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1、等离子弧焊接的材料、装配、工艺与缺陷形式（图）焊接材料1母材凡氩弧焊能够焊接的材料均可用等离子弧焊接，如碳钢、耐热钢、蒙乃力合金、可伐合金、 钛合金、铜合金、铝合金以及镁合金等。除铝、镁及其合金外，其余材料均采用直流正接法焊接：铝、镁及其合金采用交流或直流反接法焊接。直流正接等离子弧单道可焊材料厚度范围一般为0.3-6.4mm。交流变极性等离子弧单道可焊铝合金厚度可 达 12.7mm 小孔法。等离子弧焊接的冶金过程与氩弧焊相同，只是由等离子弧具有较小的弧柱直径，焊接时母材熔化量少， 所以焊缝深宽比大、热影响区窄。每一种母材金属焊接时对预热、后热以及气体保护等工艺要求与氩弧焊相 同。2填充金属与
2、氩弧焊一样，等离子弧焊工艺可以使用填充金属。填充金属一般制成光焊丝或者光焊条。 自动焊使用光焊丝作填充金属，手工焊那么用光焊条作填充金属。填充金属的主要成分与被焊母材相同。3气体等离子焊枪有两层气体，即从喷嘴流出的离子气及从保护气罩流出的保护气。有时为了增强保 护，还需使用保护拖罩及通气的反面垫板以扩大保护气的保护范围。对钨极应该是惰性的；以免钨极烧；护 气对母材一般是惰性的，但如果类取决于被焊金属，可供选择的气体有：1Ar气Ar气用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属，如钛、钽及锆合金。焊接这些金属所用的气体中， 即使含有极小量的H,也可能导致焊缝产生气孔、裂纹或降低力学性能。2Ar-H2混合气焊
3、接奥氏体不锈钢、镍合金及铜镍合金时，允许使用Ar-H2混合气体。Ar气中填加H2气可提高电弧温度及电弧电场强度，能够更有效地将电弧热量传递给工件，在给定的电 流条件下可以得到较高的焊接速度。同时，H2具有复原性，使用Ar-H2混合气体可以获得更光亮的焊缝外 观。但H2含量过多焊缝易出现气孔及裂纹，一般申H2限制在7.5%以下。然而，在小孔焊接工艺中，由于气体以充分逸出， 加申H2范围为5%一 15%，工件越薄，允许H2的比例越大。如小孔法焊6.4mm不锈钢时，加申H2 为5%；而进行3。8mm不锈钢管道高速焊时，允许加申H2达15%。使用Ar-H2混合气体作离。混合 气体作离子气时，由于电弧温
4、度较高，应降低喷嘴孔径的额定电流。3Ar-He混合气He气也是一种惰性气体，当被焊工件不允许使用Ar-H2混合气时，可考虑使用Ar-He 混合气。在Ar-He混合气体中，申甲He超过40%以上电弧热量才能有明显的变化。申He超过75% 时，其性能根本与纯He相同，通常在Ar气中参加申He=50%75%进行钛、铝及其合金的小孔焊及在 所有金属材料上熔敷焊道。4He气采用纯He作离子气时，由于弧柱温度较高，会降低喷嘴的热负载，会降低喷嘴的使用寿命及 承载电流的能力，另外He气密度较小，在合理的离子气流量下难以形成小孔。所以，纯He仅用于熔透法焊 接，如焊接铜。5Ar-C02混合气由于保护气体不与钨
5、极接触，在小电流焊接低碳钢及低合金钢时，允许在保护气中添加适性气体，其流量在1015L/min之内。如在Ar中加甲C02为25%作保护气焊接铁心叠片。典型大电流焊接及小电流焊接条件下的气体选择分别见表1及表2。表1大电流等离子弧焊接用气体选择4MIT 4 rmtift ft n卓4L医3.2Ar -，&溉上鼠12ArAF-12AfH*75i：4Ar25T*).2Af AS4H.?S%2.4Ar|-fc75%+Ar2Sh He歩牧？rHe3.2Af ArS：.pi * H 5*iAr12AST-為rtWX+tTd佯Hd” 吟* JU15牛ArArWrr w: M4ArHi He301Hr75fl
6、b+ArI5c表2小电流等离子弧焊接用气体选择* MflFS.1/ imnatft *巾a超- i 何inAf. HpIkHeT 寧（MV二 l.fr川丹Ar. Wc7SArli十Afx HtTS+ArJK-Ar. Hc7S小出鼻HJ ST-1r75#+Ar2!iAr. Ik.Ar*H-AJ+H； 1 HhJ 珂不M啊Ar, 14c.ArJij HJ* S3-.!AtHx i Hii-n4H 1.価聞唧i，如巧T股弟和*巧乩iHr l.tiJk7 5Ar25s. HeHr61 firAf-楸供+&护Art-Hj Rjl 5 ?加-He.Ar+Hr代|号 郛西j皿Af.He却恋|心HeA.r-
7、伦苻卄AtlS!1焊接工装1接头形式用于等离子弧焊接的通用接头形式为：I形坡口、单面V形和U形坡口以及双面V形和U 形坡口。这些坡口形式用于从一侧或两侧进行对接接头的单道焊或多道焊，除对接接头外，等离子弧焊也适 合于焊接角焊缝和T形接头，而且具有良好的熔透性。厚度大于1.6mm但小于表3所列厚度值的工件，可不开坡口，采用小孔法单面一次焊成。对于厚度较大的工件，需要开坡口对接焊时，与钨极氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。 第一道焊缝采用小孔法焊接，填充焊道那么采用熔透法完成。图1为两种焊接方法所需V形坡口几何形状的 比较。图1等离子弧焊和钨极氩弧焊V形坡口形状的比照钨极氩弧焊等离子弧
