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等离子弧焊的研究现状及发展趋势

等离子弧焊由钨极氩弧焊发展而成,是该领域内的一项重大技术创新。等离子弧焊与原始的TIG焊相比,具有优质、高效、经济等优点。近20年来,等离子弧焊技术获得了进一步的发展,并成为现代焊接结构制造业中不可缺少的精密焊接工艺方法,在压力容器、管道、航天航空、石化装置、核能装备和食品及制药机械生产中得到普遍的推广应用,可以焊接普通优质碳钢、低合金钢、不锈钢、镍基合金、铜镍合金、钛、钽、锆及其合金和铝及其合金等金属材料。 为充分发挥等离子弧焊方法的潜在优势,增强其工艺适应性,进一步扩大应用范围,已开发出各种等离子弧焊工艺方法,如微束等离子弧焊、熔透型(弱等离子)等离子弧焊、锁孔型等离子弧焊、脉冲等离子弧焊、交流变极性等离子弧焊、等离子弧钎焊和等离子弧堆焊等。可以预料,等离子弧焊必将在现代工业生产中发挥出愈来愈重要的作用。2 等离子弧焊的基本工作原理 等离子弧焊是早期对焊接电弧物理深入研究的较重要的成果之一。通过试验研究发现,在任何一种焊接电弧中,都存在温度超过3000℃的等离子区,但在自由状态的电弧中,这一区域的尺寸显得过小,且紧靠阴极,未能充分发挥其作用。TIG焊自由状态电弧的形貌成锥形,大部分能量被散失,电弧的热效率很低,从而大大降低了焊接效率。为充分利用电弧的能量,自然萌发出将电弧柱进行压缩,使其能量集中的想法,并逐步形成了等离子弧焊的设计思想。 等离子弧是一种被压缩的钨极氢弧,或者说是一种受约束的非自由电弧。一般情况下,借助于水冷喷嘴的约束作用,等离子体电弧弧柱在压缩作用下形成压缩电弧,即等离子弧。等离子弧由特殊结构的等离子体发生器产生,具有热压缩效应、机械压缩效应以及电磁压缩效应的特点。根据电极接电方式,等离子弧可以分为非转移型等离子弧和转移型等离子弧。非转移型等离子弧的电极接负极,喷嘴接正极,电极与喷嘴之间产生等离子弧,工件不接电;转移型等离子弧电极接负极,工件接正极,等离子弧在电机与工件之间产生。国内的等离子弧焊接有混合型等离子弧,即非转移型等离子弧和转移型等离子弧同时存在,电极接负极,喷嘴与工件接正极。 等离子弧焊接多使用惰性气体氢气作为工作气和保护气,利用产生的高温等离子弧做焊接热源,通过加热并熔化焊材以及母材金属,使熔化的焊材熔敷在母材上,同时熔化的焊材与母材之间发生复杂的冶金作用而形成焊接接头。一般情况下,等离子弧焊接有以下几种分类方法。根据操作方式的不同,等离子弧焊接分为手工等离子弧焊接和自动等离子弧焊接;根据焊接工艺.等离子弧焊接可分为脉冲等离子弧焊接、小孔型等离子弧焊接、微束等离子弧焊接、熔化极等离子弧焊接、热兹等离子弧焊接等;根据焊透母材的方式,等离子弧焊接可分为穿透型等离子弧焊接和熔透型等离子弧焊接。 3等离子弧焊接特点 等离子弧作为一种钨极氢弧,由于受到水冷喷嘴的压缩,在机械压缩效应、热压缩效应以及电弧自身的电磁压缩效应下,使等离子弧具有能量密度更加集中、温度更加高、焰流速度更加大,而且刚直性更好的特点。