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1、焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院1.1 等离子弧等离子弧是如何形成的？等离子弧是如何形成的？钨极缩入喷嘴内，在水冷喷嘴中钨极缩入喷嘴内，在水冷喷嘴中通以一定压力和流量的离子气，通以一定压力和流量的离子气，强迫电弧通过喷嘴，以形成高温、强迫电弧通过喷嘴，以形成高温、高能量密度的等离子弧高能量密度的等离子弧 。等离子弧是一种通过外部拘束使自由电弧的弧柱被等离子弧是一种通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧强烈压缩所形成的电弧 。1.等离子弧的形成及其特性焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院1.2 等离子弧形成原理一、等离子弧的形成一、等离子弧的形成等等离
2、离子子弧弧是是一一种种被被压压缩缩的的钨钨极极氩氩弧弧，具具有有很很高高的的能能量量密密度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：1) 1) 机械压缩机械压缩 弧柱受喷嘴孔径的限制，直径不能自由扩大弧柱受喷嘴孔径的限制，直径不能自由扩大()()2) 2) 热压缩热压缩 喷喷嘴嘴中中的的冷冷却却水水使使喷喷嘴嘴内内壁壁附附近近形形成成一一层层冷冷气气膜膜，进进一一步步减减小小了了弧弧柱柱的的有有效效导导电电面面积积，从从而而进进一一步步提提高高了了电电弧弧弧弧柱柱的的能能量量密密度度及及温温度度，这这种种依依靠靠水水冷冷使使弧弧柱柱温
3、温度度及及能能量量密密度度进进一步提高的作用就是热压缩；一步提高的作用就是热压缩；3) 3) 电磁压缩电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受到进一步的压缩，这就是电磁压缩。到进一步的压缩，这就是电磁压缩。 焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院1.温度高、能量密度大1-24000500001-2400050000K 2-1800024000K K 2-1800024000K 3-1400018000K 4-1000014000K3-
4、1400018000K 4-1000014000KGTAWGTAW：200A 15V PAW200A 15V PAW： 200A 30V 200A 30V ( (压缩孔径：压缩孔径：2.42.4mm)mm) 普通钨极氩弧的最高温度为普通钨极氩弧的最高温度为10000240001000024000K K，能量密能量密度在度在104104w/cm2w/cm2以下。等离子弧的最高温度可达以下。等离子弧的最高温度可达24000500002400050000K K，能量密度可达能量密度可达105105l08w/cm2l08w/cm2。 等离子弧的特点焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院2
5、等离子弧的挺度好、冲力大压缩的等离子弧，其形态近似于圆柱形，焰流速度大，压缩的等离子弧，其形态近似于圆柱形，焰流速度大，可达可达300300m/sm/s以上，因此挺度和指向性明显提高。喷射以上，因此挺度和指向性明显提高。喷射有力，其熔透能力强。有力，其熔透能力强。 当弧长发生波动时，母材的加热面积不会发生明显变化。 焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院 等离子弧的特点焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院 一般的钨极氩弧焊，电流在一般的钨极氩弧焊，电流在1010A A以下时，很难稳定。以下时，很难稳定。而采用微束等离子弧，当电流小至而采用微束等离子弧，当电流小至0.1
6、0.1A A时，等离子弧仍时，等离子弧仍可稳定燃烧。这些特性在用小电流焊接极薄焊件时特别可稳定燃烧。这些特性在用小电流焊接极薄焊件时特别有利。有利。4 等离子弧的稳定性好 等离子弧的电离度较钨极氩弧更高，因此稳定性好。等离子弧的电离度较钨极氩弧更高，因此稳定性好。外界气流和磁场对等离子弧的影响较小，不易发生电弧外界气流和磁场对等离子弧的影响较小，不易发生电弧偏吹和漂移现象。偏吹和漂移现象。焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院1.4 等离子弧的类型及应用 按电源联接方式和形成等离子弧的过程不同，等离按电源联接方式和形成等离子弧的过程不同，等离子弧可分为非转移型、转移型和混合型三种类
7、型。子弧可分为非转移型、转移型和混合型三种类型。焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院 电源接于钨极和喷嘴之间，电弧是在钨极与喷嘴孔壁电源接于钨极和喷嘴之间，电弧是在钨极与喷嘴孔壁之间燃烧的，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形之间燃烧的，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰。成等离子焰。1.4.1 非转移型等离子弧 温度、能量密度较其他等离子弧低，喷温度、能量密度较其他等离子弧低，喷嘴受热较多。嘴受热较多。非转移弧主要在等离子弧喷涂、焊接和非转移弧主要在等离子弧喷涂、焊接和切割较薄的金属及非金属时采用。切割较薄的金属及非金属时采用。特点：特点： 工件本身不通电，被间
8、接加热。因工件本身不通电，被间接加热。因此热的有效利用率不高，约此热的有效利用率不高，约10%20%10%20%。应用：应用：焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院1.4.2 转移型等离子弧引导弧（诱导弧）：先在钨极与喷嘴（喷嘴接正极）之间引导弧（诱导弧）：先在钨极与喷嘴（喷嘴接正极）之间引燃电流较小的等离子弧，为工件和电极之间提供足够的引燃电流较小的等离子弧，为工件和电极之间提供足够的电离度。电离度。 主弧：接通钨极和工件之间的电路，使主弧：接通钨极和工件之间的电路，使该电弧转移到钨极与工件之间直该电弧转移到钨极与工件之间直接燃烧。接燃烧。钨极接电源的负极、焊件接电源的正极，等离
