劉大喆

[摘 要]為了提高公司產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力，我公司利用等離子弧穩(wěn)定性原理及壓縮效應(yīng)對真空等離子焊箱定槍的陰極和噴嘴進(jìn)行了合理改造后，不僅可以正常使用，還能夠滿足公司對電極的焊接工藝要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。焊接焊縫寬度可達(dá)25 mm～30 mm，深度達(dá)15 mm～20 mm，滿足公司焊接工藝要求。設(shè)備自改造使用至今，一直運(yùn)行良好，在生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。

[關(guān)鍵詞]真空等離子焊箱 鎢極定槍改造 銅極 鈦及鈦合金

中圖分類號：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）38-0116-02

一、背景

我公司主要進(jìn)行鈦及鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)，鈦是一種高活性金屬，在高溫下易于其它元素進(jìn)行反應(yīng)，例如氧、氮等，并且鈦電極在空氣中進(jìn)行焊接，熔池容易脆化產(chǎn)生裂紋，焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，易造成“掉蛋”現(xiàn)象，因此鈦及鈦合金電極均使用真空等離子焊箱在真空狀態(tài)下進(jìn)行焊接，其優(yōu)點(diǎn)在保證焊接質(zhì)量的同時還能夠避免其它元素對于鈦及鈦合金的污染。

我公司目前使用的真空等離子焊箱為國產(chǎn)制造，其使用時間長達(dá)到11年，設(shè)備年限較長，許多技術(shù)相比現(xiàn)在已經(jīng)極大的落后，產(chǎn)品質(zhì)量停滯不前。隨著我廠生產(chǎn)任務(wù)的增長，各戶產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，這臺設(shè)備已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品工藝技術(shù)要求，因此急需對現(xiàn)有焊箱進(jìn)行必要改造。根據(jù)現(xiàn)在鈦合金行業(yè)真空焊箱研造情況，可將設(shè)備現(xiàn)用的鎢極定槍改變?yōu)殂~極定槍。

二、焊箱定槍銅極改造

2.1 定槍結(jié)構(gòu)

鎢極定槍由調(diào)節(jié)氣缸、陰極桿組件、水套、導(dǎo)氣套、噴嘴、陰極頭及鎢極組成。其是以鎢極作為陰極，噴嘴作為陽極進(jìn)行氬氣電離產(chǎn)生等離子弧。我們結(jié)合設(shè)備實(shí)際情況，可在保留原定槍調(diào)節(jié)氣缸、陰極桿組件、導(dǎo)氣套不變的情況下，只要重新設(shè)計(jì)引弧端（即將鎢極與陰極頭合并改為銅極）以及新型噴嘴即可。將鎢極與陰極頭合并改為銅極，銅極材料可選擇鉻鋯銅，鉻鋯銅作為電極材料優(yōu)勢顯著，有導(dǎo)電性能良好，硬度高，抗裂性以及軟化溫度高，焊接時電極損耗小，焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 定槍改造

2.2.1 原定槍結(jié)構(gòu)簡介。圖1所示為改造前焊箱配套的定槍結(jié)構(gòu)圖。

2.2.2 正極頭設(shè)計(jì)：

參考圖1，定槍的起弧方式為高頻引弧，鎢極為負(fù)極，噴嘴為正極。當(dāng)鎢極頭加載高頻電源時，周圍氣體被電離與噴嘴之間形成小弧，此時噴嘴斷電，電極頭為正極，物料為負(fù)極，電極頭通過噴嘴與物料之間起弧，形成穩(wěn)定的等離子弧。形成的電弧主要分為陰極區(qū)、弧區(qū)、陽極區(qū)。陰極區(qū)主要由陰極斑點(diǎn)組成。陰極斑點(diǎn)是產(chǎn)生電弧放電的基礎(chǔ)，總是快速不間斷地游離于陰極表面上。宏觀看它是無規(guī)律的，實(shí)際則有自己的規(guī)律性，即總是向陰極表面逸出功最小處轉(zhuǎn)移。

根據(jù)其規(guī)律我們設(shè)計(jì)了兩種陽極頭來驗(yàn)證。如圖2中A型與B型，A型電極頭部為圓臺狀，B型電極頭為圓錐狀。

2.2.3：噴嘴的改進(jìn)

噴嘴設(shè)計(jì)可分為四部分，第一、外形及安裝。主要包含噴嘴外形，噴嘴與水套之間的裝配。第二：密封，主要保證冷卻水能夠有效作用于噴嘴。第三，起弧部位，此處正極頭與噴嘴之間可相互電離氬氣，產(chǎn)生小弧，第四：噴嘴孔徑，根據(jù)電弧壓縮原理可知孔徑不同，熔池也會相應(yīng)發(fā)生變化，合適的孔徑能夠使我們達(dá)到焊接工藝要求。

此次改造中定槍水套不發(fā)生改變，因此新噴嘴安裝尺寸與密封尺寸與原噴嘴保持一致，然后根據(jù)正極頭尺寸及圓錐弧度，可加工出相應(yīng)的配合弧面。最后對于噴嘴孔徑的選擇，借鑒舊噴嘴形式，我們共設(shè)計(jì)了φ8、φ10、φ12三種孔型，其孔徑比依此為1.2、1.04、0.92。最后成型噴嘴樣式如圖3。

新的正極頭及噴嘴制作出來后，在工藝規(guī)定的電流區(qū)間及氬氣氣量等條件下，通過調(diào)節(jié)氣缸來調(diào)整定槍間隙至合適位置后，我們進(jìn)行了實(shí)際測驗(yàn)，測驗(yàn)結(jié)果為表格1：

通過上表我們可以看出B型正極頭與φ10、φ12兩種噴嘴可滿足我們使用要求，但從使用周期中我們可以看到，φ10的噴嘴使用爐次明顯高于φ12的噴嘴，因此我們選擇φ10的噴嘴，作為我廠此次的定型噴嘴。

結(jié)果分析：

將A、B型陽極頭與噴嘴安裝后，A型電極頭起弧后，弧柱極不穩(wěn)定，非常容易造成息弧現(xiàn)象，依據(jù)電弧穩(wěn)定特性設(shè)計(jì)的B型電極頭部為倒圓錐狀，起弧后，弧柱穩(wěn)定。對比兩種陽極頭依據(jù)電弧穩(wěn)定原理：A型電極頭部呈平面狀，斑點(diǎn)會在較大區(qū)間甚至整個平面上游動，不易集中，電弧穩(wěn)定性差，B型電極頭由于陰陽極間距始終保持中央最小，尖端處電子逸出功最小，斑點(diǎn)集中在尖端附近。陰極斑點(diǎn)游動區(qū)間小，所以電弧穩(wěn)定。因此，B型倒圓錐電極頭，有助于電弧的穩(wěn)定燃燒。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)后，總體取得圓滿成功，存在不足之處主要有一點(diǎn)，焊箱配套的冷卻水溫由42°上升至56°，在不改變現(xiàn)有設(shè)備的情況下，我們將冷卻水排量由目前的0.4MPa提高至0.55MPa，并將現(xiàn)有陰極桿冷卻組件進(jìn)行局部變動后，使陰極頭冷卻更好，水溫降至46°，可滿足設(shè)備使用需求。

三、結(jié)論

對真空等離子焊箱定槍的陰極和噴嘴進(jìn)行了合理改造后，不僅可以正常使用，還能夠滿足公司對電極的焊接工藝要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。焊接焊縫寬度可達(dá)20mm～25mm，深度達(dá)15mm～20mm。設(shè)備自改造使用至今，一直運(yùn)行良好，在生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)

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