等离子弧焊与切割

《等离子弧焊与切割》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等离子弧焊与切割（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、等离子弧焊接与切割,任务一 气焊,【学习目标】,1能够正确描述气焊的原理、特点及应用 2能够正确描述气焊设备的构成与连接原理 3能够正确描述各种气焊设备和工具的作用 4能够正确描述气焊火焰的种类，各类型火焰的 特点与用途 5能够准备气焊操作的各种劳动保护 6能够使用气焊设备规范地进行焊接操作,一、任务分析,等离子弧是电弧的一种特殊形式。当自由电弧被压缩后，即可形成等离子电弧。利用等离子电弧可以进行焊接和切割。从本质上讲，等离子电弧仍然属于一种气体放电的导电现象。本项目介绍等离子弧的形成及其特性，等离子弧焊接与切割设备的结构与工作原理，重点讲述等离子弧焊接和切割的工艺。 按焊缝的成形原理，等离子

2、弧焊有3种基本方法，即穿透型等离子弧焊，熔化透型等离子弧焊和微束等离子弧焊。,（一）等离子弧,等离子体：物质存在的一种状态,等离子态及其形成过程,二、相关知识,等离子弧（Plasma arc） 等离子弧是电弧的一种特殊形式，是一种压缩电弧（相对于自由电弧如TIG电弧而言） 自由电弧其周围没有约束，当电流增大，弧柱直径增大，二者不能独立调节，所以电流密度、能量密度和温度的增加受限。 压缩电弧电流增大，但弧柱直径可以不相应增大，则能量密度、温度、等离子体流速显著增大。 这种用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧就是通常所说的等离子弧，又称为压缩电弧。,等离子弧的形成原理（如何压缩？） 途径：将钨极内缩

3、于导电喷嘴内部，并通气，产生三种压缩作用,电弧通过小孔机械压缩（前提） 离子气冷却热收缩（主因） 电磁收缩使弧柱变得更细（必然存在）,结果：电弧直径变小、温度升高、能量密度增大,1. 温度高、能量密度大：2400050000K、105108W/cm2（TIG电弧相应为1000024000K、104w）,2. 能量分布均衡：在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热 3. 挺度好、冲力大：扩散角小，对弧长波动不敏感 4. 稳定性好：电流小至0.1A电弧仍稳定燃烧,（二）等离子弧的特性及应用,等离子弧的类型 按电源供电方式不同 非转移型(如图右)：电弧在钨极和喷嘴之间形成后，在高速气流作用下冲出喷嘴（也叫等

4、离子焰），主要用于喷涂、焊接和切割较薄的金属及非金属。 转移型 （如图左） ：电弧先在钨极和导电喷嘴间引燃，转移到工件上形成新的导电回路后，切断钨极与导电嘴之间的电弧。常用于各种金属材料的焊接和切割。,混合型：同时保持转移弧与非转移弧（电弧转移到工件后不切断钨极与导电嘴之间的电弧）,等离子弧的应用,（三）等离子弧发生器,1.基本要求与典型结构 能有效的固定钨极和喷嘴的位置， 钨极与喷嘴的对中性要好。 钨极与喷嘴之间要可靠绝缘。 能对钨极和喷嘴进行有效水冷。 能有效导入离子气流和保护气流。 便于加工和装配，特别是喷嘴的更换。 体积小、重量轻，便于操作和观察。,等离子弧发生器是用来产生等离子弧的装

5、置，根据用途不同可分为焊枪、喷枪和割炬。,1喷嘴 2保护套外环 3、4、6密封圈 5下枪体水套 7绝缘柱 8、13绝缘套 9上枪体水套 10电极夹头 11套管 12螺母 14钨极,2.喷嘴,喷嘴的直径d 喷嘴的孔道长度l 锥角 压缩孔道形状 喷嘴材料和冷却,3.电极,电极材料与形状 内缩和同心度,内缩度（影响压缩程度）和同心度（影响电弧稳定性） 内缩长度Lr一般取Lr=Lo+ 0.2mm（焊枪）。 L0+23mm(割枪）,常用的进气方式：切向进气和径向进气,4.进气方式,1. 双弧现象是一种危害 2. 形成双弧的原因：过度压缩，冷却不够 3.影响因素：喷嘴结构参数、喷嘴冷却效果、电弧电流、离子

