φ2700mm.一个厚度为6~8mm、直径为Φ2700mm、高度为145mm的钛筒完全用塑性加工的方法制造已经不可能了，只能用焊接方法，只要工艺得当，完全可以制造出符合技术要求的钛筒来。
采用等离子弧焊和氩弧焊相结合的工艺则可以达到消除或近乎消除光亮焊缝的目的。
按照阴极辊时间尺寸，将钛筒卷成如图4-30的形式。在筒内开焊接坡口，坡口形状如图4-30(a)所示。当焊缝接头区被夹持在强制冷却装置上后，用适中的等离子弧焊按第一道焊道，如图4-30(b)所示。然后改用较小线能量的氩弧焊多道次焊满坡口，如图4-30(c)所示。如此焊接的目的是：达到尽量小的焊缝热影响区，尽量保留钛材的加工组织，尽量减小焊缝铸造组织范围。阴极辊钛表层抛光后显不出铸造组织，也就消除了辊面光亮带。

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