等离子弧焊设备及其使用注意事项

根据操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊和自动焊两种。一个完整的手工等离子弧焊设备包括焊枪、控制装置、电源、离子气及保护气供气装置、焊枪冷却循环水装置及辅助部件，如开关、气体流量计及电流遥控盒等。手工焊设备输出正极性电流范围是0.1～225A。大电流等离子弧焊工艺必须采用自动焊设备。

（一）引弧装置

等离子弧不能采用普通钨极电弧焊的引弧方法，必须配有引弧装置。焊接电流大于30A以上的等离子弧焊采用转移型电弧时，还需配有修复电源。

（二）焊接电源

等离子弧焊通常都采用直流电源。焊接铝、镁及其合金时，采用交流电源，主要是利用阴极清理（破碎）作用。脉冲直流电源其最高脉冲电流值就是峰值电流，输出电流在脉冲电流与基值电流之间变换，脉冲电流期间母材熔化，基值电流期间熔化金属凝固成焊缝，脉冲焊接法可降低焊接热输入，控制焊缝成形，减少热影响区宽度和焊接变形。为了更好地控制焊接参数，等离子弧焊脉冲电源的脉冲频率和脉宽比都是可以调节的。

凡具有下降或垂直下降外特性的电源都可供等离子弧焊使用。空载电压视所用的等离子气而定，若用纯Ar或Ar+H₂[φ（H₂）＜7%]混合气体作为等离子气时，最好在80V左右或再稍高些，可达120V；若用纯He或其他混合气体，为了可靠地引弧，则空载电压还需更高一些。

（三）等离子焊枪

焊接时产生等离子弧并用以进行焊接的工具称等离子弧焊枪。等离子弧焊枪结构比TIG焊枪更为复杂，图7-125是大电流（300A）等离子弧焊用的焊枪典型结构。等离子弧焊枪的结构大体上是由上枪体、下枪体和喷嘴几个主要部分组成。压缩喷嘴是等离子弧焊枪的关键部件，其结构类型和尺寸对等离子弧性能起决定性作用。喷嘴孔径及孔道长度是压缩喷嘴的两个主要尺寸，等离子弧焊钨极、喷嘴及焊件的相对位置如图7-126所示。

图7-125 手工等离子弧焊枪结构示意图

1—绝缘帽 2—离子气进口 3—冷却水出口 4—非转移弧和转移弧导线（接电源负端） 5—非转移弧导线（接电源正端） 6—冷却水出口 7—保护气进口 8—钨极 9—保护气罩 10—压缩喷嘴

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图7-126 等离子弧焊钨极、喷嘴及焊件的相对位置

1—钨极 2—压缩喷嘴 3—保护气罩 4—焊件

d_n—喷嘴孔径 l₀—喷嘴孔道长度 l_r—钨极内缩长度 l_w—喷嘴到焊件距离 α—压缩角

1.喷嘴孔径 孔径大小将决定等离子弧的直径和能量密度，应根据电流和离子气流量来决定。对于给定的电流和离子气流量，孔径越大压缩作用越小，如孔径过大，就无压缩效果了。但孔径也不能过小。孔径过小则会引起双弧，破坏等离子弧的稳定性。

2.喷嘴孔道长度 孔径确定后，孔道长度增大则对等离子弧的压缩作用增大。常以孔道长度/喷嘴孔径表示喷嘴孔道压缩特征，称孔道比。孔道比超过一定值会导致双弧的产生。

（四）电极

等离子弧焊所采用的电极材料与钨极氩弧焊相同。目前国内主要采用钍钨及铈钨电极，国外还采用锆钨电极。由于等离子弧焊对钨电极的冷却及保护效果均优于氩弧焊枪，所以钨极烧损程度较氩弧焊时小。

为了便于引弧和提高电弧稳定，直流正接焊接工艺中，电极端部要磨成20°～60°的夹角。焊接电流大，钨极直径大的常磨成圆台形、圆台尖锥形、锥球形、球形等以减缓钨极的烧损，如图7-127所示。在交流焊接工艺中，常将钨极磨成尖锥形后，再烧一个圆球。

图7-127 电极端部形状

a）尖锥形 b）圆台形 c）圆台尖锥形 d）锥球形 e）球形