趙小強(qiáng)

(西科沃克瑞泰克熱處理設(shè)備制造(天津)有限公司,天津 300385)

真空等離子焊機(jī)在鈦行業(yè)中的應(yīng)用

趙小強(qiáng)

(西科沃克瑞泰克熱處理設(shè)備制造(天津)有限公司,天津 300385)

由于鈦的特有金屬特性,使得純鈦和鈦合金在軍工和民用行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛,這也使得真空等離子焊機(jī)成為純鈦和鈦合金生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié),文章主要介紹真空等離子焊機(jī)的組成、工作原理和實際應(yīng)用過程中的優(yōu)越性。

目前純鈦和鈦合金在真空自耗爐熔煉提純之前需要由海綿鈦經(jīng)過混料機(jī)攪拌后，經(jīng)過油壓機(jī)將海綿鈦擠壓成若干海綿鈦塊并堆疊在一起成為一個海綿鈦電極，然后進(jìn)入到下一個工序，真空等離子焊機(jī)。由于鈦是活性金屬，在200攝氏度以上即發(fā)生氧化反應(yīng)，使得純鈦或鈦合金受到污染，等離子焊機(jī)的作用就是把這些若干段海綿鈦塊在真空環(huán)境下焊接成一根長的電極整體，在進(jìn)行下一道工序(真空自耗爐)進(jìn)行熔煉，從而節(jié)省時間，提高效率。

1 真空等離子焊機(jī)組成

真空等離子焊機(jī)主要包括：焊接室、真空系統(tǒng)、水系統(tǒng)、等離子焊槍、電源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分組成，見圖1。

1.1 焊接室

焊接室是等離子焊機(jī)進(jìn)行焊接的一個密閉容器，焊接室由不銹鋼板和碳鋼板焊接組成，兩層板中間的水套用來冷卻焊接室。離子焊槍通過法蘭安裝在焊接室上部，通常焊接室在焊槍安裝位置的縱向方向安裝有用于觀察焊接情況的觀察口。焊接室有前后兩個門，不同等離子焊機(jī)的生產(chǎn)廠家對兩個門的使用情況不同，有的將進(jìn)料方向的門作為活動門，用于運送海綿鈦電極，另一端用螺栓固定密封好，通常這種密封門上會安裝用于驅(qū)動海綿鈦電極的驅(qū)動部件。有的廠家把前后兩個門都作為活動門，這種設(shè)計方法，海綿鈦電極的驅(qū)動部件安裝在焊接室內(nèi)部，便于將來對焊接室內(nèi)部的維護(hù)。

1.2 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)是等離子焊機(jī)的一個重要組成部分，真空系統(tǒng)通常由機(jī)械泵和羅茨泵組成，根據(jù)不同的要求，有不同的組合方式。機(jī)械泵是用來對焊接室進(jìn)行粗抽真空，當(dāng)焊接室內(nèi)的真空度達(dá)到羅茨泵的啟動壓力時，再啟動羅茨泵。通過真空系統(tǒng)對焊接室進(jìn)行抽空，一方面將焊接室內(nèi)的空氣抽走，另一方面將焊接室內(nèi)部和海綿鈦電極上的水汽抽走，防止焊接過程中發(fā)生氧化。為了提高生產(chǎn)效率，降低抽真空的時間，盡量保證焊接室內(nèi)部和真空管道干燥、清潔。如果焊接室內(nèi)存在水汽，管道內(nèi)有銹，對于真空泵抽氣能力會產(chǎn)生很大的影響。為了保證焊接室內(nèi)干燥，如果等離子焊機(jī)停機(jī)，盡量對焊接室進(jìn)行抽空，使焊接室和管道保持在一個真空的狀態(tài)[1]。

1.3 水系統(tǒng)

水系統(tǒng)用來冷卻等離子焊機(jī)工作時各個發(fā)熱部件，通常水系統(tǒng)包括普通水水系統(tǒng)和去離子水水系統(tǒng)。普通水水系統(tǒng)用來冷卻焊接室、真空泵系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。去離子水用來冷卻等離子焊槍。水系統(tǒng)作為等離子焊機(jī)的一個系統(tǒng)安全保障的部分，在等離子焊機(jī)工作時會設(shè)定很多互鎖關(guān)系，保證系統(tǒng)在工作時不會因為某個部件溫度過高導(dǎo)致事故發(fā)生。

