等离子弧焊技术在承压设备制造中的应用研究

房永顺

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

等离子弧焊技术是当下一种快捷、高效、优质的焊接方式，近年来，在我国不同领域中均取得了良好的焊接效果。这一技术在保证焊接质量优良的基础上，还能够实现便捷、快速、节能、环保的目标，极大地节约了焊接过程中钢材的消耗，提升了设备制造的整体效率。对于制造加工企业而言，既能够有效节约成本，还能够提升后续的经济效益，具有良好的使用价值和广阔的市场前景。

1 等离子弧焊的基本方法、机理及特点

1.1 等离子弧焊的基本方法及机理

基于焊接过程中焊缝形成的原理，可以将等离子弧焊技术划分为三种不同的方式，分别是穿孔型、熔透型、微束型。在本文的研究中将重点介绍穿孔型等离子弧焊。

这类焊接技术的核心是将等离子形成小孔、被熔化的金属依靠表面的预应力和张力，在闭口位置控制结构拉力，熔池能够在液体金属重力与表面张力互相拉扯，互相作用下保持平衡，焊炬也能够随之平衡而不断向前移动。在等离子弧焊技术应用后，小孔在温度下降的基础上冷却闭合，形成密闭的焊缝。等离子弧焊技术的显著特点是能够在焊接的过程中形成“一”字形坡口，焊接金属的正反两面都有较好的形成效果。在工业生产加工中具有良好的生产效率，能够取得理想的焊接效果。但是，这一技术的使用，对于焊件的厚度要求较高。当下能够应对的焊件厚度基本为6～10mm。

值得注意的是，随着焊件厚度的增加，熔池体积也需要不断增大，在焊接的过程中也需要调整焊接温度。与此同时，等离子气流量和焊接的电流量也需要上调，才能够取得良好的焊接效果。上调后，作用于熔池上的电弧压力也出现显著增加。简言之，一旦焊件的厚度提升，焊接过程中的各项指标都会随之增长，焊接中消耗的电能温度提升的速度都会明显提升。在这种情况下，焊接的穿透力和熔池平衡出现了极大的波动，极易出现焊接温度过高焊接穿透力过强或者是穿透力不足、焊透等不同的失误现象，影响金属焊接的最终效果。

1.2 等离子弧焊的特点

首先，这一焊接技术能够保证热量和温度短时间内高度集中，瞬间达到17726～24726℃，利用这一温度能够实现短时间内有效焊接，焊接金属的正面与反面都能够保证光滑平整，焊接效率较高，质量稳定。

其次，等离子电弧焊接的深度稳定，焊件经过膨胀、压缩之后，会全面贴合在一起，具有良好的焊接质量，在后续的加工与使用中效果良好。

最后，等离子弧焊技术的电弧流动较为稳定，且电弧的物理性质中电离度较高、电弧稳定，使得生产加工的整体效果未出现明显的质量波动。

2 等离子弧焊技术在承压设备制造中应用情况

2.1 主要焊接参数及其对焊缝成形的影响

（1）焊接电流。焊接电流的大小变化会直接影响电弧波动的稳定性以及焊接过后焊缝的成形情况。当焊接的电流过小，电弧流动不稳定，则焊接中小孔会逐渐消失，或者是在焊接结束较长一段时间后，小孔仍旧存在，出现未焊透焊缝形成不良的现象。当焊接的电流过大时，电弧的稳定性便难以保障，出现较大的波动，造成喷嘴烧坏的不良现象，甚至过高的温度会造成焊缝烧穿的不良影响。

（2）离子气成分及流量。焊接的离子气一般选择的是Ar+5%H2，能够在不锈钢、镍合金的焊接中降低焊缝氧化比重。在焊接金属钛等纯度较高的金属时，一般选择纯氩。

如果离子气的流量较小，造成焊接金属的表面过于粗糙的现象，影响焊接的穿透力。如果电流过大，则会将焊接的过程变成等离子弧切割工艺，焊接的深度较大，甚至直接焊穿。

（3）焊接速度。当焊接速度较快时，金属未能够完全融化，且金属内部的温度变化较快，产生卷边现象，亦或是金属的温度变化未达到相应的标准，没有焊透。而当焊接的速度较慢时，则会造成金属的整体温度过高，焊接位置融化面积过大，或者直接焊穿现象。可见，在焊接过程中，需要秉承着适中的温度，避免上述不良现象影响焊接效果。

