微束等離子弧焊

微束等離子焊接是一種小電流(通常小於30A)熔入型焊接工藝，為了保持小電流時電弧的穩定，一般採用小孔徑壓縮噴嘴(0．6～1．2mm)及聯合型電弧。即焊接時存在兩個電弧，一個是燃燒於電極與噴嘴之間的非轉移弧，另一個為燃燒於電極與焊件之間的轉移弧，前者起着引弧和維弧作用，使轉移弧在電流小至0．5A時仍非常穩定，後者用於熔化工件。微束等離子弧是等離子弧的一種。在產生普通等離子弧的基礎上採取提高電弧穩定性措施，進一步加強電弧的壓縮作用，減小電流和氣流，縮小電弧室的尺寸。這樣，就使微小的等離子焊槍噴嘴噴射出小的等離子弧焰流，如同縫紉機針一般細小。 ^[1] 

與鎢極氬弧焊相比，微束等離子弧焊接的優點是：

a．可焊更薄的金屬，最小可焊厚度為0．01mm

b．弧長在很大的範圍內變化時，也不會斷弧，並能保持柱狀特徵，巳焊接速度快、焊縫窄、熱影響區小、焊接變形小。

獲得微束等離子弧，必須滿足以下基本條件。

①微束等離子弧發生器是產生微束等離子弧的器件，也稱為等離子槍，它是以等離子電弧室為主體組成的。產生微束等離子弧的第一要素是要有一個良好的等離子槍，要求不漏氣、不漏水、不漏電，電極對中且調整更換方便，噴嘴耐用又便於更換。電弧室由上下兩體構成，中間加以絕緣。上槍體的主要功能是：夾持鎢極並使之接人電源負極，以使鎢極尖端能產生電弧放電的陰極斑點；將電弧放電產生在鎢極區的熱量及時排出；鎢極應能始終保持對準下槍體的噴嘴孔徑中心，且應能調整極尖的高度和更換新鎢極，導人惰性壓縮氣體。這樣，上槍體應有電、氣、水三個導人孔道和一個水的出口。下槍體上安裝經常更換的噴嘴，要接電源的正極，要有進出冷卻水的散熱系統。有的微束等離子弧焊槍上設有保護氣系統，也設置在下槍體上。

②直流電源作為微束等離子弧的電源，除了普通等離子弧的直流電源、下降的伏安特性、電流可以細微調節等要求外，還有一個重要的特殊要求，即高空載電壓。一般直流電源的空載電壓是80～100V，微束等離子弧的電源空載電壓應是120～160V，有時還要高達200V。因為微束等離子弧的電流小。

等離子弧焊是指利用等離子弧高能量密度束流作為焊接熱源的熔焊方法。等離子弧焊接具有能量集中、生產率高、焊接速度快、應力變形小、電孤穩定且適宜焊接薄板和箱材等特點，特別適合於各種難熔、易氧化及熱敏感性強的金屬材料(如鎢、鉬、銅、鎳、鈦等) 的焊接。氣體由電弧加熱產生離解，在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩定性、發熱量和温度都高於一般電弧，因而具有較大的熔透力和焊接速度。形成等離子弧的氣體和它周圍的保護氣體一般用純氬。根據各種工件的材料性質，也有使用氦、氮、氬或其中兩者混合的混合氣體的。 ^[2] 

等離子弧的產生：

（1）等離子弧的概念：

自由電弧：未受到外界約束的電弧，如一般電弧焊產生的電弧。

等離子弧：受外部拘束條件的影響使孤柱受到壓縮的電弧。

自由電弧弧區內的氣體尚未完全電離，能量未高度集中，而等離子弧弧區內的氣體完全電離，能量高度集中，能量密度很大，可達10~10W/cm2，電弧温度可高達24000～50000K（一般自由狀態的鎢極氬弧焊最高温度為10000～20000K，能量密度在10W/cm2以下）能迅速熔化金屬材料，可用來焊接和切割。

