本文对反极性弱等离子弧基本特性、堆焊焊枪、控制系统的PLC应用进行了研究和设计。反极性弱等离子弧堆焊焊枪是由上枪体、下枪体及中间绝缘体三大部分组成,其中用双金属极取代正极性等离子枪的柱状实心钨极作上电极,用球面压缩喷嘴代替常规的锥形压缩喷嘴是反极性弱等离子弧堆焊焊枪的关键问题。该枪体的这两个特征是由反极性弱等离子弧的两个相应的稳定燃烧条件所决定的。经过实践证明,焊枪在实验过程中使用正常,焊件达到了工艺的要求。电极与焊枪烧损明显减少。反极性弱等离子弧堆焊设备存在自动化水平低,精度差,效率低的问题,因此本文针对焊接技术自动化发展趋势,研制了一种PLC自动控制技术用于反极性弱等离子弧堆焊焊接设备,利用PLC控制焊枪、转胎、小车的运动,从而实现焊接过程的自动化。系统运行表明焊机具有控制精度高、安全性好、响应速度快、自动化程度高的特点,从而达到降低工人劳动强度、提高堆焊层金属质量和生产效率、降低废品率、操作方便、易维修的目的,特别对改善劳动条件和提高生产效率具有明显的实用意义。分析了反极性弱等离子电弧的能量密度在不同气流量和气体含量的变化规律、电弧压力径向分布特性、电弧的热特性、反极性弱等离子弧的燃烧稳定性及静特性等特点。结果表明:反极性弱等离子弧具有较均匀的电弧压力,弧底部的电压径向分布、电流径向分布和阴极斑点的分布三者一致,均呈凹形分布,阴极斑点能量约占电弧有效能量50%,有90%以上的电流分布在内圆直径10mm的圆环区,通过保护气流可以控制能量密度。