浙江至德鋼業有限公司用等離子弧焊焊接304（相當我國鋼號標準06Cr19Ni10）奧氏體不銹鋼筒體縱縫和環縫，所焊筒體直徑為300～1500mm，壁厚4mm（少量6～10mm），產品結構如圖3-84所示。

  等離子弧焊（PAW）又稱高能密度焊接，它能量集中，電弧穩定，所需電流較小，對工件的熱輸入較小，熱影響區小，產生的焊接變化也小，同時還能提高焊縫抗晶間腐蝕能力。

  小孔型和熔透型等離子弧焊，這兩種焊接方法，都適用于大直徑筒體縱、環縫的焊接。小孔型等離子弧焊可產生強有力的等離子束，與激光或電子束焊接一樣，它能夠在材料上產生充分的熔融。施焊時，壓縮的等離子焰流速度較快，電弧細長而有力，為熔池前端穿透焊件而形成一個小孔，焰流穿過母材而噴出，稱之小孔效應。由于等離子弧能量密度的提高有一定限制。因此，小孔型等離子弧焊只能在有限厚板上進行焊接。當等離子氣流量較小、弧柱壓縮程度較弱時，此種等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產生小孔效應，焊縫成形原理與鎢極氬弧焊相似，稱為熔透型等離子弧焊或稱柔性等離子弧焊，主要用于3mm以下薄板單面焊雙面成形及厚板的多層焊。

一、產品焊接時自動焊機裝備配置

  配備了十字操作架、滾輪架、壓床及焊接系統。縱縫、環縫用不同的工裝，共用一套焊接系統。電源配備是法國原裝等離子弧焊電源，可儲存參數，通過預先參數設置并修改后保存，焊接時調用。可調送絲機構由直流電動機驅動，可輸送φ0.8mm～φ1.6mm的焊絲。

1. 縱縫工裝

  縱縫采用壓床工裝，氣動琴健壓板分別加壓固定工件，配備焊縫定位裝置。壓床上圓柱形芯軸頂端帶有凹槽銅墊，槽內通背面保護氣體。銅墊如圖3-85所示，凹槽寬13mm，深19mm。焊接縱縫時采用引弧板和引出板，將小孔起始區及收尾區引出筒體焊縫以外，以保證焊縫質量。

2. 環縫工裝

  環縫焊接通過流輪架轉動工件，操作架機頭在筒體頂端外側固定焊接。環縫等離子弧焊時，環縫正面采用圓弧狀氣體保護拖罩，背面也采有圓弧狀氣體保護裝置，如圖3-86所示。采用電流及離子氣量遞增的方式形成合適的小孔形成區；同樣采用電流及離子氣量遞減的方式獲得小孔收尾區。

二、焊接工藝評定后的焊接工藝要點

1. 焊前準備

  a. 坡口選擇 

    焊接厚4～8mm板可不開坡口，但厚度＞8mm的板最好略開坡口，鈍邊留5～6mm，如圖3-87。第一道焊縫采用小孔法焊接（可不加絲），填充焊道則采用柔性等離子弧熔透法完成，這樣可使焊縫表面成形美觀。

  b. 裝配好鎢極 

   調整好鎢極內縮量及鎢極與噴嘴壓縮孔的同心度，同心度調節要視高頻火花分布情況而定，一般在看到高頻火花均勻分布在鎢極四周75％～80％以上時即可。噴嘴分收斂擴散型和普通圓柱型。收斂擴散型噴嘴減弱噴嘴壓縮程度，但是可以采用更大焊接電流而不產生雙弧，這樣可加大工件厚度和焊接速度。當鎢極伸出噴嘴時，電弧變為自由電弧，無壓縮效果。

  c. 控制筒體間隙和錯邊量 

   焊前要控制筒體間隙和錯邊量小于1mm。如果錯邊量略大，可以通過加大焊接參數來補償。裝配工件時采用手工TIG焊焊接定位焊點，每隔150mm焊接一個定位焊縫，長度以4～5mm為宜。

