等离子弧焊焊接工艺优化方案

1.接头形式

用于等离子弧焊的通用接头形式为I形对接接头、开单面V形和双面V形坡口的对接接头以及开单面U形和双面U形坡口的对接接头。除此之外，也可用角接接头和T形接头。

2.焊接参数

等离子弧焊焊接时，焊透母材的方式主要有穿透焊和熔透焊（包括微束等离子弧焊）两种。在采用穿透型等子弧焊时，焊接过程中确保小孔的稳定是获得优质焊缝的前提。

（1）喷嘴孔径 喷嘴孔径直接决定了等离子弧的压缩程度，是选择其他焊接参数的前提。在焊接生产过程中，当焊件厚度增大时，焊接电流也应增大，但一定孔径的喷嘴其许用电流是有限制的。因此，一般应按焊件厚度和所需电流值确定喷嘴孔径。

（2）焊接电流 焊接电流应根据板厚和熔透要求来选定。电流过小，不可能成小孔；电流过大，又将因小孔直径过大而使熔池金属坠落，并有可能引起双弧现象。焊接电流的选择应与离子气流量相匹配。

（3）离子气种类及流量 目前应用最广的离子气是氩气，适用于所有金属。为提高焊接生产效率和改善接头质量，针对不同金属可在氩气中加入其他气体。例如，焊接不锈钢和镍合金时，可在氩气中加入体积分数为5%～7.5%的氢气；焊接钛及钛合金时，可在氩气中加入体积分数为50%～75%的氦气。

离子气流量过小，等离子弧的穿透能力不足以产生小孔；流量过大，小孔无法封闭。喷嘴孔径确定后，离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，即离子气流量、焊接电流和焊接速度三者之间要有适当的匹配。

（4）焊接速度 焊接速度也是影响小孔效应的一个重要工艺参数。其他条件一定时，焊速增加，焊缝热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失；反之，如果焊速太低，母材过热，背面焊缝会出现下陷，甚至产生熔池泄漏等缺陷。为了获得平滑的小孔焊接焊缝，焊接电流、焊接速度和离子气流量三者之间要很好的匹配。

（5）喷嘴高度 喷嘴端面至焊件表面的距离为喷嘴高度。生产实践证明喷嘴高度应保持在3～8mm较为合适。如果喷嘴高度过大，会增加等离子弧的热损失，使熔透能力减小，保护效果变差；但若喷嘴高度太小，则不便操作，喷嘴也易被飞溅物堵塞，还容易产生双弧现象。不锈钢穿透型等离子弧焊焊接参数见表13-4。

表13-4 不锈钢穿透型等离子弧焊焊接参数

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（6）保护气成分及流量 等离子弧焊时，除向焊枪输入离子气外，还要输入保护气，以充分保护熔池不受大气污染。大电流等离子弧焊时保护气与离子气成分应相同，否则会影响等离子弧的稳定性。小电流等离子弧焊时，离子气与保护气成分可以相同，也可以不同，因为此时气体成分对等离子弧的稳定性影响不大。保护气一般采用氩气，通常在氩气中加一定量的氦气、氢气或二氧化碳等气体。保护气流量应与离子气流量有一个适当的比例。如果保护气流量过大，则会造成气流紊乱，影响等离子弧的稳定性和保护效果。穿透型等离子弧焊保护气流量一般在15～30L/min范围内。等离子弧焊所用的气体主要有：

1）氩气（Ar）。用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属（Ti、Ta、Zr等）。

2）氩气+氢气（Ar+H₂）混合气。可提高焊接电弧温度和电弧电场强度，能更有效地将电弧热量传递给焊件，在给定的焊接电流条件下，可得到较高的焊接速度。该气体有还原性，可获得更光亮的焊缝。但是，过量的氢会使焊缝容易产生气孔和裂纹，故H₂的体积分数一般应控制在7%以下。

3）氩气+氦气（Ar+He）混合气。当He的体积分数超过40%以上时，电弧的热量有明显的变化，当He的体积分数超过75%时，气体的性能基本上与纯氦相同。

4）氩气+二氧化碳气（Ar+CO₂）混合气。可提高电弧的穿透力和焊丝熔化率，其流量在10～15L/min之间，用于焊接低碳钢和低合金钢。

5）氦气（He）。纯氦气作为离子气时，由于等离子弧温度较高，会降低喷嘴的使用寿命及承载电流的能力。此外，氦气的密度比较小，在合理的离子气流量下，难以形成小孔效应，只能用于熔透法焊接铜及铜合金。

常用金属材料大电流等离子弧焊的气体见表13-5。常用金属材料小电流等离子弧焊的气体见表13-6。

表13-5 常用金属材料大电流等离子弧焊的气体

表13-6 常用金属材料小电流等离子弧焊的气体