某厂用等离子弧焊焊接304（相当我国钢号标准06Cr19Ni10）奥氏体不锈钢筒体纵缝和环缝，所焊筒体直径为300～1500mm，壁厚4mm（少量6～10mm），产品结构如图3-84所示。

图3-84 产品结构简图

等离子弧焊（PAW）又称高能密度焊接，它能量集中，电弧稳定，所需电流较小，对工件的热输入较小，热影响区小，产生的焊接变化也小，同时还能提高焊缝抗晶间腐蚀能力。

小孔型和熔透型等离子弧焊，这两种焊接方法，都适用于大直径筒体纵、环缝的焊接。小孔型等离子弧焊可产生强有力的等离子束，与激光或电子束焊接一样，它能够在材料上产生充分的熔融。施焊时，压缩的等离子焰流速度较快，电弧细长而有力，为熔池前端穿透焊件而形成一个小孔，焰流穿过母材而喷出，称之小孔效应。由于等离子弧能量密度的提高有一定限制。因此，小孔型等离子弧焊只能在有限厚板上进行焊接。当等离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时，此种等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应，焊缝成形原理与钨极氩弧焊相似，称为熔透型等离子弧焊或称柔性等离子弧焊，主要用于3mm以下薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。

（一）产品焊接时自动焊机装备配置

配备了十字操作架、滚轮架、压床及焊接系统。纵缝、环缝用不同的工装，共用一套焊接系统。电源配备是法国原装等离子弧焊电源，可储存参数，通过预先参数设置并修改后保存，焊接时调用。可调送丝机构由直流电动机驱动，可输送ϕ0.8mm～ϕ1.6mm的焊丝。

1.纵缝工装

纵缝采用压床工装，气动琴健压板分别加压固定工件，配备焊缝定位装置。压床上圆柱形芯轴顶端带有凹槽铜垫，槽内通背面保护气体。铜垫如图3-85所示，凹槽宽13mm，深19mm。焊接纵缝时采用引弧板和引出板，将小孔起始区及收尾区引出筒体焊缝以外，以保证焊缝质量。

2.环缝工装

环缝焊接通过流轮架转动工件，操作架机头在筒体顶端外侧固定焊接。环缝等离子弧焊时，环缝正面采用圆弧状气体保护拖罩，背面也采有圆弧状气体保护装置，如图3-86所示。采用电流及离子气量递增的方式形成合适的小孔形成区；同样采用电流及离子气量递减的方式获得小孔收尾区。

图3-85 小孔型等离子弧焊接筒体纵缝工装示意图

图3-86 筒体环缝焊接正面及背面保护示意图

a）环缝正面保护罩 b）环缝背面保护罩

（二）焊接工艺评定后的焊接工艺要点

1.焊前准备

（1）坡口选择 焊接厚4～8mm板可不开坡口，但厚度>8mm的板最好略开坡口，钝边留5～6mm，如图3-87。第一道焊缝采用小孔法焊接（可不加丝），填充焊道则采用柔性等离子弧熔透法完成，这样可使焊缝表面成形美观。

（2）装配好钨极 调整好钨极内缩量及钨极与喷嘴压缩孔的同心度，同心度调节要视高频火花分布情况而定，一般在看到高频火花均匀分布在钨极四周75%～80%以上时即可。喷嘴分收敛扩散型和普通圆柱型。收敛扩散型喷嘴减弱喷嘴压缩程度，但是可以采用更大焊接电流而不产生双弧，这样可加大工件厚度和焊接速度。当钨极伸出喷嘴时，电弧变为自由电弧，无压缩效果。

图3-87 不同板厚等离子弧焊时最佳坡口示意图

（3）控制筒体间隙和错边量 焊前要控制筒体间隙和错边量小于1mm。如果错边量略大，可以通过加大焊接参数来补偿。装配工件时采用手工TIG焊焊接定位焊点，每隔150mm焊接一个定位焊缝，长度以4～5mm为宜。

