[发明专利]一种气流再压缩等离子弧焊接工艺

说明书

本发明涉及等离子弧焊接，特指一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，是针对大厚板钢材进行穿孔等离子弧焊接的工艺，属于等离子弧焊接技术领域。其特征在于该焊接工艺加入了能对焊接电弧进行“再次压缩”的压缩气，该压缩气可以拘束电弧弧柱的发散，达到压缩电弧的效果，与常规的等离子弧焊接工艺相比，该焊接工艺增大了电弧的热流密度和电弧压力，提高了电弧的穿透能力，在不开坡口的条件下可以一次焊透厚度更大的母材，提高焊接速度，而且能够维护焊接穿孔过程的稳定性。

技术领域

本发明涉及等离子弧焊接，特指一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，是针对大厚板钢材进行穿孔等离子弧焊接的工艺，属于等离子弧焊接技术领域。

背景技术

等离子弧焊接(PAW)作为一种高能量密度的弧焊工艺，在焊接中厚板、厚板钢材时具有独特的优势，广泛应用在桥梁搭建、船舶建造、压力容器制造等领域。等离子弧焊(PAW)是利用等离子弧作为热源的一种焊接方法，气体由电弧加热产生离解，电弧等离子体通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般都用氩气，也有使用氦、氮、氩等混合气体的。常规的PAW焊接的母材厚度一般在5-8mm范围内，然而，当母材厚度更大时，受限于常规PAW电弧的穿透能力，穿孔过程稳定性不足，容易产生间断性熔透焊缝，而且焊接速度较低。

发明内容

针对以上常规等离子弧焊接(PAW)的不足，本发明提供一种气流再压缩等离子弧焊接工艺。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于，通过发明设计压缩气，来实现拘束焊接电弧，增加电弧穿透能力的目的，其原理如图1所示。具体工艺流程如下：

(1)焊前准备：对焊件进行打磨直至出现金属光泽，无需开坡口，通过夹具将焊件固定在焊接平台上，调节焊枪钨极内缩量为2-3mm，焊枪喷嘴到工件的高度为4-5mm；

(2)控制焊接参数进行焊接：根据板厚不同控制焊接电流在150-180A之间，焊接电压在25-30V之间，焊接速度在120-150mm/min之间，离子气流量在1.5-3.0L/min，保护气流量为20L/min，压缩气流量在1-2.5L/min，压缩气喷出的气流方向与焊枪中心线成45-55度角，压缩气流汇聚在焊枪下方3.5-5mm处的焊枪中轴线上。

进一步设计是，所述步骤(1)、(2)所使用的焊接设备为等离子弧焊机和等离子弧焊枪，等离子弧焊枪包含三路气体，一路保护气，用于保护工件熔池；一路离子气，用于电离产生电弧等离子体；一路压缩气，压缩气通道介于离子气通道和保护气通道之间，压缩气通道与离子气通道的距离为5mm，用于再次压缩从离子气喷嘴出来的电弧等离子体，主要是根据电弧等离子体的热压缩效应，通过压缩气实现对电弧等离子体的压缩作用。

进一步设计是，所述的压缩气、离子气和保护气是质量百分比为99.99％的氩气。

更进一步的设计是，压缩气流量小于或者等于离子气流量，压缩气流量过大会吹散电弧而达不到提高电弧穿透能力的效果，压缩气流量太小则对电弧的拘束效果不明显，因此，焊接不同厚度的母材要根据所选择的离子气流量来确定压缩气流量。

本发明通过在焊接过程中通入压缩气，拘束焊接电弧，增大电弧热流密度和电弧压力，提高电弧穿透能力以及穿孔焊接过程的稳定性，提高焊接速度和增大等离子弧焊接的可焊厚度。

附图说明

图1是等离子弧压缩效果原理对比示意图；其中a是气流再压缩等离子弧，b是常规等离子弧。

图2是对8mm厚的304不锈钢进行常规等离子弧焊接和气流再压缩等离子弧焊接后的宏观焊缝图；其中(a)为焊缝正面，(b)为焊缝背面。