完整版等离子焊接理论操作与故障处理.docx
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完整版等离子焊接理论操作与故障处理
、等离子弧焊接方法及工艺特点
1.等离子焊接原理
等离子态是除固态、液态、气态之外的第四种物质存在形态。
等离子焊接是从钨级氩弧焊的基础上发展起来的一种高能焊接方法。
钨级氩弧焊是自由电弧，而等离子电弧是压缩电弧。
等离子弧是离子气被电离产生高温离子化气体，并经
过水冷喷嘴，受到压缩，从而导致电弧的截面积变小，电流密度增大，电弧温度增高。
等离子电弧能量密度可达105-106W/cm2，比自由电弧（约105W/cm2以下）高，其温度可达18000-24000K,也高于自由电弧（5000-8000K）很多。
因此，等离子电弧挺度比自由电弧好，指向性好，喷射有力，熔透能力强，可比自由电弧一次焊透更厚的金属。
因此，等离子电弧焊接与电子束（能量密度10
5W/mm、激光束（能量密度105W/mn）焊接一同被称为高能密度焊接。
等离子焊接示意图如下图：
离子焊接原理示意图
2.等离子电弧的种类
等离子电弧主要分为三种类型:
3.等离子基本焊接方法
按焊缝成型原理，等离子焊接有两种基本的焊接方法：
熔透型和小孔型等离子焊接。
♦熔透型等离子焊接
在焊接过程中离子气较小，弧柱的压缩程度较弱，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子焊接方法。
其焊缝成型原理与氩弧焊类似，主要用于薄板焊接及厚板多层焊。
♦小孔型等离子焊接
利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔型等离子焊接。
由于等离子
具有能量集中、电弧力强的特点，在适当的参数条件下，等离子弧可以直接穿透被焊工件，形成一个贯穿工件厚度方向的小孔，小孔周围的液体金属在电弧力、液态金属表面张力以及重力下保持平衡，随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿着等离子弧周围熔池壁向熔池后方流动，并逐渐凝固形成焊逢，小孔也跟着等离子弧向前移动，如下图所示。
悍接方向
小扎V_〜〜一〜二
小孔效应示意图
小孔效应的优点在于可以单道焊接厚板，一次焊透双面成型。
4.等离子焊接的优点
1穿透能力强，8mm以下板厚无须开坡口，大大减小了焊前准备时间。
2电弧能量集中，焊接热影响区小，焊接变形小。
3焊接速度快，等离子焊接比工氩弧焊减少4-5倍时间。
4卓越的重复生产性。
5弧柱刚性大，采用小孔效应，可以实现稳定的单面焊双面成型。
6电极缩在喷嘴内，不易污染和烧损，焊逢缺陷少。
7焊接质量好，可焊材料多。
8等离子具有良好的可控性和调节性等。
5.影响等离子焊接的几点重要因素
影响等离子焊接效果的因素比较多。
在等离子焊接过程中主要的参数有焊接电流、等离子气流量、焊接速度、正保气流量和喷嘴的距离，其中最主要的是离子气流量和焊接电流以及焊接速度。
等离子焊枪分为两种，分别是HPT400等离子焊枪和HPT500等离子焊枪。
（1）HPT400等离子焊枪
HPT400等离子焊枪的结构如下图所示。
HPT400等离子焊枪的性能如下：
♦焊枪暂载率为400A,35%暂载率。
♦适用钨极直径3.2/4.0mm，长度150mm
♦根据焊接厚度选择2.4/2.8/3.2mm等离子喷嘴。
♦适合于3-8mm厚度的工件一次性穿透焊接。
♦选用等离子保护拖罩可获得更佳的焊逢保护。
（2）HPT500等离子焊枪
HPT500等离子焊枪的结构如下图所示
HPT500等离子焊枪
HPT500等离子焊枪的性能如下：
♦暂载率高，最大电流可承载500A,35^暂载率。