1.4 等離子焊槍

等離子焊槍作為真空等離子焊機(jī)的一個關(guān)鍵部件，也是等離子焊機(jī)廠家的一個核心技術(shù)。通常等離子焊槍由電極、水套、噴嘴、氣環(huán)等零部件組成。等離子槍的工作原理是通過等離子焊槍啟動時的高電壓將氣體進(jìn)行電離，前提是在焊接室處于真空狀態(tài)下進(jìn)行，因為在真空下氣體容易被電離成正離子、負(fù)離子及電子等離子，在熱場及電場的作用下，這些粒子會有序的流動形成電流，并會不斷地轟擊負(fù)極，使負(fù)極產(chǎn)生高溫[2]。海綿鈦電極為負(fù)極，帶電粒子轟擊產(chǎn)生的高溫將海綿鈦融化，從而焊接在一起。

1.5 電源

電源作為等離子焊槍進(jìn)行焊接的能量來源。電源的大小也決定了等離子焊機(jī)的焊接速度。

1.6 動力系統(tǒng)

不同廠家生產(chǎn)的等離子焊機(jī)采用不同的動力系統(tǒng)，所謂動力系統(tǒng)是指用來驅(qū)動焊接小車在焊接室內(nèi)的前后移動、驅(qū)動海綿鈦電極在焊接小車上轉(zhuǎn)動、等離子焊槍的上下移動。有的廠家采用液壓系統(tǒng)作為動力源來驅(qū)動液壓缸、液壓馬達(dá)來實現(xiàn)直線運動和轉(zhuǎn)動，有的廠家采用電機(jī)和相關(guān)的機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)等離子焊機(jī)工作時需要的直線運動和轉(zhuǎn)動。

1.7 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為等離子焊機(jī)實現(xiàn)人機(jī)交互的介質(zhì)。通過控制系統(tǒng)來設(shè)置不同海綿鈦電極的焊接工藝參數(shù)，焊接模式等。

2 真空等離子焊機(jī)的工作原理

根據(jù)不同的焊接要求，真空等離子焊機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)縱焊和環(huán)焊兩種方式。通常情況下縱焊是必不可少的，所謂縱焊就是等離子焊槍啟功后，海綿鈦電極在焊接小車的驅(qū)動下，從焊接的起始位置開始根據(jù)設(shè)定的速度向前移，使海綿鈦電極的表面形成一條縱向的焊縫。環(huán)焊是等離子槍啟動后，海綿鈦電極在電機(jī)或液壓馬達(dá)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，是海綿鈦電極表面形成環(huán)向的焊縫，見圖2。

通常真空等離子焊機(jī)的工作步驟為：將海綿鈦電極通過焊接小車運送到焊接室內(nèi)，關(guān)閉焊接室門，開啟水系統(tǒng)，對真空室進(jìn)行抽空，將焊接室抽到20pa左右，向焊接室內(nèi)回填惰性氣體-氬氣，焊接室內(nèi)的壓力達(dá)到一個設(shè)定值，且焊接室內(nèi)的壓力保持在低于大氣壓的一個負(fù)壓狀態(tài)。設(shè)定焊接模式，啟動等離子焊槍，進(jìn)行自動焊接。焊接結(jié)束后，海綿鈦電極要在焊接室內(nèi)冷卻1到2個小時，防止焊完后的電極過早移到焊接室外和空氣接觸導(dǎo)致焊口發(fā)生氧化，冷卻時間根據(jù)電極的大小而定。打開焊接室門前，需要通過真空泵將焊接室內(nèi)的氬氣排到室外，防止對室內(nèi)的人員造成傷害。

3 真空等離子焊機(jī)的優(yōu)越性

以前焊接海綿鈦電極采用手持式等離子焊槍或氬弧焊機(jī)通過氬氣保護(hù)對海綿鈦壓塊的接口處進(jìn)行焊接，焊接前還需要對接口處進(jìn)行開破口處理，這種老式的焊接方法由于將海綿鈦電極暴露在大氣中進(jìn)行焊接，很容易在焊接過程中使海綿鈦電極發(fā)生氧化，而且焊接的效率非常的低。采用真空等離子焊機(jī)焊接，能夠大大提高生產(chǎn)效率，而且焊接質(zhì)量能夠得到保證。

[1]達(dá)到安.《真空設(shè)計手冊》[M].3版.北京：國防工業(yè)出版社,2004.

[2]李少華.《真空等離子焊箱的研制》[J].有色設(shè)備,2012(2)：10-13.

Because of the special metallic character, the pure titanium and titanium alloy is used widely in the military and civil industry. And it makes the vacuum plasma welder to be an important segment in the productive process of pure titanium and titanium alloy, this article will introduce vacuum plasma welder’s composition, working principle and superiority during the actual application.

Titanium composition Principle

【摘 要】鈦 組成 原理

趙小強(qiáng)(1983—),男,天津市人,工程師,碩士研究生,主要從事冶金設(shè)備的項目管理工作,現(xiàn)任項目工程師。