美國飛馬特等離子焊接工藝及技術(shù)特點
一．受保護的電極
鎢電極棒隱藏在焊槍噴嘴的后方，外界不純物不至于碰觸到熾熱的電極棒。多了這一層保護，鎢棒的更換時間大大延長。而氬焊時，鎢棒伸到外面，使鎢棒在存在焊件表面的油污，氧化物等污染物下，這些污染物于高溫時會侵蝕鎢棒。另外，使用高頻氬焊起弧時，高頻也會逐漸侵蝕鎢棒表面，導致不易起弧，造成經(jīng)常的停機更換鎢棒及焊接品質(zhì)不良增多的報廢品。氬焊時，根據(jù)焊件的清潔度及生產(chǎn)率，往往每個小時要更換鎢棒1－2次。而更換鎢棒所需時間又決定于焊槍在焊接夾具上拆裝的難易度。每次更換電極所需時間約五分鐘以上，耗去不少寶貴的生產(chǎn)時間。一個8小時的班，每天更換電極所消耗的總時間，可以求出失去生產(chǎn)力時間的百分比，很容易計算出經(jīng)常更換鎢棒所吃掉的成本。
二．可靠的起弧
起弧的方法是由焊槍噴嘴邊緣的引導弧引發(fā)主電弧。引導弧是由鎢棒及噴嘴間的弧維持。它是由控制箱中的高頻波發(fā)生器所產(chǎn)生的高頻波，引發(fā)一股低幅直流電令氣體離子化。一旦引導弧出來后，就不再需要高頻波了。這樣氬焊中的高頻干擾和高頻污染問題在等離子焊中就不存在了。引導弧會一直保持著，以便幫助引發(fā)由另一直流電源所產(chǎn)生的主電弧。
三．聚集的電弧
將一個噴嘴旋進焊槍本體前端，噴嘴能使電離氣以層狀流出，并使焊弧集中。焊弧集中的程度決定于下列三個因素：噴嘴孔徑，離子氣流量及鎢棒在噴嘴內(nèi)的后縮距離（電極與噴嘴間的距離）。高離子氣流量及電極退縮到極限可獲最聚集的電弧。這種電弧常用于欲獲得匙孔單道，對接，需最大滲透力，較狹窄焊縫，減少熱影響區(qū)以及降低母材的變形量。一般用于較厚的母材。減少電極的后縮距離以及離子氣的流量可獲較柔和，較不集中的電弧。這種電弧用于熔融式焊接（非匙孔焊接），容許較高的焊接速度及焊接較薄的母材。
幾乎所有以氬焊能夠焊接的金屬都可利用等離子焊接法施焊。等離子焊接法在大量而重覆性生產(chǎn)焊接時，表現(xiàn)出最大優(yōu)點。這些應用場合包括熔融式點焊，角緣焊接，疊層片焊接及圓周/直縫焊接。再者，這些應用場合均有一共通性，那就是重覆性而近乎連續(xù)的焊接工作。能提供可靠起弧及保護電極減少更換次數(shù)的引導弧，是這些應用場合得以提高生產(chǎn)力的重要因素。
四．氣體選擇
離子氣及保護氣的選擇如下：
1．等離子氣體：
氬氣 氬氣是最恰當?shù)碾x子氣體。它可用于所有的母材。它是完全的惰性，也就是說它在任何溫度壓力下不會與其它物質(zhì)產(chǎn)生化合物。它的低電離電壓確�？煽康钠鸹〖胺�(wěn)定的導弧。它提供良好的電弧穩(wěn)定性及極佳的保護罩，保護鎢棒。
氬/氫 有時加入少量的氫氣到氬氣中有點裨益。它將提高對熔池的熱輸
(95/5％) 入量。氬/氫混合氣產(chǎn)生較熱的焊弧改善滲透力及熔池的流動性。
比起純氬氣來，使用氬/氫混合氣時焊槍零件消耗較多。
2．保護氣體
氬氣 可基本用于所有的焊接母材，但氬氣可能無法滿足高電弧電壓的等離子焊接工作，因為熔池的流動性可能不夠，易引起稍微的邊緣凹陷以及表面的氧化現(xiàn)象。這時采用氬/氫、氦或氬/氦混合氣將有所改善。
氬/氫
(95/5%) 氬/氫混合氣能提高對熔池輸入的熱量。加入氫氣到氬氣中，降低了熔池的表面張力，可提高焊接速度。由于降低了熔池的表面張力，有助于熔池中氣體的溢出，所以因陷入氣體所產(chǎn)生的氣孔的危險性也降低。在高速度下焊接，也能避免邊緣凹陷，可獲較平整的焊道。除提高加熱效能外，氫氣有助焊劑的效應，在焊接不銹鋼、鎳或高鎳合金時能減少氧化物的產(chǎn)生。當焊接鎳或鎳合金時，氫氣能真正防止氣孔產(chǎn)生。一般來說，母材愈薄，可以摻入愈多的氫氣。1.6mm以下薄片金屬行自動焊接時，使用含高百分比氫的保護氣，可以提高焊接速度。
氦 以氦取代氬氣可使輸入焊接熱量提高約25％，氦氣常用于焊接鋁合金，銅合金及較厚的鈦金屬，這些散熱較快速的材料需要氦氣來克服。
