變極性等離子弧焊（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡(jiǎn)稱VPPAw）是一種新型、經(jīng)濟(jì)的焊接方法，在鋁合金的焊接方面得到廣泛應(yīng)用。

1 變極性等離子焊接簡(jiǎn)介變極性等離子焊接（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡(jiǎn)稱VPPAW）使用特殊設(shè)計(jì)的焊接電源和控制系統(tǒng)，通過(guò)極性的可控變換，可以獲得正接時(shí)間較長(zhǎng)，反接時(shí)間較短且電流值分別可調(diào)的電流波形。在工件接電源正極的時(shí)段中，焊槍可以有效地加熱工件，此時(shí)鎢極不會(huì)發(fā)生過(guò)熱；而在工件接電源負(fù)極的時(shí)段內(nèi)，則可以利用“陰極霧化”作用清理焊接區(qū)的氧化物。通過(guò)控制正、反極性時(shí)的電流大小以及變換頻率，還可以調(diào)節(jié)熔透情況和陰極霧化清理的強(qiáng)度。圖1表示了一個(gè)變極性等離子焊接現(xiàn)場(chǎng)的情形。鋁合金電阻電焊改進(jìn)工藝措施點(diǎn)焊的工藝參數(shù)通常是根據(jù)工件的材料和厚度，參考該種材料的焊接條件選取。

在研究陰極清理作用的影響因素時(shí)，發(fā)現(xiàn)工件接負(fù)極時(shí)段內(nèi)電流大小的影響遠(yuǎn)大于時(shí)段長(zhǎng)短的影響，此時(shí)段內(nèi)的電流越大，陰極清理的效果越好；鍛冶方法的道理與上述基本一致，不同的是要把焊件全部加熱后再敲打。而延長(zhǎng)此時(shí)段的時(shí)間，陰極清理寬度的增加則很有限。圖2表示了使用該法焊接鋁合金時(shí)的電流波形，由圖中可見(jiàn)，當(dāng)工件為負(fù)時(shí)采用短時(shí)間、大電流；電極為負(fù)時(shí)則用長(zhǎng)時(shí)間、較小電流。該方法很好地解決了焊接鋁及鋁合金時(shí)清除氧化膜和防止電極燒損之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的連續(xù)焊接。

2 變極性等離子焊接的特點(diǎn)變極性等離子焊接具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

