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1、83等离子弧焊的双弧现象,正常的转移型等离子弧应稳定地在钨极与工件之间燃烧。由于某些原因，有时除了钨极与工件间存在等离子弧(称主弧)外，在喷嘴与工件之间还出现与主弧并 列的电弧，即两个电孤同时燃 烧，这就是双弧现象， 如图88 所示。,一双弧的危害 焊接过程中产生双弧，可观察到电弧弧态发虚且飘忽不定，焊接的电规范参数也发生变化，弧压降低，而焊接电流增大，双弧带来的不良影响主要表现在： 1. 破坏了等离子弧的稳定性，使焊接过程不稳并会恶化焊缝成型。 2.由于出现双弧，在钨极和焊件之间形成两条并联的导电通路，故通过主弧的电流反而比原来的焊接电流值减小，且弧压也降低了，固而降低了主弧的电功率，使对焊
2、件的熔透能力减弱。 3.双弧现象一旦发生，喷嘴就成为并联弧的电极并通过并联弧电流，且主弧和喷嘴孔内壁之间的冷气膜位障遭受破坏，使喷嘴受到强烈加热，易引起喷嘴烧损。,二 双弧形成过程和产生的机理 双弧形成过程是这样的：首先是在喷嘴孔出口处和弧柱之间的冷气膜位障被击穿而出现并联弧，然后并联弧游动扩展到喷嘴端面上。 双弧产生的机理：等离子弧稳定燃烧时，在弧柱和喷嘴孔壁之间存在着一层冷气膜位障。这层冷气膜位障相对于弧柱具有很低的温度与电离度，在靠近喷嘴孔道壁处，由于气流呈层流状态，对弧柱向喷嘴的传热和导电具有较强的阻滞作用。因此，冷气膜的存在一方面对等离子弧柱有较好的热收缩效应，相当于造成一个位障，使
3、喷嘴避免过热或烧坏。另一方面在喷嘴孔道中建立的冷气膜位障，相当于一个绝缘套筒，对保障等离子弧稳定性和防止出现双弧起着重要作用。只有当冷气膜位障被击穿并遭到破坏时，双弧才能形成。,实测证明： 由图89所示，显然等离子弧电流越大，冷气膜的厚度越小，喷嘴电流就越大，当喷嘴电流足够大时，很容易形成双弧。,正常燃烧的等离子弧，只在钨极与工件间形成主弧。 形成双弧时，有从钨极喷嘴工件旁路串列电弧电压 . 显然，要形成双弧必须穿透冷气膜的隔离作用，因此： 若主弧与旁弧的弧柱电场强度相同，则将上式整理得： 上式即为焊接等离子弧产生双弧的条件。,三 影响产生双弧的因素 1.焊接规范参数对产生双合的影响 焊接电流
4、的影响 电流增大，等离子弧直径扩粗，冷气膜厚度减薄，易于形成双弧。对于一定形状和尺寸的喷嘴，避免出现双弧的最大许用电流有一个极限值，称为喷嘴的临界电流。只要焊接时选定的电流值低于临界电流值，一般就可避免出现双弧。 等离子气的成分和流量的影响 离子气成分不同，对弧柱的冷却作用、热收缩作用也不同，产生双弧的倾向也不一样，例如Ar+H2混合气体做离子气时，引起双弧的临界电流将会升高。,等离子气流量增大，也增强对电弧的热压缩作用，使弧柱截面减小和增大冷气膜的厚度，提高喷嘴的临界电流值，减小形成双弧的可能性。 钨极和喷嘴的同心度不好，会造成冷气膜不均匀，使局部冷气膜厚度减小，易于导致产生双弧。 喷嘴端面
