等離子弧焊接與切割

1、第七章 等離子弧焊接與切割一、教學(xué)目的：了解等離子體的概念及其形成原理正確認識等離子弧的特性及應(yīng)用掌握等離子弧的雙弧現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及防止措施掌握等離子弧焊操作方法了解等離子弧焊的設(shè)備理解等離子弧焊的工藝特點及參數(shù)選擇了解等離子弧堆焊的分類、原理及特點了解等離子弧噴涂的原理及特點掌握等離子弧切割的原理及特點了解等離子弧切割的設(shè)備理解等離子弧切割的工藝了解其他的等離子弧切割方法二、教學(xué)重點：等離子弧焊的雙弧現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及防止措施等離子弧焊的工藝特點及參數(shù)選擇等離子弧焊、等離子弧堆焊、等離子弧切割的原理及操作方法三、教學(xué)難點：離子弧的雙弧現(xiàn)象的產(chǎn)生原因等離子弧焊、等離子弧堆焊、等離子弧切割的原理及

2、操作方法四、參考學(xué)時數(shù)：學(xué)時五、主要教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 等離子弧的形成及其特性一、等離子弧的形成1、等離子弧這種用外部拘束作用使弧柱受到壓縮的電弧就是等離子弧。2、等離子弧形成原理目前廣泛采用的方法是將鎢極縮入噴嘴內(nèi)部，并且在水冷噴嘴中通以一定壓力和流量的離子氣，強迫電弧通過噴嘴孔道，以形成高溫、高能量密度的等離子弧。在這個過程中，等離子弧受到了三種壓縮作用：（1）機械壓縮效應(yīng)（前提）（2）熱收縮效應(yīng)（主要原因）（3）電磁收縮效應(yīng)（必然存在）3、等離子弧的影響因素影響等離子弧的主要因素有：（1）等離子弧電流：電流越大，電流能量越高，被壓縮的程度越大。（2）噴嘴孔道形狀和尺寸：噴嘴孔徑直接影響電弧

3、的壓縮程度。（3）離子氣體的種類及流量：不同氣體的熱導(dǎo)率和熱焓值不同，對電弧的冷卻作用不同。一般H>N>Ar。二、等離子弧的特性1、溫度高、能量密度大2、等離子弧的能量分布均衡3、等離子弧的挺度好，沖力大4、等離子弧的靜特性曲線仍接近于U形5、等離子弧的穩(wěn)定性好三、等離子弧的類型及應(yīng)用1、非轉(zhuǎn)移型等離子弧形成原理：鎢極接電源的負極，噴嘴接電源的正極，焊件不接電源，電弧是在鎢極與噴嘴孔壁之間燃燒的，在離子氣流的作用下電弧從噴嘴孔噴出，電弧受到壓縮而形成等離子弧（等離子焰）。2、轉(zhuǎn)移型等離子弧形成原理：鎢極接電源的負極、焊件接電源的正極，等離子弧燃燒于鎢極于焊件之間。但這種等離子弧不能

4、直接產(chǎn)生，必須先在鎢極和噴嘴之間接通維弧電源，以引燃鎢極與焊件之間的轉(zhuǎn)移型等離子弧。3、混合型等離子弧原理：在工作過程中非轉(zhuǎn)移型等離子弧和轉(zhuǎn)移型等離子弧同時存在，則稱之為混合型等離子弧。四、等離子弧的雙弧現(xiàn)象及防止1、雙弧現(xiàn)象及危害雙弧現(xiàn)象：在使用轉(zhuǎn)移型等離子弧進行焊接或切割過程中，正常的等離子弧應(yīng)穩(wěn)定地在鎢極與焊件之間燃燒，但由于某些原因往往還會在鎢極和噴嘴及噴嘴和工件之間產(chǎn)生與主弧并列的電弧，這種現(xiàn)象就稱為等離子弧的雙弧現(xiàn)象。雙弧帶來的危害主要表現(xiàn)在下列幾個方面：1）破壞等離子弧的穩(wěn)定性。2）雙弧同時存在，減小了主弧電流，降低了主弧的電功率。3）噴嘴受到強烈加熱，容易燒壞噴嘴。2、形成雙弧

