變極性等離子弧焊（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡稱VPPAw）是一種新型、經濟的焊接方法，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）使用特殊設計的焊接電源和控制係統，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，此時鎢極不會發生過熱；而在工件接電源負極的時段內，則可以利用“陰極霧化”作用清理焊接區的氧化物。通過控制正、反極性時的電流大小以及變換頻率，還可以調節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場的情形。
在研究陰極清理作用的影響因素時，發現工件接負極時段內電流大小的影響遠大於時段長短的影響，此時段內的電流越大，陰極清理的效果越好；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，當工件為負時採用短時間、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，實現了穩定的連續焊接。
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：
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。
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衝走，去除氧化膜效果好。
焊縫氣孔率低，金屬熔池內的氣體能通過小孔全部排出，清除氣孔比較。
焊縫正反面受熱比較均勻，焊接熱影響區窄，工件變形小。
焊接層數少，焊縫寬度窄，焊材消耗量小，生產效率高、成本低。
鎢極縮在噴嘴內不與工件接觸，減少鎢極損耗，並防止焊縫金屬夾鎢。
焊縫接頭力學性能好，x射線探傷合格率高，焊接質量更有保證。
3 變極性等離子焊接設備 等離子焊接電源；
等離子焊槍；
自動送絲係統；
控制係統；
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，曾用於土星號登月火箭。盡管焊前的接頭準備十分充分，但是仍然經常出現焊縫氣孔等缺陷。1978年，NASA決定採用由美國波音公司的B.P.VanCleave等在20世紀60年代末就已經開發出的變極性等離子焊接方法取代TIG焊，用於該儲罐的焊接，使焊接質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構的環縫，並對其焊接工藝、設備及質量控制等進行了一係列研究，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構件的制造中獲得了廣泛的應用，成為一種很有發展前景的焊接方法。
該方法很適合於鋁及鋁合金的小孔法焊接。對於用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採用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於氣體的逸出和雜質的排除，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、焊縫外形的成形規律、焊槍噴嘴結構設計以及各種焊接工藝參數對焊接質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。目前，我國也已對變極性等離子焊接方法開展了一些研究。
豫公安備 41010502000017號