北京化工大学 杨怀文
人们通常将焊接电流在30A以下的等离子弧焊接，称为微束等离子弧焊接。由于是在小电流条件下，无论是等离子弧的形态、稳定性及其对电源，设备的要求，还是焊接工艺过程及其操作方法，都有一系列的特殊性。
(1)微束等离子弧焊的特点
微束等离子焊接是一种小电流(通常小于30A)熔人型焊接工艺，为了保持小电流时电弧的稳定，一般采用小孔径压缩喷嘴(0.6～1.2mm)及联合型电弧。即焊接时存在两个电弧，一个是燃烧于电极与喷嘴之间的非转移弧，另一个为燃烧于电极与焊件之间的转移弧，前者起着引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0.5A时仍非常稳定，后者用于熔化工件。
微束等离子弧是等离子弧的一种。在产生普通等离子弧的基础上采取提高电弧稳定性措施，进一步加强电弧的压缩作用，减小电流和气流，缩小电弧室的尺寸。这样，就使微小的等离子焊枪喷嘴喷射出小的等离子弧焰流，如同缝纫机针一般细小。与钨极氩弧焊相比，微束等离子弧焊接的优点是：
a.可焊更薄的金属，最小可焊厚度为0.01mm
b.弧长在很大的范围内变化时，也不会断弧，并能保持柱状特征，巳焊接速度快、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小。
(2)获得微束等离子弧的三要素
获得微束等离子弧，必须满足以下三个基本条件。
①微束等离子弧发生器 是产生微束等离子弧的器件，也称为等离子枪，它是以等离子电弧室为主体组成的。产生微束等离子弧的第一要素是要有一个良好的等离子枪，要求不漏气、不漏水、不漏电，电极对中且调整更换方便，喷嘴耐用又便于更换。
电弧室由上下两体构成，中间加以绝缘。上枪体的主要功能是：夹持钨极并使之接人电源负极，以使钨极尖端能产生电弧放电的阴极斑点；将电弧放电产生在钨极区的热量及时排出；钨极应能始终保持对准下枪体的喷嘴孔径中心，且应能调整极尖的高度和更换新钨极，导人惰性压缩气体。这样，上枪体应有电、气、水三个导人孔道和一个水的出口。下枪体上安装经常更换的喷嘴，要接电源的正极，要有进出冷却水的散热系统。有的微束等离子弧焊枪上设有保护气系统，也设置在下枪体上。
②直流电源 作为微束等离子弧的电源，除了普通等离子弧的直流电源、下降的伏安特性、电流可以细微调节等要求外，还有一个重要的特殊要求，即高空载电压。一般直流电源的空载电压是80～100V，微束等离子弧的电源空载电压应是120～160V，有时还要高达200V。因为微束等离子弧的电流小(<30A)，电弧气体介质质点的电离、发射作用弱，为便于引弧和稳弧，就需要提高空载电压来加强场致发射作用，所以微束等离子弧焊的电源需要特制专用。
微束等离子弧焊电源使用时是采用正极性接法，即将焊枪钨极接电源负端，电源的另一端CiE极)通过接触器开关接焊枪的喷嘴。同时，电源的正极端还要并联一个电路，即通过接触器并联到工件上。
就微束等离子弧的直流电源的供电连续性来说，可有两种电源：一种是连续直流供电，得到的焊接电流是连续的直流电，这就是通常所说的直流电源；另一种是可以有规律的进行断续供电，即脉冲电源。脉冲电流的主要优越性在于，它除了能像连续直流那样能调节电流的大小以外，它的通电时间h和间隙时间'2可以调节。因此，脉冲电源优于普通直流电源。
③惰性气体源 在等离子枪的电弧室里，电弧柱是在三个压缩效应(机械压缩效应、热收缩效应和磁压缩效应)的作用下形成等离子弧的。三个效应中有两个是惰性气体所为。微束等离子弧所使用的惰性气体，一般都是氩气，使用工业用瓶装压缩氩气即可。使用时要接装减压表和流量计，以便能精细地调节压力和流量这两个参数。
(3)微束等离子弧焊的工艺参数
微束等离子弧焊的工艺参数，主要是焊接电流、焊接速度、工作气体流量、保护气体流量、电弧长度、喷嘴直径、喷嘴通道比和钨极的内缩量等，它们对焊缝的形状和焊接质量都有影响。常用的微束等离子弧焊的工艺参数见表1-1
表1-1
(4)微束等离子弧焊的技术要点
1)接头形式
接头形式根据板厚来选择，厚度在0.05-1.6mm之间时，通常采用微束等离子弧进行焊接。微束等离子弧焊主要用于焊接薄件或薄件与厚件的连接件，所以微束等离子弧的接头形式和尺寸有其独特之处。微束等离子弧的接头不开坡口，对于板厚0.2mm的对接接头，通常都采用卷边的接头形式。板厚小于o.8mm的微束等离子弧焊的常用接头形式如图1-2所示。
图1-2
2)夹具和金属垫板
微束等离子弧焊接为了保证精确的装配和获得高质量的焊缝，必须使用装配夹具或装配-焊接联合夹具。夹具的尺寸要求精密，装卸要求方便，焊缝周围的夹具零件要用非磁性材料(黄铜、不锈钢)制造，防止焊接时电弧产生偏吹。
为了保证焊缝背面的良好成形，焊道背面要放上金属垫板。一般的金属垫板上均有成形槽，形状可以是倒三角形、矩形或半椭圆形，成形槽宽度可为2～3mm，槽深0.2--0.5mm。当焊件板厚小于0.3mm时，可以使用无槽的光垫板。金属垫板的材料大多选用紫铜。一般情况下，金属垫板常和装配-焊接夹具结合在一起。
3)增强保护效果
一般的微束等离子弧焊枪都带有保护气罩装置(喷嘴)。但在有些情况下，如受焊缝的形式和位置所限，或焊件的结构和尺寸所限，焊枪的保护气罩对焊缝的保护并不完全有效，这时焊接夹具应加设特殊的保护装置，增强保护效果。
保护装置的结构和方式因焊件而异，是多种多样的。如装在正面焊缝两侧附近的反射屏(保护气挡板儿可将散失的保护气圻回，改善保护条件。再如，焊接管状结构件(或小型容器)时，可向管(或容器)内部充保护气，保护背面焊道。对某些焊件也可以设计专用保护喷嘴，如保护卷边对接焊缝的专用喷嘴。
通常增强保护的装置都是与焊接夹具制造在一起，使夹具具有多种功能
4)点固焊。
不使用焊接夹具的焊件，焊缝较长时，要每隔3～5mm设置一个定位焊点，使其点固，否则焊接时要发生变形。点固焊使用的工艺参数可与焊接时相同或略小一些。使用夹具的焊件焊接，焊前不用点固焊.
