等离子弧焊设备.docx

第七章 等离子弧焊设备
7.1等离子弧焊的特点及应用
7.1.1 等离子弧的类型
等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密度及温度。等离子弧的压缩是依靠水冷铜喷嘴的拘束作用实现的，等离子弧通过水冷铜喷嘴时受到下列三种压缩作用：
1) 机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制了弧柱截面积的自由扩大，这种拘束作用就是机械压缩；
2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩；
3) 电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧又受到进一步的压缩，这就是电磁压缩；
根据电源的连接方式，等离子弧分为非转移型电弧、转移型电弧及联合型电弧三种。非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上，见图3.7.1 a；依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中，见图3.7.1 b。这种电弧用于焊接较厚的金属。转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧，见图3.7.1 c。

图3.7.1 等离子弧的类型
(a) 非转移弧 (b) 转移弧 (c) 联合弧
1-钨极 2-喷嘴 3-转移弧 4-非转移弧 5-工件 6-冷却水 7-弧焰 8-离子气
7.1.2 等离子弧焊的特点
由于等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点：
1) 熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透8~10mm厚的不锈钢板；
2) 焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近圆柱形，且挺直度好，弧长变化时对加热斑点的面积影响很小，易获得均匀的焊缝形状；
3) 钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不可能与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象；
4) 等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接微型精密零件；
5) 可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。
等离子弧焊的缺点是：
1) 可焊厚度有限，一般在25mm以下；
2) 焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；
3) 焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。
7.1.3 等离子弧焊的应用
可用钨极氩弧焊焊接的金属，比如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜、蒙耐尔合金等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。
7.2等离子弧焊设备的组成及分类
7.2.1 等离子弧焊设备的组成
等离子弧焊接设备由焊接电源、等离子弧发生器（焊枪）、控制电路、供气回路及供水回路等组成。自动等离子弧焊接设备还包括焊接小车或其它自动工装。图3.7.2为典型手工等离子弧焊接设备的组成图。
7.2.1.1 弧焊电源
等离子弧焊接设备一般采用具有垂直外特性或陡降外特性的电源，以防止焊接电流因弧长的变化而变化，获得均匀稳定的熔深及焊缝外形尺寸。一般不采用交流电源，只采用直流电源，并采用正极性接法。与钨极氩弧焊相比，等离子焊所需的电源空载电压较高。

图3.7.2 典型等离子弧焊接设备的组成图
1-焊接电源 2-高频振荡器 3-离子气 4-冷却水 5-保护气 6-保护气罩
7-钨极8-等离子弧 9-工件 10-喷嘴 KM1、KM2-接触器触头

采用氩气作等离子气时，电源空载电压应为60~85V；当采用Ar+H2或氩与其它双原子的混合气体作等离子气时，电源的空载电压应为110~120V。采用联合型电弧焊接时，由于转移弧与非转移弧同时存在，因此，需要两套独立的电源供电。利用转移型电弧焊接时，可以采用一套电源，也可以采用两套电源。
一般采用高频震荡器引弧，当使用混合气体作等离子气时，应先利用纯氩引弧，然后再将等离子气转变为混合气体，这样可降低对电源的空载电压要求。
7.2.1.2 控制系统
控制系统的作用是控制焊接设备的各个部分按照预定的程序进入、退出工作状态。整个设备的控制电路通常由高频发生器控制电路、送丝电机拖动电路、焊接小车或专用工装控制电路以及程控电路等组成。程控电路控制等离子气预通时间、等离子气流递增时间、保护气预通时间、高频引弧及电弧转移、焊件预热时间、电流衰减熄弧、延迟停气等。
7.2.1.3 供气系统
等离子弧焊接设备的气路系统较复杂。由等离子气路、正面保护气路及反面保护气路等组成，而等离子气路还必须能够进行衰减控制。为此，等离子气路一般采用两路供给，其中一路可经气阀放空，以实现等离子气的衰减控制。采用氩气与氢气的混合气体作等离子气时，气路中最好设有专门的引弧气路，以降低对电源空载电压的要求。图3.7.3为采用混合气体作等离子气时等离子弧焊接的气路系统图。引弧时，打开气阀DF2，向等离子弧发生器中通以纯氩气，电弧引燃后，再打开电磁气阀DF1，使氢气也进入贮气筒中，此时等离子气为Ar+H2，通过针阀6及电磁气阀DF6可实现等离子气衰减。当焊接终了时，DF6打开，等离子气路中的气体经过针阀6及DF6部分向大气中排放，通过调节针阀b可调节衰减速度。

