《劳动社《焊工工艺与技能训练（第二版）》-A02-1048第八单元》由会员分享，可在线阅读，更多相关《劳动社《焊工工艺与技能训练（第二版）》-A02-1048第八单元（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八单元 等离子弧焊与切割 及其他焊接技术,课题1 等离子弧焊原理、 设备及材料 课题2 等离子弧切割设备及材料 课题3 等离子弧切割操作 课题4 其他焊接技术简介,课题1 等离子弧焊原理、 设备及材料,等离子弧焊接与切割是在钨极氩弧焊的基础上形成的，是焊接领域中较有发展前途的一种先进工艺。 等离子弧焊接利用等离子弧的高温，以焊接电弧焊所不能焊接的金属材料，甚至解决了氩弧焊所不能解决的极薄金属焊接问题，可以切割氧乙炔焰不能切割的难熔金属和非金属。,一、等离子弧的形成及类型 1. 等离子弧的形成 焊条电弧焊所形成的电弧未受到外界的约束，弧柱的直径随电弧电流及电压的变化而变化，能量不是高度集中，温
2、度限制在57307730，故称为自由电弧。如果对自由电弧的弧柱进行强迫“压缩”，就能将导电截面收缩得比较小，从而使能量更加集中，弧柱中气体充分电离，这样的电弧称为等离子弧。,等离子弧的压缩效应 a) 焊条电弧焊的电弧 b) 机械压缩效应 c) 热收缩效应 d) 磁收缩效应 1钨极 2电弧 3工件 4喷嘴 5冷却水孔 6冷却气流,2. 等离子弧的类型 根据电源的不同接法，等离子弧可以分为非转移型弧、转移型弧、联合型弧3种。,等离子弧的形式 a) 非转移型弧 b) 转移型弧 c) 联合型弧 1钨极 2等离子气 3喷嘴 4冷却水孔 5工件 6非转移型弧 7转移型弧,二、等离子弧焊接 等离子弧焊接是指
3、借助水冷喷嘴对电弧的约束作用， 获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。,等离子弧示意图 1钨极 2喷嘴 3小孔 4焊缝 5焊件 6等离子弧 7尾焰,1. 等离子弧焊接方法 等离子弧焊接有3种基本方法：小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊、 微束型等离子弧焊。,小孔型等离子弧焊焊缝成形原理 1小孔 2熔池 3焊缝 4焊缝正面 5焊缝背面,2. 等离子弧焊接设备 手工等离子弧焊接设备由焊接电源、焊枪、控制系统、 气路系统和水路系统等部分组成。,等离子弧焊外部线路连接示意图 1工件 2填充焊丝 3焊枪 4控制系统 5水路系统 6启动开关 ( 常安装在焊枪上) 7焊接电源 8、9气路系统,等离子弧焊
4、枪结构 a) 大电流等离子弧焊枪 b) 微束等离子弧焊枪 1喷嘴 2保护套外环 3下枪体 4上枪体 5电极夹头 6螺母 7钨极,焊枪是等离子弧焊设备中的关键组成部分(又称为等离子弧发生器)，对等离子弧的性能及焊接过程的稳定性起着决定性作用。,1) 喷嘴 喷嘴是等离子弧焊枪的关键零件，它的结构类型和尺寸以及与钨极的相互位置对等离子弧性能起决定性作用。,钨极、 喷嘴与工件的相互位置及主要尺寸 1钨极 2压缩喷嘴3保护罩 4工件 dn喷嘴孔径 l0喷嘴孔道长度 lr钨极内缩长度 lw喷嘴到工件距离 压缩角,等离子弧焊枪的喷嘴结构 a) 圆柱单孔型 b) 圆柱三孔型 c) 收敛扩散单孔型 d) 收敛扩
5、散三孔型 e) 带压缩段的收效扩散三孔型,电极同轴度及高频火花,2) 电极与喷嘴同轴度,3) 钨极与喷嘴同心,等离子弧焊钨极内缩长度,(3) 控制系统 控制系统的作用是控制焊接设备的各个部分按照预定的程序进入、退出工作状态。 (4) 气路系统 等离子弧焊接设备的气路系统较复杂，由等离子气路部分、正面保护气路部分及反面保护气路部分等组成，而等离子气路部分还必须能够进行衰减控制。 ( ) 水路系统 由于等离子弧的温度在10000以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧的压缩作用，必须对电极及喷嘴进行有效的水冷却。,3. 等离子弧焊所用材料 (1) 气体 所采用的气体分为离子气体和保护气体。 (2) 电极