9、子弧燃钨极接电源的负极、焊件接电源的正极，等离子弧燃烧于钨极与焊件之间。烧于钨极与焊件之间。主弧稳定燃烧后，自动切断维弧电源主弧稳定燃烧后，自动切断维弧电源焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院 采用转移弧工作时，等离子弧温度高、能量密度大，采用转移弧工作时，等离子弧温度高、能量密度大，焊件上获得的热量多，热的有效利用率高，达焊件上获得的热量多，热的有效利用率高，达60%7560%75。 常用于金属材料的等离子弧切割、等离子弧焊接和常用于金属材料的等离子弧切割、等离子弧焊接和等离子弧堆焊和喷涂等工艺方法中。等离子弧堆焊和喷涂等工艺方法中。特点：特点：应用：应用：1.4.2 转移型等
10、离子弧焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院1.4.3 联合型（混合型）非转移弧（维弧）在工作中起补充加热非转移弧（维弧）在工作中起补充加热和稳定电弧作用；和稳定电弧作用；非转移型等离子弧和转移型等离子弧在工作过程非转移型等离子弧和转移型等离子弧在工作过程中同时存在。中同时存在。转移弧（主弧）主要用于焊接时加热焊转移弧（主弧）主要用于焊接时加热焊件和填充金属。件和填充金属。联合型等离子弧稳定性好，电流很小时也能保持电弧稳联合型等离子弧稳定性好，电流很小时也能保持电弧稳定，主要用于小电流（微束）等离子弧焊接和粉末堆焊定，主要用于小电流（微束）等离子弧焊接和粉末堆焊等工艺方法中。等工艺
11、方法中。特点及应用：特点及应用：焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院2. 等离子弧焊接（PAW ） 等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。得高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：其他类型：脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊、变其他类型：脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊、变极性等离子弧焊等。极性等离子弧焊等。 穿孔型等离子弧焊穿孔型等离子弧焊熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊微束等离子弧焊微束等离子弧焊2.1 等离
12、子弧焊的基本方法及应用焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院2.1.1 穿透型等离子弧焊（小孔型等离子弧焊） 该焊法可实现一定厚度范围内的金属单面焊双面成形。该焊法可实现一定厚度范围内的金属单面焊双面成形。 利用等离子弧能量密度大和等离子流吹力大的特点，将利用等离子弧能量密度大和等离子流吹力大的特点，将工件完全熔透，并在熔池上产生一个贯穿焊件的小孔。工件完全熔透，并在熔池上产生一个贯穿焊件的小孔。等离子弧通过小孔从背面喷等离子弧通过小孔从背面喷出，被熔化的金属在电弧吹出，被熔化的金属在电弧吹力、液体金属重力和表面张力、液体金属重力和表面张力相互作用下保持平衡。力相互作用下保持平衡。
13、v 焊接过程：焊接过程： 焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院焊件太薄 由于小孔不能被液体金属完全封闭，故不 能实现小孔焊接法。 焊件太厚 受到等离子弧能量密度的限制，形成小孔困难。会因熔化金属多，液体金属的质量大于表面张力的承托能力而流失，不能保持熔池金属平衡，严重时将会形成小孔空腔而造成切割现象。 v 等离子弧焊（小孔技术）一次焊透的厚度等离子弧焊（小孔技术）一次焊透的厚度材 料不锈钢钛及其合金镍及其合金低合金钢低碳钢铜及其合金焊接厚度范围（mm）3812628282.52.1.1 穿透型等离子弧焊（小孔型等离子弧焊）焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院 采用较
14、小的焊接电流（30100A）和较低的离子气流量，采用混合型等离子弧焊接的方法。2.2 熔透型等离子弧焊（熔入型焊接法） 在焊接过程中不形成小孔效应，焊件背面无“尾焰”。液态金属熔池在弧柱的下面，靠熔池金属的热传导作用熔透母材，实现焊透。v工艺特点：工艺特点：焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院主要用于薄板（0.52.5mm）的焊接。厚板多层焊的第二层及以后各层的焊接。v 焊件厚度：焊件厚度： 焊接速度快，焊缝美观，焊缝质量好，成本低，等离子焊接已广泛运用于设备制造业中对各种型式的接头进行焊接、医疗设备、真空装置、薄板加工、波纹管、仪表、传感器、汽车部件、化工密封件等。 v 应应
15、用用焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院 微束等离子焊更是在实际运用中显露出巨大的优势，其焊缝质量可与激光焊比美。 在小电流（小于10A）时帮助和维持转移弧工作。 当维弧电流大于2A时，转移型等离子弧在小至0.1A焊接电流下仍可稳定燃烧，因此小电流时微束等离子弧十分稳定。 v 应用：应用：v 维弧的作用维弧的作用2.3 微束等离子弧焊焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院2.4 三种等离子弧焊的基本特点和应用场合类别电流范围/A可焊厚度范围/mm等离子弧类型焊缝成型方法应用场合大电流等离子弧焊10050038转移型小孔法焊接技术厚度8mm的结构中电流等离子弧焊151000.53联合型熔透法薄板结构小电流（微束）等离子弧焊0.1150.0250.5联合型熔透法超薄金属零件精密焊接非转移型等离子弧可对金属和非金属工件进行喷涂。可喷涂金属涂层，也可喷涂非金属涂层（如碳化物、氧化物、硼化物等）。焊接方法与操作技术包头职业技术学院包头职业技术学院2.4 三种等离子弧焊的基本特点和应用场合
