美国飞马特等离子焊接工艺及技术特点
一．受保护的电极
钨电极棒隐藏在焊枪喷嘴的后方，外界不纯物不至于碰触到炽热的电极棒。多了这一层保护，钨棒的更换时间大大延长。而氩焊时，钨棒伸到外面，使钨棒在存在焊件表面的油污，氧化物等污染物下，这些污染物于高温时会侵蚀钨棒。另外，使用高频氩焊起弧时，高频也会逐渐侵蚀钨棒表面，导致不易起弧，造成经常的停机更换钨棒及焊接品质不良增多的报废品。氩焊时，根据焊件的清洁度及生产率，往往每个小时要更换钨棒1－2次。而更换钨棒所需时间又决定于焊枪在焊接夹具上拆装的难易度。每次更换电极所需时间约五分钟以上，耗去不少宝贵的生产时间。一个8小时的班，每天更换电极所消耗的总时间，可以求出失去生产力时间的百分比，很容易计算出经常更换钨棒所吃掉的成本。
二．可靠的起弧
起弧的方法是由焊枪喷嘴边缘的引导弧引发主电弧。引导弧是由钨棒及喷嘴间的弧维持。它是由控制箱中的高频波发生器所产生的高频波，引发一股低幅直流电令气体离子化。一旦引导弧出来后，就不再需要高频波了。这样氩焊中的高频干扰和高频污染问题在等离子焊中就不存在了。引导弧会一直保持着，以便帮助引发由另一直流电源所产生的主电弧。
三．聚集的电弧
将一个喷嘴旋进焊枪本体前端，喷嘴能使电离气以层状流出，并使焊弧集中。焊弧集中的程度决定于下列三个因素：喷嘴孔径，离子气流量及钨棒在喷嘴内的后缩距离（电极与喷嘴间的距离）。高离子气流量及电极退缩到极限可获最聚集的电弧。这种电弧常用于欲获得匙孔单道，对接，需最大渗透力，较狭窄焊缝，减少热影响区以及降低母材的变形量。一般用于较厚的母材。减少电极的后缩距离以及离子气的流量可获较柔和，较不集中的电弧。这种电弧用于熔融式焊接（非匙孔焊接），容许较高的焊接速度及焊接较薄的母材。
几乎所有以氩焊能够焊接的金属都可利用等离子焊接法施焊。等离子焊接法在大量而重覆性生产焊接时，表现出最大优点。这些应用场合包括熔融式点焊，角缘焊接，叠层片焊接及圆周/直缝焊接。再者，这些应用场合均有一共通性，那就是重覆性而近乎连续的焊接工作。能提供可靠起弧及保护电极减少更换次数的引导弧，是这些应用场合得以提高生产力的重要因素。
四．气体选择
离子气及保护气的选择如下：
1．等离子气体：
氩气 氩气是最恰当的离子气体。它可用于所有的母材。它是完全的惰性，也就是说它在任何温度压力下不会与其它物质产生化合物。它的低电离电压确保可靠的起弧及稳定的导弧。它提供良好的电弧稳定性及极佳的保护罩，保护钨棒。
氩/氢 有时加入少量的氢气到氩气中有点裨益。它将提高对熔池的热输
(95/5％) 入量。氩/氢混合气产生较热的焊弧改善渗透力及熔池的流动性。
比起纯氩气来，使用氩/氢混合气时焊枪零件消耗较多。
2．保护气体
氩气 可基本用于所有的焊接母材，但氩气可能无法满足高电弧电压的等离子焊接工作，因为熔池的流动性可能不够，易引起稍微的边缘凹陷以及表面的氧化现象。这时采用氩/氢、氦或氩/氦混合气将有所改善。
氩/氢
(95/5%) 氩/氢混合气能提高对熔池输入的热量。加入氢气到氩气中，降低了熔池的表面张力，可提高焊接速度。由于降低了熔池的表面张力，有助于熔池中气体的溢出，所以因陷入气体所产生的气孔的危险性也降低。在高速度下焊接，也能避免边缘凹陷，可获较平整的焊道。除提高加热效能外，氢气有助焊剂的效应，在焊接不锈钢、镍或高镍合金时能减少氧化物的产生。当焊接镍或镍合金时，氢气能真正防止气孔产生。一般来说，母材愈薄，可以掺入愈多的氢气。1.6mm以下薄片金属行自动焊接时，使用含高百分比氢的保护气，可以提高焊接速度。
氦 以氦取代氩气可使输入焊接热量提高约25％，氦气常用于焊接铝合金，铜合金及较厚的钛金属，这些散热较快速的材料需要氦气来克服。
氦/氩 将氦气加到氩气中在已知的焊接电流下可产生较热的焊弧。混合气