①溫度高，能量集中，焊接熔深大，對(duì)中厚鋁合金板，不開(kāi)坡口單面焊雙面成形，保證熔透。

②焊前不需清理，變極性等離子弧的陰極清理作用可將污染物沖走，去除氧化膜效果好。

③焊縫氣孔率低，金屬熔池內(nèi)的氣體能通過(guò)小孔全部排出，清除氣孔比較徹底。

④焊縫正反面受熱比較均勻，焊接熱影響區(qū)窄，工件變形小。

⑤焊接層數(shù)少，焊縫寬度窄，焊材消耗量小，生產(chǎn)、成本低。

⑥鎢極縮在噴嘴內(nèi)不與工件接觸，減少鎢極損耗，并防止焊縫金屬夾鎢。

⑦焊縫接頭力學(xué)性能好，x射線探傷合格率高，焊接質(zhì)量更有保證。

3 變極性等離子焊接設(shè)備①等離子焊接電源；

②等離子焊槍；

③自動(dòng)送絲系統(tǒng)；

④控制系統(tǒng)；

⑤智能溫控水箱。

4 變極性等離子焊接的應(yīng)用 美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NASA）早曾使用常規(guī)的直流TIG正接焊接方法制造火箭外部燃料儲(chǔ)罐，這種鋁合金儲(chǔ)罐有多種不同的尺寸，其中一種的直徑為8.717m、長(zhǎng)46.939m，可裝載530m3的液氧以及1438m3的液氫，曾用于土星號(hào)登月火箭。以上是對(duì)焊接加工廠家在未來(lái)發(fā)展當(dāng)中所需要面臨的問(wèn)題，我們?cè)谏町?dāng)中也需要多加注意這些問(wèn)題，當(dāng)然焊接加工技術(shù)也需要不斷的更新。盡管焊前的接頭準(zhǔn)備十分充分，但是仍然經(jīng)常出現(xiàn)焊縫氣孔等缺陷。1978年，NASA決定采用由美國(guó)波音公司的B.P.VanCleave等在20世紀(jì)60年代末就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的變極性等離子焊接方法取代TIG焊，用于該儲(chǔ)罐的焊接，使焊接質(zhì)量得到了明顯的提高。20世紀(jì)80年代波音公司也曾用變極性等離子焊接方法焊接了大量鋁合金筒體結(jié)構(gòu)的環(huán)縫，并對(duì)其焊接工藝、設(shè)備及質(zhì)量控制等進(jìn)行了一系列研究，推動(dòng)了這種方法的完善。目前，變極性等離子焊接方法已在鋁合金結(jié)構(gòu)件的制造中獲得了廣泛的應(yīng)用，成為一種很有發(fā)展前景的焊接方法。

該方法很適合于鋁及鋁合金的小孔法焊接。緩冷的方法是將焊接后的工件加熱到600℃，放到退火爐中慢慢地冷卻。對(duì)于用TIG方法需要開(kāi)坡口且多次焊接的焊縫，用變極性等離子焊接方法中可直接采用I形坡口，焊接一道焊縫既可，這可減少焊前坡口準(zhǔn)備工作量，提高了工作效率。極性變換帶來(lái)的熔池?cái)嚢枳饔糜欣跉怏w的逸出和雜質(zhì)的排除，焊縫缺陷少、焊道窄且變形小。該方法可以在平、橫、立向上和立向下各種位置上焊接。

多年來(lái)，NASA對(duì)變極性等離子焊接方法進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值分析工作，包括對(duì)小孔焊接過(guò)程中能量的分布與損失、焊縫外形的成形規(guī)律、焊槍噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各種焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量和速度的影響等等，為這種方法在航天工程中的應(yīng)用提供有價(jià)值的資料。雖然在生活當(dāng)中我們不會(huì)常常的見(jiàn)到焊接產(chǎn)品，但是它卻是我們生活發(fā)揮著十分重要的作用。目前，我國(guó)也已對(duì)變極性等離子焊接方法開(kāi)展了一些研究。

如何在滿足鋁鎂合金材料使用的前提下，消除焊縫中的氣孔是鋁鎂合金焊接工藝質(zhì)量前提保證，也是我們?cè)谌粘９ぷ髦行枰暤膯?wèn)題。

     1 氣孔形成及其主要因素

　　1.1 氣孔形成

　　氣孔從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是由于焊接時(shí)在熔池凝固形成過(guò)程當(dāng)中，尚有部分未來(lái)得及逃逸的氣體殘留在焊接金屬之中，在一般情況下，氣體可能是空氣、一氧化tan、氫氣和氮?dú)獾鹊?；鋁鎂合金主要成分是鋁摻入少量的鎂而制作出來(lái)的材料，加入鎂是為了保證鋁美合金的硬度，其中不含碳，因而沒(méi)有一氧化tan的形成；同時(shí)氮?dú)馀c鋁及其合金不能相溶，故也沒(méi)有氮?dú)鈿饪仔纬傻目赡?。因此，焊接加工廠在制作產(chǎn)品的過(guò)程中，一定要把控好產(chǎn)品質(zhì)量，杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場(chǎng)，對(duì)廠家造成不好的影響。我們常說(shuō)的鋁美合金焊縫的氣體就是氫氣孔。探究氫氣孔的來(lái)源，我們可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是水分解而來(lái)，其中空氣中的水分、焊接材料以及母材表面氧化膜吸附的水分等，都是有可能造成氫氣孔形成的原因，因而在實(shí)際過(guò)程當(dāng)中水的因素可以間接的理解為氣孔形成的因素。

