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摘要:等离子弧焊是在钨极氩弧焊基础上发展起来的一种先进的焊接方法。等离子弧是一种压缩的钨极氩弧，具有能量集中、温度高、焰流速度大、刚直性好等特点。等离子弧是利用等离子枪将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度的电弧。这种电弧既可以用于焊接，又可以用于喷涂、堆焊及切割，在工业中得到了广泛应用。
关键词:焊接电流、焊接速度、等离子气及流量、小孔效应
前言
等离子弧焊接是近20多年来才迅速发展起来的一项先进技术，在焊接领域里，它在很大程度上填补了氩弧焊的不足，发展成为一种重要的高能束焊接方法之一。钨极氩弧焊使用的热源是常压状态下的自由电弧，简称自由钨弧；等离子弧焊用的热源则是将自由钨弧压缩强化之后而获得电离度更高的电弧等离子体，称为等离子弧，又称压缩电弧。两者在物理本质上没有区别，仅是存在弧柱中电离程度上的不同。
1.等离子弧焊的优点与缺点
目前广泛采用压缩电弧的方法将产生氩弧的钨极缩入到焊枪的喷嘴内部，在喷嘴中通入等离子气（通常是氩气），强制电弧从喷嘴的孔道通过。这样，电弧受到三种压缩作用，即喷嘴孔道的机械压缩、离子气冷气流的热收缩和弧柱自身电磁产生的磁收缩，于是弧柱的导电截面缩小，一直达到与其内部的膨胀力平衡为止，而电流密度增大。
1.1经压缩的等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般电弧焊和钨极氩弧焊相比，等离子电弧焊具有下列优点：
①能量集中、温度高、焰流速度大、电弧方向性强、熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透厚度8～10mm的不锈钢板。
②等离子弧焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于等离子弧的形态接近圆柱形，发散角很小，约5°左右，且挺直度好。弧长发生波动对加热斑点的面积影响很小，易获得均匀的焊缝形状。工件上受热区域小，热影响区窄，因而薄板焊接时变形小。而自由钨弧呈圆锥形，发散角约45°，对工件距离变化敏感性大。
③钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不可能与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象。电弧搅动性好，熔池温度高，有利于熔池内气体的释放。
④等离子电弧由于压缩效应及热电离度较高，电流较小时仍很稳定。配用新型的电子电源，焊接电流可以小到0.1A，这样小的电流也能达到电弧稳定燃烧，特别适合于焊接微型精密零件。
⑤可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成型。与钨极氩弧焊相比，在相同的焊缝熔深情况下，等离子弧焊接速度要快的多。
1.2等离子弧焊的缺点是：
①可焊厚度有限，一般在25mm以下；
②焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；
③焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。
2.等离子弧焊的工艺参数对焊接缺陷的影响
2.1焊接电流
焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定的。焊接电流过小，难于形成小孔效应；焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。
2.2焊接速度
焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。其他条件一定时，如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应，如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄露现象。因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。
2.3喷嘴离工件的距离
喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低；距离过小易造成喷嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。喷嘴离工件的距离一般取3～8mm。和钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。
2.4等离子气及流量
等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采用相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。小电流等离子弧焊焊接通常采用纯氩气做等离子气。这是因为氩气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。
离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。等离子气的流量越大，熔透能力越大。但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。利用熔入法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。
保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。在一定的离子气流量下，保护气体流量太大会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果。而保护气流量太小，保护效果也不好，因此，保护气体流量应与等离子流量保持适当的比例。
小孔型焊接保护气体流量一般在15～30L/min范围内。采用较小的等离子气流量焊接时，电弧的等离子流力减小，电弧的穿透能力降低，只能熔化工件，形不成小孔，焊缝成形过程与钨极氩弧焊相似。这种方法称为熔入型等离子弧焊接，适用于薄板、多层焊的盖面焊及角焊缝的焊接。
2.5引弧及收弧
板厚小于3mm时，可直接在工件上引弧和收弧。利用穿孔法等离子弧焊接厚板时，引弧及收弧处容易产生气孔、下凹等缺陷。对于平直焊缝，可采用增加引弧板及收弧板来解决这个问题。先在引弧板上形成小孔，然后再过渡到工件上去，焊接结束前将小孔闭合在收弧板上。
大厚度的环缝，不便加引弧板和收弧板时，应采取焊接电流和离子气递增和递减的办法在工件上起弧，完成引弧建立小孔并利用电流和离子气流量衰减法来收弧闭合小孔。
2.6接头形式和装配要求
工件厚度小于0.8mm薄板时，采用I形坡口，用穿孔法单面焊双面成形一次焊透。工件厚度大于0.8mm时，根据板厚不同，可开V形、U形或双V形、双U形坡口。工件厚度小于1.6mm，采用微束等离子弧焊时，接头形式有：对接、卷边对接、卷边角接、端面接头。
3.结论
等离子弧焊最常见的缺陷是气孔和咬边。气孔多出现于焊缝的根部，咬边多发生在不加填充焊丝的焊接过程，有单边咬边和双边咬边。焊前应彻底清理焊件，提高装配质量、正确选择工艺参数，及时调整电极对中和焊枪的焊接位置等，是防止产生气孔、咬边及其他缺陷的有效措施。
参考文献：
[1]陈祝年编著.焊接工程师手册.北京：机械工业出版社，2002
[2]曾乐主编.现代焊接技术手册.上海：上海科学技术出版社，1993
[3]李志远，钱乙余，张九海.先进连接方法.北京：机械工业出版社，2000