6、和极性 一般采用铈钨极作为电极，焊接不锈钢、合金钢、钛合金、镍合金等采用直流正接，焊接铝、镁合金时，采用直流反接，并使用水冷铜电极。,钨极的端部形状,课题2 等离子弧切割设备及材料,等离子弧切割是利用高温、高速和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料，并借助被压缩的高速气流，将熔化的材料吹除而形成狭窄割口的过程。,等离子弧切割示意图 1钨极 2进气管 3喷嘴 4等离子弧 5割件 6电阻,一、等离子弧切割设备 1. 设备分类 按工作气体的不同，等离子弧切割设备分为非氧化性气体等离子弧切割机和空气等离子弧切割机。 (1) 非氧化性气体等离子弧切割机 (2) 空气等离子弧切割机,2. 等离子弧切割机
7、的组成 等离子弧切割机包括电源、高频发生器、控制系统 (控制箱) 、水路系统、气路系统及割炬等。,等离子弧切割机外部接线示意图 1电源 2空气压缩机 3割炬 4工件 5接工件电缆 6电源开关 7过滤减压网,等离子弧切割过程的控制程序框图,等离子弧割炬的构造示意图 1割炬盖帽 2电极夹头 3电极 4、12O形环 5工作气体进气管 6冷却水排水管 7切割电缆 8小弧电缆 9冷却水进水管 10割炬体 11对中块 13水冷喷嘴 14压帽,(1) 电源 (2) 控制箱 (3) 水路系统 (4) 气路系统 (5) 割炬,二、等离子弧切割材料 1. 气体 等离子弧切割金属材料时，可用氩气、氮气、氢气、氧气或
8、它们的混合气体作为切割用气体。,2. 电极与极性 一般采用铈钨极，采用直流电源正接，电极损耗小， 等离子弧燃烧稳定。如果使用空气等离子弧切割，一般采用镶嵌式纯锆或纯铪电极，它是将纯锆或纯铪镶嵌在纯铜座中，用直接水冷方式，可以承受较大的工作电流，并减少电极损耗。,课题3 等离子弧切割操作,一、等离子弧切割工艺参数的选择 等离子弧切割工艺参数主要包括切割电流、空载电压、 切割速度、气体流量、电极内缩量、喷嘴与工件的距离等。,1. 切割电流 切割电流及电压决定了等离子弧功率及能量的大小，一般切割电流可按下式选取：,2. 空载电压 空载电压高，易于引弧，特别是切割大厚度的板材时，空载电压相应要高。 3
9、. 切割速度 应该在保证工件切透的前提下，尽可能选择大的切割速度。 4. 气体流量 气体流量要与喷嘴孔径相适应。 5. 电极内缩量 电极内缩量是指电极端头至喷嘴内表面的距离。 6. 喷嘴与工件的距离 在电极内缩量一定的情况下，用等离子弧切割一般厚度的工件时，喷嘴与工件的距离为68mm，当用等离子弧切割厚度较大的工件时，喷嘴与工件的距离可增大到1015mm。,二、 等离子弧切割的操作要领, . 起切方法, . 切割过程,切割周期喷嘴的移动, . 切割速度的控制方法 . 喷嘴与工件的距离 . 割炬的角度,三、等离子弧切割机的基本操作,1. 等离子弧设备的连接,HDY500型等离子弧切割机主机连接示
10、意图 a) 主机外部连接立体图 b) 后面板的连接 c) 前面板的连接,2. 等离子弧切割机的基本操作,HDY500型等离子弧切割机面板,四、等离子弧切割技能训练,割件为不锈钢钢管，材质为1Cr18Ni9Ti。,等离子弧切割的割件图,课题4 其他焊接技术简介,一、电子束焊,电子束焊原理图(左图) 1焊接台 2偏转线圈 3聚焦透镜 4电子枪 5阳极 6聚束极 7阴极 8灯丝 9电子束 10焊件,电子束焊接焊缝形成的原理(右图) a) 接头局部熔化蒸发 b) 金属蒸气排开液态金属电子束“钻入”母材 c) 电子束穿透工件，小孔由液态金属包围 d) 电子束后方形成焊缝,2. 电子束焊的特点 (1) 优