　　1.2 影響氣孔形成的主要因素

　　1.2.1 材料特性

　　從化學(xué)性能上分析，一方面氫在高溫時(shí)能大量的溶解于液態(tài)鋁之中，一旦溫度下降溶解量減少，導(dǎo)致在鋁鎂合金焊接完成以后，有大量的氫氣析出；由于熔池快速凝固，致使部分氫氣或者其他混合氣體來(lái)不及逃逸而形成了大量的氣泡。鋁焊接加工廠明星機(jī)械：短路過(guò)渡焊接對(duì)焊縫的影響CO2電弧焊中短路過(guò)渡應(yīng)用最廣泛，主要用于薄板及全位置編輯焊接，規(guī)范參數(shù)為電弧電壓焊接電流、焊接速度、焊接回路電感、氣體流量及焊絲伸出長(zhǎng)度等。另一方面鋁鎂合金散熱性好、密度低對(duì)氣體的析出產(chǎn)生制約；加上在焊接高溫下，鋁鎂合金和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鎂和三氧化二鋁覆蓋于焊接體表面，其中氧化鎂吸水性很強(qiáng)，這也是氣泡產(chǎn)生的主要原因之一。即使用TIG焊也不能有效地去除其水分，因而使得鋁鎂合金焊接氣孔在所難免，這在實(shí)際的操作當(dāng)中，應(yīng)該引起重視。

　　1.2.2 氣的流量與純度

　　從操作上看，氣的流量是影響熔池保護(hù)效果的一個(gè)非常重要參數(shù)；如果氣的流量較小，沖擊焊接環(huán)境中空氣較少，相對(duì)保護(hù)熔池能力較差；氣的流量大，一方面造成生產(chǎn)成本加大，另一方面有可能使得強(qiáng)氣流在熔池周圍停留時(shí)間過(guò)短，造成大量空氣的介入，造成保護(hù)區(qū)失去保護(hù)的意義，更易使得焊縫產(chǎn)生氣孔。鎢極伸出長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、電弧過(guò)長(zhǎng)或不穩(wěn)等，都有可能使得焊縫產(chǎn)生氣孔，造成焊縫質(zhì)量得不到有效的保障。氣的純度也是主宰焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素，純度低，意味著雜質(zhì)多，也就增加了弧柱氣氛中氫的含量， 從而降低陰極霧化效果，這也是不利的因素。在實(shí)際焊接工藝當(dāng)中，由于操作人員知識(shí)的有限，不懂得其實(shí)際性的理論和知識(shí)，對(duì)氣流量與純度的影響產(chǎn)生忽略，造成焊接質(zhì)量的缺失，這是我們要防范的。

　　1.2.3 焊接工藝

　　焊接工藝講究步驟和流程的合理性，其中包括坡口準(zhǔn)備、組對(duì)方式等等，以及焊接工藝參數(shù)的正確性；如果坡口位置不對(duì)或是焊件組對(duì)存在縫隙，很容易造成空氣的涌入。近幾年，由于鎳鹽在水體中難以處理，廢水處理成本大大增加，因此，人們把更多的經(jīng)歷放在了無(wú)鎳封孔劑的研制方面。焊接參數(shù)要調(diào)整和變化，也對(duì)氣體逸出和溶入熔池產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。焊接速度過(guò)慢，無(wú)疑使得氫氣的容量較大，造成氫氣氣孔的產(chǎn)生。焊接速度過(guò)快，容易在工程質(zhì)量上不能得到保證。在實(shí)際過(guò)程當(dāng)中，操作人員應(yīng)該通過(guò)不斷的實(shí)踐來(lái)摸索鋁鎂合金焊接經(jīng)驗(yàn)，通常情況下我們可以發(fā)現(xiàn)，用較快的焊接速度加上較大的焊接電流可以有效的阻止氣孔的產(chǎn)生。

　　1.2.4 焊接操作技術(shù)

　　焊接操作技術(shù)無(wú)疑也是保證鋁鎂合金焊接質(zhì)量的保證之一；由于現(xiàn)代工程具有較為復(fù)雜的操作環(huán)境，因此對(duì)焊接操作人員提出了較高的要求，焊接操作技術(shù)與理論知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，這是內(nèi)在的要求；而外部空間的局限有可能會(huì)造成實(shí)施焊接操作時(shí)不當(dāng)或者難度加大，焊接槍口與工作表面不能保持正確的角度，角度大小的變化有可能使得氣挺度不足，造成缺陷?？諝獾膭×伊鲃?dòng)會(huì)引起氣體保護(hù)不充分,從而產(chǎn)生焊接氣孔,可設(shè)置擋風(fēng)板以避免室內(nèi)穿堂風(fēng)的影響。鎢極伸出長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、電弧過(guò)長(zhǎng)或不穩(wěn)等，都有可能使得焊縫產(chǎn)生氣孔，造成焊縫質(zhì)量得不到有效的保障。這就需要焊接操作者需要運(yùn)用理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行分析和探討；一般來(lái)說(shuō)在約束環(huán)境下，水平管仰焊接頭部位可采用交叉接頭法，有利于焊縫質(zhì)量的保證，避免氣孔的產(chǎn)生。

