本实验中对于纯镍Ｎ６的拼焊焊接方法用等离子弧焊接，等离子弧因其具有能量较集中、射流速度高、电弧力强等特性，穿透能力更强，可以在不开坡口的情况下一次性焊透厚度为６ｍｍ的镍及镍合金，８ｍｍ的不锈钢和１０ｍｍ的钛及钛合金板材，而且焊接速度快，效率高，其这些特性正能适用于本实验中纯镍Ｎ６板带材的拼焊。目前，直流等离子焊可以焊接碳钢、不锈钢、耐热钢、镍及镍基合金，钛及其合金等；交流等离子弧焊可以焊接铝及铝合金、镁及其合金等。

焊前准备镍及镍合金在焊接过程中，比较容易出现咬边、气孔和裂纹等焊接缺陷。故而在焊接前，要将试样严格对齐，并且在焊前起小弧将小车空走一遍，进行焊枪与待焊试样对中调整，保证等离子弧要与待焊试样的中缝完全吻合。镍以及镍合金在焊接过程中随着吸收热量的升高，试样温度高的区域，尤其是焊完后待冷却的焊缝区域，其与空气中的０、Ｎ元素的结合能力也会提高，故而在冷去过程中会吸收Ｏ、Ｎ元素，Ｏ、Ｎ元素含量超标会导致焊接接头脆化使其塑性的降低。为了提高焊接质量，在镍及镍合金在焊接前必须严格清理待焊试样表面的杂质，焊前用机械打磨去掉待焊区域热轧时形成的板材表面氧化层，然后再用丙酮或者酒精对打磨后的待焊区域擦拭，将试样装入夹具中，进行对中，因为等离子弧穿透能力很强，故而可以在不开破口的情况下一次焊透６．８ｍｍ厚度的镍以及镍合金，本试验中需要焊接的纯镍Ｎ６经热轧后拼焊时其厚度为６ｍｍ，所以本实验中拼焊过程中无需再开坡口，采用“Ｉ”字型对接即可，将试样对接紧固后，接口处留出０—１ｍｍ的问隙，对接形式见图3.1。

本实验所用的等离子弧焊机为自行研制开发的一套等离子弧焊接系统，考虑到焊接过程中待冷却焊缝会吸收空气中的ｏ、Ｎ元素而影响焊缝质量，故而在焊枪焊接行走的后方加装保护罩，通氩气保护：由于镍的散热较慢，焊接过程中试样温度逐步升高会影响焊接质量，故而在试样底部加装铜衬垫。衬垫打孔，通水冷却。焊接时电源用直流正接，电极为铈钨极，其直径ｅＰ＝３２ｒａｍ，喷嘴直径中＝2ｍｍ。镍合金板材在装入夹具中时留有０一ｌｍｍ间隙，以保证合金能够完全焊透。焊接过程如图３．２所示，以及小车行走示意图如图３．３所示。

在本实验中，拼焊时所采用的是小孔型等离子弧焊焊接方法，纯镍Ｎ６板厚６ｍｍ，焊接之间不开坡口，对接进行焊接。经过前期大量试焊接之后．总结出影响本实验等离子拼焊接头焊接质量的主要因素有，焊接电流（Ａ）、离子气流量（Ｌ／ｍｉｎ）、焊接速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、喷嘴离焊接试样的高度（ｍｍ），对这些影响因素进行归纳总结，采用正变试验设计，确定出最优纯镍Ｎ６等离子焊接工艺参数。

最佳焊接工艺参数的确定等离子弧焊接是一个复杂的过程，在焊接过程中电流、焊接速度、离子气流量、保护气流量、喷嘴高度、喷嘴直径等多个因素共同影响。在焊接过程中，若保持一个影响因素不变，其他因素也有很多种变化，而且，现实中每一次的焊接工艺若保持精确不变几乎无法做到。因此若对本实验中等离子焊接的每一个工艺参数都进行优化，而且具体有针对性的验证出每一个工艺因素对焊缝质量的影响，工程量浩大，而且最终结果未必精确。故而，本实验对比较有代表性的工艺因素用正交试验设计方法进行均衡抽样，通过正交试验结果分析，选出影响较大的工艺参数，再进行合理组合，最终确定出本实验中等离子弧焊接的最佳工艺参数。

在本实验中，用等离子弧焊接纯镍Ｎ６的过程中，能焊缝质量影响的因素有焊接电流、小车行走速度（即焊接速度）、离子气流量、保护气流量、保护罩气体流量、焊枪高度、喷嘴直径等，经过前期大量实验，在喷嘴高度、保护气罩流量、保护气流量等这些影响因素保持不变的前提下，实验发现，焊接电流、小车行走速度（即焊接速度）和离子气流量这三个因素对焊缝质量韵影响较为显著，故而以这三个影响因素为三因素，每个因素选取三个水平设计正交试验，实验中的三因素三水平表如表３．１所示。

根据设计的三因素三水平表，进行实验方案设计，实验方案如表３．２所示，后期的焊接试验依据表３．２中的方案进行，对焊接后的接头进行焊缝质量评测。

检测焊缝接头质量好坏的～个重要指标就是接头的抗拉强度，对焊好的各个因素各个水平下的焊接接头进行拉伸试验，测试其闶阆强度，以抗拉强度的最大值来确定最佳影响因素的最佳水平ｉ通过对试验后期数据处理可知，表３．２中，Ａ１８２Ｃ１工艺下焊缝接头的抗拉强度值最高，即焊接电流为２００Ａ、离子气流量３Ｌ／ｍｉｎ、小车行走速度（焊接速度）为１８０ｍｍ／ｍｉｎ时，焊缝接头的抗拉强度值最高，此工艺组合即为通过正交试验选出的最优焊接工艺参数。

对以上正交试验中选出的最优工艺参数进行验证，通过大量反复试验，该组工艺参数组合很合理，多次试验结果稳定，焊缝的抗拉强度值稳定在２４０Ｍｐａ左右，可达到母材抗拉强度值的７０．５％，延伸率稳定在为２３％左右，多次试验中，拉伸断裂几乎都发生在焊缝处，这说明本实验中设计的三因素科学合理，通过正交试验选择出的最优焊接工艺也是科学合理的，并且于后期将本实验选出的最优焊接工艺参数经过优化调整后应用于金川公司纯镍Ｎ６板带等离子拼焊项目中，通过大量的生产跟踪，本实验中选出的最优焊接工艺参数能够在生产中焊接出高质量的焊缝接头，对于金川公司提高镍板带质量和产量都有了极大的提高。

参照以上正交试验的设计方法，在不填丝焊接的基础上，设计增加填丝焊接，确定工艺参数过程与不填丝过程相似，设计以下几组填丝等离子焊接工艺表，如3.3所示。

焊后与不填丝焊后评测过程一样，对每一个因素水平下焊接出的接头进行力学性能测试，比较其抗拉强度值和延伸率，因而确定出填丝等离子焊接的最优工艺参数为：焊接电流２００Ａ、离子气流量３Ｌ／ｍｉｎ、焊接速度１８０ｍｍ／ｍｉｎ、送丝速度１０００—１２００ｍｍ／ｍｉｎ、保护气流量为２０－２２Ｌ／ｍｉｎ、背面保护氩气流量为１５Ｌ／ｍｉｎ。