8、焊焊件厚度如果在0.051.6mm之间，通常使用熔透法焊接。常用接头型式如图2所示。图2薄板焊接接头形式a） I形对接接头b）卷边对接接头d）卷边角接接头d）端接接头t板厚0.0251mmh卷边高度=25表3 一次焊透的厚度（单位：mm）WS 7 一決用暹的睜廈门（单位：沪ttztu XIs w芝IT咗5JS 8皐则西华一卅询岬械柑惓枚2装配与夹紧小电流等离子弧焊对接头的装配要求和钨极氩弧焊相同。引弧处坡口边缘必须紧密接触，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如表4、图3和图4所示。ntt MXMW aB
9、5大2歼載间跑c华IS閃棉竜0M小MA*丈I 口烬81O,2f0.4j10r20r16fflf边挥0,6jHr珈iif| t6r 反面用Ar或He保护。 板厚小于0.25mm的对接接头推荐采用卷边焊缝。fl?bl图5厚度小于0.8mm的薄板端面接头装配要求a）间隙b）错边c）夹紧距离图4给出了接头间隙和错边的允许偏差、压板间距以及垫板凹槽等的尺寸。允许偏差与板厚成比例，I 形坡口对接接头允许的最大间隙为0.2t。图5给出了端接接头的装配和夹紧的允许偏差。端接接头的允许偏 差比对接接头大得多。所以端接接头是金属箔片较方便的连接接头。焊接如壁厚0.10.2mm的金属薄片时，焊口附近微小的热量波动都
10、可能使融化焊道别离，以致无法得 到连续的焊缝。因此要求夹具在整个焊接过程中年工件紧密接触，利用夹具对焊件的良好散热作用稳定焊缝 成形以及降低焊接变形。如普通夹具压紧箔件效果不好，司考虑使用气动琴键夹具或弹簧琴键夹具。图6是 焊接lmm以下不锈钢对接接头的工装参数曲线。焊接夹具一般分为压板和带凹槽的垫板（图6）。当采用熔透法焊接时，垫板与氩弧焊时相同，开口凹槽的 垫板用以支撑熔池，但采用小孔法焊接时，熔池是由外表张力支撑的，熔化的铁水不与垫板凹槽相接触。小 孔法焊接用的典型垫板如图7所示，凹槽通常宽13mm，深19mm，这样的凹槽不仅能够容纳反面保护气， 还为等离子射流提供一个穿出的空间。虚线例
11、如：T=板厚，0.5 mmC=压板间距，3.5 mmD=垫板槽宽，2.0 mmI=焊接电流，9A图7小孔法等离子弧焊接用的典型垫板1一焊枪2等离子射流3工件4一反面保护气5垫板3焊枪定位与氩弧焊一样，等离子弧可以进行全位置焊接。由于等离子弧指向性强，弧柱直径小，所 以要求焊接时焊枪能够更精确地对准焊缝，即严格地限制焊枪喷嘴轴线沿焊缝中心线的横向摆动。等离子电 弧对弧长不敏感，所以焊枪喷嘴至工件的距离不像氩弧焊时要求那么严格。焊接工艺1熔透法可以选择手工及自动两种方式进行熔透法焊接。1手工熔透法手工熔透法焊接的最正确电流范围是0。150A。当电流超过50A,使用于工氩弧焊更为 经济。使用等离子弧
12、焊设备的过程是先引燃维弧，开始焊接时再引燃主弧。如段时间内需焊接多段焊缝或 多个焊点,在完成一段焊缝或一个焊点时,可以只熄灭主弧,保存维弧。这样,在下次焊接时,便可以方 便地引燃主弧，而不像氩弧焊那样反复地使用高频引弧。而且，等离子弧长偏差1mm对焊缝质量无影响， 所以手工等离子弧特别适合焊接需要反复引燃主弧,而又无法精确控制弧长的焊接工艺,如焊接丝网。2自动熔透法自动熔透法焊接工艺应用广泛，特别是焊接小型精密元件如医疗设备元件、光学仪器元件、 精密仪器元件、丝材、膜盒或波纹管等。在许多焊接应用中，熔透法等离子弧应用微程序控制焊接参数。如控制起弧电流、电流上升、脉冲电流 电流衰减及引弧电流。由
13、于高频引弧器仅用来引燃维弧，焊接时无需再用高频引弧器便可以顺利地在工件与电极之间建立起转 移弧。因此，等离子弧设备工作时不会损坏周围其他的电子设备。这种特点使等离子弧设备可以在电子检测 设备、机器人、计算机周围使用而无需对这些设备加以隔离或防护。熔透型等离子弧焊接工艺参数参考值见表5及6。2小孔法小孔法只能采用自动焊。小孔法焊接需要精确地控制起弧与-收弧、离子气流量、焊接电流、 焊接速度等工艺参数。1 起弧与收弧板厚小于 3mm 时，可以直接在焊件上起弧及收弧。板厚大于 3mm 时，对于纵缝，可以 采用引弧板及引出板，将小孔起始区及收尾区排除在焊缝之外。环缝焊接时，须采用电流及离子气量递增的 方式形成适宜的小孔形成区，而采用电流及离子气量递减的方式获得小孔收尾区。图8 是小孔焊时电流及离 子弧气流量斜率控制曲线。有的等离子弧设备配备了先进的流量控制器，可以在焊接过程中精确地控制离子 气流量。表 5 熔透型等离子弧焊接工艺参数参考值料1rlM，fl 75II 2Rte 坤 Kil A1a.ITAig 7jtap
