等离子弧焊的电源、电极及气体选择

1.电源

等离子弧焊的电源绝大多数为陡降外特性，微束等离子弧焊应采用垂直陡降外特性电源，一般采用直流正接，为了便于起弧，要求空载电压在80V以上。镁、铝薄板焊接时可采用交流电源。

等离子弧焊的工作气体分为离子气和保护气，等离子弧电源采用纯氩或93%Ar+7%H₂的混合气体作为离子气时，电源的空载电压为65～80V；如采用纯氦或7%H₂+He的混合气体时，为了可靠地引弧，要采用较高的空载电压。

2.电极

等离子弧焊的电极材料一般采用铈钨电极或钍钨电极。为了便于引弧和提高电弧的稳定性，电源极性为直流正接（焊件接正极）时，电极的端部应磨成20°～60°的夹角，如图13-7a、b、c所示；在直流正接大电流焊接时，为保持电极端部形状，降低钨极烧损的程度，电极端部应磨成锥球形或球形，如图13-7d、e所示；在交流电源焊接时，为了稳定电弧，电极应磨成尖锥球形，如图13-7f所示。由于直流反接时，钨电极严重烧损，所以该方式现在已经很少应用。

图13-7 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 f）尖锥球形

3.电极内缩长度

等离子弧焊时，钨极一般内缩到压缩喷嘴之内，从喷嘴外表面至钨极尖端的距离被称为内缩长度L_r。钨极内缩长度L_r对于等离子弧的压缩和稳定性有很大的影响，为了保证电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心，而且钨极的内缩长度L_r要合适。一般选取L_r=L₀±0.2mm（L₀为喷嘴孔道长度）。钨极内缩长度L_r增大，则压缩程度提高，但若L_r过大，则容易产生双弧现象。电极内缩长度如图13-8所示。

图13-8 电极内缩长度示意图

4.电极与喷嘴的同轴度

电极与喷嘴的同轴度对等离子弧的稳定性、焊缝成形有着重要的影响。电极的偏心会造成等离子弧偏斜，使焊缝成形不良，且容易形成双弧。电极的同轴度可根据电极与喷嘴间的高频火花分布情况进行监测，焊接时一般要求高频火花布满圆周的75%～81%以上。电极的同轴度与高频火花的分布如图13-9所示。

图13-9 电极的同轴度与高频火花的分布(www.xing528.com)

5.喷嘴

喷嘴是等离子弧焊枪的关键零件，喷嘴的结构类型和尺寸对等离子弧的性能起决定性的作用，其主要尺寸是喷嘴孔径d、孔道长度l₀和压缩角α。

（1）喷嘴结构 目前在实际工作中应用最广泛的喷嘴基本结构，如图13-10所示。其中，图13-10b所示为圆柱三孔型，三孔型喷嘴除了中心主孔外，其左右两侧各有一个小孔，相互对称，从这两个小孔喷出的等离子气流，可将等离子弧产生的圆形温度场改变为椭圆形。当椭圆形温度场的长轴平行于焊接方向时，可以提高焊接速度（比单孔型喷嘴提高焊接速度30%～50%）和减小焊缝热影响区宽度。

图13-10 等离子弧焊常用的压缩喷嘴结构类型

a）圆柱单孔型 b）圆柱三孔型 c）收敛扩散单孔型 d）收敛扩散三孔型 e）有压缩段的收敛扩散三孔型 d—喷嘴孔径 l₀—喷嘴孔道长度 α—压缩角

（2）喷嘴孔径d 喷嘴孔径将决定等离子弧的直径和能量密度，孔径越大，其电弧压缩作用越小；若孔径过大，将失去压缩作用。孔径过小，其电弧压缩作用越大；若孔径过小，等离子弧的稳定性下降，甚至导致引起双弧现象，烧坏喷嘴。d的大小通常应根据电流的大小、等离子气体种类及流量来选择。等离子弧电流与喷嘴孔径的关系见表13-2。

表13-2 等离子弧电流与喷嘴孔径的关系

（3）喷嘴孔道长度L₀ 在一定的压缩孔径下，L₀越长，对等离子弧的压缩作用越强，但L₀太大时，等离子弧不稳定，通常以L₀/d值表示喷嘴孔道的压缩特征，称为孔道比。当孔道比超过一定值时，会产生双弧现象。常用喷嘴孔道比见表13-3。

表13-3 常用喷嘴孔道比

（4）压缩角α 压缩角对等离子弧的压缩作用影响不大，一般情况下在30°～180°范围内均可，但最好与电极端部形状进行配合，保证将阳极斑点稳定在电极的顶端。焊接时，通常取α=60°～90°，应用较多的是60°。

（5）喷嘴材料及冷却方式 喷嘴材料一般为纯铜。对于大功率喷嘴必须采用直接水冷方式，为提高冷却效果，喷嘴壁厚应不大于2～2.5mm。