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    2  等离子束焊接简介

    2.1  等离子束焊接的特点

    早在1965年,瑞士“西舍龙”和西德“米西尔-格里斯哈姆”公司就研究了直流正极性电弧的等离子束焊接方法,随后欧洲各国也相继开始研制并应用这种焊接方法。经过近50年的发展,微束等离子弧焊技术现已广泛应用于航空、航天、造船、艺术、医学等许多领域[19]。微束等离子弧焊具有弧柱温度高、热量集中、焊接效率高、工件变形小等优点,它的应用极为广泛[20][21]。直流正极性等离子弧焊接可以用来焊接不锈钢、耐热合金钢、普通碳素钢、钛合金、纯金纯镍紫铜等材料;交流等离子弧焊接主要用于铝及其合金、镁及其合金、铝青铜的焊接;接头形式主要有对接、端接、搭接、T形接头、卷边对接、外角对接以及点焊接头等。与气焊、钎焊、非熔化极连续和脉冲电弧焊相比,微束等离子焊加热速度快,热影响区窄,小电流电弧焊的电弧稳定性好,对电弧长度变化不敏感。在薄壁,细小材料的焊接领域,等离子束焊接的应用越来越广泛。文献综述

    等离子弧焊是在钨极氢弧焊的基础上发展起来的一种新型焊接方法,它在很大程度上填补了钨极氨弧焊的不足,与传统的钨极氢弧焊相比,它具有如下一些特点:

    (l)等离子弧焊时,电弧的穿透能力强,可一次熔透8 mm以下的金属材料。对接接头无需开坡口,节省了焊前坡口制备时间,提高了焊接效率。图1对比了8 mm相同厚度板材对接接头TIG焊缝和等离子弧焊缝的横剖面形状,从中可见,V形坡口对接接头至少需要7层,而直边对接的等离子弧焊只需单层焊,总的焊接效率可提高8倍以上。

    (a)TIG焊焊缝                   (b) 等离子弧焊焊缝

    图1  相同厚度(8 mm)板材对接接头TIG焊焊缝和等离子弧焊焊缝横剖面形状对比[22]

    (2)等离子弧的工作特性相当稳定,即使在相当低的焊接电流下(如0.1A),燃烧仍十分稳定,可以焊接极薄的板材或微型零件。

    (3)等离子弧焊的焊缝质量优异,热影响小,焊缝成形美观,且焊缝质量的重复性好(见图2)。

    (a)焊缝表面                (b)接头部位形状

    图2  不锈钢等离子弧焊焊缝的成形

    (4)穿孔型等离子弧焊容易实现单面焊双面成形的焊接效果,特别适用于小直径管件对接接头高质量的焊接。

    (5)等离子弧焊适用的焊接工艺参数相当宽,可以满足各种不同焊件的工艺要求。在熔透型等离子弧焊中,等离子弧的稳定性基本不受弧长变化的影响,可以达到高的质量标准,焊缝外形均整美观。

    (6)等离子弧焊枪中的钨极安装在喷嘴内面,钨极尖端不外露,焊接过程中,不会与焊件表面相接触而产生焊缝夹钨现象,由此延长了钨极的使用寿命。

    (7)等离子弧焊的能量利用率高,节省焊接填充材料,缩短焊接周期,使其成为一种经济的焊接方法。

    等离子弧焊的适用范围相当广,几乎可以焊接所有的金属材料,包括活性金属和难熔贵重金属等。缺点是电源及电气控制线路较复杂,设备费用约为钨极氢弧焊的2~5倍,工艺参数的调节匹配较复杂,喷嘴的使用寿命短[23]。

    2.2  等离子束焊接的工作原理

    等离子弧焊接技术(PAW)是在钨极氩弧焊(TIG)的基础上诞生的一种压缩电弧焊接工艺[24]。等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧。人们通常将焊接电流在30A以下的等离子弧焊接,称为等离子束焊接。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

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