等離子焊接在厚壁焊接鋼管中的應(yīng)用

1.等離子弧產(chǎn)生原理

　　等離子弧是離子氣被電離產(chǎn)生高溫離子化氣體，并經(jīng)過(guò)水冷噴嘴的機(jī)械壓縮，從噴嘴中心小孔穿出而形成等離子電弧，其能量密度可達(dá)105-106W/cm2，比自由電�。�約105 W/cm2以下）高，其溫度可達(dá)18000-24000K，也高于自由電�。�5000-8000K）很多，等離子電弧焊接工藝的基本原理見圖1。

　　2.等離子焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)

　　1)穿透能力強(qiáng)，8mm以下板厚無(wú)須開坡口，大大減小了焊前準(zhǔn)備時(shí)間。 
　　2)電弧能量集中，焊接熱影響區(qū)小，焊接變形小。 
　　3)焊接速度快，等離子比手工氬弧焊減小4-5倍時(shí)間。 
　　4)卓越的重復(fù)生產(chǎn)性。 
　　5)弧柱剛性大，采用小孔效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單面焊雙面成型。 
　　6)電極縮在噴嘴內(nèi)，不易污染和燒損及電極壽命長(zhǎng)，焊縫缺陷少。 
　　7)焊接質(zhì)量好，可焊材料多。 
　　8)等離子弧具有良好的可控性和調(diào)節(jié)性等。

　　TIG電弧與等離子電弧相比較，可以清楚的體現(xiàn)等離子電弧的優(yōu)越性。電弧在軸向增加20%弧柱截面積時(shí)，TIG焊只有0.12mm，而等離子弧卻可以達(dá)到1.2mm，可見等離子弧更挺，能量更集中。

　　3.等離子焊接設(shè)備介紹

　　等離子焊接設(shè)備包括焊接電源、焊槍、拖罩、專用制冷水箱、氣路系統(tǒng)等部分組成。

　　3.1焊接電源

　　除焊接鋁及其合金外，我們用直流電源見圖4。

　　該焊接電源采用最新技術(shù)的數(shù)字化逆變電源，可以在網(wǎng)絡(luò)電壓上下波動(dòng)20%情況下正常工作，特別適合我國(guó)的基本國(guó)情；數(shù)字化電源系統(tǒng)響應(yīng)速度快，控制精度高，性能穩(wěn)定；維弧電流可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，保證維弧穩(wěn)定。在焊管行業(yè)我們選用電源型號(hào)為DC-P400，其額定電流為400A，20ºC時(shí)，暫載率為60%。

　　3.2等離子焊槍

　　等離子焊接時(shí)產(chǎn)生等離子電弧并用以進(jìn)行焊接的工具稱為等離子焊槍。如圖5所示。焊槍的結(jié)構(gòu)，制造的精度，制造的工藝等等，均會(huì)影響等離子焊槍的性能，也決定了等離子焊接的施焊工藝的難度。焊槍的冷卻能力也是衡量等離子焊槍好壞的重要指標(biāo)。焊槍的噴嘴，鎢極夾必須得到充分的冷卻。等離子焊接時(shí)，鎢極一定要與噴嘴同心。內(nèi)縮量可以自由調(diào)節(jié)是一把好等離子焊槍必須具備的能力。

　　等離子焊槍噴嘴尺寸，孔徑大小，結(jié)構(gòu)形式也是影響焊接效果的重要因素，孔徑尺寸根據(jù)板厚及焊接電流來(lái)決定。

　　3.3專用制冷水箱

　　由于等離子弧溫度高，所以噴嘴的冷卻效果的好壞，直接影響焊接過(guò)程中能量的穩(wěn)定性，即能否產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子電弧，從而影響到焊接效果。鑒于此，等離子焊接一定要配置專用的制冷水箱，提供恒定的水溫。

　　3.4高精度可調(diào)節(jié)的等離子氣表

　　等離子氣流量的大小，直接影響焊接能量，在焊接過(guò)程中，提供穩(wěn)定的等離子氣流量至關(guān)重要。因而一般的流量表滿足不了等離子焊接需要，所以等離子焊接應(yīng)配置高精度的等離子氣表，其精度為0.01L/min。