特別提示：焊前要確保焊槍噴嘴與焊縫中心同心，以避免背面局部未熔合。

2. 焊接過程的控制

 a. 引弧 

   首先接通鎢極與噴嘴之間的電路，引燃鎢極與噴嘴之間的電弧；然后迅速接通鎢極和焊件之間電路，使電弧轉移到鎢極和焊件之間直接燃燒；同時切斷鎢極和噴嘴之間的電路，轉移型等離子弧就正式建立。在正常工作狀態下，噴嘴不帶電，在開始引弧時產生的等離子弧只作為建立轉移弧的中間媒介。正常的轉移弧應建立在電極與焊件之間，但對于某一個噴嘴，若離子氣流量過小、電流過大或者噴嘴與焊件接觸，噴嘴內壁表面的冷氣膜便容易被擊穿而形成串聯雙弧。這時，一個電弧產生在電極與噴嘴之間，另一個電弧產生在噴嘴與焊件之間，出現雙弧將會破壞正常的焊接，嚴重時還會燒毀噴嘴。

 b. 焊接中工藝參數的選擇

    ①. 焊接電流：板厚和噴嘴結構確定后，選定穩定形成小孔效應的合適電流，且與離子氣流量有關。

    ②. 焊接速度：焊接速度是影響小孔效應的一個重要參數。其他條件一定時，焊速增大，焊接熱輸入減小，小孔直徑亦隨之減小，最后消失；反之如果焊速太低，母材過熱，背面焊縫會出現下陷，甚至燒穿。

    ③. 離子氣流量：離子氣流量增大，可使等離子流力度和熔透能力增大，在其他條件不變時，為了形成小孔效應，必須要有足夠的離子氣流量；但離子氣流量過大也不好，會使小孔直徑過大而不能保證焊縫成形。總之，噴嘴孔徑確定后，離子氣流量、焊接電流和焊接速度這三者之間要有機地匹配，才能獲得滿意的焊縫。

 c. 其他參數的選擇

    ①. 噴嘴距離一般取3～8mm。

   ②. 等離子弧焊槍有兩層氣體，即從噴嘴流出的離子氣和從保護氣罩流出的保護氣，保護氣體流量一般在15～30L／min。有時為了加強保護，還需使用保護拖罩及通氣的背面墊板以擴大保護氣的保護范圍。

   ③. 小孔效應的等離子氣流為4.0～6.5L／min；熔透性的等離子氣流量應小些，范圍在1.5～2.0L／min。

三、焊接工藝評定后的焊接參數

 1. 小孔等離子弧焊焊接參數（不開坡口）（見表3-77）。

         注：焊槍保護氣流量20～25L／min；拖罩氣體流量20～25L／min；背面保護氣體流量10～15L／min；送絲速度120～180cm／min。

 2. 表3-78為小孔等離子弧焊打底，熔透型等離子弧蓋面的焊接參數。

        注：1．第1層小孔離子氣Ar流量6.7L／min；第2層熔透型離子氣Ar流量1.3L／min。

                2．保護氣（氣體分數）：Ar95％＋He5％，流量20L／min；Ar拖罩氣體流量20L／min；Ar背面氣體流量8L／min。

 3. 表3-79為小孔等離子弧焊進行打底、焊條電弧焊（SMAW）蓋面的焊接參數。

        注：離子氣Ar流量6.7L／min；保護氣（氣體分數）：A195％＋He5％，流量20L／min；Ar拖罩氣20L／min；Ar背氣8L／min。

  可以認為：對于板厚8～10mm時開Y形坡口可以多道焊完成，也可以采用小孔等離子弧焊打底，而后再用焊條電弧焊或熔化極氣體保護組合焊完成。

四、焊接接頭質量評估

 經焊接工藝評定后檢查：

  1. 焊縫表面無氣孔有深度不大于0.5mm的咬邊，開坡口比不開坡口焊縫成形更美觀。

  2. 進行100％X射線檢測，無缺陷。

  3. 力學性能檢查：抗拉強度和彎曲試驗均合格，符合ASME IX標準，厚度范圍為1.6~20mm。

五、制造能力

  該廠除了完成此產品外，還用該自動焊接裝置成功地在消聲器產品中對不銹鋼筒體的縱焊縫，管道縱、環縫（管道長度一般為6m）進行了焊接，產品焊接質量穩定且提高了生產效率。