11、点 1) 加热功率密度大 2) 焊缝深宽比 (H/B) 大 3) 焊接速度快 4) 焊缝纯度高 5) 焊接工艺参数调节范围广 6) 可焊材料多,(2) 缺点 1) 需要高真空环境 2) 有磁偏移 3) X射线问题 4) 装配、 清洁要求高,3. 电子束焊分类及应用 (1) 按被焊焊件所处环境的真空度分类 1) 高真空电子束焊 2) 低真空电子束焊 3) 非真空电子束焊 (2) 按加速电压的高低分类 1) 高压电子束焊 2) 中压电子束焊 3) 低压电子束焊,二、超声波焊 利用超声波的高频振荡能量对焊件进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的方法，称为超声波焊。 1. 超声波焊的工作原理,
12、超声波焊接示意图 1上声极 2焊件 3下声极,超声波换能系统示意图 1磁致伸缩换能器 2变幅杆 3上声极 4焊件 5下声极,2. 超声波焊的特点及应用 (1) 它适于焊接高导热率及高导电率的材料，金、银、钼、铜、铝等薄件用一般焊接方法难以或无法焊接，但使用超声波焊则很容易。 (2) 由于超声波焊是固相焊接方法，因而对焊件不会引起高温损伤，半导体硅片与金属细丝的精密焊接采用超声波焊接，可大大减少焊接缺陷。 (3) 超声波焊的焊点形成主要靠高频机械振动，焊件受热温度远低于其熔点，耗用能量很小，焊件残余应力与变形也小，焊点和热影响区的组织与性能变化极小。 (4) 对焊件接触面的清理要求不高，只需去除
13、油污，一般不需清理氧化膜，它可以进行异种金属、金属和非金属、非金属之间的焊接。,三、激光焊 激光焊是20世纪70年代发展起来的焊接新技术，激光焊是以高能量密度的激光作为热源来熔化焊件进行焊接的方法。,1. 激光焊的基本原理 进行激光焊的核心装置是激光器，激光器基本的组成部件有激光体(红宝石)、泵灯、聚光器、谐振腔、电源及控制系统。 当泵灯通入脉冲电流时，就发出强烈的闪光，经聚光器汇聚集中照射在激光体上，激发了红宝石晶体中的原子 (铬)，使之发射出红色射线，激发出的红色射线经谐振腔中的全反射镜的多次反射(共振作用)，逐渐加强，通过输出窗口发射出的激射光即为激光。,2. 激光焊的特点及应用 (1)
14、 特点 1) 能准确聚焦微小光束，故加热范围小，焊缝可以极为窄小，残余应力和变形小。 2) 辐射能极大，能量极为集中，穿透深度深，可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，还可以焊接非金属材料，如陶瓷、有机玻璃等。 3) 作用时间极短，故焊件不易氧化，不论焊接过程有无气体保护，几乎不影响焊接效果。 (2) 应用 激光焊被应用于精密仪器、微型电子工业中的超小型元件及航天技术中特殊材料的焊接。目前激光器的功率一般只有600W左右，所以只能焊接薄板材料。,四、扩散焊 扩散焊是在真空或保护气氛中，经过一定的温度和压力的作用，并保持一段时间，使相互紧密接触的焊件表面原子间相互扩散，实现冶金结合
15、的一种焊接方法。 1. 扩散焊的基本原理 扩散焊是将2个相互接触的焊件，加热到0.60.8Tm(Tm为母材熔点，) 的扩散焊温度，并施加一定的压力(通常扩散压力为0.550MPa)，经过较长时间的原子相互扩散而得到牢固的连接，为了防止金属接触面在热循环中被氧化污染，一般在真空或惰性气体中(常用氩气) 进行扩散焊接。 2. 扩散焊的分类 根据被焊材料的不同特性，扩散焊可采用不加中间层和加中间层2种形式。,3. 扩散焊的主要特点与应用,常用于制造真空密封、耐热、耐振和不变形接头，在航空航天工业、电子工业和核工业中的某些特种材料、特殊结构的焊接中经常采用。 对于塑性差或熔点高的同种材料，或者熔焊时会产生脆性金属化合物的异种材料，以及某些金属与陶瓷，扩散焊是唯一可靠的焊接方法。,五、焊接机器人 1. 焊接机器人的发展与现状 2. 焊接机器人系统组成,焊接机器人系统组成,3. 焊接机器人的应用,(1) 简易弧焊机器人工作站 (2) 简易弧焊机器人的编程与控制,简易弧焊机器人工作站 1工作台 2夹具 3工件 4弧焊机器人 5挡光板,