氦/氬 將氦氣加到氬氣中在已知的焊接電流下可產(chǎn)生較熱的焊弧�；旌蠚�
(75/25%)中氦氣的含量必需超過40%才開時顯現(xiàn)輸入焊接熱量的差異。氬氣有穩(wěn)定電弧的傾向。含氦75％的混合氣所產(chǎn)生的結(jié)果與純氦氣十分相似。含75％氦/25％氬的混合氣經(jīng)常用于焊接厚件的鈦或銅合金。
附注：
使用氦氣或氦混合氣可能使起弧較困難。
焊接鈦或活潑金屬時可能要附加拖尾保護氣以減少焊道表面的氧
化現(xiàn)象。
五．焊接方式
等離子焊接方式有兩種，熔化式（Melt-in）及穿孔式（Keyhole）焊接。
1． 熔化式熔融焊接（Melt-in）－－
這種焊接形式是最常用的PLASMA焊接法。它具有較柔和、不集中的電弧，使用較低流量的離子氣體，較突出的鎢棒以及較小的焊接電流。電極容許最突出的位置是其尖端與噴嘴前緣齊平。這種最突出的設定位置，允許降低離子氣之流量且能維持該噴嘴的最高額定電流。其焊接結(jié)果是焊道較寬，容許提高焊接速度。
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優(yōu)點：
1） 起弧可靠。
2） 電極受到保護。
3） 焊槍相對母材的距離變化較不敏感。
4） 改善低電流時焊弧穩(wěn)定性。
5） 采用較低的電流
6） 降低熱量的輸入或變形量。
7） 容易引導焊�。ê富≥^不會漂游）。
8） 改善焊道外觀的對稱性及滲透力之控制。
標準的焊道/接合結(jié)構(gòu)：
1） 熔融式點焊。
2） 角/緣熔融焊。
3） 法蘭熔融焊。
4） 直角對接熔融焊。
5） 表面熔融焊。
6） 搭接熔融焊。 |
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所有氬焊方法能焊接的金屬均適用本法。
1．1 焊口設計及夾具－－
大部分狀況下，使用于氬焊方法的焊口設計及夾具均適合用于等離子焊接。許多應用場合利用銅或鋁協(xié)助散熱的方法，可以強化焊接結(jié)果。當進行薄片金屬焊接時，兩片金屬的邊緣必需連續(xù)接觸，而且必需同時熔融，共同形成一個熔焊池。接合邊緣間不管是焊接前或焊接中分離，將使兩片邊緣各自熔融，無法接合。將邊緣做成法蘭狀（FLANGE TYPE），可容許更大的夾具誤差。凸起的邊緣，就像預留的充填材料，用來填充接縫，確保熔融材料接觸兩端邊緣。它同時也能強化接合的邊緣，減少因焊接熱量所產(chǎn)生的變形量。焊接薄片金屬厚度在8.25mm下者，建議你采法蘭狀接緣。
1．2 充填材料的加入(外填絲)－－就如氬焊一般，填充焊絲可以從等離子熔焊池的前方加入。焊絲高度的調(diào)整在等離子焊接作業(yè)中要求并不嚴格，因為焊絲可以離開母材從等離子噴射流中加入，仍不至于對電極造成污染。然而，焊絲的送入方法，仍然重要，因為將焊絲從母材提高時，焊絲可能后縮，熔成球狀。
備注：
· 欲行外角自動焊接時，組立及夾具必需適當，以獲最佳效果。
· 大部份焊接應用場合，向下移行的立焊，可采最高的移行速度。
· 圓周或法蘭緣焊接，以平焊姿態(tài)施焊可獲最佳效果。
· 采用氣體或銅塊背護方式的焊接設計，可以改善底部焊珠形態(tài)。
· 焊接鋼材時，焊接在冷軋鋼或軟鋼上，焊縫外觀最佳。
· 電極后縮量最小時，容許采用最高移行速度。
· 標準采用的離子氣體是氬氣。有時焊接有涂層的焊材時，采用
氬/氫（95/5）混合氣可改善效果。
· 雖然氬氣無法獲得最佳的清潔效果及移行速度，但在大多數(shù)場合，可采用
來做保護氣。使用氬/氫（95/5）混合氣可改善熔焊池的流動性及干凈程度。
· 欲獲最佳效果，噴嘴/母材間距可設在1.6至2.4mm之間。
2．穿孔式熔融焊接（KEYHOLE WELDING）－－