5)焊件焊前清理
工件焊接接头待焊处及端边焊前均要净化处理，除去油污、锈等，其方法(化学的或机械的)与一般焊接的焊前处理相似，只不过是因薄件对污物敏感而应更严一些。
6)焊机准备
焊接前要将待用的微束等离子弧焊机准备好，并应做以下检查.
a 检查微束等离子弧焊枪，内容包括：焊枪的气、水路要密封并畅通，钨极、喷嘴的调整和更换要方便，能保证电极的同心度和内缩量并可调，焊枪的控制按钮应好用，焊枪的手柄可靠地绝缘。
b.检查微束等离子弧焊机的电源，即包括电源的空载电压能满足要求，极性的接法正确，焊接电流又能均匀地调节，则电源合格。
c.检查微束等离子弧焊机的控制系统，其内容包括：检查气路：(分工作气和保护气)应密封和畅通，流量应能精细调节，气阀电路的控制应可靠。水路要保证畅通和密封，有水流开关的设备要检查水流开关韵灵敏度。控制系统的电路主要检查高频引弧电路的点火(引弧)可靠性，提前送气和滞后断气的控制可靠性。电流衰减电路应工作可靠和速度可调，完整的焊接过程程序控制的可靠性等。有启动行走焊车的微束等离子弧焊机，还应检查焊接小车的调速系统和其控制程序。
d.焊枪电极最好选购铈钨电极，其直径应按工艺参数中的电流选择。电流较大时选直径1.2mm的电极。电流较小时可选用直径0.8mm的电极。电极尖端磨成10°～15°的圆锥角。电极的磨尖最好是使用专用的电极磨尖机磨制，这样可以保证度数和不偏心。
e.调整钨极对中时为了便于观察，可以在焊机电源不接通的情况下只打高频火花，从喷嘴观察火花。若火花在孔内圆周分布达到1/2～2/3时，就认为对中正确。长时间地使用高频火花对中，也会使钨极少量烧损，可以放少量氩气保护。
f.检查焊机循环水的冷却效果。焊机在额定状态下正常运行，冷却水的出口水温以40～50℃为宜或以手感比体温稍高些即可。焊机不通冷却水不可使用。
g.附有工件放大镜的焊机，焊前要将放大镜焦距调好，这对细小零件焊接时十分必要，若焊机不附放大镜，则可以自选5～10倍的放大镜临时固定在距焊缝的适当位置处，以供使用。
h.按工艺技术文件规定的焊接工艺参数调节好焊机，经试焊确实无误后予以固定，等待使用。
7)焊接操作
a.微束等离子弧焊使用的电弧形态是联合弧，即维弧、工作弧同时存在。
b.当焊缝间隙稍大，出现焊缝余高不够或呈现下陷时，说明焊缝金属填充不够，应该使用填充焊丝。填充焊丝要选用与母材金属同成分的专用焊丝，也可以使用从母材上剪下来的边条。
c.焊接时，转移弧产生后不要立即移动焊枪，要在原地维持一段时间使母材熔化，形成熔池后开始填丝并移动焊枪。另外，焊枪在运行中要保持前倾，手工焊时前倾角保持在60°～80°，自动焊时前倾角应为80°～90°。
d.微束等离子弧的焊接是采用熔池无小孔效应的熔透型焊接法，即用微弧将工件焊接处熔化到一定深度或熔透成双面成形的焊缝。
e.焊接时喷嘴中心孔与待焊焊缝的对中要求高，偏差应尽可能小，否则会焊偏或产生咬边。
f.焊接过程中的电弧熄灭或焊接结束时的熄弧，焊枪均要在原处停留几秒，使保护气继续保护高温的焊缝，以免氧化.
此外，微束等离子弧焊电源空载电压高，易使操作者触电，应注意防止。由于微束等离子弧焊枪体积小，在换喷嘴、换电极或电极对中时，都极易发生电极与喷嘴的接触，这时若误触动焊枪手把上的微动按钮，便会发生电极与喷嘴的电短路(打弧)，损坏喷嘴和电极，因此在更换电极、喷嘴或电极对中时，应将电源切断才能保证安全进行。
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