图3.7.3 采用混合气体作等离子气时等离子弧焊接的气路系统图
1-气瓶 2-减压阀 3-气体汇流筒 4-调节阀 5-贮气筒 6-针阀 7-流量计 DF1~DF6-气阀
等离子气及保护气体通常根据被焊金属来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采用相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。表3.7.1列出了大电流等离子弧焊焊接各种金属时所采用的典型气体。小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。这是因为氩气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。表3.7.2列出了小电流等离子弧焊常用保护气体。
表3.7.1大电流等离子弧焊常用等离子气及保护气体
金属
厚度/mm
焊接技术
穿孔法
熔透法
碳钢
（铝镇静钢）
<3.2
Ar
Ar
>3.2
Ar
25%Ar+75%He
低合金钢
<3.2
Ar
Ar
>3.2
Ar
25%Ar+75%He
不锈钢
<3.2
Ar或92.5%Ar+7.5%H2
Ar
>3.2
Ar或95%Ar+5%H2
25%Ar+75%He
铜
<2.4
Ar
He或25%Ar+75%He
>2.4
不推荐1）
He
镍合金
<3.2
Ar或92.5%Ar+7.5%H2
Ar
>3.2
Ar或95%Ar+5%H2
25%Ar+75%He
活性金属
<6.4
Ar
Ar
>6.4
Ar+（50%~70%）He
25%Ar+75%He
1）由于底部焊道成形不良，这种技术只能用于铜锌合金
7.2.1.4 水路系统
由于等离子弧的温度在10000°C以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧的压缩作用，必须对电极及喷嘴进行有效的水冷却。冷却水的流量不得小于3 L×min-1，水压不小于0.15~0.2MPa。水路中应设有水压开关，在水压达不到要求时，切断供电回路。
7.2.1.5 焊枪
等离子弧焊枪是等离子弧发生器，对等离子弧的性能及焊接过程的稳定性起着决定性作用。主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。
1) 喷嘴
等离子弧焊设备的典型喷嘴结构如图3.7.4所示。根据喷嘴孔道的数量，等离子焊喷嘴可分为单孔型（图3.7.4a、c）和三孔型（图3.7.4b、d、e）两种。根据孔道的形状，喷嘴可分为圆柱型（图3.7.4a、b）及收敛扩散型（图3.7.4c、d、e）等两种。大部分焊枪采用圆柱形压缩孔道，而收敛扩散型压缩孔道有利于电弧的稳定。三孔型喷嘴出来中心主孔外，主孔左右还有两个小孔。从这两个小孔中喷出的等离子气对等离子弧有一附加压缩作用，使等离子弧的截面变为椭圆形。当椭圆的长轴平行于焊接方向时，可显著提高焊接速度，减小焊接热影响区的宽度。
最重要的喷嘴形状参数为压缩孔径及压缩孔道长度。
(1) 喷嘴孔径d d决定了等离子弧的直径及能量密度，应根据焊接电流大小及等离子气种类及流量来选择。直径越小，对电弧的压缩作用越大，但太小时，等离子弧的稳定性下降，甚至导致双弧现象，烧坏喷嘴。表3.7.3列出了各种直径的喷嘴所许用的电流。
(2) 喷嘴孔道长度l0 在一定的压缩孔径下，l越长，对等离子弧的压缩作用越强，但l0太大时，等离子弧不稳定。通常要求孔道比l/d在一定的范围之内，如表3.7.4所示。
(3) 锥角a 对等离子弧的压缩角影响不大，30°~180°范围内均可，但最好与电极的端部形状配合，保证将阳极斑点稳定在电极的顶端。
表3.7.2小电流等离子弧焊时常采用的保护气体（等离子气为氩气）
金属
厚度/mm
焊接工艺
穿孔法
熔透法
铝
<1.6
不推荐
Ar或He
>1.6
He
He
碳钢
（铝镇静钢）
<1.6
不推荐
Ar或75%Ar+25%He
>1.6
Ar或25%Ar+75%He
Ar或25%Ar+75%He
低合金钢
<1.6
不推荐
Ar，He或Ar+（1%~5%）H2
>1.6
25%Ar+75%He
或Ar+（1%~5%）H2
Ar，He或Ar+（1%~5%）H2
不锈钢
所有厚度
Ar，25%Ar+75%He
或Ar+（1%~5%）H2
Ar，He或Ar+（1%~5%）H2
铜
<1.6
不推荐
75%Ar+25%He
或 He或75% H2 +25% Ar
>1.6
He或25%Ar+75%He
He
镍合金
所有厚度
Ar，25%Ar+75%He
或Ar+（1%~5%）H2
Ar，He或Ar+（1%~5%）H2
活性金属
<1.6
Ar，He或25%Ar+75%He
Ar
>1.6
Ar，He或25%Ar+75%He
Ar或25%Ar+75%He
2) 电极
等离子弧焊接一般采用钍钨极或铈钨极，有时也采用锆钨极或锆电极。钨极一般需要进行水冷，小电流时采用间接水冷方式，钨极为棒状电极；大电流时，采用直接水冷，钨极为镶嵌式结构。
棒状电极端头一般磨成尖锥形或尖锥平台形，电流较大时还可磨成球形，以减少烧损。表3.7.5给出了棒状电极的许用电流。镶嵌式电极的端部一般磨成平面形。为了保证电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心，而且钨极的内缩长度lg要合适（lg=l0±0.2mm）。
7.2.2 等离子弧焊设备的分类
根据操作方式，等离子弧焊设备可分为手工及自动两种。根据所适用的焊接工艺可分为强流式（大电流）等离子弧焊机、微束等离子弧焊机、熔化极等离子弧焊机及脉冲等离子焊机等几种。

