浅析等离子弧技术

丁英冬

摘 要：焊接在人们平时的生产生活当中应用非常广泛，小到两个螺丝帽的连接，大到三峡大坝发电用的齿轮的连接，都要用到焊接。随着社会的发展，生产力水平的不断地提高，一些领域的焊接要求在不断提高，如在航空领域火箭的外壳焊接，常用的焊接方法如手弧焊，氩弧焊等很难达到要求，而等离子弧焊可以很好地进行焊接，满足这些焊件特殊的要求，现在在一些尖端领域中，等离子弧焊接技术已经应用比较广泛，比如军事和航空等。为了满足实际需要，等离子弧焊接技术研究也有了明显进步。

关键词：等离子弧形成；等离子弧应用；等离子弧分类

若是没有对焊接电弧进行外界压缩，那么这种焊接电弧便是自由电弧，自由电弧没有充分的进行气体电离，能量也无法高度集中，并且弧柱随着功率的增加而增加，所以弧柱的电流密度几乎是常数，其温度大约是5000℃-7700℃。若是强迫压缩自由电弧，那么能够得到导电截面收缩比较小，能量比较集中，弧柱气体电离比较彻底的电弧，这便是等离子弧。

在焊接时，将等离子弧作为热源进行焊接的方式便是等离子弧焊。电弧加热能够离解气体，高速通过水冷喷嘴时，会受到压迫，让能量密度以及电离度更大，从而形成等离子弧。等离子弧本身的温度、发热量以及稳定性都比一般电弧高，焊接时焊接速度以及溶透力都比较出色。

1 等离子弧的形成

形成等离子弧需要通过电弧压缩的办法将钨机缩入到喷嘴的内部，并将压力、流量一定的离子气通入到水冷喷嘴中去，电弧被强迫通过喷嘴孔道之后，便会形成能量和温度都比较高的等离子弧，电弧受到以下三种压缩作用：

（1）机械压缩作用。电弧的弧柱被迫通过细孔道的喷嘴，使弧柱截面的压缩变细，而不能自由扩大。

（2）热收缩作用。电弧通过水冷的喷嘴，同时又受到外部不断送来的高速气流（如氮气，氩气）的冷却，这样弧柱外围受到强烈的冷却作用，使外围的电离度大大减弱，电弧电流只能从弧柱中心通过，电弧弧柱近一步被压缩。

（3）磁收缩作用。带电粒子在弧柱内的运动，可以看成是电流在一束平行的“导线”内移动，由于这些“导线”自身磁场所产生的电磁力，使这些”导线“相互吸引，从而产生磁收缩效应。由于上述两种效应使电弧中心的电流密度应经很高，使得磁收缩作用明显增强，从而使电弧更进一步的受到压缩。

电弧在以上的三种压缩的作用之下，弧柱截面很细，温度很高，弧柱内的气体也得到了高度的电离，形成稳定的等离子弧。

2 等离子弧的主要类型和实际应用

（1）“非转移弧”。等离子焰是喷嘴接正极，钨极接负极，焊件不接电源，电弧在钨极与喷嘴之间燃烧形成的等离子弧。焊件本身不接电源，工作过程中需要通过等离子焰进行加热，其温度以及加热量都比较低。在焊接、喷涂以及较薄金属切割时使用比较广泛。

（2）“转移弧”。钨极接负极，焊件接正极，电弧由辅助电极高频引弧后，当电极与焊接间加上一个较高的电压之后，在转移到电焊与焊件间，电弧燃烧在钨极与工件之间，这个电弧就称为转移弧。这时电极与喷嘴的电弧就熄灭，由于高温的阳极斑点在焊件上，工件的热量很高，可以应用于中厚板的焊接。

3 等离子弧的焊接

等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过安置的电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：

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

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

（3）穿透型等离子弧焊（100—300A），适用于3—8mm的不锈钢、2—6mm低碳钢低合金钢以及铜、黄铜和镍及镍合金的焊接。

4 等离子弧焊接特点

（1）等离子弧焊接的不但在微型等离子弧焊板材厚度方面优势明显，还能够使用涉及到锁孔技术。利用可调频率来对低脉冲焊接电流进行使用，能够对电弧能量进行一定的控制，还可以将现代控制系统运用进去对执行情况进行同步检测，了解其实际执行情况；

（2）通过粉末等离子弧焊对管道以及薄板进行焊接时，具备变形小、热输入小以及焊接速度较快的优点；

（3）等离子弧焊接时，锁孔技术的优点还清楚地在板厚达10mm的材料焊接方面体现。

5 等离子弧焊接技术的应用

（1）等离子弧焊接在石油工业中的应用。在机械加工中，焊接是一种非常重要的手段，在石油工业中也非常重要。由于其焊接质量比较高，在液化石油气加工以及管道加工中，已经得到了广泛的运用。比如焊接不锈钢时，利用等离子弧焊接能够单面焊接双面成型，这样不但能够提高焊接的质量还能够提高焊接效率。

（2）等离子弧焊接在再造技术中的应用。通过先进技术来修复已经失效的零件的技术便是再制造技术，通过再制造技术能够重复利用零件。现在等离子弧焊接已经出现和发展了六十多年，在实践和研究中技术也得到了快速的发展。

在工业生产中，等离子弧焊接实用非常广泛，特别是在军工、航空航天以及尖端工业技术中，作用更是非常重要。比如焊接飞机中的薄壁容器、焊接钛合金导弹壳体等。

6 总结

等离子弧焊接技术从出现到现在已经发展了60年，最初得到重视是在航空航天工业中，并且应用范围不断的扩大。随着汽车工业、石油工业和核电工业的不断进步，质量比较高的等离子弧焊接技术也会发挥更大作用。程序化控制自动等离子弧焊接技术是等离子弧技术发展的主要方向，其在工业再制造中的应用也会愈加广泛。

参考文献：

[1]西口公之.等离子弧焊接和切割[J].航空工艺技术，1997（05）：26-29.

[2]张梦欣等离子弧焊接（三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

[3]王宗杰熔焊的方法及设备[M].北京：机械工业出版社，2007.endprint