等离子焊接工艺PTA焊接技术

等离子弧焊工艺通常与气体钨极电弧焊工艺进行比较。

如果钨电极和工件之间的电弧被限制在一个横截面积内，它的温度就会升高，因为它携带相同数量的电流。

这种收缩的弧被称为等离子体，或物质的第四态。

该过程通过电离气体起作用，这是一个在高温下发生的过程。当电离气体可以导电。然后使用气体将电弧转移到被焊接的工件上。电弧的极热会将两块金属焊接或融合在一起。

选择的气体是氩气加上氦气、氩气/氢气混合物或氩气。与其他焊接工艺一样，二次气体保护焊接熔池。这减少了焊缝上形成的氧化量。

等离子炬包含一个由钨制成的电极，安装在一个由铜制成的喷嘴中。喷嘴的尖端有一个小开口。电弧在电极和喷嘴尖端之间开始。然后将电弧转移到要焊接的材料上。

小开口迫使气体通过“狭窄的开口或孔口”。这将热量集中到相对较小的区域。以这种方式引导集中热量的能力使焊工能够产生非常高质量的焊缝。

其结果是提供更高的焊接速度、更少的变形、更一致的焊接、更少的飞溅以及对焊接区域的更多控制，从而降低损坏附近任何热敏部件的风险。耗材的使用寿命也很长。

等离子弧焊接工艺视频

等离子焊接工艺操作模式

等离子焊接工艺的两种操作模式是非转移电弧和转移电弧。

• 非转移电弧模式：在非转移模式下，电流从割炬内部的电极流向包含孔口的喷嘴，然后返回电源。它用于等离子喷涂或在非金属中产生热量。

• 转移弧模式：转移弧模式下，电流从焊枪内部的钨电极通过孔口转移到工件并返回电源。

等离子体是如何产生的

等离子体是通过收缩穿过喷嘴孔的电弧而产生的。热电离气体也被迫通过这个开口。等离子体具有坚硬的柱状形状并且是平行的，因此它不会以与气体钨弧相同的方式爆发。当指向工件时，这种高温电弧将熔化母材表面和添加以形成焊缝的填充金属。以这种方式，等离子体充当极高温度的热源，形成熔融的焊接熔池。这类似于气体钨弧。然而，较高温度的等离子体使这种情况发生得更快，被称为熔入操作模式。图 10-36 显示了等离子弧焊枪头的剖视图。

当使用相同的电流时，等离子或收缩电弧的高温和高速等离子射流提供了比气体钨极电弧焊更高的热传递率。这导致更快的焊接速度和更深的焊接熔深。这种操作方法用于焊接极薄的材料。以及用于焊接多道坡口和焊缝以及角焊缝。

锁孔焊接工艺

使用等离子焊接工艺的另一种方法是钥匙孔焊接法。等离子射流穿透工件并形成孔或锁孔。表面张力迫使熔化的母材围绕小孔流动以形成焊缝。锁孔法只能用于等离子可以通过接头的接头。它用于厚度为 1/16 至 1/2 英寸（1.6 至 12.0 毫米）的贱金属。它受母材成分和焊接气体的影响。锁孔法提供全熔透单道焊接，可在所有位置手动或自动应用。

联合设计

接头设计基于金属厚度并由两种操作方法确定。

• 锁孔法：对于锁孔法，接头设计仅限于全贯穿型。首选的接头设计是方形凹槽，没有最小根部开口。对于根部通过工作，特别是在厚壁管上，使用 U 型槽设计。根面应为 1/8 英寸（3.2 毫米）以允许完全穿透锁孔。

• 熔入方法：对于焊接薄规格、0.020 英寸（0.500 毫米）至 0.100 英寸（2.500 毫米）金属的熔入操作方法，应使用方形坡口焊缝。对于厚度为 0.005 英寸（0.130 毫米）至 0.020 英寸（0.0500 毫米）的焊接箔，应使用边缘法兰接头。将法兰熔化以提供用于焊接的填充金属。

