等离子弧焊接考试习题[借鉴]

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1、等离子弧焊接 1.何谓等离子弧 等离子弧是利用等离子枪将阴极（如钨极） 和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及 高能量密度的电弧。等离子枪的作用有些像消防水管前端的喷头，如没有这个喷头，喷出 的水流速低， 扬程小， 加上喷头便极大地增大水的流速与扬程。等离子弧可用于焊接、喷涂、 堆焊和切割。 2 等离子弧是如何产生的 钨极氩弧焊所使用的电弧为自由电弧，利用等离子枪将自由电弧进一步压缩便形成等离子 弧。焊枪的组成部分中压缩喷嘴是等离子弧焊枪的关键部件，一般需要水冷。 喷嘴内通的气 体为离子气。 一旦电弧引燃， 中性的离子气便被电离。电离了的离子气从喷嘴孔径流出时受 到喷嘴孔径的限制，使弧柱截

2、面变小，电流密度增加。如电流不变，弧柱电场强度及电弧压 降都随电流密度增加而增加，所以等离子弧的电弧功率及温度明显高于自由电弧。在所示的 对比中，等离子弧的电弧温度比自由电弧高30%，电弧功率高100%。 3 有几种类型的等离子弧 等离子弧按电源的供电方式有3 种类型， 分别是 非转移型弧、 转移型弧及联合型弧，其中非 转移型弧和转移型弧是基本的等离子弧形式。 非转移型弧建立在电极与喷嘴之间，离子气强迫等离子弧从喷嘴孔径喷出，也称等离子焰。 非转移型弧用于非金属材料的焊接与切割，也用于等离子喷涂。 转移型弧建立在电极与工件之间。一般要先引燃非转移弧，然后再将电弧转移到电极与工件 之间， 这时工

3、作成为另一个电极，所以转移型弧能把较多的热量传递给工件。金属材料的焊 接与切割一般多采用转移型弧。 非转移型弧与转移型弧同时存在的等离子弧称联合型弧。联合型弧需用两个独立电源供电， 主要用于 30A 以下的微束等离子弧焊接。 4 有几种等离子弧焊接方法 按焊缝成形原理，等离子弧有两种基本焊接方法：穿透型等离子弧焊及熔透型等离子弧焊， 其中 30A 以下的熔透型等离子弧焊又可称为微束等离子弧焊，穿透型等离子弧焊也称小孔 型等离子弧焊。 进行穿透型等离子弧焊时电弧在熔池前将工件穿透形成一个小孔，随着热源 移动在小孔后形成焊道，主要用于厚度9mm 工件的单道焊接。熔透法焊接成形原理与氩 弧焊类似，主

4、要用于薄板焊接及厚板多层焊。 5 何谓穿透型焊接，其应用特点是什么 利用小孔效应实现等离子弧焊的方法称穿透型等离子焊接，亦称小孔焊接法。其原理是： 焊 接时适当地配合电流、离子气流及焊接速度3 个工艺参数，等离子弧将会穿透整个工件厚 度，形成一个贯穿工件的小孔，焊枪前进时， 在小孔后边并逐渐凝固成焊缝，穿透型等离子 弧焊的主要优点在于可以单道焊接厚板，板厚范围： 9mm。穿透型等离子弧焊一般仅限 于平焊，然而， 对于某种类型的材料，采取必要的工艺措施，用穿透型等离子弧焊可以实现 全位置焊接。 6 穿透型等离子弧焊接的主要优缺点是什么 优点是： 1）气孔少。 2）由于穿透型等离子弧焊产生较为对称

5、的焊缝，焊接横向变形小。 3）由于电弧穿透能力强，对厚板可实现单道焊接。 4）不开坡口实现对接焊，焊前对工件坡口加工量减少。 缺点是： 1）焊接可变参数多，参数区间窄。 2）厚板焊接是运载操作者的技术水平要求较高，并且穿透型等离子弧焊仅限于自动焊接。 3）焊枪对焊接质量影响大，喷嘴寿命短。 4）除铝合金外，大多数穿透型等离子弧焊仍限于平焊位置。 7 何谓熔透型焊接，其应用特点是什么 焊接过程中，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子弧焊方法，又称熔透型焊接。熔透法 要比穿透型等离子弧焊容易掌握，当离子气流量较小，弧柱压缩较弱时，等离子弧的穿透能 力下降， 弧柱只能熔化工件而不能产生小孔效应，焊缝

6、盛开过程与氩弧焊类似，但焊接质量 及焊接速度要优于氩弧焊。熔透法主要用于薄板焊接及厚板多层焊。 8 进行等离子弧焊接时需要配备哪些设备 按操作方式， 等离子弧焊接工艺可分为手工操作及自动操作两类。进行手工操作时需配备等 离子弧焊机、供气装置及冷却循环水装置。等离子弧焊机包括电源及焊枪。等离子弧焊机 是以电流划分等级的，如20A、63A、200A 等，用户可根据需要从市场购买。供气装置需为 等离子弧焊枪提供离子气及保护气，在大多数焊接情况下，离子气与保护气的成分及流量 不同， 所以供气装置需有两套独立的供气系统，分别提供离子气及保护气。现多采用瓶装的 高压气体作为供气气源。 高压气源出口接减压流