（4）喷嘴到焊件的距离。等离子焊接的工艺喷嘴到焊件的距离并不会对最后形成的焊缝具有强烈影响。基于众多专家的研究成果能够看出，喷嘴到焊件的适宜距离4～7mm。距离过小，则会造成咬边现象，也会损坏喷嘴。而距离过大，则会造成焊缝增大、焊接位置粗糙的现象。

这一部分论述的影响焊接质量的相关因素，其间的关联性十分明显，但是，不同的两个因素之间的关系都不尽相同，需要技术人员在生产加工实践中进行研究和考量，通过实践结果选择最佳的焊接方式，促进等离子焊接技术的发展。

2.2 纵缝的施焊

利用等离子焊接技术时，当纵向缝隙较小时，横向间隙也会随之缩小，且能这一焊接方式能够有效保证其整体质量。后续的检验、养护、维修工作也并不困难，具有良好的实施效果。

2.3 环缝的施焊

（1）起弧。从引燃等离子弧，到形成正常熔池为一个起弧过程。由于起弧直接影响焊接能否正常进行和收弧的质量，应选择在环缝组对质量较好（间隙小、错边量少）的部位起弧。起弧时，常会出现翻弧、气孔、下凹及烧穿等情况。在等离子弧稳定穿过小孔的情况下，才能够保证焊接结束后小孔逐渐关闭，在此期间，气体从小孔中逐渐流出，翻弧现象也能够避免。

（2）收弧。收弧阶段指的是焊接结束后，金属表面的温度不断下降，焊接产生的小孔逐渐缩小，直至电弧熄灭。在这一阶段，需要注意的是起弧位置的金属会受到温度变化的影再次融化，才能够有效消除气孔。当焊接过程中的电流、离子电流出现的大小、时间能够与焊件焊接的位置参数适宜，也能够有效规避收弧期间小孔消失的现象。当焊接收弧阶段出现明显的凹陷，则需要适当增加焊接的金属重量，而后适当延长焊接的时间，就能够消除焊接金属表面的凹陷现象。

（3）其他应注意事项。在金属焊接前，需要检查金属的缝隙位置，对金属的质量水平、缝隙大小详细记录，既能够保证工程实施记录完整，又能够准确选择与之相适应的焊接技术。在焊接过程中，需要重点关注焊接缝隙位置的处理，避免缝隙开裂较大。

2.4 跟罩保护及背保护

等离子弧焊技术指导下的金属焊接背面效果十分理想，为了保障正面与反面均能够取得良好的质量，需要使用惰性气体作为保护罩，保护焊接金属材料的正反两个面，才能够保证焊接后光滑无误。

2.5 焊缝返修工艺

与传统的焊条电弧焊、埋弧焊相比等离子弧焊焊接技术处理的产品质量较为理想，在焊接过程中极少出现缺陷与问题。如果在焊接后发现焊接的缝隙较大的情况，则需要对引弧处或者收弧处进行严密的处理。常规处理措施指的是利用旋风锉或风动砂轮进行打磨，打磨后对焊接产品进行二次热处理，并且进行检验与检修，在保证质量无误的情况下方可投入市场。

当焊接产品无损检验时，可以根据传统的焊接维修措施进行调整，与焊条电弧焊、埋弧焊缝相同的方式进行修整，利用气刨打磨旋转锉进行多次打磨抛光处理，具体工具的使用需要根据焊接的金属材质、出现问题的严重程度进行选择。

3 结语

根据上文的研究能够看出，等离子弧焊技术在不锈钢、镍合金等金属焊接中具有良好的效果，焊接接头的质量具有稳定性与可靠性，在后续的生产加工以及使用过程中能够有效发挥自身的性能，为我国工业生产加工奠定良好的基础。与此同时，能够看出等离子弧焊技术在现阶段仍旧存有一些问题和弊端，需要相关人员进行深化研究和解决，力求能够规避等离子弧焊技术中的风险与问题，发挥其优势作用，成为我国生产、加工、制造业发展的重要技术保障。