　　4.等離子焊接工藝

　　影響等離子焊接的工藝參數(shù)很多，焊接電流、焊接速度、等離子氣流量、噴嘴孔道比、噴嘴孔徑、鎢極形狀尺寸、鎢極內(nèi)縮量、送絲速度、冷卻水溫度、環(huán)境溫度、背面保護(hù)氣、正面保護(hù)氣等都不同程度會(huì)影響等離子焊接的接頭質(zhì)量，圖6所示為固化噴嘴孔道比、噴嘴孔徑、鎢極形狀尺寸、冷卻水溫度后焊接電流、焊接速度、等離子氣流量對(duì)中厚板焊縫成型的影響。厚壁焊接鋼管中厚板

　　等離子焊接的主要影響因素為焊接電流、焊接速度、等離子氣流量，其焊接工藝參數(shù)見表一。

　　5. 等離子焊接系統(tǒng)在厚壁焊接鋼管焊管中的應(yīng)用

　　此行業(yè)生產(chǎn)的承壓管長(zhǎng)度一般為6000mm，材質(zhì)為奧氏體厚壁焊接鋼管如304（l），316（l），321等，厚度≥3mm，直徑≥Φ133mm，焊縫質(zhì)量要求外觀成型美觀，X射線探傷二級(jí)合格。我們采取的工藝是3-8mm等離子單面焊雙面一次成型；>8mm開Y型坡口，留5-6mm鈍邊，采用等離子焊接打底，氬弧焊或等離子蓋面，也有采用埋弧蓋面。

　　5.1設(shè)備配置

　　該系統(tǒng)由等離子焊接電源，等離子焊槍，專用制冷水箱，送絲機(jī)構(gòu)，可編程控制箱，邊梁行走機(jī)構(gòu)，管件芯軸支架和內(nèi)保護(hù)機(jī)構(gòu)等組成。

　　5.2邊梁行走機(jī)構(gòu)

　　該機(jī)構(gòu)采用在立柱上固定橫梁，橫梁上面裝有矩形導(dǎo)軌，側(cè)面安裝齒條，小車安裝在橫梁導(dǎo)軌上移動(dòng)。由于采取多組滾動(dòng)軸承，小車運(yùn)行輕便靈活。小車運(yùn)行由直流電機(jī)經(jīng)微型減速器，再經(jīng)齒輪，齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。直流電極為無(wú)級(jí)調(diào)速。

　　5.3 芯軸支架

　　芯軸上有槽，槽內(nèi)通保護(hù)氣體。在焊接不同直徑工件時(shí)，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪，調(diào)整芯軸高度，適應(yīng)不同工件直徑焊接。

　　5.4內(nèi)保護(hù)裝置

　　此裝置設(shè)計(jì)的好壞，直接影響焊接效果，我們有兩種形式：

　　方式一：管內(nèi)拖罩通過(guò)專門的行走機(jī)構(gòu)與焊接小車同步來(lái)通氣。

　　方式一：整個(gè)背保護(hù)裝置中通氣。 
　　方式一結(jié)構(gòu)復(fù)雜，省氣；方式二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

　　5.5送絲機(jī)構(gòu)

　　該機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，送絲輪上方有壓緊輪，通過(guò)彈簧杠桿壓緊，可送焊絲直徑Φ0.8-Φ1.6mm。

　　5.6可編程控制器

　　除焊接電源提供電流以外，焊接工裝如行走小車、十字滑架和送絲等動(dòng)作均由焊接控制器來(lái)控制。

　　5.7實(shí)際應(yīng)用及焊接效果

　　某焊管廠材質(zhì)為321，厚度為14mm，傳統(tǒng)的焊接工藝采用TIG焊接工藝，每人每天只可以生產(chǎn)0.5根管子。利用等離子焊接設(shè)備后，采用等離子打底，TIG蓋面。焊接生產(chǎn)率為每人每天3根，返修率減少到接近于0。

　　5.7焊管的生產(chǎn)步驟

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　用等離子自動(dòng)焊接厚壁焊接鋼管焊管取代傳統(tǒng)的手工焊接方法，不僅可以大大降低制造成本，而且提高了焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，有利于改善目前我國(guó)厚壁焊接鋼管焊管生產(chǎn)線的落后狀態(tài)，為我國(guó)迅速發(fā)展的石油，化工，電建等行業(yè)提供大管徑焊管，從而加快焊管行業(yè)的技術(shù)及設(shè)備革新，提高焊管的產(chǎn)量。