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1、等离子弧焊接,一、基本要求 1、掌握等离子弧的产生原理及特点 2、了解等离子弧发生器的结构 3掌握等离子弧焊接的几种主要的工艺形式及特点 三、重点 1、等离子弧的热源特点、等离子弧的静特性； 2、等离子弧的焊接工艺参数的选择；,第一节等离子弧焊接特点,一）、等离子弧的形成 等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的： 1) 机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这种拘束作用就是机械压缩； 2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水
2、冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩； 3) 电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受到进一步的压缩，这就是电磁压缩。,二）、等离子弧的类型 （一）非转移型电弧 非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。 （二）转移型电弧 转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊接较厚的金属。
3、（三）联合型电弧 转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄板的焊接。,非转移,转移,联合,三）、等离子弧焊的特点及应用 （一）特点 由于等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点： 1) 熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透810mm厚的不锈钢板； 2) 焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近圆柱形，且挺直度好，弧长变化对加热斑点面积的影响很小，易获得均匀的焊缝形状； 3) 钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不会与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象； 4)
4、等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接微型精密零件； 5) 可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。,等离子弧焊的缺点是： 1) 可焊厚度有限，一般在25mm以下； 2) 焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低； 3) 焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。 （二）应用 可用钨极氩弧焊焊接的金属，比如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜、蒙耐尔合金等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。,等离子弧生器,一、分类：等离子弧焊枪、割枪、喷枪。 二、组成 主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间
5、绝缘体、上枪体、下枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。 1、 喷嘴 如图1-7-4所示。 分类 按喷嘴孔道的数量，可分为单孔型和三孔型两种。 三孔型喷嘴除了中心主孔外，主孔左右还有两个小孔。从这两个小孔中喷出的等离子气对等离子弧有一附加压缩作用，使等离子弧的截面变为椭圆形。当椭圆的长轴平行于焊接方向时，可显著提高焊接速度，减小焊接热影响区的宽度。 按孔道的形状，可分为圆柱型及收敛扩散型等两种。通常采用圆柱形压缩孔道，而收敛扩散型压缩孔道有利于电弧的稳定。,最重要的喷嘴形状参数为压缩孔径及压缩孔道长度。 喷嘴孔径dn dn决定了等离子弧的直径及能量密度。通常应根据焊接电流大小及等离子气
6、种类及流量来选择。直径越小，对电弧的压缩作用越大，但太小时，等离子弧的稳定性下降，甚至导致双弧现象，烧坏喷嘴。 2)喷嘴孔道长度l0 在一定的压缩孔径下，l0越长，对等离子弧的压缩作用越强，但l0太大时，等离子弧不稳定。通常要求孔道比l0 /dn在一定的范围之内， 3)锥角 对等离子弧的压缩角影响不大，30180范围内均可，但最好与电极的端部形状配合，保证将阳极斑点稳定在电极的顶端。,喷嘴类型,2、 电极 等离子弧焊接一般采用钍钨极或铈钨极，有时也采用锆钨极或锆电极。钨极一般需要进行水冷，小电流时采用间接水冷方式，钨极为棒状电极；大电流时，采用直接水冷，钨极为镶嵌式结构。 棒状电极端头一般磨成
7、尖锥形或尖锥平台形，电流较大时还可磨成球形，以减少烧损。 与TIG焊不同，等离子焊时，钨极一般内缩到压缩喷嘴之内，从喷嘴外表面至钨极尖端的距离被称为内缩长度lr。为了保证电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心，而且钨极的内缩长度lr要合适（lr=l00.2mm）。,双弧及其防止措施,一）双弧 正常条件下，转移型电弧在钨极与工件之间产生，在某些异常情况下，会产生一个与正常电弧并联的燃烧在钨极喷嘴以及喷嘴-工件之间的串弧，这种现象叫双弧。,二）双弧产生的原因及防止措施,离子弧焊接工艺,一）、等离子弧焊的基本方法 有三种方法：穿孔型、熔入型及微束等离子 弧焊。 （一）穿孔型等离子弧焊 采用较大的