图3.7.4 等离子弧焊接喷嘴的形状
(a) 圆柱单孔型 (b) 圆柱三孔型 (c) 收敛扩散单孔型
(d) 收敛扩散三孔型 (e) 带压缩段的收敛扩散三孔型
表3.7.3 各种直径的喷嘴所许用的电流
直径/mm
0.6
0.8
1.2
1.4
2.0
2.5
2.8
3.0
3.2
3.5
许用电流/A
£5
1~25
20~60
30~70
40~100
~140
~180
~210
~240
~300
表3.7.4 喷嘴的孔道比及压缩角
喷嘴孔径d/mm
孔径比l/d
压缩角a
等离子弧类型
0.6~1.2
2.0~6.0
25~45
联合型电弧
1.6~3.5
1.0~1.2
60~90
转移型电弧
表3.7.5 不同直径棒状电极的许用电流
电极直径/mm
电流范围/A
电极直径/mm
电流范围/A
0.25
<15
2.4
150~250
0.50
5~20
3.2
250~400
1.0
15~80
4.0
400~500
1.6
70~150
5.0~9.0
500~1000
7.3 强流（大电流）等离子弧焊机
7.3.1 强流等离子焊的工艺特点
强流等离子焊机通常采用穿孔法焊接工艺进行焊接。通过选择较大的焊接电流及等离子流，焊接工件被完全熔透并在等离子流力的作用下形成一个贯穿工件的小孔，熔化金属被排挤在小孔周围。随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方移动并结晶成焊缝，而小孔随着等离子弧向前移动。这种小孔焊接工艺是特别适用于单面焊双面成形；焊接1~8mm厚的不锈钢、1~7mm厚的碳钢以及1~10mm厚的钛合金时，可不开坡口、不加垫板、不加填充金属，一次实现双面成形。
强流等离子焊机也可采用熔入法焊接工艺进行焊接，这种焊接工艺与TIG焊相似。
7.3.2 强流等离子焊机的技术参数
表3.7.6为几种强流等离子焊机的技术参数。
7.3.3穿孔型等离子焊的焊接规范的选择
穿孔型等离子弧焊接的工艺参数主要有：等离子气种类及流量、保护气种类及流量、焊接电流、电弧电压、焊接速度等。焊接时总是根据板厚或熔透要求首先选定焊接电流。为了形成稳定的穿孔效应，等离子气应有足够的流量，并且要与焊接电流、焊接速度适当匹配。可参照表3.5.7选择穿孔型等离子弧焊焊接规范。
表3.7.6 几种强流等离子焊机的技术参数
型号
LH-30
LHG-300
Plasmaweld 202
Plasmaweld 502
Plasmaweld 255AC/DC
AWS-2000
产品名称
自动等离子弧焊机
自动等离子弧焊机
可控硅整流式等离子弧焊机
逆变式等离子弧焊机
微机控制的等离子弧焊机
弧焊电源输入电压/V
380
380
230/400/500
230/400/500
400
208~240
空载电压/V
70
70
70~90
70~90
70~90