♦适用钨极直径2.4/3.2/4.0/4.8mm，长150mm
♦根据焊接厚度可选择2.5/3.2/4.0规格的喷嘴。
♦选择较大口径喷嘴，将钨极伸出，具有TIG焊功能。
♦适用于不锈钢，钛合金，铝合金，锆合金等材料的焊接。
♦具有钨极自定心功能，钨极的装夹和调整方便快捷。
♦良好的枪体水冷结构和水冷式气体保护罩结构设计，焊枪的冷却效果好。
♦内置合理气道结构，确保焊接时压缩和保护效果优异及良好的焊逢正背面成形。
等离子焊接时产生等离子电弧并用以进行焊接的工具称为等离子焊枪。
焊枪的冷却能力是衡量等离子焊枪的重要标准，由于等离子弧温度高，冷却效果直接影响到焊接过程中的能量稳定性，从而影响焊接效果。
因此焊枪的喷嘴和钨极夹必须得到充分的冷却。
等离子焊枪喷嘴的尺寸，孔径大小，结构形式是影响焊接效果的重要因数。
下面从喷嘴开始介绍影响等离子焊接的因数。
喷嘴
不同结构的焊枪配备有不同形式的喷嘴，如下图所示。
HPT400等离子焊枪喷嘴
HPT500等离子焊枪喷嘴
喷嘴是等离子焊枪中重要的部分，它对电弧直接起到机械压缩的作用，压缩喷嘴的结构,类型和尺寸对等离子性能起决定作用，压缩喷嘴孔径d及孔道长度I是压缩喷嘴的关键尺寸参数。
虽然喷嘴的结构不同，但是其孔径和孔道比的尺寸参数都是一样的，这是由等离子弧的性能所决定。
孔径d决定了等离子弧直径大小，即等离子弧受压缩程度，应根据焊接电流和离子气
流量确定，对于给定的电流和离子气流量，孔径d越小，则压缩作用越小，而孔径d过小呢则可能产生双弧，破坏等离子弧的稳定性。
孔径d与等离子弧电流有个想匹配的关系见表1
喷嘴孔径d（mm
0.8
1.6
2.1
2.5
3.2
4.8
等离子弧电流
1-25
20-75
40-100
100-200
150-300
200-500
表1
孔径d确定后，孔道长度I增加，对等离子弧的压缩作用增强，同时也容易引起双弧。
等离子弧常用压缩喷嘴结构有单孔，三孔，收敛，扩散型。
对于三孔型喷嘴，焊接时等离子弧受到较大直径的中心孔道压缩，部分离子气从中心孔道流出，其他离子气则通过两旁较小
的孔道，从这两个孔道喷出的离子气流可将等离子弧产生的圆柱形热场变为椭圆形，当三个
孔道中心的连线与焊道垂直时，椭圆形热场。
当孔径d和孔道长度I一定时，钨极的内缩量也会影响电弧的穿透力。
当内缩量增大时，
电弧角度更小，受压缩效果增强。
电弧的能量密度增大从而穿透力增强。
反之内缩量减小
时，穿透力减弱。
当钨极伸出喷嘴时候，电弧则变为自由电弧，无压缩效果和钨极氩弧焊一
样。
焊接电流
在等离子焊接过程中，和其他电弧焊接一样，焊接电流增加，等离子弧穿透能力增加。
焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选定的，电流过小，不能形成小孔，电流过大又会因为小
孔直径过大而使熔池金属坠落。
此外，电流过大还可能引起双弧现象。
因此，在焊枪及喷嘴结构选定后，电流只能限定在一定的范围之内，而这个范围和其他焊接参数如等离子气流量和焊接速度等参数有关，在其他参数选定之后，焊接电流和另一可变参数的关系为：
焊接速度增加，相应的焊接电流也要加大；焊接速度降低，焊接电流要减小。
等离子气流量增加，焊接电流要减小；等离子气流量减小，焊接电流要增加。
等离子气流量
在等离子焊接过程中，等离子气成分及流量是一个重要的焊接参数，因为等离子焊接与
TIG焊不同之处在于获得了压缩过的等离子气流，利用电离化气体发射一种能贯穿电弧的气
体流，从而产生等离子，所以电弧的穿透力大小与之有着密切关系。
等离子气流量增加，可使等离子流力和穿透力增大，在其他条件不变的条件下，为了形成小孔，必须需要足够的离子气流量，但是离子气流量过大也不好，会使小孔直径过大而不
能保证焊缝成型。