5、到焊件表面距离的影响 喷嘴与工件距离增加，易导致双弧；但距离过小，喷嘴端面沾粘飞溅粒子较多，也易致双弧，一般取512mm。 2.喷嘴的结构尺寸及传热条件的影响 喷嘴的结构参数对形成有决定性作用 收敛型喷嘴较扩散型喷嘴更易形成双弧，喷嘴孔径减小、孔道长增加，电极内缩增大，易于形成双弧。, 喷嘴水冷却效果的影响 其它条件不变，改变喷嘴的水冷槽壁厚，即改变冷却水对喷嘴的冷却作用，显然，壁厚增大，削弱冷却作用，使冷气膜的平均温度升高和壁厚减薄，从而使喷嘴的临界电流值下降。 3.其它因素对形成双弧的影响 喷嘴表面有氧化物粘污，或金属飞溅物沾粘形成垂瘤凸起物时，或保护气中含有氧化性气体时，会降低喷嘴的临界
6、电流值。 采用陡降外特性可以获得比较大的不发生双弧的等离子弧电流。 等离子弧焊时形成双弧的因素是很多的，但只要按具体情况采用有针对性的措施，防止产生双弧是完全可以做到的。,84 等离子弧焊接,等离子弧焊接的特点： 1.能量密度集中、电弧温度高、稳定性好、穿透性强。 2.可焊接超薄板，I=0.1A时。可焊接0.01mm的金属箔。 3.调节性能好，弧柱的粗细、长短、刚柔及温度均可调节。 等离子弧焊接的应用 主要应用于焊接不锈钢、高强度钢、耐热钢、铜合金以及钛合金、钨、钼、钴等难熔和特种金属材料。 一 设备 1.电源,具有下降或陡降外特性的硅整流电源或弧焊发电机都可作为等离子弧焊的电源。用纯氩作离子
7、气时，电源空载电压只需6580V；用氢与氩混合气体时，空载电压需要110120V，若无合适的专用等离子弧焊电源，可用两台普通弧焊直流电源串联使用。 大电流等离子弧焊接都采用转移型弧，先用高频引燃非转移弧，然后再转成转移弧。一般采用一个电源，用串联电阻得到非转移弧所需的较小电流，如图810a所示。 30A以下的小电流微束等离子弧焊接，采用联合型弧(图810b)，用高频或接触短路回抽引弧。 一般采用两个独立的电源。维弧电源的空载电压为100一150V，电流为l5A；转移弧电源的空载电压为80V左右，电流为530A，是焊接的主要能源。,为了等离子弧焊接能顺利开始和圆满收弧填弧坑，通常还应配置焊接电流
8、递增一衰减装置。,2.气路系统 等离子弧焊机供气系统，应能供给可调节的离子气，正面保护气、背面保护气。 离子气是氩气，加入少量的氢气可提高其穿透能力，保护气一般采用纯氩气。 3.控制系统 等离子弧焊机控制系统一般采用由高频引弧器、行走小车和填充焊丝拖动电路、程序控制电路组成。程控电路应包括提前送保护气，高频引弧和转弧，等离子气递增，延迟行走，电流衰减或气流衰减熄弧，延迟停气等环节。,二 等离子弧焊接方法 （一）穿孔型等离子弧焊接 1.基本特点 利用等离子弧把工件完全熔透，并在等离子流力作用下在熔池头部形一个穿透工件的小孔，在 孔的下方露出弧焰(图8-11)，熔化 金属被排挤在小孔的周围。随着电
9、 弧的移动，熔化金属沿电弧周围熔 池壁向熔池后方移动，小孔随电弧 移动，熔化金厩不断填满小孔，冷 凝后形成焊缝，这就是穿孔型焊接法。,穿孔效应只有在足够的能量密度条件下才能形成，板厚增大时，所需能量密度增加。大电流等离子弧焊接的焊缝截面，通常具有明显的酒杯状特征。穿孔型等离子弧焊接，作用在熔池液体金属上的力，需保持下式关系(图8-12)。 如果FHY+FRg FZ1+FZ2 ,就会使熔池中液态金属从穿孔漏出，使焊缝成型恶化，严重时切割。因此利用穿孔效应焊接时，要保证焊件熔透并具有良好的正反面成型。,2.规范参数的选择 穿孔型焊接工艺参数的匹配如图813所示。,离子气流量 增加离子气流量，可使等