(75/25%)中氦气的含量必需超过40%才开时显现输入焊接热量的差异。氩气有稳定电弧的倾向。含氦75％的混合气所产生的结果与纯氦气十分相似。含75％氦/25％氩的混合气经常用于焊接厚件的钛或铜合金。
附注：
使用氦气或氦混合气可能使起弧较困难。
焊接钛或活泼金属时可能要附加拖尾保护气以减少焊道表面的氧
化现象。
五．焊接方式
等离子焊接方式有两种，熔化式（Melt-in）及穿孔式（Keyhole）焊接。
1． 熔化式熔融焊接（Melt-in）－－
这种焊接形式是最常用的PLASMA焊接法。它具有较柔和、不集中的电弧，使用较低流量的离子气体，较突出的钨棒以及较小的焊接电流。电极容许最突出的位置是其尖端与喷嘴前缘齐平。这种最突出的设定位置，允许降低离子气之流量且能维持该喷嘴的最高额定电流。其焊接结果是焊道较宽，容许提高焊接速度。
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优点：
1） 起弧可靠。
2） 电极受到保护。
3） 焊枪相对母材的距离变化较不敏感。
4） 改善低电流时焊弧稳定性。
5） 采用较低的电流
6） 降低热量的输入或变形量。
7） 容易引导焊弧（焊弧较不会漂游）。
8） 改善焊道外观的对称性及渗透力之控制。
标准的焊道/接合结构：
1） 熔融式点焊。
2） 角/缘熔融焊。
3） 法兰熔融焊。
4） 直角对接熔融焊。
5） 表面熔融焊。
6） 搭接熔融焊。 |
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所有氩焊方法能焊接的金属均适用本法。
1．1 焊口设计及夹具－－
大部分状况下，使用于氩焊方法的焊口设计及夹具均适合用于等离子焊接。许多应用场合利用铜或铝协助散热的方法，可以强化焊接结果。当进行薄片金属焊接时，两片金属的边缘必需连续接触，而且必需同时熔融，共同形成一个熔焊池。接合边缘间不管是焊接前或焊接中分离，将使两片边缘各自熔融，无法接合。将边缘做成法兰状（FLANGE TYPE），可容许更大的夹具误差。凸起的边缘，就像预留的充填材料，用来填充接缝，确保熔融材料接触两端边缘。它同时也能强化接合的边缘，减少因焊接热量所产生的变形量。焊接薄片金属厚度在8.25mm下者，建议你采法兰状接缘。
1．2 充填材料的加入(外填丝)－－就如氩焊一般，填充焊丝可以从等离子熔焊池的前方加入。焊丝高度的调整在等离子焊接作业中要求并不严格，因为焊丝可以离开母材从等离子喷射流中加入，仍不至于对电极造成污染。然而，焊丝的送入方法，仍然重要，因为将焊丝从母材提高时，焊丝可能后缩，熔成球状。
备注：
· 欲行外角自动焊接时，组立及夹具必需适当，以获最佳效果。
· 大部份焊接应用场合，向下移行的立焊，可采最高的移行速度。
· 圆周或法兰缘焊接，以平焊姿态施焊可获最佳效果。
· 采用气体或铜块背护方式的焊接设计，可以改善底部焊珠形态。
· 焊接钢材时，焊接在冷轧钢或软钢上，焊缝外观最佳。
· 电极后缩量最小时，容许采用最高移行速度。
· 标准采用的离子气体是氩气。有时焊接有涂层的焊材时，采用
氩/氢（95/5）混合气可改善效果。
· 虽然氩气无法获得最佳的清洁效果及移行速度，但在大多数场合，可采用
来做保护气。使用氩/氢（95/5）混合气可改善熔焊池的流动性及干净程度。
· 欲获最佳效果，喷嘴/母材间距可设在1.6至2.4mm之间。
2．穿孔式熔融焊接（KEYHOLE WELDING）－－
