等離子焊箱定槍改造

劉大喆

[摘 要]為了提高公司產(chǎn)品質(zhì)量，增強產(chǎn)品競爭力，我公司利用等離子弧穩(wěn)定性原理及壓縮效應對真空等離子焊箱定槍的陰極和噴嘴進行了合理改造后，不僅可以正常使用，還能夠滿足公司對電極的焊接工藝要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。焊接焊縫寬度可達25 mm～30 mm，深度達15 mm～20 mm，滿足公司焊接工藝要求。設備自改造使用至今，一直運行良好，在生產(chǎn)運行中發(fā)揮著重要作用。

[關(guān)鍵詞]真空等離子焊箱 鎢極定槍改造 銅極 鈦及鈦合金

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）38-0116-02

一、背景

我公司主要進行鈦及鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)，鈦是一種高活性金屬，在高溫下易于其它元素進行反應，例如氧、氮等，并且鈦電極在空氣中進行焊接，熔池容易脆化產(chǎn)生裂紋，焊接質(zhì)量不達標，易造成“掉蛋”現(xiàn)象，因此鈦及鈦合金電極均使用真空等離子焊箱在真空狀態(tài)下進行焊接，其優(yōu)點在保證焊接質(zhì)量的同時還能夠避免其它元素對于鈦及鈦合金的污染。

我公司目前使用的真空等離子焊箱為國產(chǎn)制造，其使用時間長達到11年，設備年限較長，許多技術(shù)相比現(xiàn)在已經(jīng)極大的落后，產(chǎn)品質(zhì)量停滯不前。隨著我廠生產(chǎn)任務的增長，各戶產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，這臺設備已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品工藝技術(shù)要求，因此急需對現(xiàn)有焊箱進行必要改造。根據(jù)現(xiàn)在鈦合金行業(yè)真空焊箱研造情況，可將設備現(xiàn)用的鎢極定槍改變?yōu)殂~極定槍。

二、焊箱定槍銅極改造

2.1 定槍結(jié)構(gòu)

鎢極定槍由調(diào)節(jié)氣缸、陰極桿組件、水套、導氣套、噴嘴、陰極頭及鎢極組成。其是以鎢極作為陰極，噴嘴作為陽極進行氬氣電離產(chǎn)生等離子弧。我們結(jié)合設備實際情況，可在保留原定槍調(diào)節(jié)氣缸、陰極桿組件、導氣套不變的情況下，只要重新設計引弧端（即將鎢極與陰極頭合并改為銅極）以及新型噴嘴即可。將鎢極與陰極頭合并改為銅極，銅極材料可選擇鉻鋯銅，鉻鋯銅作為電極材料優(yōu)勢顯著，有導電性能良好，硬度高，抗裂性以及軟化溫度高，焊接時電極損耗小，焊接速度快等優(yōu)點。

2.2 定槍改造

2.2.1 原定槍結(jié)構(gòu)簡介。圖1所示為改造前焊箱配套的定槍結(jié)構(gòu)圖。

2.2.2 正極頭設計：

參考圖1，定槍的起弧方式為高頻引弧，鎢極為負極，噴嘴為正極。當鎢極頭加載高頻電源時，周圍氣體被電離與噴嘴之間形成小弧，此時噴嘴斷電，電極頭為正極，物料為負極，電極頭通過噴嘴與物料之間起弧，形成穩(wěn)定的等離子弧。形成的電弧主要分為陰極區(qū)、弧區(qū)、陽極區(qū)。陰極區(qū)主要由陰極斑點組成。陰極斑點是產(chǎn)生電弧放電的基礎(chǔ)，總是快速不間斷地游離于陰極表面上。宏觀看它是無規(guī)律的，實際則有自己的規(guī)律性，即總是向陰極表面逸出功最小處轉(zhuǎn)移。

根據(jù)其規(guī)律我們設計了兩種陽極頭來驗證。如圖2中A型與B型，A型電極頭部為圓臺狀，B型電極頭為圓錐狀。

2.2.3：噴嘴的改進

噴嘴設計可分為四部分，第一、外形及安裝。主要包含噴嘴外形，噴嘴與水套之間的裝配。第二：密封，主要保證冷卻水能夠有效作用于噴嘴。第三，起弧部位，此處正極頭與噴嘴之間可相互電離氬氣，產(chǎn)生小弧，第四：噴嘴孔徑，根據(jù)電弧壓縮原理可知孔徑不同，熔池也會相應發(fā)生變化，合適的孔徑能夠使我們達到焊接工藝要求。

此次改造中定槍水套不發(fā)生改變，因此新噴嘴安裝尺寸與密封尺寸與原噴嘴保持一致，然后根據(jù)正極頭尺寸及圓錐弧度，可加工出相應的配合弧面。最后對于噴嘴孔徑的選擇，借鑒舊噴嘴形式，我們共設計了φ8、φ10、φ12三種孔型，其孔徑比依此為1.2、1.04、0.92。最后成型噴嘴樣式如圖3。

新的正極頭及噴嘴制作出來后，在工藝規(guī)定的電流區(qū)間及氬氣氣量等條件下，通過調(diào)節(jié)氣缸來調(diào)整定槍間隙至合適位置后，我們進行了實際測驗，測驗結(jié)果為表格1：

通過上表我們可以看出B型正極頭與φ10、φ12兩種噴嘴可滿足我們使用要求，但從使用周期中我們可以看到，φ10的噴嘴使用爐次明顯高于φ12的噴嘴，因此我們選擇φ10的噴嘴，作為我廠此次的定型噴嘴。

結(jié)果分析：

將A、B型陽極頭與噴嘴安裝后，A型電極頭起弧后，弧柱極不穩(wěn)定，非常容易造成息弧現(xiàn)象，依據(jù)電弧穩(wěn)定特性設計的B型電極頭部為倒圓錐狀，起弧后，弧柱穩(wěn)定。對比兩種陽極頭依據(jù)電弧穩(wěn)定原理：A型電極頭部呈平面狀，斑點會在較大區(qū)間甚至整個平面上游動，不易集中，電弧穩(wěn)定性差，B型電極頭由于陰陽極間距始終保持中央最小，尖端處電子逸出功最小，斑點集中在尖端附近。陰極斑點游動區(qū)間小，所以電弧穩(wěn)定。因此，B型倒圓錐電極頭，有助于電弧的穩(wěn)定燃燒。

經(jīng)過反復試驗改進后，總體取得圓滿成功，存在不足之處主要有一點，焊箱配套的冷卻水溫由42°上升至56°，在不改變現(xiàn)有設備的情況下，我們將冷卻水排量由目前的0.4MPa提高至0.55MPa，并將現(xiàn)有陰極桿冷卻組件進行局部變動后，使陰極頭冷卻更好，水溫降至46°，可滿足設備使用需求。

三、結(jié)論

對真空等離子焊箱定槍的陰極和噴嘴進行了合理改造后，不僅可以正常使用，還能夠滿足公司對電極的焊接工藝要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。焊接焊縫寬度可達20mm～25mm，深度達15mm～20mm。設備自改造使用至今，一直運行良好，在生產(chǎn)運行中發(fā)揮著重要作用。

參考文獻

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