　　1.2.5 其它影響因素

　　焊縫質(zhì)量受到眾多因素的影響，除我們闡述的材料特性、氣的流量與純度、焊接工藝、焊接操作技術(shù)原因之外，還有環(huán)境溫差、濕度的變化以及工具保養(yǎng)、焊絲產(chǎn)品質(zhì)量都是影響操作質(zhì)量結(jié)果的重要方面，在實(shí)際操作之前或之中，要保持常態(tài)戒備狀態(tài)、加強(qiáng)質(zhì)量保證意識(shí)，維護(hù)鋁鎂合金焊接的工程的質(zhì)量結(jié)果。為了更好認(rèn)識(shí)金屬焊接加工的特點(diǎn)內(nèi)容，控制裝置也很重要，這樣才能夠使得設(shè)備更好的工作。

鎢極弧焊之所以比其他焊接方法更有廣闊的應(yīng)用范圍，主要是由于其具備下列特點(diǎn)：

1、焊縫質(zhì)量高。因?yàn)闅獾母邷胤€(wěn)定性好，在高溫下，不與電極或熔化金屬起化學(xué)反應(yīng)，被焊金屬材料中合金元素不會(huì)燒損，氣沒(méi)有腐蝕性也不溶于金屬，不易引起氣孔。

2、電弧熱量集中，功率密度大，熱影響區(qū)小，焊件變形小。由于氣是單原子氣體，高溫時(shí)不分解，沒(méi)有吸熱作用，與其他氣體相比，熱容和熱傳導(dǎo)系數(shù)都很小，所以在氣中燃燒的電弧，熱量損失小，產(chǎn)生的溫度高，對(duì)電弧穩(wěn)定也很有利。

3、適用范圍廣?？梢院负谏鹳|(zhì)、不銹鋼、高溫鎳基合金，也可以焊有色金屬以及活性金屬（例如鋁、銅、鈦及其合金等），也可焊0.5毫米的薄板到2.5毫米的中厚板；可進(jìn)行全位置焊接。

4、弧焊是明弧操作，便于對(duì)電弧、熔池、熔滴過(guò)渡的觀察，有利于操作者在焊接過(guò)程中及時(shí)調(diào)整各種參數(shù)從而保證焊接質(zhì)量。

5、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化控制，除帶型而的不規(guī)則焊縫采用手工焊外，縱向焊縫和周圍焊縫均可采用自動(dòng)焊。

6、不需要涂料和焊劑，焊后不需清渣等輔助工序，提高了生產(chǎn)效率。

防止鋁板被氧化的方法有哪些?

一、加強(qiáng)軋制油的管理，其含水量控制在0.04%以下。

　　二、包裝箱的木軸、箱板的濕度不大于18%,包裝保溫鋁板的溫度不大于45℃。

　　三、加強(qiáng)空氣干燥的管理，確保壓縮空氣中無(wú)水。

　　四、由低溫區(qū)運(yùn)入溫度高、濕度大的地區(qū)時(shí)，不要立即開(kāi)啟密封包裝，車間、倉(cāng)庫(kù)房頂有漏雨、雪的地方，不應(yīng)放置保溫鋁板。

　　個(gè)人都能使用的技巧：取堿若干，放入水中，加熱至沸騰，放進(jìn)鋁板，可見(jiàn)鋁板表面溢出氣泡，過(guò)程中需要保持堿溶液溫度，鋁板表面氣泡消失為止，鋁板用清水沖洗，一定要沖洗干凈，冷卻風(fēng)干即可。