这种形式的焊接通常以强力聚集的焊弧获得。穿孔焊接状态下，其渗透力是综合离子气及气体的动能配合热力的传导而成。籍由提高离子气流量及电极的后缩量，金属片在熔焊池前缘处被贯穿，形成一个叫做“钥匙孔”的孔。该孔是由等离子喷射气流的力量排开熔融金属而形成。当焊枪以一定的速度移行，由表面张力所支持的熔融金属向“钥匙孔”的后方流动形成焊珠。穿孔焊接几乎限用于自动焊接作业。这种技巧经常应用在厚度较厚的材料，行单焊道，需要100％渗透且不适于手工方式的穿孔焊接，因为人手无法稳定移行速度，焊接角度或填丝速度。
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优点
1．降低电流。
2．单焊道。
3．减少焊口准备工作。
4．焊道狭窄。
5．用肉眼即可证实100％渗透。
6．改善焊道的对称性。
7．减少填料使用量。
缺点
1．用于平焊，水平焊及向上移行立焊等姿态。
2．对焊接参数的更改反应较灵敏。
3．限于自动焊。 |
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2．1穿孔式焊接起弧－－
材料厚度在2.4mm以下，做圆周或直缝穿孔焊接时可以采用电流，离子气体及速度来作业。在此厚度范围下，穿孔形成时对熔焊池的干扰不大，所以焊珠正面及背面均相当平整。但，当材料厚度超过2.3mm时，所设定的焊接参数，足够使熔焊池在贯穿时，其底部产生挖掘作用，导致气孔或表面不平整发生。所以，直线焊接时，建议采用起弧引导板（STARTING TABS），以及可程式控制离子气及电流斜率的控制器，解决此问题。
2．2 穿孔式焊接收弧－－
焊接结束时，如果突然切断电流，则所贯穿的焊孔可能不会闭合。直线焊接时假如焊件备有收弧引导板（ENDING TABS）时不至于产生问题。圆周焊接时，可采用具控制离子气及电流斜率（收尾斜率）的控制器，容许逐渐降低焊弧压力及输入热量，使熔融金属流入孔中，然后凝固。
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2．3 焊道背部气体保护－－
如果某一个特定的穿孔焊接需要对焊道
底部做保护时，建议采用方型沟的背护
板。它提供焊道底部保护气，同时容许
电离气柱释放。沟槽的尺寸约1－1.5 T
（T＝金属厚度）宽及2－2.5 T深。沟
槽太浅会导致焊层向表面方向凹陷。
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2．4 填充材料的加入（外填丝）——
由于聚集的焊弧卓越的渗透力，得以减少填充材料的用量，减少焊道数目以及总焊弧时间。填充材料自穿孔焊池的前缘加入后，将沿穿孔流入形成一道经补强的焊珠。这种技巧可应用于材料厚度在6.4mm以上的单道焊接，它经常是直角对接的焊口。对根部行多焊层焊接时，由于电离气弧熔化大量母材，熔融金属则由表面张力支持，因此这一道不需外加填充料。
2．5 多道焊接－－
多焊道焊接时，根部焊道都以穿孔焊接方式打底，再追加一至二层非穿孔方式填料焊接。在做填充或覆盖的焊道，必需调整离子气之种类流量及电弧压力才能获得。保护气中含氦气对填充或覆盖焊道有所裨益，因为它提供较广范的热效应及产生较平整的覆盖焊层。
附一：
1．每个喷嘴所定的最大的额定电流，是以电极后缩量设定在最大的位置，以及最大的离子气体流量求得。
2．如果电极后缩量设定在最小的位置，及在最低的离子气流流量下，一个喷嘴可使用到最高的额定电流作业。
附二：
下列标准的应用场合，是多年来等离子焊接相当成功的例子：
电脑外壳 成型金属箱
影印机 门/窗框
档案柜 小电池外壳
电容器/电瓶 家电产品（冰箱、冰柜、洗衣机、干衣机等）
压力容器（食品/果汁/酒等储罐；印染缸；能源/化工业；各种管道业等）
高尔夫球头 过滤器材
金属直管 精密加工件
钛和金，镍和金，特殊镀层金属，等特殊金属材料行业
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