在喷嘴孔径确定之后，等离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，三
者之间存在适当的匹配关系。
焊接速度
焊接速度也是影响小孔效应的一个重要参数。
在其他条件一定时，焊接速度增加，焊缝
的热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失。
反之，如果焊速太低，母材会过热，背面焊缝会出现下陷甚至熔池泄漏等缺陷。
焊接速度和焊接电流以及等离子气流量之间是相互影
响的，它们之间的关系就不在赘述。
不锈钢焊接中厚板等离子焊接工艺如表2
板厚
离子气流量
焊接电流
焊接速度
（mm
（L/min）
（A）
（mm/min）
3
3.5-4.5
120-150
300-400
4
4.0-5.0
140-170
300-400
5
5.0-6.0
170-200
200-300
6
5.5-7.0
180-220
200-300
8
6.5-8.0
200-2240
150-200
喷嘴距离
喷嘴和工件之间的距离对其它参数的影响与TIG焊相比不是很敏感，因为等离子电弧的挺度好，TIG焊的扩散角是45o,而等离子焊接的为5o,基本上是圆柱形。
距离过大，熔透能力降低；距离过小则造成喷嘴被飞溅物粘污，一般取4〜
8mm。
正面保护气流量正面保护气流量应与等离子气流量有一个适当的比例，离子气流量过小而保护气流量太大会导致气流紊乱，将影响电弧的稳定性和保护效果。
正面保护气一般取15〜30L/min。
钨极种类及直径钨极一般选用铈钨极，该钨极具有发射能力强，电弧稳定，载流能力强等特点。
等离子焊接时要根据电流大小选择钨极直径和端部形状【2】。
等离子焊接电
流一般在140〜300A之间，200A以下用C3.2钨极，200A以上用C4.0钨极。
等离子焊接钨极比普通焊要求有更高的直线度和同心度，所以钨极需要用专用机加设备进行外圆磨。
钨极的端部形状对电弧的稳定性有影响。
如端面凹凸不平时，产生的电弧既不集中也不稳定。
因此钨极端部必须磨光且成锥形。
焊接电流较小时，可用小直径钨极并将其末端磨成尖锥角，这样电弧容易引燃和稳定。
大电流焊接时要求钨极末端磨成钝锥角或带有平顶的锥形，这样可使电弧斑点稳定，钨极不易烧损。
最好使用专用的设备来磨削。
140A〜200A角度在25度左右,200A以上角度在45度左右，并带端部平台，一般在C0.5〜C0.8mm
钨极内缩量
大家知道，等离子焊接时钨极是内缩在喷嘴中心孔内，如果不采用专用工具来定位，钨极内缩量就很难保证相同，那么电弧的压缩效果就不一样，就会产生相同的参数焊接出不同的焊缝，给焊接工艺的稳定带来困难。
我公司所制定焊接工艺一般为2.8mm内缩量。
钨极与喷嘴的同心度
钨极必须和喷嘴同心，如果不同心会造成电弧不稳定、偏弧，从而造成焊缝成形缺陷，如咬边等。
该同心度有两种方式保证，一种由等离子焊枪内部结构保证，另一种通过微调机构调整钨极的同心度，这两种方式在实际生产中都有应用。
同心度的可以看高频火花的分布情况来决定，一般要看到高频火花均匀的分布在钨极的四周就可。
此外气体的选择也会影响焊接质量。
等离子焊接时气体主要有：
离子气，正面保护气，背面保护气。
Ar:
氩气适用于所有等离子弧焊可以焊接的材料，既可以作为离子气，也
可以作为保护气体。
通常情况下选用氩气作为离子气，而保护气体成分则要根据被焊接材料选择。
He：
若选用纯氦气作为离子气，由于弧柱温度较高，会降低喷嘴的使用寿命和承载电流能力，而且氦气密度小，在合理的离子气流量下难以形成小孔。
Ar+H2:
氩气中添加氢气可提高电弧强度及电场强度，能够更有效地将电弧热量传递给工件，同时，氢气的含量过多，焊逢易出现气孔及裂纹，一般限制在7.5%以内。