7、量计，将减压后的气体经气管输送到焊枪， 调节流量计的旋钮可控制气流量的大小。减压流量计采用医用氧气减压流量计即可。冷却循 环水装置为焊枪提供冷却水，由水泵及蓄水箱组成，为防止焊枪被水垢堵塞，最好采用去离 子水（蒸馏水）。有的焊机自备冷却水装置，无须用户另行配备。手工操作设备输出电流 范围是 225A。由于大电流焊接时弧光很强，焊枪也很烫，所以大电流焊接时需使用自动 操作设备，自动操作设备的许用电流可高达500A。自动操作与手工操作的区别在于焊枪不 是人工操作而是将其固定在焊枪支架或者行走小车之上。如焊缝有填丝要求，自动操作设备 还应增加送丝机。 9 大电流等离子弧焊设备与微束等离子弧焊设备有何

8、区别 按照焊接电流大小，等离子弧焊设备又可分为大电流等离子弧焊设备和微束等离子弧焊设 备。大电流等离子弧焊设备常采用转移弧，设备中只有一套电源供电，而微束等离子弧焊设 备常采用联合弧，需两套电源供电。 10 如何挑选等离子弧焊接设备 挑选等离子弧焊接设备应从以下几个方面考虑： 被焊材料的性质。如被焊材料不是铝、镁及其合金，应选择直流等离子弧焊机。直流等离子 弧焊机是指焊机的电源是直流的，焊接时电流的正极接工件，负极接焊枪中的钨电极，这种 接法称直流正极性接法，是焊接工艺中应用最多的一种接线方法。 如果被焊材料是铝、镁及其合金， 最好选用交流等离子弧焊机，交流等离子弧焊机的输出电 流时交变的。

9、当输出电流的正极与钨极相连，负极与工件相连时，此时的极性称为反极性。 反极性电流能够有效地清除铝、镁及其合金表面的氧化膜，只是焊缝熔深较浅。当输出电流 转为正极性时，熔缝熔深增大。所以，使用交流等离子弧焊接铝、镁及其合金的目的是： 利用正极性电流获得大熔深，利用反极性电流清除工件表面氧化膜。如使用直流等离子弧焊 机采用直流反极性电流焊接铝、镁及其合金也是可以的，只是焊接时钨极烧损严重，焊缝 成形差（熔深浅，熔宽大），所以只限于焊接薄板，电流不超过70A。 11 如何正确使用等离子弧焊接设备 在购进等离子弧焊机时，应先仔细阅读厂商提供的使用说明书，按说明书的要求正确地连接 电路、气路及水路。 电

10、路包括焊机与电网的连线及焊机与焊枪的连线。在与电网连接时， 应注意焊机的输入电压 是 380V 还是 220V，接错电网电压很容易烧毁焊机。使用大电流等离子弧焊机时，焊枪上 的导线一端与钨极连接，另一端与焊机连接，如果是直流焊机，采用直流正极性工艺时应与 焊机的负极连接。使用直流微束等离子弧焊机时，焊枪上有两根导线，其中一根导线与焊 枪喷嘴连接， 该导线的另一端与焊机维弧电源连接；而另一根导线的连接方式与大电流等离 子弧焊机相同。 等离子弧焊接需要两路气，离子气及保护气，气路要将这两路气的气源与焊枪接通。由于焊 机中有电磁阀控制气路的通断，所以在高压气瓶的减压阀与焊机的进气口之间以及焊机的出

11、气口与焊枪之间要分别接通输气管。 焊枪需要循环水冷却，水路连通水源与焊枪，焊枪上有两根水管，分别接循环水的进水和出 水。焊枪在不通冷却水的条件下容易被烧毁，所以有的焊机中有水流量控制开关，当水流量 不足时禁止通电。 等离子弧焊枪是焊机的一个重要组成部分。焊枪上钨极与喷嘴是易损部件，需要定期检查， 及时更换。由于喷嘴的几何尺寸与形状与焊接工艺有较大关系，而等离子弧焊机的制造厂 商能够提供的喷嘴种类及数量有限，所以等离子弧焊机的使用者最好能熟悉焊枪的原理及结 构，能加工等离子弧焊枪的喷嘴或等离子弧焊枪。 由于等离子弧电源空载电压高，使用等离子弧焊机时应注意防止触电，特别是在更换钨极或 喷嘴时，应切

