等離子弧焊技術(shù)在承壓設(shè)備制造中的應(yīng)用研究

房永順

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

等離子弧焊技術(shù)是當(dāng)下一種快捷、高效、優(yōu)質(zhì)的焊接方式，近年來，在我國不同領(lǐng)域中均取得了良好的焊接效果。這一技術(shù)在保證焊接質(zhì)量優(yōu)良的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)便捷、快速、節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)，極大地節(jié)約了焊接過程中鋼材的消耗，提升了設(shè)備制造的整體效率。對于制造加工企業(yè)而言，既能夠有效節(jié)約成本，還能夠提升后續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的使用價(jià)值和廣闊的市場前景。

1 等離子弧焊的基本方法、機(jī)理及特點(diǎn)

1.1 等離子弧焊的基本方法及機(jī)理

基于焊接過程中焊縫形成的原理，可以將等離子弧焊技術(shù)劃分為三種不同的方式，分別是穿孔型、熔透型、微束型。在本文的研究中將重點(diǎn)介紹穿孔型等離子弧焊。

這類焊接技術(shù)的核心是將等離子形成小孔、被熔化的金屬依靠表面的預(yù)應(yīng)力和張力，在閉口位置控制結(jié)構(gòu)拉力，熔池能夠在液體金屬重力與表面張力互相拉扯，互相作用下保持平衡，焊炬也能夠隨之平衡而不斷向前移動(dòng)。在等離子弧焊技術(shù)應(yīng)用后，小孔在溫度下降的基礎(chǔ)上冷卻閉合，形成密閉的焊縫。等離子弧焊技術(shù)的顯著特點(diǎn)是能夠在焊接的過程中形成“一”字形坡口，焊接金屬的正反兩面都有較好的形成效果。在工業(yè)生產(chǎn)加工中具有良好的生產(chǎn)效率，能夠取得理想的焊接效果。但是，這一技術(shù)的使用，對于焊件的厚度要求較高。當(dāng)下能夠應(yīng)對的焊件厚度基本為6～10mm。

值得注意的是，隨著焊件厚度的增加，熔池體積也需要不斷增大，在焊接的過程中也需要調(diào)整焊接溫度。與此同時(shí)，等離子氣流量和焊接的電流量也需要上調(diào)，才能夠取得良好的焊接效果。上調(diào)后，作用于熔池上的電弧壓力也出現(xiàn)顯著增加。簡言之，一旦焊件的厚度提升，焊接過程中的各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)隨之增長，焊接中消耗的電能溫度提升的速度都會(huì)明顯提升。在這種情況下，焊接的穿透力和熔池平衡出現(xiàn)了極大的波動(dòng)，極易出現(xiàn)焊接溫度過高焊接穿透力過強(qiáng)或者是穿透力不足、焊透等不同的失誤現(xiàn)象，影響金屬焊接的最終效果。

1.2 等離子弧焊的特點(diǎn)

首先，這一焊接技術(shù)能夠保證熱量和溫度短時(shí)間內(nèi)高度集中，瞬間達(dá)到17726～24726℃，利用這一溫度能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)有效焊接，焊接金屬的正面與反面都能夠保證光滑平整，焊接效率較高，質(zhì)量穩(wěn)定。

其次，等離子電弧焊接的深度穩(wěn)定，焊件經(jīng)過膨脹、壓縮之后，會(huì)全面貼合在一起，具有良好的焊接質(zhì)量，在后續(xù)的加工與使用中效果良好。

最后，等離子弧焊技術(shù)的電弧流動(dòng)較為穩(wěn)定，且電弧的物理性質(zhì)中電離度較高、電弧穩(wěn)定，使得生產(chǎn)加工的整體效果未出現(xiàn)明顯的質(zhì)量波動(dòng)。

2 等離子弧焊技術(shù)在承壓設(shè)備制造中應(yīng)用情況

2.1 主要焊接參數(shù)及其對焊縫成形的影響

（1）焊接電流。焊接電流的大小變化會(huì)直接影響電弧波動(dòng)的穩(wěn)定性以及焊接過后焊縫的成形情況。當(dāng)焊接的電流過小，電弧流動(dòng)不穩(wěn)定，則焊接中小孔會(huì)逐漸消失，或者是在焊接結(jié)束較長一段時(shí)間后，小孔仍舊存在，出現(xiàn)未焊透焊縫形成不良的現(xiàn)象。當(dāng)焊接的電流過大時(shí)，電弧的穩(wěn)定性便難以保障，出現(xiàn)較大的波動(dòng)，造成噴嘴燒壞的不良現(xiàn)象，甚至過高的溫度會(huì)造成焊縫燒穿的不良影響。

（2）離子氣成分及流量。焊接的離子氣一般選擇的是Ar+5%H2，能夠在不銹鋼、鎳合金的焊接中降低焊縫氧化比重。在焊接金屬鈦等純度較高的金屬時(shí)，一般選擇純氬。

如果離子氣的流量較小，造成焊接金屬的表面過于粗糙的現(xiàn)象，影響焊接的穿透力。如果電流過大，則會(huì)將焊接的過程變成等離子弧切割工藝，焊接的深度較大，甚至直接焊穿。

（3）焊接速度。當(dāng)焊接速度較快時(shí)，金屬未能夠完全融化，且金屬內(nèi)部的溫度變化較快，產(chǎn)生卷邊現(xiàn)象，亦或是金屬的溫度變化未達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，沒有焊透。而當(dāng)焊接的速度較慢時(shí)，則會(huì)造成金屬的整體溫度過高，焊接位置融化面積過大，或者直接焊穿現(xiàn)象。可見，在焊接過程中，需要秉承著適中的溫度，避免上述不良現(xiàn)象影響焊接效果。