A叶H2可做离子气，也可作为保护气体。
，但是作为离子气时。
由于氢气电离电压很低。
引弧比较困难。
因此Ar+H2作为保护气较多。
He+Ar在氦氢混合气体中，氦气的含量达到40%以上。
等离子弧的热量才有明显的变化，含量超过70%寸，其性能基本与纯Ar相同。
等离子弧焊接离子气与保护气的选择如表3
被焊材料
离子气
保护气
低碳钢
Ar
Ar或者75%He+25%Ar
低合金钢
Ar
Ar或者75%He+25%Ar
奥氏体不锈钢
Ar
Ar或者Ar+（2%-5%H2或He
镍及镍合金
Ar
Ar或者Ar+（2%-5%H2
钛及钛合金
Ar
Ar或者75%He+25%Ar
铝及铝合金
Ar
Ar或者He
铜及铜合金
Ar
Ar或者75%He+25%Ar
表3
焊丝选用
焊丝选用的一般为等强匹配原则，即焊缝强度与母材相当或略高，成份与母材相近，以下表格列出我们常用的TIG、MAG/MIG/C2ZSAW埋弧焊及焊丝
实芯焊丝选用一览表
母材材质
焊丝牌号
母材材质
焊丝牌号
碳素结构钢如10#、
20#
H08A/H08MnA
ER50-6
不锈钢304/304L
（0Cr18Ni9）
ER308L/ER308
合金结构钢16Mn
16MnR
H08Mn2SiA/H10Mn2
ER50-6
不锈钢316/3161
（0Cr17Ni14Mo2）
ER316L/ER316
纯铝
SAL-3/HS301
不锈钢309
不锈钢/碳钢
ER309L/ER309
铝镁防锈铝
HS331/ER5356
不锈钢321
ER347L/ER347
铝锰防锈铝
HS321
紫铜
HS201
其它铝合金
HS311/ER4043
钛及钛合金
与母材冋质的材料，但为改善塑性，可采用比母材合金化程度稍低的
焊丝，如TC4可用TC3焊丝
镀铝板
MIG钎焊用ERCUAI8
镀锌板
MIG钎焊用ERCuSi3
从以上的介绍不难发现影响等离子焊接的工艺参数很多，焊接电流、焊接速度、离子气
流量、喷嘴孔道比、喷嘴孔径、钨极形状尺寸、钨极内缩量、焊丝质量、正面保护气、背面
保护气甚至冷却水温度、环境温度都会不同程度的影响等离子焊接质量。
二、焊机操作规程及日常保养
操作规程
1.打开所有电源及水箱开关，检查是否正常，尤其要检查一下水流量显示表的水位显示是否
正常，水温是否达到使用要求。
（水温设定应随季节变化而变化，一般在18°〜24°之间。
在等离子焊枪外罩不结水珠的情况下水温越低越好。
）如不正常，严禁焊接•
2.检查送丝机构。
包括送丝压轮压力是否正常，送丝导管是否损坏。
3.气体流量是否正常，气路是否漏气。
并检查气体瓶压力，若低于3Mp,则需更换气体.
4.焊枪安全保护系统是否正常。
（禁止关闭水箱工作）
5.各滑架、行走小车齿轮、齿条加油润滑。
6.清理压缩空气油水分离器。
7.图像跟踪系统是否正常。
并清理摄像头滤光片。
&清理衬垫槽里的灰尘、杂物等
9.等离子喷嘴离工件3-8mm。
（根据板厚确定相应高度）。
按要求检查等离子喷嘴及TIG钨极
的直线度及相对高度.等离子喷嘴离工件3-4mmTIG钨极离工件高度4-5mm
10.检查程序设置是否正常，程序号是否一致，参数是否正确等.
11.第一次开机后，按要求进行模拟运行，检查各动作是否正常.动作包括行走、送丝、滑架上
下、左右摆动、气体流量显示等、气囊压力0.5Mp。
观察气体流量、水流量是否正常
12.按要求检查工件装配情况①技术要求间隙w0.5mm.②剪切面应无油、无锈、无水③平面
朝上组对.
13.如一切正常，开始焊接.焊接过程中，认真观察各参数及等离子对中送丝状况.送丝应处于
微滴状过渡.
8.如出现异常，则停止焊接待检查正常后，重新进行焊接.严禁野蛮操作，造成设备损坏或焊缝质量下降现象.