特别提示：焊前要确保焊枪喷嘴与焊缝中心同心，以避免背面局部未熔合。

2.焊接过程的控制

（1）引弧 首先接通钨极与喷嘴之间的电路，引燃钨极与喷嘴之间的电弧；然后迅速接通钨极和焊件之间电路，使电弧转移到钨极和焊件之间直接燃烧；同时切断钨极和喷嘴之间的电路，转移型等离子弧就正式建立。在正常工作状态下，喷嘴不带电，在开始引弧时产生的等离子弧只作为建立转移弧的中间媒介。正常的转移弧应建立在电极与焊件之间，但对于某一个喷嘴，若离子气流量过小、电流过大或者喷嘴与焊件接触，喷嘴内壁表面的冷气膜便容易被击穿而形成串联双弧。这时，一个电弧产生在电极与喷嘴之间，另一个电弧产生在喷嘴与焊件之间，出现双弧将会破坏正常的焊接，严重时还会烧毁喷嘴。

（2）焊接中工艺参数的选择

1）焊接电流：板厚和喷嘴结构确定后，选定稳定形成小孔效应的合适电流，且与离子气流量有关。

2）焊接速度：焊接速度是影响小孔效应的一个重要参数。其他条件一定时，焊速增大，焊接热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失；反之如果焊速太低，母材过热，背面焊缝会出现下陷，甚至烧穿。(www.daowen.com)

3）离子气流量：离子气流量增大，可使等离子流力度和熔透能力增大，在其他条件不变时，为了形成小孔效应，必须要有足够的离子气流量；但离子气流量过大也不好，会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。总之，喷嘴孔径确定后，离子气流量、焊接电流和焊接速度这三者之间要有机地匹配，才能获得满意的焊缝。

（3）其他参数的选择

1）喷嘴距离一般取3～8mm。

2）等离子弧焊枪有两层气体，即从喷嘴流出的离子气和从保护气罩流出的保护气，保护气体流量一般在15～30L/min。有时为了加强保护，还需使用保护拖罩及通气的背面垫板以扩大保护气的保护范围。

3）小孔效应的等离子气流为4.0～6.5L/min；熔透性的等离子气流量应小些，范围在1.5～2.0L/min。

（三）焊接工艺评定后的焊接参数

1）小孔等离子弧焊焊接参数（不开坡口）（见表3-77）。

表3-77 小孔等离子弧焊焊接参数（不开坡口）

注：焊枪保护气流量20～25L/min；拖罩气体流量20～25L/min；背面保护气体流量10～15L/min；送丝速度120～180cm/min。

2）表3-78为小孔等离子弧焊打底，熔透型等离子弧盖面的焊接参数。

表3-78 小孔与熔透型等离子弧组合焊接参数（自动等离子弧焊）

注：1.第1层小孔离子气Ar流量6.7L/min；第2层熔透型离子气Ar流量1.3L/min。

2.保护气（气体分数）：Ar95%+He5%，流量20L/min；Ar拖罩气体流量20L/min；Ar背面气体流量8L/min。

3）表3-79为小孔等离子弧焊进行打底、焊条电弧焊（SMAW）盖面的焊接参数。

表3-79 小孔等离子弧与焊条电弧焊组合焊接工艺参数

注：离子气Ar流量6.7L/min；保护气（气体分数）：Ar95%+He5%，流量20L/min；Ar拖罩气20L/min；Ar背气8L/min。

可以认为：对于板厚8～10mm时开Y形坡口可以多道焊完成，也可以采用小孔等离子弧焊打底，而后再用焊条电弧焊或熔化极气体保护组合焊完成。

（四）焊接接头质量评估

经焊接工艺评定后检查：

1）焊缝表面无气孔有深度不大于0.5mm的咬边，开坡口比不开坡口焊缝成形更美观。

2）进行100%X射线检测，无缺陷。

3）力学性能检查：抗拉强度和弯曲试验均合格，符合ASMEⅨ标准，厚度范围为1.6～20mm。

（五）制造能力

该厂除了完成此产品外，还用该自动焊接装置成功地在消声器产品中对不锈钢筒体的纵焊缝，管道纵、环缝（管道长度一般为6m）进行了焊接，产品焊接质量稳定且提高了生产效率。