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等離子焊接原理

等離子焊接原理

1,等離子焊接定義

等離子焊接是通過高度集中的等離子束流獲得必要的熔化母材能量的焊接過程。通常等離子電弧的能量取決于等離子氣體的流量,焊槍噴嘴的壓縮效果和使用電流大小。普通電弧射流速度為80~150m/s。等離子電弧的射流速度可以達到300~2000m/s,等離子電弧由于受到壓縮,能量密度可達105~106w/cm2而自由狀態下TIG電弧能量密度為50~100w/mm2,弧柱中心溫度在24000k以上,而TIG電弧焊柱中心溫度在5000~8000k左右。因此,等離子電弧焊接與電子束(能量密度102w/mm2),激光(能量密度105w/mm2)焊接同被稱為高能密度焊接。

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等離子電弧的分類。三種形式都是鎢極接負,工件或噴嘴接正。

非轉移型電弧是在鎢極與噴嘴之間形成電弧,在等離子氣流壓下,弧焰從噴嘴中噴出形成等離子焰,主要適合于導熱性較好的材料焊接。但由于電弧能量主要通過噴嘴,因此噴嘴的使用壽命較短,能量不易過大,不太適合長時間阿德焊接,這種形式較少應用在焊接。

    轉移型電弧是在噴嘴與工件之間形成電弧,由于轉移弧難以直接形成,先在鎢極與噴嘴之間形成小的非轉移弧。然后過渡到轉移弧,形成轉移電弧時,非轉移弧同時切斷。由于這種方式能將更多的能量傳遞給工件,因此該形式電弧普遍應用到金屬材料焊接和切割中。

混合型電弧是指轉移電弧和非轉移電弧并存,主要用于微束等離子焊接和粉末堆焊。

 

2,等離子焊接優點

(1) 焊接速度明顯提高(可達手工TIG焊的4-5倍,工件厚度在可焊范圍越大,提高越明顯)。

(2) 焊縫性能優良。

(3) 在可焊范圍內容易得到完整地規則的全焊透焊縫。

(4) 滿足100%射線探傷要求。

(5) 可以得到與母材化學和性能相同的悍縫。

(6) 電弧集中,焊縫熱影響區域小,且具有較低的氧化。

(7) 優良的外觀的外觀成形。

(8) 不用開坡口,大大減少焊絲用量和焊前坡口制備。

(9) 焊接過程電弧挺度好,電弧容易控制。

(10) 殘余應力和焊接變形小。

3,等離子技術的應用行業

由于等離子電弧獨有的特點和優越性,等離子工藝被廣泛的運用到金屬材料的焊接中。

1)焊管

不銹鋼焊管主要有連續成型加工和板材定尺卷型焊接兩種加工方式。在連續成型線上,對于Ⴗ114mm一下,壁厚2mm以下的小口徑薄壁管道成型,通常采用TIG焊或微束等離子焊工藝,這種工藝方法已經非常普及。為進一步降低生產成本,有些廠家采用三把TIG焊槍同步連續焊接的工藝方法,提高了生產效率,降低了成本。但這些管道由于承壓能力較低,通常用于裝飾管和要求較低供水管。但對于Ⴗ114~Ⴗ325mm,壁厚2~6mm工業承壓管道,則需要采用等離子或等離子加TIG雙槍的焊接工藝,這種工藝方法除去可以保證較好的焊接質量外,也可獲得較高的焊接效率。這些管道通常用作電廠,化工,造紙等行業的供水,工期口徑管道批量需求少,一般均需要根據工程要求來定制,這種多品種少批量的加工形式,通常采用UOE定尺焊管機組的方式來完成。一般焊管長度為6m左右,焊管直徑159~Ⴗ1220mm。此種方法較為方便的迎合了工程需求來定制,主要問題是不利于交貨和庫存
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2)特材化工容器

隨著化工裝備需求和化工類容器使用壽命的提高,對特材如鈦合金,鋯合金,鎳基合金等的應用越來越多。而傳統的手工焊接工藝已在一定程度上制約了產品的提升,很多人為的手工操作因素也會嚴重影響焊接質量,重復返修會惡化焊接質量甚至造成產品的報廢,導致巨大的經濟損失。采用等離子焊接工藝可以獲得一次性連續穩定的焊接質量,前期焊接為位置的清理和準備必須達到焊接要求。對于易氧化材料的等離子焊接應加強焊接熱影響區的保護,當然如果能在散熱設備的工裝上完成焊接是最為理想的。

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3)制藥設備

出于制藥生產過程GMP認證的要求,制藥設備的加工要保證較好的耐腐蝕性能。對于容器筒體的加工,傳統的工藝手工TIG焊,具有工件變形大,焊縫金屬性能差,效率低的缺點。盡管筒體要求通過拋光處理,單手工焊接的焊縫其物理化學性能較差。將等離子焊接工藝引進制藥機械設備加工中,國外已較為普及,而國內一些企業通過使用,明顯體現了該工藝方法的優勢。

4)食品機械

在酒類發酵設備,乳品機械合飲料機械中,不銹鋼儲槽和罐體是整個生產工藝裝備中重要的流體和儲液設備。簡體規格眾多,大量工件的厚度在2~10mm,非常適合等離子焊接工藝。對于直徑大于5m以上的罐體制造,一般采用倒裝法,工件放置于大型地轉盤上,工件旋轉,焊槍置于十字操作架上,筒體縱縫采用等離子立焊工藝,環縫采用橫焊等離子工藝,該工藝與傳統手工工藝相比,大大節省了時間和生產成本,縮短了制造周期。

5)軍工裝備

在軍工裝備制造中,鋁合金和鈦合金的應用較多,TIG焊接工藝在一定程度上滿足了大量的產品焊接要求,但對于要求性能更好的焊縫,等離子焊接提現了較好的工藝價值。鋁合金等離子立焊工藝已在設備制造中推廣應用。

4,結論

隨著國民經濟的高速發展,中國的制造業也得到迅猛發展,中國制造業產品市場的競爭,已不再是局限于國內,而是來源于全球。產品質量的優劣不僅包括內部質量,還包括外在質量(如美觀,包裝等),產品成品僅僅依靠廉價的勞動力成本來體現不是長久之計,而是要靠先進的裝備和工藝來保證,一起達到高效,高質,環保……因而采用先進的設備和工藝,加上先進的管理理念,來進一步提升本企業在國內,國際知名度,提高市場的競爭力顯得尤為重要

中國目前的制造業針對厚3~8mm材料的焊接,仍處于一個發展不平衡狀態,75%的企業設備及工藝技術落后,仍采用傳統的焊條電弧焊或TIG焊工藝,該工藝存在工作效率低,質量不穩定,制造成本高,焊后打磨及變形大等缺點,因而無法參與國際競爭。而25%或相當少的一部分企業采用了自動焊工藝,如自動TIG,MAG ,等離子焊接工藝,極大地控制焊接質量,特別是在國內不銹鋼焊管行業,自20世紀80年代就開始使用等離子焊接工藝,針對厚3~8mm不銹鋼可以不開坡口,一次焊透,少了多道工序,節約了制造成本。因而在國內相關行業嘉大推廣新型高效的等離子弧焊工藝及設備,具有重要的實用價值。image.png

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