一、等離子弧產(chǎn)生及類型

1.等離子弧產(chǎn)生

等離子弧焊是利用高溫的等離子弧來(lái)焊接用氣焊和普通電弧焊所難以焊接的難熔金屬的一種熔焊方法。

等離子弧的發(fā)生裝置如圖11-1所示。在鎢極（-極）和焊件（+極）之間加上一個(gè)較高的電壓，經(jīng)過(guò)高頻振蕩器的激發(fā)，使氣體電離形成電弧。此電弧在通過(guò)具有特殊孔型的噴嘴時(shí)，經(jīng)過(guò)機(jī)械壓縮、熱收縮和磁收縮效應(yīng)，弧柱被壓縮到很細(xì)的范圍內(nèi)。這時(shí)的電弧能量高度集中，其能量密度可達(dá)10°～10°W/cm2，溫度也達(dá)到極高程度，其弧柱中心溫度可達(dá)16000～33000℃;弧柱內(nèi)的氣體得到了高度的電離，因此，等離子弧不僅被廣泛用于焊接、噴涂、堆焊，而且可用于金屬和非金屬切割。

2.等離子弧類型

按電源連接方式，等離子弧可獲得三種類型。

（1）非轉(zhuǎn)移型弧。鎢極接電源負(fù)極，噴嘴接電源正極，等離子弧體產(chǎn)生于鎢極和噴嘴內(nèi)表面之間（見(jiàn)圖11-2a），工件本身不通電、而是被間接加熱熔化，其熱量的有效利用率不高，故不宜用于較厚材料的焊接和切割。

（2）轉(zhuǎn)移型弧。鎢極接電源負(fù)極，焊件接電源正極，首先在鎢極和噴嘴之間引燃小電弧后，隨即接通鎢極與焊件之間的電路，再切斷噴嘴與鎢極之間的電路，同時(shí)鎢極與噴嘴間的電弧熄滅，電弧轉(zhuǎn)移到鎢極與焊件間直接燃燒，這類電弧稱為轉(zhuǎn)移型弧（見(jiàn)圖11-2b）。這種等離子弧可以直接加熱工件，提高了熱量有效利用率，故可用于中等厚度以上工件的焊接與切割。

（3）聯(lián)合型弧。轉(zhuǎn)移型弧和非轉(zhuǎn)移型弧同時(shí)存在的等離子弧稱為聯(lián)合型弧（見(jiàn)圖11-2c）。聯(lián)合型弧的兩個(gè)電弧分別由兩個(gè)電源供電主電源加在鎢極和焊件間產(chǎn)生等離子弧，是主要焊接熱源。另一個(gè)電源加在鎢極和噴嘴間產(chǎn)生小電弧，稱為維持電弧。聯(lián)合弧主要用于微弧等離子焊接和粉末材料的噴焊。

二、等離子弧焊原理、類型及適用范圍

1.等離子弧焊原理

等離子弧焊接是指借助水冷噴嘴對(duì)電弧的約束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。它是利用特殊構(gòu)造的等離子弧焊槍所產(chǎn)生的高達(dá)幾萬(wàn)攝氏度的高溫等離子弧，有效地熔化焊件而實(shí)現(xiàn)焊接的過(guò)程（見(jiàn)圖11-3）。

2.等離子弧焊類型

等離子弧焊接有三種類型∶小孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊、微束型等離子弧焊。

（1）小孔型等離子弧焊。利用等離子弧能量密度大、電弧挺度好的特點(diǎn)，將焊件的焊接處完全熔透，并產(chǎn)生一個(gè)貫穿焊件的小孔。在表面張力的作用下，熔化金屬不會(huì)從小孔中滴落下去（小孔效應(yīng)）。隨著焊槍的前移，小孔在電弧后鎖閉，形成完全熔透的焊縫。

小孔型等離子弧焊采用的焊接電流范圍在100～300A，適宜于焊接2~8mm厚度的合金鋼板材，可以不開(kāi)坡口和背面不用襯墊進(jìn)行單面焊雙面成形。

（2）熔透型等離子弧焊。當(dāng)?shù)入x子氣流量較小、弧柱壓縮程度較弱時(shí)，等離子弧在焊接過(guò)程中只熔透焊件，但不產(chǎn)生小孔效應(yīng)的熔焊過(guò)程稱為熔透型等離子弧焊，主要用于薄板單面焊雙面成形及厚板的多層焊。

（3）微束型等離子弧焊。采用30A以下的焊接電流進(jìn)行的熔透型等離子弧焊，稱為微束型等離子弧焊。當(dāng)焊接電流小于10A時(shí)，電弧不穩(wěn)定，所以往往采用聯(lián)合型弧的形式，即使焊接電流小到0.05~10A 時(shí)，電弧仍有較好的穩(wěn)定性。一般用來(lái)焊接細(xì)絲和箔材。

3.等離子弧焊適用范圍

等離子弧焊主要用于不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金，以及鎢、鉬等難熔和特種金屬材料的焊接。

等離子弧焊還可以利用特殊構(gòu)造的焊槍，產(chǎn)生等離子弧對(duì)焊件表面進(jìn)行堆焊、噴焊和噴涂等。

三、等離子弧焊安全特點(diǎn)

等離子弧溫度高達(dá)幾萬(wàn)攝氏度以上，由于高溫和強(qiáng)烈的弧光輻射作用而產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物等有毒氣體和金屬粉塵的濃度，均比氬致焊高得多。波長(zhǎng)2600~2900A的紫外線輻射相對(duì)強(qiáng)度，氬弧焊為1.0，等離子弧焊為2.2。有毒氣體和紫外線輻射是主要有害因素。

等離子弧焰流的速度很高，當(dāng)它以10000m/min 的流速?gòu)膰娮旄咚賴娚涑鰜?lái)時(shí)，則產(chǎn)生噪聲。此外，等離子弧焊在操作過(guò)程中，還有高頻電磁場(chǎng)、熱輻射、放射性及電擊等有害因素。