工作电压/V

25~40

25（80%额定电流下）
控制箱输入电压/V
220
220

电流调节范围/A
60~300
40~360
5~220
6~400
5~250
2~300
额定电流/A
300
300
220
400
250
300
负载持续率/%
60
60
35
35
50
100
电极直径/mm
2~4.5
5.5

填充焊丝直径/mm
0.8~1.2
0.8~1.2

焊接速度/(m×h-1)
8~100
6~120

可通过计算机程序进行控制；该系统匹配机械式焊枪摆动装置、多轴行走连动系统、数据采集系统、保护气/等离子气流量控制器等
送丝速度/(m×h-1)
20~180
25~200

保护气预通时间/s
2~4

保护气滞后时间/s
8~16

3~30
离子气流衰减时间/s
1~15

等离子气流量/(L ×min-1)
>6.67

保护气体流量/(L ×min-1)
26.67

冷却水流量/(L ×min-1)
~3
>4

外形尺寸
/mm
电源
650´455´933
465´680´870-
950´520´870
1060´620´885
510´295´555
659´583´1824
控制箱
650´440´1280
700´480´1610

表3.7.7 穿孔型等离子弧焊焊接规范
焊件材料
板厚/mm
焊接速度/(mm×min-1)
电流/A
电压/V
气体流量/(l×h-1)
坡口形式
种类
离子气
保护气
低碳钢
3.175
304
185
28
Ar
364
1680
I
低合金钢
4.168
254
200
29
Ar
336
1680
I
6.35
354
275
33
Ar
420
1680
I
不锈钢
2.46
608
115
30
Ar+5%H2
168
980
I
3.175
712
145
32
Ar+5%H2
280
980
I
4.218
358
165
36
Ar+5%H2
364
1260
I
6.35
354
240
38
Ar+5%H2
504
1400
I
12.7
270
320
26
Ar

I
钛合金
3.175
608
185
21
Ar
224
1680
I
4.218
329
175
25
Ar
504
1680
I
10.0
254
225
38
75%He+ Ar
896
1680
I
12.7
254
270
36
50%He+ Ar
756
1680
I
14.2
178
250
39
50%He+ Ar
840
1680
V
铜
2.46
254
180
28
Ar
280
1680
I
黄铜
2.0
508
140
25
Ar
224
1680
I
3.175
358
200
27
Ar
280
1680
I
镍
3.175