6、气成分和流量、喷嘴端面到焊件表面距离、钨极与喷嘴同心度。 4. 防止双弧的措施：,避免过渡压缩正确选择电流，喷嘴结构尺寸合理 加强冷却效果合适的气体及流量，加强喷嘴冷却， 保持喷嘴与工件距离,（四）双弧现象及影响因素,1. 穿透型（穿孔型、小孔型） 100500A转移弧，材料/板厚合适时，无须衬垫，即可单面焊双面成形。 优点：厚板可实现单道焊接；对接焊不开坡口，焊前对工件坡口加工量减少 ；焊缝对称，焊接横向变形小；孔隙率低。 缺点：焊接可变参数多，规范区间窄；厚板焊接时，对操作者的技术水平要求较高，并且小孔法仅限于自动焊接；焊枪对焊接质量影响大，喷嘴寿命短；除铝合金外，大多数小孔焊仍限于平焊位

7、置。,（五）等离子弧焊的基本方法及应用,小孔焊接示意图,焊接时小孔的照片,不锈钢PAW的小孔 （上：正面、左：背面）,不锈钢焊缝 单面焊双面成形,3. 微束等离子弧焊 30A以下混合弧，主要用于细小超薄件的熔透型焊接。常用两个独立电源对主弧和维弧分别供电。,2. 熔透型（熔入型） 30100A混合弧。材料、板厚、接头形式不限，可单面焊双面成形、多层多道焊，对参数的要求不严格，易于实现，与TIG焊类似。, 以上三种形式都可以采用脉冲电流，焊接效果更好，但参数进一步复杂化。 另外，还有交流等离子弧焊和等离子弧MIG焊等。主要使用方波交流。变极性方波交流可获得较大的焊缝深宽比及较少的钨极烧损，主要用

8、于小孔法焊接铝合金。,组成：电源 、控制系统 、焊枪、供气系统、 供水系统 （送丝机构 焊接小车） 大电流等离子弧焊设备 微束等离子弧焊设备,（六）等离子弧焊设备,2. 焊枪： 压缩喷嘴：最通用的材料是纯铜 电极：等离子弧焊枪所采用的电极材料与钨极氩弧焊 相同，有钨棒和镶嵌式电极两种。 压缩喷嘴属易损件，按既定规格选用,1. 焊接电源：应具有陡降或垂降特性，空载电压较高 通常带有高频引弧和电流衰减装置。,3. 气路系统,等离子弧焊接设备的供气系统应能分别供给离子气和保护气,4. 控制系统,等离子弧焊设备的控制系统一般包括高频引弧电路、拖动控制电路、延时电路和程序控制电路等部分。程序控制电路包括

9、提前送保护气、高频引弧和转弧、离子气逆增、延时行走、电流衰减和延时停气等控制环节。,电流在0.1-225A的设备可用手工焊接，大电流等离子弧焊需使用自动焊接。 1.可使用更高的焊接速度施焊。 2.由于等离子弧的形态和挺度更好，容易得到均匀的 焊缝成形。 3.使用更小的焊接电流，可以焊接超薄件。 4.可减小钨极烧损和防止夹钨。 凡氩弧焊能够焊接的材料均可用等离子弧焊接，与钨极氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。其它等工艺要求与氩弧焊基本相同。,（七）等离子弧焊的工艺特点,1.接头形式： （1）对接接头，若材料/厚度合适，可用穿孔焊法，否则用熔入型焊法或穿孔焊打底+熔入型填充盖面。 （2

10、）其它接头形式：用熔入型焊法 （3）细薄零件：用微束熔入型弧焊法，离子气对不同材料最好用不同的混合气。 （4）如有可能，尽量脉冲电流焊接。,三、任务实施,（一）等离子弧焊工艺参数的选择,厚度大于1.6mm但小于所列厚度值的工件，可不开坡口，采用小孔法单面一次焊成。,Ar+H2：焊接奥氏体不锈钢、镍基合金及铜镍合金时，H2 在7.5%以下。小孔焊接时，H2范围为5%15%。 工件越薄，允许H2的比例越大。如小孔法焊6.4mm 不锈钢时，加H2为5%，而进行3.8mm不锈钢管道高 速焊时，允许加H2达15%使用Ar+H2作离子气时，由 于电弧温度较高，应降低喷嘴孔径的额定电流。,2.气体选择 包括

11、离子气和保护气。 离子气是惰性的，保护气允许添加活性气体。大电流焊接时，离子气与保护气成分应相同。,Ar：用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属，如钛、钽及 锆合金。,Ar+He：He超过75%时，其性能基本与纯He相同。,Ar+CO2：小电流焊接低碳钢及低合金钢时，允许添加 活性气体，其流量在1015L/min之内 。,He：纯He仅用于熔透法焊接，如焊铜。,焊材选用： 填充金属的主要成分与被焊母材相同。,3喷嘴孔径的选择 喷嘴孔径直接决定对等离子弧的压缩程度，是选择其他参数的前提。在焊接生产过程中，当焊件厚度增大时，焊接电流也应增大，但一定孔径的喷嘴其许用电流是有限制的，一般应按焊件厚度和所需电