9.工作结束后，关掉电源开关，等5分钟后关掉水箱和气瓶阀门.
10.对焊机及设备进行“5S”工作.
备注：
注意事项
严禁无冷却水焊接等离子
严禁脚踩控制电缆
在手动行走时，注意焊枪高度，严禁撞损焊枪
焊机保养
4．各滑架、行走小车齿轮、齿条加油润滑。
5．清理压缩空气油水分离器。
6.图像跟踪系统是否正常。
并清理摄像头滤光片。
7．清理衬垫槽里的灰尘、杂物等。
10．清理设备上的灰尘。
建议每日交接班前进行。
11．检查芯轴升降是否正常，给丝杆加黄油润滑。
12．打开等离子水箱检查水箱水质能否达到使用要求。
建议更换周期为6个月。
13．检查芯轴冷却水箱水位及水质。
建议更换周期为12个月。
14．检查TIG焊枪冷却水箱水位及水质。
建议更换周期为12个月。
三、故障处理和故障判断
1.工艺方面
在焊接的时候，发现电弧在喷嘴和工件之间产生，这样就产生了双弧现象。
出现此现象后，要及时停机检查焊接参数和离子气，气体不纯、电流过大喷嘴过小都会引起双弧。
在焊接过程中，发现等离子枪喷嘴处冒烟。
立即停止焊接，检查水箱是否打开，检查水箱制冷是否正常，如果没有水通过焊枪，则焊枪已烧坏，须返厂检修。
在维弧过程中，电弧闪烁不定。
出现此情况后，要及时清理喷嘴，用晶相砂纸将喷嘴孔道磨出金属光泽。
看钨极烧损情况，更换钨极。
气体不纯也可能造成上述问题。
焊缝中产生气孔。
原因：
a.
母材有油，锈等污物；
b.
气体保护效果差；
c.
枪头漏气;
d.
未焊透;
解决方法
A.
清理工件；
B.
采用合格的气体；
C.
离子气管路漏气或焊枪
O型圈损坏；
D.
等离子气体压力不足，
工艺要求0.4-0.5Mpa；焊接工艺问题，主要焊接工艺和
焊接电源是否按照调试要求调节。
焊接过程中电极烧损严重。
原因：
a.气体纯度不够;
b.钨极直径与所用电流不匹配；
C.钨极质量不好；
解决方法：
A.
Ar99.99%；
更换纯度更高的等离子气体，工艺要求等离子气体纯度：
B.更换相对应的钨极（等离子推荐①4.0钨极）;
C.更换质量更好的钨极。
背面保护不好
原因：
a.背保气体纯度不够；
b.等离子衬垫出气孔堵塞；
c.等离子衬垫与芯轴之间漏气；
解决方法：
A.更换纯度更高的氩气，工艺要求气体纯度：
Ar99.99%；
B.将等离子衬垫拆下清洗，把堵塞的孔打通；
C.将漏气点用高温胶布密封；
正面保护不好
原因：
a.正保气体纯度不够；
b.正保托罩与工件之间密封不好，气体泄漏；
c.喷嘴距工件距离过大。
解决方法：
A.更换纯度更高的氩气，工艺要求气体纯度：
Ar99.99%；
B.用高温胶布把漏气的地方贴好；
C.等离子焊接时工件距喷嘴距离保持在3-5mm范围。
焊不透
原因：
a.等离子气压力不足；
b.等离子气路漏气；
c.钨极与工件短路，造成分流；
d.焊接工艺问题，主要焊接工艺和焊接电源是否按照调试要求调节；
e.喷嘴尺寸、钨极内缩量未按焊接工艺装配。
解决方法：
A．调整等离子气体压力，等离子气表用氧气表，压力为0.4-0.5Mpa；
B.HPT-400等离子焊枪①16.4*1.8密封圈损坏；转接板接头没有拧紧；HPT-500A等离子焊枪，手轮①11.8*1.8密封圈损坏，转接板接头没有拧紧
C.用万用表测量“+”“—”极之间是否短路；
D.按照工艺参数表，测量焊接速度是否正常，并修改焊接工艺；对照焊接电源说明书，调节电源参数。
E.根据焊接工艺表选择合适的喷嘴、内缩量。
焊接穿孔
原因：
a.焊接工艺问题；
b.小车、滚轮架运行抖动；