200
30
Ar+5%H2
280
1200
I
6.35

250
30
Ar+5%H2
280
1200
I
锆
6.4
250
195
30
Ar
228
1320
I
7.4 微束等离子弧焊机
7.4.1微束等离子弧焊的特点
微束等离子焊接是一种小电流（通常小于30A）熔入型焊接工艺，为了保持小电流时电弧的稳定，通常采用联合型电弧，即焊接时存在两个电弧，一个是燃烧于电极与喷嘴之间的非转移弧，另一个为燃烧于电极与焊件间的转移弧。前者起着引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0.5A时仍非常稳定；后者用于熔化工件。与钨极氩弧焊相比，微束等离子焊的优点是：
1) 可焊更薄的金属，最小可焊厚度为0.01mm;
2) 弧长在很大的范围内变化时，也不会断弧，并能保持柱状特征；
3) 焊接速度快、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小。
7.4.2微束等离子弧焊机的技术参数
典型的国产微束等离子弧焊机的技术参数见表3.7.8。
7.4.3 微束等离子弧焊的焊接工艺参数的选择
常用的微束等离子弧焊焊接工艺参数见表3.7.9。
表3.7.8典型国产微束等离子焊机的技术参数
型号
LH6
WLH-10
LH-16A
LH-20
LH-30
LH3-16
电源输入电压/V
380
220
220
220
380
380
空载电压/V
焊接
176
90
60
120
75
50
维弧
176
90(直流)， 100(交流)
95
100
135
140
电流调节范围/A
焊接
0.5~6
0.5~10
0.2~16
0.1~20
1~30
脉冲电流:0.2~18A基值电流:0.2~18A
脉冲频率:1~20Hz 占空比:25%~75%
维弧
1.8
1.5~2
1.5
3
2
额定焊接电流/A
6
10
16
20
30
16
电源容量/kVA
1.1
1.5

2.82
1.2
负载持续率/%

60
60

60
60
焊接厚度/mm
0.08~0.3
0.05~1.1
0.1~1
0.1~0.2
0.1~1
0.05~5
工件转速/(r×min-1)
1.25~6.7
0.3~2.5

0.4~4
保护气体预通时间/s

1

保护气体滞后时间/s

5

5

电流衰减时间/s

1~6
0~7
等离子气流量/(L ×min-1)

0.1~0.5

1
1

保护气流量/(L ×min-1)

Ar:0.2~4,H2:0.1~0.5

10
10

冷却水流量/(L ×min-1)
0.25

0.5
0.5

外形尺寸
/mm
电源

1500´650´1600
控制箱

1150´520´1150
600´400´500
640´460´780
390´360´225

工作台
1100´560´1300

540´340´1060

质量/kg
电源

33
控制箱

150
85

44

工作台
250

表3.7.9 典型的微束等离子弧焊的焊接规范
焊件材料
板厚/mm
焊接速度/(mm×min-1)
电流/A
电压/V
等离子气流量(氩气)
/(L ×min-1)
保护气流量
/(L ×min-1)
喷嘴孔径/mm
备注
种类
流量
不锈钢
0.025
127
0.3

0.2
Ar+1%H2
8

卷边焊
0.075
153
1.6

0.2
Ar+1%H2
8
0.75
0.125
375
1.6

0.28
Ar+0.5%H2
7
0.75
0.175
775
3.2

0.25
Ar+4%H2
9.5
0.75
0.25
320
5
30
0.5
Ar
7
0.6
0.2

4
26
0.4
Ar
6
0.8
对接焊
(铜衬垫)
0.2

4.3
25
0.4
Ar
5
0.8
0.1
370
3 .3
24
0.15
Ar
4
0.6
0.25
270
6.5
24
0.6
Ar
6
0.8
1.0
275
2.7
25
0.6
Ar
11
1.2
0.25
200
6