8、焊接电流及等离子流，使等离子弧具有较大的能量密度及等离子流力， 工件完全熔透并在等离子流力的作用下形成一个贯穿工件的小孔，而熔化金属被排挤在小孔周围。随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方移动并结晶成焊缝，而小孔随着等离子弧向前移动。 适用于单面焊双面成形，并且也只能进行单面焊双面成形。 焊接较薄的工件时，可不开坡口、不加垫板、不加填充金属，一次实现双面成形。 小孔的产生依赖于等离子弧的能量密度，板厚越大，要求的能量密度越大，对于厚度更大的板材，穿孔型等离子弧焊只能进行第一道焊缝的焊接。,穿孔型,表8-1,（二） 熔入型等离子弧焊接 采用较小的等离子气流量，等离子流力小
9、，电弧穿透能力低。 特点 只能熔化工件，形不成小孔，与TIG焊相似。 适用于薄板、多层焊的盖面焊及角焊缝的焊接。 （三）微束等离子弧焊接 一种小电流（通常小于30A）熔入型焊接工艺。 设备特点： 小孔径压缩喷嘴（0.6 mm 1.2 mm） 联合型电弧。非转移弧起着引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0.5A时仍非常稳定。 工艺特点： 1) 可焊更薄的金属，最小可焊厚度为0.01mm; 2) 弧长在很大的范围内变化时，也不会断弧，并且电弧保持柱状； 3) 焊接速度快、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小。,二）、焊接工艺及参数 （一）接头及坡口形式 接头形式根据板厚来选择， 厚度在0.05 mm 1.
10、6 mm之间时，通常采用图1-7-8中的接头形式2，利用微束等离子弧进行焊接。 板厚大于1.6 mm而小于表8-1中的板材时，通常不开坡口，利用穿孔法进行焊接。 板厚大于表8-1中的限值时，需要开V形或U形坡口，进行多层焊。与TIG焊相比，可采用较大的坡口角度及钝边。钝边的最大允许值等于穿孔法的最大焊接厚度。第一层用穿孔法进行焊接，其他各层用熔入法或其他焊接方法焊接。,（二）焊接电流 焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选定。 焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大。但电流过大会引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性，而且，熔池金属会因小孔直径过大而坠落。因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊
11、接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。 （三）等离子气 等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采用相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。表8-2列出了大电流等离子弧焊焊接各种金属时所采用的典型气体。小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。这是因为氩气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。,离子气流量直接决定了等离子流力和熔透能力。等离子气的流量越大，熔透能力越大。但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。 利
12、用熔入法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。 （四）焊接速度 焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。其它条件一定时，如果焊速增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失。如果焊速太低，母材过热，熔池金属容易坠落。因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。,（五）喷嘴离工件的距离 距离过大，熔透能力降低；距离过小则造成喷嘴堵塞。一般取38mm。和钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。 （六）保护气体流量 保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。在一定的离子气流量下，保护气体流量太大会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果。而
13、保护气流量太小，保护效果也不好，因此，保护气体流量应与等离子气流量保持适当的比例。 小孔型焊接保护气体流量一般在1530L/min范围内。,（五）引弧及收弧 利用穿孔法焊接厚板时，引弧及熄弧处容易产生气孔、下凹等缺陷。 对于直缝，采用引弧板及熄弧板来，先在引弧板上形成小孔，然后再过渡到工件上去；最后将小孔闭合在熄弧板上。 但环缝无法用引弧板及熄弧板，必须采用焊接电流、离子气流量递增控制法在工件上起弧，利用电流和离子气流量衰减法来闭合小孔。 三）、焊接缺陷 等离子弧焊的常见缺陷如表8-4所示,表8-4常见缺陷及消除措施,第四节 等离子弧切割原理,2020/7/11,33,等离子弧切割设备,34,等离子弧切割设备,等离子弧其他切割方法,等离子弧其他切割方法,等离子弧堆焊原理,2020/7/11,38,等离子弧粉末堆焊原理,2020/7/11,39,等离子弧喷涂原理,2020/7/11,40,