10、离子流力和电弧穿透能力增大。为了形成穿孔效应，需有足够大的离子气流量。但过大时不能保证良好焊缝成形，甚至造成切割状态，因此对离子气流量必须严格控制。离子气流量应按电流、焊速及喷嘴等匹配来选定。 焊接电流 增加焊接电流，电弧熔透能力提高。跟其他电弧焊方法一样，焊接电流总是根据焊件材质、板厚或熔透要求首先选定的。电流过小，小孔直径很小，甚至不能形成小孔，电流过大，小孔直径过大，熔池中熔化金属会坠落，也不能形成稳定的穿孔焊接过程，此外，选用电流还要考虑电极及喷嘴的许用条件。电流太大，电极烧损,严重，还可能形成双弧而破坏稳定的穿孔焊接过程。因此，对每一个喷嘴，为形成稳定的穿孔焊接过程，有一个电流适宜范
11、围，等离子气流量也有一个适宜范围，而且与电流之间将是相互制约的。 焊接速度 焊速增加，焊接线能量减小，小孔直径减小，焊速太慢，熔池金属会坠落，正面咬边，反面突出太多，只能在一定焊速范围得到稳定小孔焊接过程。在其他条件给定时，为了得到稳定小孔焊接过程，离子气流量、焊接电流和焊速是三个主要关键参数要适当的匹配。焊速过高，不仅会导致小孔消失，而且会引起焊缝两侧咬边和出现气孔，甚至会形成贯穿焊缝的长条形气孔。此气孔通常是由于焊速过高时，等离子弧明显后拖，离子气流不能从小孔中充分排,走而形成的。 喷嘴的高度 此高度过高，会降低焊透能力；过低易造成飞溅物沾粘喷嘴，且可见度差，一般常取35mm。喷嘴高度自动
12、焊时可取小些，手工焊时可取大些。 保护气体流量 保护气体除了起保护作用外，还对等离子弧的稳定性有一定的影响，故流量与离子气流量应有一个恰当的比例。保护气流量过小或过大(造成气流紊乱)都会影响等离子弧的稳定性，并使保护效果降低。,3.应用 穿孔型等离子弧焊接最适用于焊接3 8mm不锈钢，12mm以下的钛合金、2 6mm低碳或低合金结构钢以及铜、镍及镍合金的对接缝。在上述厚度范围内可不开坡口、不加填充金属，不用衬垫的条件下便可实现单面焊双面成型。 厚度大于上述范围时，可采 用V形坡口多层焊，但钝边可增加 到5mm左右。这样比钨极氩弧焊明 显减少焊接层数和节省填充金属 (图8-14)，是厚板单面焊打
13、底的 好方法。,为了保证穿孔焊接过程的稳定性，必须严格控制装配间隙及错边等。添加填充金属丝时，可以略为降低对装配精度的要求。 (二)熔入型等离子弧焊接 当等离子弧的离子气流量减小，穿孔效应消失时，等离子弧仍可对接、角接焊。这种熔入型等离子弧焊接方法基本上跟钨极氩弧焊相似，适用于薄板、多层焊缝的盖面及角焊缝，可添加或不加焊丝，优点是焊接速度较快。 （三）微束等离子弧焊接 通常把电流15 30A以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接。由于喷嘴的拘束作用和维护电流的同时存在，使小电流的等离子弧可以十分稳定，目前已成为焊接金属薄箔的有效方法。,常用的接头形式如图815所示。,（四）熔化极等离子弧焊接 这种方法可以看作是等离子弧焊接和熔化极气体保护焊的组合，这里的等离子弧在非熔化极与工件之间形成，如图816所示。,而通过焊丝的电流仍然决定着熔滴过渡的特点，焊丝电流小于某一临界值为大滴过渡，但这时飞溅很小，大于临界值时呈旋转射流过渡，前者适用于厚板深熔焊接或薄板高速焊接，后者适用于堆焊。,习题： 1.等离子弧是如何产生的？ 2.影响形成双弧的因素有哪些？ 3.简单叙述穿孔型等离子弧焊接的特点及适用条件。,