c.喷嘴孔径与工艺要求不符，钨极内缩量与工艺要求不符；
d.等离子气体不好或与工艺要求不符；
解决方法：
A.根据焊接工艺表调整焊接工艺；
B.与服务人员联系；
C.根据焊接工艺表调整焊接工艺；
D.更换合格的气体，工艺要求等离子气体纯度：
Ar99.99%。
咬边
原因：
a.钨极与等离子喷嘴不同心；
b.电流小等离子气大；
c.焊接速度过快；
d.钨极或喷嘴烧损严重；
e.喷嘴3孔中心与工件焊缝中心不垂直；
解决办法：
A.重新安装钨极，保证钨极与喷嘴的同心度；
B.修改焊接工艺参数；
C.修改焊接参数；
D.更换钨极或喷嘴；
E.调节喷嘴。
当出现问题自己不能解决时，请把最后一次正常的操作过程、最后一次正常运行情况和设备损坏后异常情况写出来，交给服务人员或与工艺调试人员联系。
2.设备方面
不维弧
原因：
a.钨极、喷嘴脏，导电不好；
b.焊枪水电管断；
c.未打到焊接功能；
d.启动信号未给高频引弧器；
e.高频引弧器坏；
f.焊接电源故障保护未复位；
g.系统参数P/T切换未选择正确；
解决办法：
A.清理喷嘴、更换钨极；
B.万用表测量钨极与转接板是否导通；
C.将遥控器、PLC触屏都打到焊接功能；
D.高频引弧器信号线断，用万用表测量线路，更换断线；
E.高频引弧器信号线正常，则可能是高频引弧器坏，需与服务人员联系；
F.重新开关电源；
G.在PLC触屏上选择正确的焊接方式。
等离子、TIG枪弧压跟踪不稳定或PLC触屏显示电压为0V
原因：
a.“+”“—”极采样线断（“+”极采样线为红黑线，—”极采样线为单芯或2
芯屏蔽线）或采样电感坏（串联在“+”“—”极采样线之间）；
b.控制箱电路板接触不好；
c.焊接工艺参数，跟踪设定参数设置不合理；
解决方法：
A.万用表测量，更换断线或采样电感；
B.与服务人员联系；
C.根据焊接工艺表调整跟踪设定参数。
漏气
原因：
a.HPT-400等离子枪：
①16.4*1.8密封圈损坏；转接板接头没有拧紧；
b.HPT-500A等离子枪：
手轮①11.8*1.8密封圈损坏；转接板接头没有拧紧;
解决办法：
A.检查等离子气体回路，更换0型圈；将转接板接头拧紧；
B.如还未解决，检查等离子气体回路是否漏气（从气表到喷嘴）。
横梁上升无动作下降正常
原因：
升降电机刹车镇流器烧坏或减速机润滑油少
解决办法：
更换电机镇流器或加润滑油
自动横摆不正常
原因：
a.电机电源线断；
b.电机驱动器坏；
c.滑架直线导轨卡死；解决办法：
A.检查送丝机驱动器到电机的电源线是否接触不好或断线；
B.更换电机驱动器；
C.用汽油清洗直线导轨。
不送丝、送丝速度不稳
电机处6孔插头有插针松动；送丝模拟隔离板插头松动、接触不好、隔离板损坏；电机坏（不常见）；送丝驱动器坏；按钮的焊点不牢固并脱落
焊枪漏水
原因：
a.
水管卡箍未卡紧；
b.
水路肯比接头螺母松动；
c.
枪体钎焊处断裂；
解决办法
A.
更换水管卡箍；
B.
将松动螺母旋紧；
C.
返厂，如整体断开则无法维修。
四、枪体消耗品及易损件
1.HPT500等离子焊枪
高温胶带
金相砂纸W（05）或细砂纸
等离子喷嘴03.2$2.5
钨极03.2
钨极对中套03.2
喷嘴密封圈020*1.8
枪后盖密封圈011.8*1.8
外罩密封圈040*1.8枪头水道体密封圈015*2.0
2.TIG枪易损件
陶瓷喷嘴10号
分流器03.2
3.MIG枪消耗品
导电嘴01.2
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