變極性等離子弧焊（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡稱VPPAw）是一種新型、經(jīng)濟的焊接方法，在鋁合金的焊接方面得到廣泛應用。

1 變極性等離子焊接簡介變極性等離子焊接（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡稱VPPAW）使用特殊設(shè)計的焊接電源和控制系統(tǒng)，通過極性的可控變換，可以獲得正接時間較長，反接時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段中，焊槍可以有效地加熱工件，此時鎢極不會發(fā)生過熱；而在工件接電源負極的時段內(nèi)，則可以利用“陰極霧化”作用清理焊接區(qū)的氧化物。通過控制正、反極性時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度。圖1表示了一個變極性等離子焊接現(xiàn)場的情形。鋁合金電阻電焊改進工藝措施點焊的工藝參數(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，發(fā)現(xiàn)工件接負極時段內(nèi)電流大小的影響遠大于時段長短的影響，此時段內(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。而延長此時段的時間，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的電流波形，由圖中可見，當工件為負時采用短時間、大電流；電極為負時則用長時間、較小電流。該方法很好地解決了焊接鋁及鋁合金時清除氧化膜和防止電極燒損之間的矛盾，實現(xiàn)了穩(wěn)定的連續(xù)焊接。

2 變極性等離子焊接的特點變極性等離子焊接具有以下幾個方面的特點：

①溫度高，能量集中，焊接熔深大，對中厚鋁合金板，不開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用 美國國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罐，這種鋁合金儲罐有多種不同的尺寸，其中一種的直徑為8.717m、長46.939m，可裝載530m3的液氧以及1438m3的液氫，曾用于土星號登月火箭。以上是對焊接加工廠家在未來發(fā)展當中所需要面臨的問題，我們在生活當中也需要多加注意這些問題，當然焊接加工技術(shù)也需要不斷的更新。盡管焊前的接頭準備十分充分，但是仍然經(jīng)常出現(xiàn)焊縫氣孔等缺陷。1978年，NASA決定采用由美國波音公司的B.P.VanCleave等在20世紀60年代末就已經(jīng)開發(fā)出的變極性等離子焊接方法取代TIG焊，用于該儲罐的焊接，使焊接質(zhì)量得到了明顯的提高。20世紀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，并對其焊接工藝、設(shè)備及質(zhì)量控制等進行了一系列研究，推動了這種方法的完善。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。對于用TIG方法需要開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備工作量，提高了工作效率。極性變換帶來的熔池攪拌作用有利于氣體的逸出和雜質(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，NASA對變極性等離子焊接方法進行了大量的實驗研究和數(shù)值分析工作，包括對小孔焊接過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)計以及各種焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量和速度的影響等等，為這種方法在航天工程中的應用提供有價值的資料。雖然在生活當中我們不會常常的見到焊接產(chǎn)品，但是它卻是我們生活發(fā)揮著十分重要的作用。目前，我國也已對變極性等離子焊接方法開展了一些研究。

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，也是我們在日常工作中需要正視的問題。

     1 氣孔形成及其主要因素

　　1.1 氣孔形成

　　氣孔從本質(zhì)上來說，是由于焊接時在熔池凝固形成過程當中，尚有部分未來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、氫氣和氮氣等等；鋁鎂合金主要成分是鋁摻入少量的鎂而制作出來的材料，加入鎂是為了保證鋁美合金的硬度，其中不含碳，因而沒有一氧化tan的形成；同時氮氣與鋁及其合金不能相溶，故也沒有氮氣氣孔形成的可能。因此，焊接加工廠在制作產(chǎn)品的過程中，一定要把控好產(chǎn)品質(zhì)量，杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場，對廠家造成不好的影響。我們常說的鋁美合金焊縫的氣體就是氫氣孔。探究氫氣孔的來源，我們可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是水分解而來，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，因而在實際過程當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

　　從化學性能上分析，一方面氫在高溫時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不及逃逸而形成了大量的氣泡。鋁焊接加工廠明星機械：短路過渡焊接對焊縫的影響CO2電弧焊中短路過渡應用最廣泛，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度等。另一方面鋁鎂合金散熱性好、密度低對氣體的析出產(chǎn)生制約；加上在焊接高溫下，鋁鎂合金和空氣發(fā)生化學反應，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，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，這在實際的操作當中，應該引起重視。

　　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效果的一個非常重要參數(shù)；如果氣的流量較小，沖擊焊接環(huán)境中空氣較少，相對保護熔池能力較差；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氣流在熔池周圍停留時間過短，造成大量空氣的介入，造成保護區(qū)失去保護的意義，更易使得焊縫產(chǎn)生氣孔。鎢極伸出長度過長、電弧過長或不穩(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。在實際焊接工藝當中，由于操作人員知識的有限，不懂得其實際性的理論和知識，對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，其中包括坡口準備、組對方式等等，以及焊接工藝參數(shù)的正確性；如果坡口位置不對或是焊件組對存在縫隙，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)歷放在了無鎳封孔劑的研制方面。焊接參數(shù)要調(diào)整和變化，也對氣體逸出和溶入熔池產(chǎn)生相當大的影響。焊接速度過慢，無疑使得氫氣的容量較大，造成氫氣氣孔的產(chǎn)生。焊接速度過快，容易在工程質(zhì)量上不能得到保證。在實際過程當中，操作人員應該通過不斷的實踐來摸索鋁鎂合金焊接經(jīng)驗，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)代工程具有較為復雜的操作環(huán)境，因此對焊接操作人員提出了較高的要求，焊接操作技術(shù)與理論知識和實際操作經(jīng)驗密切相關(guān)，這是內(nèi)在的要求；而外部空間的局限有可能會造成實施焊接操作時不當或者難度加大，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。空氣的劇烈流動會引起氣體保護不充分,從而產(chǎn)生焊接氣孔,可設(shè)置擋風板以避免室內(nèi)穿堂風的影響。鎢極伸出長度過長、電弧過長或不穩(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用理論知識和經(jīng)驗來進行分析和探討；一般來說在約束環(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，在實際操作之前或之中，要保持常態(tài)戒備狀態(tài)、加強質(zhì)量保證意識，維護鋁鎂合金焊接的工程的質(zhì)量結(jié)果。為了更好認識金屬焊接加工的特點內(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用范圍，主要是由于其具備下列特點：

1、焊縫質(zhì)量高。因為氣的高溫穩(wěn)定性好，在高溫下，不與電極或熔化金屬起化學反應，被焊金屬材料中合金元素不會燒損，氣沒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，高溫時不分解，沒有吸熱作用，與其他氣體相比，熱容和熱傳導系數(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，對電弧穩(wěn)定也很有利。

3、適用范圍廣。可以焊黑色金質(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；可進行全位置焊接。

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

5、容易實現(xiàn)機械化、自動化控制，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、加強空氣干燥的管理，確保壓縮空氣中無水。

　　四、由低溫區(qū)運入溫度高、濕度大的地區(qū)時，不要立即開啟密封包裝，車間、倉庫房頂有漏雨、雪的地方，不應放置保溫鋁板。

　　個人都能使用的技巧：取堿若干，放入水中，加熱至沸騰，放進鋁板，可見鋁板表面溢出氣泡，過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，冷卻風干即可。