当对厚材料使用熔入操作模式时，可以使用与保护金属电弧焊和气体保护钨极电弧焊相同的一般接头细节。可用于角焊缝、法兰焊缝、各类坡口焊缝等，也可用于采用弧点焊和弧缝焊的搭接接头。图 10-38 显示了可以通过等离子弧工艺焊接的各种接头设计。

焊接电路和电流

等离子焊接工艺的焊接电路比气体钨极电弧焊更复杂。

需要一个额外的组件作为控制电路来帮助启动和停止等离子弧。使用相同的电源。

有两种气体系统，一种用于提供等离子气体，另一种用于保护气体。

等离子弧焊的焊接电路如图 10-39 所示。使用恒流（CC）类型的直流电。交流电仅用于少数应用。

使用过程的提示

钨电极必须相对于喷嘴中的孔精确居中和定位。引弧电流必须保持足够低，刚好足够高以维持稳定的引弧。在焊接箔范围内的极薄材料时，可能只需要引弧。

当填充金属用做等离子焊接工艺的一部分时，它的添加方式与气体钨极电弧焊相同。然而，随着割炬到工件的距离稍大，添加填充金属的自由度就更大。设备必须适当调整，以使保护气体和等离子气体处于正确的比例。还必须使用适当的气体。

填充金属和其他设备

填充金属通常用于等离子焊接工艺，焊接最薄金属时除外。填充金属的成分应与母材金属相匹配。填充金属棒的尺寸取决于母材厚度和焊接电流。填充金属通常手动添加到水坑中，但也可以自动添加。

保护气体

惰性气体（氩气、氦气或混合物）用于将电弧区域与大气隔离开来。氩气更常见，因为它更重并且在较低流速下提供更好地屏蔽。对于平焊和立焊，每小时 15 至 30 立方英尺（每分钟 7 至 14 升）的保护气体流量就足够了。

质量、沉积率和变量

等离子焊接工艺的质量非常高，通常高于气体钨极电弧焊，因为焊缝中几乎没有或根本没有钨夹杂物的可能性。等离子弧焊的沉积速率略高于钨极气体保护焊，如图 10-41 中的曲线所示。PTA

等离子焊接工艺的工艺变量如图 10-41 所示。等离子弧显示的大多数变量与其他弧焊工艺相似。有两个例外：等离子气流和喷嘴中的孔口直径。

主要变量在过程中发挥相当大的控制作用。次要变量通常固定在给定应用的最佳条件下。所有变量都应出现在焊接程序中。

诸如电极的角度和缩进以及电极类型等变量对于应用来说是固定的。

等离子焊接工艺对这些变量的反应与气体钨极电弧焊工艺不同。

间距或焊炬到工件的距离对等离子不太敏感，但在焊接厚度不等的零件时，焊炬角度比使用气体钨极电弧更重要。

工艺变化

焊接电流可以是脉冲的，以获得与脉冲为钨极气体保护焊提供的相同优点。高电流脉冲用于最大穿透，但不是全时允许金属凝固。这为错位工作提供了更容易控制的水坑。脉冲可以通过与气体钨极电弧焊相同的设备来完成。

填充丝的进给方法

用等离子填充焊丝的方法与气体钨极电弧焊基本相同。可以使用“热线”概念。这意味着在进入焊接熔池之前，将低压电流施加到填充焊丝上以对其进行预热。

程序等离子弧焊

程序焊接也可用于等离子焊接工艺，其方式与用于钨极气体保护焊的方式相同。使用具有编程能力的相同电源并为某些类型的工作提供优势。编程的复杂性取决于特定应用程序的需要。除了对焊接电流进行编程外，通常还需要对等离子气流进行编程。这在关闭用于连接两段管道的焊缝的根部焊道所需的锁孔时尤其重要。