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材料等离子弧焊接
索引：穿孔型等离子弧焊接最适于焊接厚度3～8mm不锈钢、厚度12mm以下钛合金、板厚2～6mm低碳或低合金结构钢和铜、黄铜、镍及镍合金对接焊缝。这一厚度范围内可不开坡口，不加填充金属，不用衬垫条件下实现单面焊双面成形。厚度大于上述范围时可采取V形坡口多层焊。
关键词: 高温合金, 铝及铝合金, 钛及钛合金, 银和铂, 等离子弧焊接
　　穿孔型等离子弧焊接最适于焊接厚度3～8mm不锈钢、厚度12mm以下钛合金、板厚
2～6mm低碳或低合金结构钢和铜、黄铜、镍及镍合金对接焊缝。这一厚度范围内可不 开坡口，不加填充金属，不用衬垫条件下实现单面焊双面成形。厚度大于上述范围时可采 用V形坡口多层焊。
　１．高温合金等离子弧焊接
　　用等离子弧焊焊接固溶强化和Al、Ti含量较低时效强化高温合金时，能够填充焊丝也能够不加焊丝，均能够取得良好质量焊缝。通常厚板采取小孔型等离子弧焊，薄板采取熔透型等离子弧焊，箔材用微束等离子弧焊。焊接电源采取陡降外特征直流正极性，高频引弧，焊枪加工和装配要求精度较高，并有很高同心度。等离子气流和焊接电流均要求能递增和衰减控制。
　　焊接时，采取氩和氩中加适量氢气作为保护气体和等离子气体，加入氢气能够使电弧功率增加，提升焊接速度。氢气加入量通常在5％左右，要求小于15％。焊接时是否采取填充焊丝依据需要确定。选择填充焊丝牌号和钨极惰性气体保护焊选择标准相同。
　　高温合金等离子弧焊工艺参数和焊接奥氏体不锈钢基础相同，应注意控制焊接热输入。镍基高温合金小孔法自动等离子弧焊工艺参数见表1-1。在焊接过程中应控制焊接速度，速度过快会产生气孔，还应注意电极和压缩喷嘴同心度。高温合金等离子弧焊接接头力学性能较高，接头强度系数通常大于90％。
　　下表列出了高温合金小孔法自动等离子弧焊接工艺参数。

等离子弧是以钨极作为电极，等离子弧为热源熔焊方法。焊接铝合金时，采取直流反接或交流。铝及铝合金交流等离子弧焊接多采取矩形波交流焊接电源，用氩气作为等离子气和保护气体。对于纯铝、防锈铝，采取等离子弧焊，焊接性良好；硬铝等离子弧焊接性尚可。
　　为了取得高质量焊缝应注意以下几点。
　　a.焊前要加强对焊件、焊丝清理，预防氢溶人产生气孔，还应加强对焊缝和焊丝保护。
　　b．交流等离子弧焊许用等离子气流量较小，流量稍大，等离子弧吹力过大，铝液态金属被向上吹起，形成凸凹不平或不连续凸峰状焊缝。为了加强钨极冷却效果，能够合适加大喷嘴孔径或选择多孔型喷嘴。
　　c．当板厚大于6mm时，要求焊前预热100--200℃。板厚较大时用氦作等离子气或保护气，可增加熔深或提升效率。
　　d．需用垫板和压板最好用导热性不好材料制造(如不锈钢)。垫板上加工出深度lmm、宽度20～40mm凹槽，以使待焊铝板坡口近处不和垫板接触，预防散热过快。
　　e. 板厚小于lOmm时，在对接坡口上海间隔150mm点固焊一点；板厚大于l0mm时，每间隔300mm点固焊一点。点固焊采取和正常焊接相同电流。
　　f. 进行多道焊时，焊完前一道焊道后应用钢丝或铜丝刷清理焊道表面至露出纯净铝表面为止。
　　表1-2列出纯铝自动交流等离子弧焊接工艺参数。表1-3列出铝合金直流等离子弧焊接工艺参数。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表1-2

等离子弧焊能量密度高、线能量大、效率高。厚度2．5～15mm钛及钛合金板材采取“小孔型”方法可一次焊透，并可有效地预防产生气孔，“熔透型”方法适于多种板厚，但一次焊透厚度较小，3mm以上通常需开坡口。
　　钛弹性模量仅相当于铁1／2，所以在应力相同条件下，钛及钛合金焊接接头将发生比较显著变形。等离子弧能量密度介于钨极氩弧和电子束之间，用等离子弧焊接钛及钛合金时，热影响区较窄，焊接变形也较易控制。现在微束等离子弧焊已经成功地应用于薄板焊接。采取3～10A焊接电流能够焊接厚度为0．08～0．6mm板材。
　　因为液态钛密度较小，表面张力较大，利用等离子弧小孔效应能够单道焊接厚度较大钛和钛合金，确保不致发生熔池坍塌，焊缝成形良好。通常单道钨极氩弧焊时工件最大厚度不超出3mm，而且因为钨极距离熔池较近，可能发生钨极熔蚀，使焊缝渗透钨夹杂物。等离子弧焊接时，不开坡口就可焊透厚度达15mm接头，不可能出现焊缝渗钨现象。
　　钛板等离子弧焊接工艺参数见表1-4。TC4钛合金等离子弧焊和TIG焊接接头力
学性能见表1-5。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表1-4

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表1-5
　　焊接航天工程中应用TC4钛合金高压气瓶研究结果表明，等离子弧焊接头强度和氩弧焊相当，强度系数均为90％，但塑性指标比氩弧焊接头高，可达成母材75％。依据30万吨合成氨成套设备生产经验，用等离子弧焊接厚度10mmTAl工业纯钛板材，生产率可比钨极氩弧焊提升5～6倍，对操作熟练程度要求也较低。
　　纯钛等离子弧焊气体保护方法和钨极氩弧焊相同，可采取氩弧焊拖罩，但伴随板厚增加、焊速提升，拖罩要加长，使处于350℃以上金属得到良好保护。后面垫板上沟槽尺寸通常宽度和深度各为2.0～3．0mm，同时后面保护气体流量也要增加。厚度15mm以上钛板焊接时，开6～8mm钝边V形或U形坡口，用“小孔型”等离子弧焊封底，然后用“熔透型”等离子弧填满坡口。用等离子弧封底能够降低焊道层数，降低填丝量和焊接角变形，提升生产率。“熔透型”多用于厚度3mm以下薄件焊接，比钨极氩弧焊轻易确保焊接质量。
银和铂全部属于贵金属，价格昂贵。银和铂可制成板材、带材、线材等常见于微电子,仪器仪表、医药等特殊产品或军工产品。
银和铂电子器件微束等离子弧接工艺关键点以下：
　 a．焊前将银和铂接头处清理洁净；
　 b．将两种金属预热到400～500℃，
　 c. 采取微束脉冲等离子弧，维弧电流为24A；
　 d．保护气体流量为6L／min，离子气流量为0．5L／min。
　　 银和铂电子器件微束等离子弧焊接工艺参数见表1-6。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1-6