12、断电源。 12 对等离子弧焊枪结构有何要求 等离子弧焊枪在结构上应达到： 能固定钨极与喷嘴之间的相对位置，并要求钨极与喷嘴孔径同心。 能够水冷钨极及喷嘴，20A 以下焊枪可以不水冷钨极，但必须冷却喷嘴。 喷嘴要与钨极绝缘，以便在钨极与喷嘴间产生非转移弧。 采用两路独立的气路分别导入离子气与保护气。 等离子弧焊枪按其操作方式分为手工焊枪及自动焊枪。手工焊枪结构见图8。 13 如何设计等离子弧焊枪上的喷嘴 压缩喷嘴是等离子弧焊枪中产生等离子弧的关键零件，它对电弧直接起机械压缩作用，而电 弧形态影响焊缝质量及焊接效率，不同的焊接工艺对喷嘴形状及尺寸也不尽相同，所以要求 工艺人员能够挑选或设计焊枪喷嘴

13、。 图 1 中，喷嘴孔径dn 及孔道长度lo 是压缩喷嘴的两个重要尺寸。孔径决定等离子弧直径和 能量密度，应根据电流和离子气流量来决定。对于给定的电流和离子气流量，增加dn 则 降低喷嘴对电弧的压缩作用，弧压也随之降低，而减少dn 易出现双弧，破坏等离子弧的稳 定性。表 1 列出常用等离子弧电流与喷嘴孔径之间的关系。 孔径确定后，孔道长lo 增大则对等离子弧的压缩作用增大，同时也易出现双弧，常以lo/dn 表示喷嘴孔道的压缩特征，称孔道比。孔道比的推荐值见表2。 等离子弧焊常用的压缩喷嘴类型，其压缩孔道为圆柱形，应用最广。 其压缩孔道为收敛扩散 型，减弱了对等离子弧的压缩作用，但这种喷嘴可以采

14、用更大的焊接电流而不产生（或很 少产生）双弧，所以收敛扩散型喷嘴适用于大电流、厚板焊接。均有大小孔三个，属三孔型 喷嘴，三孔型喷嘴除了中心孔外，其在左右各有一个对称的小孔。采用三孔道喷嘴焊接时， 电弧及部分离子气经较大的中心孔流出，而其他离子气则通过两旁较小的孔道。从这两个 小孔流出的离子气可将等离子弧产生的圆形热场变成椭圆形。当三个孔中心的连线与焊道垂 直时，椭圆形热场平行于焊接方向，这将有助于提高焊速及降低焊缝宽度。 压缩角 对等离子弧压缩作用不大，一般取60 。 最通用的喷嘴材料是纯铜。正常焊接时， 喷嘴内部电弧弧柱被一层冷气膜包围，如喷嘴冷却 效果不好， 冷气膜便容易被击穿形成双弧，破

15、坏正常的焊接过程。大电流喷嘴必须采用直接 水冷，为提高冷却效果，喷嘴壁厚一般不大于22.5mm 。14 如何挑选钨极 等离子弧焊枪所采用的电极材料与钨极氩弧焊相同，目前国内主要采用钍钨和铈钨电极。使 用钨极时应正确选择钨极直径，表3 列出了钍钨电极的正极性（钨极接电源负极）许用电 流，也可供铈钨电极参考。由于等离子弧焊枪对钨极的冷却效果优于氩弧焊枪，所以钨极烧 损程度较氩弧焊轻。 为了便于引弧和提高电弧稳定性,电极前端都要磨成20 至 60 的夹角。在直流大电流工艺中， 为保持电极端部形状及降低钨极烧损程度，电极端部要磨成锥球形或球形，在交流焊接工 艺中， 常将钨极磨成尖锥状后，再用电弧烧成一

16、个圆球。由于直流反极性会严重烧损钨极， 必须降低钨电极的许用电流。 15 进行等离子弧焊接时应注意调节哪些工艺参数。 工艺参数包括焊接电流、电弧电场强度、 焊接速度、 保护气成分及流量以及离子气成分及流 量。 焊接电流是通过焊机上的电流调节旋钮调节，电流的大小主要根据被焊材料的板厚确定。 电弧电场强度与压缩喷嘴孔道比、离子气成分及流量、保护气成分及流量有关。压缩喷嘴以 及气体成分及流量确定之后，电弧电场强度也随之确定，电弧电场强度通过测量电弧电压 间接测量。 电弧长度确定之后，电场强度与电弧电压成正比。电弧电场强度主要根据被焊材 料的板厚及材质确定。被焊材料熔点越高，厚度越大，应选择较高的电弧电场强度。应注 意高的电弧电场强度容易引起双弧，破坏等离子电弧的稳定性。焊接用等离子电弧电压一般 为 1830V。 焊接速度与焊接效率、电弧稳定性及焊缝成形稳定性有关，高的焊接速度容易引起双弧。 保护气及离子气气体成分及流量根据被焊材料及焊接工艺选择。进行小孔焊时， 合理的离子 气气体成分及流量是稳定形成小孔的重要条件。 16 如何选择等离子弧焊接用的气体 等离子弧焊接需要两层气体，即从喷嘴