（2）等離子弧的產生

在鎢極與噴嘴之間或鎢極與工件之間加一較高電壓，經高頻振盪使氣體電離形成自由電弧，該電弧受下列三個壓縮作用形成等離子弧。

①機械壓縮效應（作用）——電弧經過有一定孔徑的水冷噴嘴通道，使電弧截面受到拘束，不能自由擴展。

②熱壓縮效應——當通入一定壓力和流量的氬氣或氮氣時，冷氣流均勻地包圍着電弧，使電弧外圍受到強烈冷卻，迫使帶電粒子流（離子和電子）往弧柱中心集中，弧柱被進一步壓縮。

③電磁收縮效應——定向運動的電子、離子流就是相互平行的載流導體，在弧柱電流本身產生的磁場作用下，產生的電磁力使孤柱進一步收縮。

電弧經過以上三種壓縮效應後，能量高度集中在直徑很小的弧柱中，弧柱中的氣體被充分電離成等離子體，故稱為等離子弧。

當小直徑噴嘴，大的氣體流量和增大電流時，等離子焰自噴嘴噴出的速度很高，具有很大的衝擊力，這種等離子弧稱為“剛性弧”，主要用於切割金屬。反之，若將等離子弧調節成温度較低、衝擊力較小時，該等離子弧稱為“柔性弧”，主要用於焊接。

等離子弧焊接是指用等離子弧作為熱源進行焊接的方法稱為等離子孤焊接。

焊接時離子氣（形成離子弧）和保護氣（保護熔池和焊縫不受空氣的有害作用）均為純氬。

等離子弧焊所用電極一般為鎢極（與鎢極氬弧焊相同，國內主要採用釷鎢極和鈰鎢極，國外還採用鋯鎢極和鋯極），有時還需填充金屬（焊絲）。一般均採用直流正接法（鎢棒接負極）。故等離子弧焊接實質上是一種具有壓縮效應的鎢極氣體保護焊。

等離子弧有兩種工作方式。一種是“非轉移弧”，電弧在鎢極與噴嘴之間燃燒，主要用於等離子噴鍍或加熱非導電材料。

另一種是“轉移弧”，電弧由輔助電極高頻引弧後，電弧燃燒在鎢極與工件之間，用於焊接。形成焊縫的方式有熔透式和穿孔式兩種。前一種形式的等離子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用於0.8～3mm厚的板材焊接；後一種形式的等離子弧只熔穿板材，形成鑰匙孔形的熔池，多用於3～12mm厚的板材焊接。此外，還有小電流的微束等離子弧焊，特別適合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。

等離子弧焊接屬於高質量焊接方法。焊縫的深/寬比大，熱影響區窄，工件變形小，可焊材料種類多。特別是脈衝電流等離子弧焊和熔化極等離子弧焊的發展，更擴大了等離子弧焊的使用範圍。

等離子弧焊與TIG焊十分相似，它們的電弧都是在尖頭的鎢電極和工件之間形成的。但是，通過在焊炬中安置電極，能將等離子弧從保護氣體的氣囊中分離出來，隨後推動等離子通過孔型良好的銅噴管將電弧壓縮。通過改變孔的直徑和等離子氣流速度，可以實現三種操作方式：

1、微束等離子弧焊：30A以下的熔透型等離子弧焊

是指電流在30A以下的熔透型等離子弧焊，通常稱為微束等離子弧焊。為了保證小電流等離子弧的穩定，一般採用混合型等離子弧。主要用於超薄件的焊接。

2、熔透型等離子弧焊：15～200A

它是採用較小的焊接電流和較小的離子氣流量，等離子弧在焊接過程中只熔化焊件不產生小孔效應，焊接方法與鎢極氬弧焊很相似，焊接時可以不添加金屬，主要用於薄板（0.5～2.5mm）的焊接。

3、穿透型等離子弧焊：100～300A

又稱穿孔型焊接法，通過增加焊接電流和等離子氣流速度，可產生強有力的等離子束，利用它温度高、能量密度強、穿透力強的特點，焊接時等離子弧把焊件完全熔透並在等離子流量的作用下形成一個穿透焊件的小孔（小孔背面露出等離子弧），形成正反面都有魚鱗紋的焊縫，即所謂的“小孔效應”，焊接時一般不加填充金屬。適用於3～8mm的不鏽鋼、12mm以下的鈦合金、2～6mm低碳鋼低合金鋼以及銅、黃銅和鎳及鎳合金的焊接