0.28
Ar+1%H2
9.5
0.75
0.75
125
10

0.28
Ar+1%H2
9.5
0.75
1.2
150
13

0.42
Ar+8%H2
7
0.8
1.6
254
46

0.47
Ar+5%H2
12
1.3
手工对接
2.4
200
90

0.7
Ar+5%H2
12
2.2
3.2
254
100

0.7
Ar+5%H2
12
2.2
镍合金
0.15
300
5
22
0.4
Ar
5
0.6
对接焊
0.56
150~200
4~6

0.28
Ar+8%H2
7
0.8
0.71
150~200
5~7

0.28
0.91
125~175
6~8

0.33
1.2
125~150
10~12

0.38
钛
0.15
150
3

0.2
Ar
8
0.75
手工对接
0.2
150
5

0.37
125
8

0.55
250
12

He+25%Ar
2
哈斯特洛依合金
0.125
250
4.8

0.28
Ar
8
0.75
对接焊
0.25
200
5.8

0.5
250
10

0.4
500
13

0.68
4.2
0.9
康铜丝
f0.05

0.5

Ar
3
0.6
端头对接
f0.1

续表3.7.9
焊件材料
板厚/mm
焊接速度/(mm×min-1)
电流/A
电压/V
等离子气流量(氩气)
/(L ×min-1)
保护气流量
/(L ×min-1)
喷嘴孔径/mm
备注
不锈钢丝
f0.75

1.7

0.28
Ar+15%H2
7
0.75
搭接时间1s；
并接时间0.1s
f0.75

0.9

0.28
Ar+15%H2
7
0.75
镍丝
f0.12

0.1

0.28
Ar
7
0.75
搭接
热电偶
f0.37

1.1

0.28
Ar
f0.37

1.0

0.28
Ar+3%H2
点焊时间0.2s
钽丝与镍丝
f0.5
0.2s/焊点
2.5

0.2
Ar
9.5
0.75
点焊
紫铜
0．025
125
0.3

0.28
Ar+0.5%H2
9.5
0.75
卷边对接
0．075
150
10

0.28
Ar+15%H2
9.5
0.75
7.5 脉冲等离子焊机
7.5.1 脉冲等离子焊的特点
脉冲等离子焊机一般采用频率为50Hz以下的脉冲弧焊电源，脉冲电源的形式主要为晶闸管式、晶体管式及逆变式。与一般等离子焊相比，脉冲等离子焊的优点是，
1) 焊接过程更加稳定；
2) 焊接线能量易于控制，能够更好地控制熔池，保证良好的焊缝成形；
3）焊接热影响区较小、焊接变形小；
4）脉冲电弧对熔池具有搅拌作用，有利于细化晶粒，降低裂纹的敏感性；
5）可进行全位置焊接。
脉冲等离子焊的工艺参数有：脉冲电流（Ip）、基值电流（Ib）、脉冲频率（f）、脉宽比tp/(tp+tb)。脉冲等离子焊接适用于管道的全位置焊接，薄壁构件以及热敏感性强的材料的焊接。
7.5.2 脉冲等离子焊机的技术参数
表3.7.10列出了国产脉冲等离子焊机的技术参数。
7.5.3脉冲等离子焊的工艺参数
脉冲等离子焊的典型工艺参数见表3.7.11。
7.6 等离子堆焊机
等离子堆焊是一种较新的堆焊工艺，具有熔深浅、熔敷率高、稀释率低等优点。根

表3.7.10 常用国产脉冲等离子焊机的技术参数
型号
MLH-1-5
LH-250
LH1-250
LH2-300
LHM-315
电源输入电压/V
380
380
380
380
220/380/440
额定电源容量/kVA

21
21
40
33.6
电流调节范围/A

20~300
20~300
30~600

脉冲电流/A
0~5
20~300

30~600
37~510
基值电流/A
0.02~0.14
20~250

30~550
20~270
脉冲频率/Hz
7~50
1.67~5
0.4~5
0.5~15

脉宽比/%

5~100
5~100
20~80

控制箱电源电压/V

220
220
380

机头行程/mm

800

焊车行走速度/ (m×h-1)
36
10~100
10~100
10~50

焊炬调节范围/mm
200
30

上下：270，前后：80，左右：800

填充丝直径/mm

0.8~1.2

等离子气流量/(l×h-1)
4.5~375
<400
<300
20~300

保护气流量/(l×h-1)
氩：12~390；氢：0.3~12
1600
800~1000
200~800

电极直径/mm
0.3
2.5~4.5
2.5~4.5
4

冷却水压力/MPa

0.3
0.3
>0.2

冷却水流量/(L ×min-1)
>0.4
3

外形尺寸
/mm
电源
1240´650´1280
820´550´1220
820´550´1220
900´560´1030
908´565´760
控制箱
810´650´1512
810´650´1512
550´550´1250