（4）噴嘴到焊件的距離。等離子焊接的工藝噴嘴到焊件的距離并不會(huì)對最后形成的焊縫具有強(qiáng)烈影響?；诒姸鄬＜业难芯砍晒軌蚩闯?，噴嘴到焊件的適宜距離4～7mm。距離過小，則會(huì)造成咬邊現(xiàn)象，也會(huì)損壞噴嘴。而距離過大，則會(huì)造成焊縫增大、焊接位置粗糙的現(xiàn)象。

這一部分論述的影響焊接質(zhì)量的相關(guān)因素，其間的關(guān)聯(lián)性十分明顯，但是，不同的兩個(gè)因素之間的關(guān)系都不盡相同，需要技術(shù)人員在生產(chǎn)加工實(shí)踐中進(jìn)行研究和考量，通過實(shí)踐結(jié)果選擇最佳的焊接方式，促進(jìn)等離子焊接技術(shù)的發(fā)展。

2.2 縱縫的施焊

利用等離子焊接技術(shù)時(shí)，當(dāng)縱向縫隙較小時(shí)，橫向間隙也會(huì)隨之縮小，且能這一焊接方式能夠有效保證其整體質(zhì)量。后續(xù)的檢驗(yàn)、養(yǎng)護(hù)、維修工作也并不困難，具有良好的實(shí)施效果。

2.3 環(huán)縫的施焊

（1）起弧。從引燃等離子弧，到形成正常熔池為一個(gè)起弧過程。由于起弧直接影響焊接能否正常進(jìn)行和收弧的質(zhì)量，應(yīng)選擇在環(huán)縫組對質(zhì)量較好（間隙小、錯(cuò)邊量少）的部位起弧。起弧時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)翻弧、氣孔、下凹及燒穿等情況。在等離子弧穩(wěn)定穿過小孔的情況下，才能夠保證焊接結(jié)束后小孔逐漸關(guān)閉，在此期間，氣體從小孔中逐漸流出，翻弧現(xiàn)象也能夠避免。

（2）收弧。收弧階段指的是焊接結(jié)束后，金屬表面的溫度不斷下降，焊接產(chǎn)生的小孔逐漸縮小，直至電弧熄滅。在這一階段，需要注意的是起弧位置的金屬會(huì)受到溫度變化的影再次融化，才能夠有效消除氣孔。當(dāng)焊接過程中的電流、離子電流出現(xiàn)的大小、時(shí)間能夠與焊件焊接的位置參數(shù)適宜，也能夠有效規(guī)避收弧期間小孔消失的現(xiàn)象。當(dāng)焊接收弧階段出現(xiàn)明顯的凹陷，則需要適當(dāng)增加焊接的金屬重量，而后適當(dāng)延長焊接的時(shí)間，就能夠消除焊接金屬表面的凹陷現(xiàn)象。

（3）其他應(yīng)注意事項(xiàng)。在金屬焊接前，需要檢查金屬的縫隙位置，對金屬的質(zhì)量水平、縫隙大小詳細(xì)記錄，既能夠保證工程實(shí)施記錄完整，又能夠準(zhǔn)確選擇與之相適應(yīng)的焊接技術(shù)。在焊接過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注焊接縫隙位置的處理，避免縫隙開裂較大。

2.4 跟罩保護(hù)及背保護(hù)

等離子弧焊技術(shù)指導(dǎo)下的金屬焊接背面效果十分理想，為了保障正面與反面均能夠取得良好的質(zhì)量，需要使用惰性氣體作為保護(hù)罩，保護(hù)焊接金屬材料的正反兩個(gè)面，才能夠保證焊接后光滑無誤。

2.5 焊縫返修工藝

與傳統(tǒng)的焊條電弧焊、埋弧焊相比等離子弧焊焊接技術(shù)處理的產(chǎn)品質(zhì)量較為理想，在焊接過程中極少出現(xiàn)缺陷與問題。如果在焊接后發(fā)現(xiàn)焊接的縫隙較大的情況，則需要對引弧處或者收弧處進(jìn)行嚴(yán)密的處理。常規(guī)處理措施指的是利用旋風(fēng)銼或風(fēng)動(dòng)砂輪進(jìn)行打磨，打磨后對焊接產(chǎn)品進(jìn)行二次熱處理，并且進(jìn)行檢驗(yàn)與檢修，在保證質(zhì)量無誤的情況下方可投入市場。

當(dāng)焊接產(chǎn)品無損檢驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)傳統(tǒng)的焊接維修措施進(jìn)行調(diào)整，與焊條電弧焊、埋弧焊縫相同的方式進(jìn)行修整，利用氣刨打磨旋轉(zhuǎn)銼進(jìn)行多次打磨拋光處理，具體工具的使用需要根據(jù)焊接的金屬材質(zhì)、出現(xiàn)問題的嚴(yán)重程度進(jìn)行選擇。

3 結(jié)語

根據(jù)上文的研究能夠看出，等離子弧焊技術(shù)在不銹鋼、鎳合金等金屬焊接中具有良好的效果，焊接接頭的質(zhì)量具有穩(wěn)定性與可靠性，在后續(xù)的生產(chǎn)加工以及使用過程中能夠有效發(fā)揮自身的性能，為我國工業(yè)生產(chǎn)加工奠定良好的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，能夠看出等離子弧焊技術(shù)在現(xiàn)階段仍舊存有一些問題和弊端，需要相關(guān)人員進(jìn)行深化研究和解決，力求能夠規(guī)避等離子弧焊技術(shù)中的風(fēng)險(xiǎn)與問題，發(fā)揮其優(yōu)勢作用，成為我國生產(chǎn)、加工、制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)保障。