這種形式的焊接通常以強力聚集的焊弧獲得。穿孔焊接狀態(tài)下，其滲透力是綜合離子氣及氣體的動能配合熱力的傳導而成。籍由提高離子氣流量及電極的后縮量，金屬片在熔焊池前緣處被貫穿，形成一個叫做“鑰匙孔”的孔。該孔是由等離子噴射氣流的力量排開熔融金屬而形成。當焊槍以一定的速度移行，由表面張力所支持的熔融金屬向“鑰匙孔”的后方流動形成焊珠。穿孔焊接幾乎限用于自動焊接作業(yè)。這種技巧經(jīng)常應用在厚度較厚的材料，行單焊道，需要100％滲透且不適于手工方式的穿孔焊接，因為人手無法穩(wěn)定移行速度，焊接角度或填絲速度。
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優(yōu)點
1．降低電流。
2．單焊道。
3．減少焊口準備工作。
4．焊道狹窄。
5．用肉眼即可證實100％滲透。
6．改善焊道的對稱性。
7．減少填料使用量。
缺點
1．用于平焊，水平焊及向上移行立焊等姿態(tài)。
2．對焊接參數(shù)的更改反應較靈敏。
3．限于自動焊。 |
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2．1穿孔式焊接起弧－－
材料厚度在2.4mm以下，做圓周或直縫穿孔焊接時可以采用電流，離子氣體及速度來作業(yè)。在此厚度范圍下，穿孔形成時對熔焊池的干擾不大，所以焊珠正面及背面均相當平整。但，當材料厚度超過2.3mm時，所設定的焊接參數(shù)，足夠使熔焊池在貫穿時，其底部產(chǎn)生挖掘作用，導致氣孔或表面不平整發(fā)生。所以，直線焊接時，建議采用起弧引導板（STARTING TABS），以及可程式控制離子氣及電流斜率的控制器，解決此問題。
2．2 穿孔式焊接收�。�
焊接結(jié)束時，如果突然切斷電流，則所貫穿的焊孔可能不會閉合。直線焊接時假如焊件備有收弧引導板（ENDING TABS）時不至于產(chǎn)生問題。圓周焊接時，可采用具控制離子氣及電流斜率（收尾斜率）的控制器，容許逐漸降低焊弧壓力及輸入熱量，使熔融金屬流入孔中，然后凝固。
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2．3 焊道背部氣體保護－－
如果某一個特定的穿孔焊接需要對焊道
底部做保護時，建議采用方型溝的背護
板。它提供焊道底部保護氣，同時容許
電離氣柱釋放。溝槽的尺寸約1－1.5 T
（T＝金屬厚度）寬及2－2.5 T深。溝
槽太淺會導致焊層向表面方向凹陷。
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2．4 填充材料的加入（外填絲）——
由于聚集的焊弧卓越的滲透力，得以減少填充材料的用量，減少焊道數(shù)目以及總焊弧時間。填充材料自穿孔焊池的前緣加入后，將沿穿孔流入形成一道經(jīng)補強的焊珠。這種技巧可應用于材料厚度在6.4mm以上的單道焊接，它經(jīng)常是直角對接的焊口。對根部行多焊層焊接時，由于電離氣弧熔化大量母材，熔融金屬則由表面張力支持，因此這一道不需外加填充料。
2．5 多道焊接－－
多焊道焊接時，根部焊道都以穿孔焊接方式打底，再追加一至二層非穿孔方式填料焊接。在做填充或覆蓋的焊道，必需調(diào)整離子氣之種類流量及電弧壓力才能獲得。保護氣中含氦氣對填充或覆蓋焊道有所裨益，因為它提供較廣范的熱效應及產(chǎn)生較平整的覆蓋焊層。
附一：
1．每個噴嘴所定的最大的額定電流，是以電極后縮量設定在最大的位置，以及最大的離子氣體流量求得。
2．如果電極后縮量設定在最小的位置，及在最低的離子氣流流量下，一個噴嘴可使用到最高的額定電流作業(yè)。
附二：
下列標準的應用場合，是多年來等離子焊接相當成功的例子：
電腦外殼 成型金屬箱
影印機 門/窗框
檔案柜 小電池外殼
電容器/電瓶 家電產(chǎn)品（冰箱、冰柜、洗衣機、干衣機等）
壓力容器（食品/果汁/酒等儲罐；印染缸；能源/化工業(yè)；各種管道業(yè)等）
高爾夫球頭 過濾器材
金屬直管 精密加工件
鈦和金，鎳和金，特殊鍍層金屬，等特殊金屬材料行業(yè)
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