质量/kg
电源
300
75
75
520
218
控制箱
350
350
50

表3.7.11脉冲等离子焊的典型工艺参数
材料种类
板厚度/mm
Ib/A
Ip/A
f/Hz
tp/(tp+tb)
离子气流量
/(L ×min-1)
焊接速度/(mm×min-1)
不锈钢
3
70
100
2.4
12/21
5.5
400
4
50
120
1.4
21/35
6.0
250
钛
6
90
170
2.9
10/17
6.5
202
3
40
90
3
10/16
6.0
400
不锈钢波纹管膜片
0.05+0.05（内圆）
0.12
0.5
10
2/5
0.6
45
0.05+0.15（内圆）
0.12
1.2
10
2/5
0.6
45
0.05+0.05（外圆）
0.12
0.55
10
2/5
0.6
35
据堆焊时所使用的填充材料，等离子弧堆焊机可分为四种：热丝堆焊机、冷丝堆焊机、粉末堆焊机以及熔化极等离子堆焊机。
7.6.1 冷丝堆焊机
冷丝堆焊与填充焊丝的熔入型等离子弧焊接相同，其设备也与填充焊丝的强流等离子焊设备相似。由于这种方法的效率很低，目前已很少使用。
7.6.2 热丝等离子堆焊机
热丝等离子堆焊综合了热丝TIG焊及等离子焊的特点。焊机由一台直流电源、一台交流电源、送丝机、控制箱、焊枪以及机架等组成。直流电源用作焊接电源，用于产生等离子电弧，加热并熔化母材和填充焊丝。交流电源作为预热电源，在自动送入的焊丝中通以一定的加热电流，以产生电阻热，从而提高熔敷效率并降低对熔敷金属的稀释程度。对于单丝堆焊焊机，预热电源的两极分别接焊丝和工件；对于双丝堆焊焊机，电源的两个电极分别接两根焊丝，堆焊时应选择合适的预热电流，使焊丝在恰好送进到熔池时被电阻热所熔化，同时两根焊丝间又不产生电弧。这样可减小焊接电流，从而降低熔敷金属的稀释率。此外，热丝堆焊还有利于消除堆焊层中的气孔。
热丝等离子堆焊主要用于在表面积较大的工件上堆焊不锈钢、镍合金、铜及铜合金等。
表3.7.12给出了国产LS-500-2双热丝等离子弧堆焊机的技术参数。
7.6.3 熔化极等离子堆焊机
熔化极等离子堆焊机的原理图如图3.7.5所示。这种焊机事实上是通过一种特殊的等离子弧焊枪将等离子弧焊和熔化极气体保护焊组合起来。焊接过程中产生两个电弧，一个为等离子弧，另一个为熔化极电弧。根据等离子弧的产生方法，可分为水冷铜喷嘴式及钨极式两种。前者的等离子弧产生在水冷铜喷嘴与工件之间，如图3.7.5a所示；后者的等离子弧产生在钨极与工件之间，如图3.7.5b所示。熔化极电弧产生在焊丝与工件之间，并在等离子弧中间燃烧。整个焊机需要两台电源。其中，一台为陡降特性的电源，其负极接钨极或水冷铜喷嘴，正极接工件；另一台为平特性电源，其正极接焊丝，负极接工件。
熔化极堆焊机既可用于焊接，也可用于堆焊。焊接时，选用较小的焊丝电流，此时熔滴过渡为大滴过渡；堆焊时，选用较大的焊丝电流，熔滴过渡为旋转射流过渡。
与一般等离子焊及熔化极气体保护焊相比，熔化极等离子焊具有下列优点：
1）焊丝受到等离子弧的预热，熔化功率大；
2）由于等离子流力的作用，在进行大滴过渡及旋转射流过渡时，均不会产生飞溅；
3）熔化功率和工件上的热输入可单独调节；
4）可焊接铝及铝合金；
5）焊接速度快。
表3.7.13给出了国产熔化极等离子弧堆焊机的技术参数。
3.7.12 国产LS-500-2双热丝等离子弧堆焊机的技术参数
型号
LS-500-2
工作电压/V
20~30
空栽电压/V
80
电流调节范围/A
30~600
负载持续率/%
80
电源功率/kVA
36.4
铈钨极直径/mm
5
填充丝直径/mm
1.2~2.5
堆焊层厚度/mm
2~5
填充丝输送速度/(m×h-1)
50~800
电弧摆动频率/Hz
0.5~3
焊枪摆动幅度/mm
0~25
电源
型号
ZDK-500
输入电压/V
380（3相、50Hz）
控制箱输入电压/V
220
气体流量/(l×h-1)
等离子气
100~1000
保护气
160~1600
焊接速度/(m×h-1)
2~50
外形尺寸/mm
（长´宽´高）
电源
900´560´1030
控制箱
550´500´1250
焊接工作台
1500´500´2000
质量/kg
电源
520
控制箱
50
冷却水流量(L ×min-1)
8
7.6.4粉末堆焊机
粉末堆焊机与一般等离子焊机大体相同，只不过利用粉末堆焊焊枪代替等离子焊机中的焊枪。粉末堆焊焊枪一般采用直接水冷并带有送粉通道，所用喷嘴的压缩孔道比一般不超过1。等离子堆焊时，一般采用转移弧或混合型弧。除了等离子气及保护气外，还需要送粉气。送粉气一般采用氩气。
粉末堆焊具有生产率高，堆焊层稀释率低、质量高，便于自动化等特点，是目前应用最广泛的一种等离子堆焊方法。特别适合于在轴承、轴颈、阀们板、阀们座、蜗轮叶片等零部件的堆焊。
表3.7.14给出了国产粉末堆焊机的技术参数。

