MATLAB等离子束焊接数字化电源控制系统研制(4)

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2 等离子束焊接简介

2.1 等离子束焊接的特点

早在1965年，瑞士“西舍龙”和西德“米西尔-格里斯哈姆”公司就研究了直流正极性电弧的等离子束焊接方法，随后欧洲各国也相继开始研制并应用这种焊接方法。经过近50年的发展，微束等离子弧焊技术现已广泛应用于航空、航天、造船、艺术、医学等许多领域[19]。微束等离子弧焊具有弧柱温度高、热量集中、焊接效率高、工件变形小等优点，它的应用极为广泛[20][21]。直流正极性等离子弧焊接可以用来焊接不锈钢、耐热合金钢、普通碳素钢、钛合金、纯金纯镍紫铜等材料；交流等离子弧焊接主要用于铝及其合金、镁及其合金、铝青铜的焊接；接头形式主要有对接、端接、搭接、T形接头、卷边对接、外角对接以及点焊接头等。与气焊、钎焊、非熔化极连续和脉冲电弧焊相比，微束等离子焊加热速度快，热影响区窄，小电流电弧焊的电弧稳定性好，对电弧长度变化不敏感。在薄壁，细小材料的焊接领域，等离子束焊接的应用越来越广泛。文献综述

等离子弧焊是在钨极氢弧焊的基础上发展起来的一种新型焊接方法，它在很大程度上填补了钨极氨弧焊的不足，与传统的钨极氢弧焊相比，它具有如下一些特点:

(l)等离子弧焊时，电弧的穿透能力强，可一次熔透8 mm以下的金属材料。对接接头无需开坡口，节省了焊前坡口制备时间，提高了焊接效率。图1对比了8 mm相同厚度板材对接接头TIG焊缝和等离子弧焊缝的横剖面形状，从中可见，V形坡口对接接头至少需要7层，而直边对接的等离子弧焊只需单层焊，总的焊接效率可提高8倍以上。

（a）TIG焊焊缝 (b) 等离子弧焊焊缝

图1 相同厚度(8 mm)板材对接接头TIG焊焊缝和等离子弧焊焊缝横剖面形状对比[22]

(2)等离子弧的工作特性相当稳定，即使在相当低的焊接电流下(如0.1A)，燃烧仍十分稳定，可以焊接极薄的板材或微型零件。

(3)等离子弧焊的焊缝质量优异，热影响小，焊缝成形美观，且焊缝质量的重复性好(见图2)。

（a）焊缝表面（b）接头部位形状

图2 不锈钢等离子弧焊焊缝的成形

(4)穿孔型等离子弧焊容易实现单面焊双面成形的焊接效果，特别适用于小直径管件对接接头高质量的焊接。

(5)等离子弧焊适用的焊接工艺参数相当宽，可以满足各种不同焊件的工艺要求。在熔透型等离子弧焊中，等离子弧的稳定性基本不受弧长变化的影响，可以达到高的质量标准，焊缝外形均整美观。

(6)等离子弧焊枪中的钨极安装在喷嘴内面，钨极尖端不外露，焊接过程中，不会与焊件表面相接触而产生焊缝夹钨现象，由此延长了钨极的使用寿命。

(7)等离子弧焊的能量利用率高，节省焊接填充材料，缩短焊接周期，使其成为一种经济的焊接方法。

等离子弧焊的适用范围相当广，几乎可以焊接所有的金属材料，包括活性金属和难熔贵重金属等。缺点是电源及电气控制线路较复杂，设备费用约为钨极氢弧焊的2～5倍，工艺参数的调节匹配较复杂，喷嘴的使用寿命短[23]。

2.2 等离子束焊接的工作原理

等离子弧焊接技术（PAW）是在钨极氩弧焊（TIG）的基础上诞生的一种压缩电弧焊接工艺[24]。等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。人们通常将焊接电流在30A以下的等离子弧焊接，称为等离子束焊接。来~自^751论+文.网www.751com.cn/