壹、電漿銲接基本原理
電漿銲接(Plasma arc welding)依美國銲接協會(AWS)定義，為利 用 電 極 (Electrode) 與 工 件 (Workpiece) 間 ， 或 電 極 與 縮 口 型 噴 嘴 (Constricted nozzle)間產生緊縮電弧(Constricted arc)而加熱產生熔合 工件的銲接方法。其基本原理係利用迫使氣體流經銲槍內正負極間之 直流電弧，由於氣體分子受電弧的高溫而分裂成帶電的熱離子，隨同 電弧經噴嘴噴出。而這被噴出高熱的電離子氣體接觸到冷的銲接工件 時，氣體離子再度結合為氣體分子，放出大量的熱，產生高溫而將工 件熔化銲接。如圖 2.20 所示。
圖2.20 電漿銲接原理 (Connor, L. P., 1987)
貳、電漿銲接主要設備
電 漿 銲 接(Plasma arc welding)其 主 要 設備 包括 電源 機 (Power supply)、電漿銲接機(Plasma welding console)、冷卻循環裝置(Coolant recirculator)、銲槍(Torch)與氣體流量控制器等部份，如圖 2.21 所示。
圖2.21 電漿銲接設備示意圖(Cary, H. B., 1994)
圖2.22 TIG 銲接與電漿銲接比較(周長彬等，民88)
基本上電漿銲接與 TIG 銲接類似，均以鎢棒為電極，且在大氣 中皆以惰氣為遮蔽氣體來施銲。兩者最大的不同在於銲槍之結構，如 圖 2.22 所示，TIG 銲接之鎢極突出噴嘴，且其噴嘴為直筒形，而電 漿銲之鎢極在噴嘴內，且使用縮口形噴嘴。因電弧緊縮之效應，形成
直筒形電弧，再加上其孔口氣體流速 2~4 倍於氬銲，因此具有鑰匙 孔式(Keyhole mode)銲接特性。使用電漿銲接具有許多優點：熱量集 中故 HAZ 範圍較小、氣孔率低、大深寬比、低殘留應力等，銲接品 質與功能超過氬銲，設備花費又遠較電子束、雷射低，其優越性更為 明顯。
參、通電式與非通電式電漿銲接比較
電漿銲槍可分為通電式(Transferred)與非通電式(Nontrasferred)兩 種，如圖 2.23 所示。通電式的電極接負極，而工件接正極，電弧於 電極和工件之間產生，熱量的傳遞也是由電極移轉至工件，因此熱效 率高，但工件必須導電；而非通電式的電極接負極，噴嘴接正極，電 弧則在電極與噴嘴間產生，熱量則僅由電漿氣體噴流至工件上，因此 熱效率較低。電漿銲接有個很獨特的特性，就是銲接時因圓柱狀的電 漿氣體噴出，有很強的噴射力量，在被熔化的金屬上便會形成一很深 的孔洞，謂之鑰匙孔(Keyhole)。當銲接進行，鑰匙孔在前引導熔化母 材金屬，金屬熔液隨即填滿鑰匙孔完成銲接，即可獲得良好的熔透。
通電式電漿銲接的系統，如圖2.24 所示。
圖2.24 通電式電漿銲接的系統(Connor, L. P., 1987)
當管孔氣體(Orifice gas)由管徑流出至 A 區時，最核心部份氣體被 游離成離子狀態，為電漿主體；而外圍氣體未游離至足以承載電流程 度，但由核心傳來的高熱，仍使其處於高溫狀態；最外層氣流溫度較 低，隔絕了電弧柱(Arc column)與緊縮管壁，因此形成緊縮電弧，此 時能量密度及熱傳效率均大為增加。而從緊縮孔口流出之孔口氣體，
具較高溫及較大動量，藉電漿動量排開已熔金屬，電弧繼續深入貫 穿，待熱源離去後，表面張力促使熔融金屬收縮形成銲珠，此即為 Keyhole mode 銲接機構，如圖 2.25 所示。
圖2.25 電漿銲之鑰匙孔現象(Connor, L. P., 1987)