图3.7.5 熔化极等离子堆焊机的原理图
1-焊丝 2-导电嘴 3-等离子气 4-铜喷嘴5-保护气体
6-保护罩 7-等离子气 8-过渡金属 9-钨极
表3.7.13 国产熔化极等离子弧堆焊机的技术参数
型号
LUR2-400
电源型号
ZX4-250（等离子弧电源）
ZPG7-1000（熔化极电弧电源）
额定输入容量/kVA
16
100
频率/Hz
50
50
空载电压/V
80
90
电源特性
下降特性
平特性
工作电压/V
10~45
30~50
电流调节范围/A
50~250
200~1000
负载持续率/%
60
100
导弧电源空载电压/V
150
导弧电流/A
30
维弧电流/A
20
额定等离子弧电流/A
150
额定熔化极电弧电流/A
400
送丝速度/(m×min-1)
5~30
焊丝直径/mm
1.2、1.6

续表3.7.13
型号
LUR2-400
焊接速度/ (m×h-1)
30~90
堆焊速度/ (m×h-1)
9~30
摆动频率/Hz
0~70
摆动幅值/mm
0~30
摆动方式
平摆
最大冷却水压力/MPa
0.98
最大冷却水流量/(L ×min-1)
3.5
等离子气流量/(L ×min-1)
0~7
保护气流量/(L ×min-1)
0~30（氩气）、0~7（二氧化碳）
后拖保护气流量/(L ×min-1)
0~30

表3.7.14国产等离子粉末堆焊机的技术参数
型号
LU-150
LUP-300
LUP-500
LU-500
焊接电源输入电压/V
380
380
380