12、流值确定喷嘴孔径。,4焊接电流的选择 当其他条件不变时，焊接电流增加，等离子弧的热功率也增加，熔透能力增强，因此，应根据被焊焊件的材质和厚度首先确定焊接电流。在采用穿透法焊接时，如果电流太小，则形成小孔的直径也小，甚至不能形成小孔，无法实现穿透法焊接；如果电流过大，则形成的小孔直径也过大，熔化金属过多，易造成熔池金属坠落，也无法实现穿透法焊接。同时，电流过大还容易引起双弧现象。因此，当其工艺参数及喷嘴孔径一定时，焊接电流应控制在一定范围内。,5离子气流量的选择 当其他条件不变时，离子气流量增加，等离子弧的冲力和穿透能力都增大。因此，要实现稳定的穿透法焊接过程，必须要有足够的离子气流量；但离子气

13、流量太大时，会使等离子弧的冲力过大将熔池金属冲掉，同样无法实现穿透法焊接。,6焊接速度的选择 当其他条件不变时，提高焊接速度，输入到焊缝的热量会减少，在穿透法焊接时，小孔直径会减小；如果焊速太高，则不能形成小孔，故不能实现穿透法焊接。但此时若能增大电流或离子气流量，则又能实现稳定的穿透法焊接,7喷嘴端面与焊件表面距离的选择 生产实践按证明该距离应保持在38mm较为合适。如果距离过大，会增加等离子弧的热损失，使熔透能力减小，保护效果变差。该距离过小，则不便于操作，易被飞溅物堵塞，容易产生双弧现象。,8保护气流量的选择 保护气流量应与离子气流量有一个适当的比例。如果保护气流量过大，则会造成气流紊乱

14、，影响等离子弧稳定性和保护效果。穿透法焊接时，保护气流量一般选择1530L/min。,9.装配 小电流等离子弧焊对接头的装配要求和钨极氩弧焊相同。间隙不应超过金属厚度的10%，难以保持上述公差时必须添加填充金属。对于厚度不大于0.8mm的金属，焊接接头的装配和夹紧要求。,焊接金属薄片时，要求夹具与工件紧密接触。 焊枪喷嘴至工件的距离不像氩弧焊时要求那么严格。,喷嘴孔径、电流大小、气体流量的配合可参见下表。,任务二 等离子弧切割,【学习目标】,1能够正确描述等离子切割的原理及特点 2能够正确描述等离子切割设备的结构与工作原理 3能够正确选择工艺参数进行切割操作 4能够培养良好的安全与卫生习惯,一

15、、任务分析,等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割的工艺方法。它利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料，并借助内部的或者外部的高速气流或水流将熔化材料排开直至等离子气流束穿透背面而形成割口。等离子弧可以切割大部分金属材料（如不锈钢、铸铁、铝、镁、铜等）及部分非金属材料（如石块、耐火砖等）。,（一）等离子弧切割原理及特点 1. 切割原理：熔化 2. 特点:(1)切割速度快； (2)切口质量好； (3)适应性好：可切割高熔 点非金属材料,二、相关知识,等离子弧切割有氮等离子弧切割、氧等离子弧切割、空气等离子弧切割等。 离子气有N2、Ar-H2、N2-H2、空气以及氧气等。 两

16、种气体混合使用都比单一的气体好，其中尤以Ar-H2及N2-H2混合气切口质量最好；N2价格低廉，生产中用得较多。,空气等离子弧切割：方便、成本低，在生产中已得到广泛的应用。适用于常用结构材料（钢、铝、铜、铸铁）的切割，切割30mm以下板材时比氧乙炔焰更具有优势，所以特别适合于30mm以下的碳钢、低合金钢的切割（更大厚度的这两种材料，氧乙炔切割更有优势）。,但空气等离子弧切割有强烈的氧化腐蚀，应用纯锆或纯铪电极（此时也可采用氧作离子气，但电极烧损更严重），也可采用复合式空气等离子弧切割。,等离子弧切割时电流采用正接极性，切割金属时采用转移弧。60A以下手工切割常用无维弧电弧结构，60A以上手工割枪常采用有维弧结构割枪；切割薄金属板材时，可采用微束等离子弧来获得更窄的割口。,（二）等离子弧切割设备 与等离子弧焊接设备大致相同，由电源、控制系统、割枪、供气和供水系统等组成，其中空气等离子弧切割机（LGK系列）应用最广泛。,电源：等离子弧切割采用具有陡降或恒