浙江至德鋼業(yè)有限公司用等離子弧焊焊接304（相當(dāng)我國鋼號標(biāo)準(zhǔn)06Cr19Ni10）奧氏體不銹鋼筒體縱縫和環(huán)縫，所焊筒體直徑為300～1500mm，壁厚4mm（少量6～10mm），產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(wěn)定，所需電流較小，對工件的熱輸入較小，熱影響區(qū)小，產(chǎn)生的焊接變化也小，同時(shí)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(huán)縫的焊接。小孔型等離子弧焊可產(chǎn)生強(qiáng)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(chǎn)生充分的熔融。施焊時(shí)，壓縮的等離子焰流速度較快，電弧細(xì)長而有力，為熔池前端穿透焊件而形成一個(gè)小孔，焰流穿過母材而噴出，稱之小孔效應(yīng)。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(jìn)行焊接。當(dāng)?shù)入x子氣流量較小、弧柱壓縮程度較弱時(shí)，此種等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)，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(chǎn)品焊接時(shí)自動焊機(jī)裝備配置
配備了十字操作架、滾輪架、壓床及焊接系統(tǒng)?？v縫、環(huán)縫用不同的工裝，共用一套焊接系統(tǒng)。電源配備是法國原裝等離子弧焊電源，可儲存參數(shù)，通過預(yù)先參數(shù)設(shè)置并修改后保存，焊接時(shí)調(diào)用?？烧{(diào)送絲機(jī)構(gòu)由直流電動機(jī)驅(qū)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(nèi)通背面保護(hù)氣體。銅墊如圖3-85所示，凹槽寬13mm，深19mm。焊接縱縫時(shí)采用引弧板和引出板，將小孔起始區(qū)及收尾區(qū)引出筒體焊縫以外，以保證焊縫質(zhì)量。
2. 環(huán)縫工裝
環(huán)縫焊接通過流輪架轉(zhuǎn)動工件，操作架機(jī)頭在筒體頂端外側(cè)固定焊接。環(huán)縫等離子弧焊時(shí)，環(huán)縫正面采用圓弧狀氣體保護(hù)拖罩，背面也采有圓弧狀氣體保護(hù)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(qū)；同樣采用電流及離子氣量遞減的方式獲得小孔收尾區(qū)。
二、焊接工藝評定后的焊接工藝要點(diǎn)
1. 焊前準(zhǔn)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(diào)整好鎢極內(nèi)縮量及鎢極與噴嘴壓縮孔的同心度，同心度調(diào)節(jié)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(shí)即可。噴嘴分收斂擴(kuò)散型和普通圓柱型。收斂擴(kuò)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(chǎn)生雙弧，這樣可加大工件厚度和焊接速度。當(dāng)鎢極伸出噴嘴時(shí)，電弧變?yōu)樽杂呻娀?，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(shù)來補(bǔ)償。裝配工件時(shí)采用手工TIG焊焊接定位焊點(diǎn)，每隔150mm焊接一個(gè)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(zhuǎn)移到鎢極和焊件之間直接燃燒；同時(shí)切斷鎢極和噴嘴之間的電路，轉(zhuǎn)移型等離子弧就正式建立。在正常工作狀態(tài)下，噴嘴不帶電，在開始引弧時(shí)產(chǎn)生的等離子弧只作為建立轉(zhuǎn)移弧的中間媒介。正常的轉(zhuǎn)移弧應(yīng)建立在電極與焊件之間，但對于某一個(gè)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(nèi)壁表面的冷氣膜便容易被擊穿而形成串聯(lián)雙弧。這時(shí)，一個(gè)電弧產(chǎn)生在電極與噴嘴之間，另一個(gè)電弧產(chǎn)生在噴嘴與焊件之間，出現(xiàn)雙弧將會破壞正常的焊接，嚴(yán)重時(shí)還會燒毀噴嘴。
b. 焊接中工藝參數(shù)的選擇
①. 焊接電流：板厚和噴嘴結(jié)構(gòu)確定后，選定穩(wěn)定形成小孔效應(yīng)的合適電流，且與離子氣流量有關(guān)。
②. 焊接速度：焊接速度是影響小孔效應(yīng)的一個(gè)重要參數(shù)。其他條件一定時(shí)，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(xiàn)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(shí)，為了形成小孔效應(yīng)，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(jī)地匹配，才能獲得滿意的焊縫。
c. 其他參數(shù)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(hù)氣罩流出的保護(hù)氣，保護(hù)氣體流量一般在15～30L／min。有時(shí)為了加強(qiáng)保護(hù)，還需使用保護(hù)拖罩及通氣的背面墊板以擴(kuò)大保護(hù)氣的保護(hù)范圍。
③. 小孔效應(yīng)的等離子氣流為4.0～6.5L／min；熔透性的等離子氣流量應(yīng)小些，范圍在1.5～2.0L／min。
三、焊接工藝評定后的焊接參數(shù)
1. 小孔等離子弧焊焊接參數(shù)（不開坡口）（見表3-77）。
注：焊槍保護(hù)氣流量20～25L／min；拖罩氣體流量20～25L／min；背面保護(hù)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(shù)。
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(hù)氣（氣體分?jǐn)?shù)）：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(jìn)行打底、焊條電弧焊（SMAW）蓋面的焊接參數(shù)。
注：離子氣Ar流量6.7L／min；保護(hù)氣（氣體分?jǐn)?shù)）：A195％＋He5％，流量20L／min；Ar拖罩氣20L／min；Ar背氣8L／min。
可以認(rèn)為：對于板厚8～10mm時(shí)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(hù)組合焊完成。
四、焊接接頭質(zhì)量評估
經(jīng)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(jìn)行100％X射線檢測，無缺陷。
3. 力學(xué)性能檢查：抗拉強(qiáng)度和彎曲試驗(yàn)均合格，符合ASME IX標(biāo)準(zhǔn)，厚度范圍為1.6~20mm。
五、制造能力
該廠除了完成此產(chǎn)品外，還用該自動焊接裝置成功地在消聲器產(chǎn)品中對不銹鋼筒體的縱焊縫，管道縱、環(huán)縫（管道長度一般為6m）進(jìn)行了焊接，產(chǎn)品焊接質(zhì)量穩(wěn)定且提高了生產(chǎn)效率。