5、的原因一般認為，在等離子弧焊接或切割時，等離子弧弧柱與噴嘴孔壁之間存在著由離子氣所形成的冷氣膜。這層冷氣膜由于銅噴嘴的冷卻作用，具有比較低的溫度和電離度，對弧柱向噴嘴的傳熱和導(dǎo)電都具有較強的阻滯作用。當(dāng)冷氣膜的阻滯作用被擊穿時，絕熱和絕緣作用消失，產(chǎn)生了雙弧現(xiàn)象。3、防止雙弧的措施雙弧的形成主要是由于噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或工藝參數(shù)選擇不當(dāng)造成，因此防止雙弧的措施有：（1）正確選擇電流（2）選擇合適的離子氣成分和流量（3）噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)合理（4）噴嘴的冷卻效果（5）噴嘴端面至焊件表面居里不能過小表7-1 雙弧產(chǎn)生的原因及防止措施序號原因措施1在電流一定的條件下，噴嘴孔徑太小或壓縮孔道的長度過大應(yīng)匹

6、配正確規(guī)格的噴嘴2等離子氣體的流量過小應(yīng)適當(dāng)增大等離子氣體的流量3鎢極軸線與噴嘴軸線之間的偏差過大；使鎢極軸線與噴嘴軸線對正4金屬飛濺物堵塞噴嘴清理噴嘴5電源的外特性不正確選擇陡降外特性的電源第二節(jié) 等離子弧焊（PAW）一、等離子弧焊的基本方法及應(yīng)用1、穿透型等離子弧焊（小孔型等離子弧焊）原理：采用轉(zhuǎn)移型等離子弧把焊件完全熔透并在等離子流力作用下形成一個穿透焊件的小孔，并從焊件的背面噴出部分等離子弧，熔化金屬被排擠在小孔周圍，依靠表面張力的承托而不會流失。隨著焊槍的移動，小孔也跟著焊槍移動，液態(tài)金屬逐漸收口、凝固，形成完全熔透的正反面都有波紋的焊縫。2、熔透型等離子弧焊（溶入型焊接法）熔透型等

7、離子焊采用混合型等離子弧焊接的方法，在焊接過程中不形成小孔效應(yīng)，焊件背面無尾焰，液態(tài)金屬熔池在弧柱的下面，靠熔池金屬的熱傳導(dǎo)作用熔透母材，實現(xiàn)焊透。3、微束等離子弧焊微束等離子弧焊通常采用混合型等離子弧，采用二哥獨立焊接電源，一個向鎢極與噴嘴之間的非轉(zhuǎn)移弧供電，這個電弧稱為維弧；另一個電源向鎢極與焊件間的轉(zhuǎn)移弧（主?。┕╇姡赃M行焊接。焊接過程中兩個電弧同時工作。二、等離子弧焊設(shè)備1、焊接電源等離子弧焊設(shè)備一般采用具有陡降或垂直下降外特性的滯留弧焊電源。2、焊槍焊槍主要由電極，噴嘴，中間絕緣體，上、下焊槍，保護罩，水路，氣路等組成。3、氣路系統(tǒng)4、控制系統(tǒng)等離子弧焊設(shè)備的控制系統(tǒng)一般包括高頻引

8、弧電路、拖動控制電路、延時電路和程序控制電路等部分、三、等離子弧焊工藝1、等離子弧焊的工藝特點1）等離子弧焊的熔透能力強，焊接速度快，溫度高，能量密度集中。2）抗弧長波動能力好，焊縫成形美觀。3）等離子弧的穩(wěn)定性好，可以焊接超薄焊件。4）可以減少鎢極燒損和防止焊縫夾鎢。2、等離子弧焊工藝（1）接頭形式通常等離子弧焊的接頭形式為I型對接接頭、開單面V型和雙面V型坡口的對接接頭以及開單面U型坡口的對接接頭。（2）焊接參數(shù)的選擇1）噴嘴孔徑在焊接過程中，當(dāng)焊件厚度增大時，焊接電流也應(yīng)增大，但不能超過噴嘴的最大許用電流。2）焊接電流根據(jù)焊件的材質(zhì)和厚度首先確定焊接電流，但如果電流過小，可能會造成無法焊

9、透焊件，焊接速度慢；如果電流過大，可能會造成焊穿，甚至可能會引起雙弧現(xiàn)象。3）離子氣種類及流量目前應(yīng)用最廣的是氬氣，適用于所有金屬。也可適當(dāng)加入一些其他氣體來提高接頭效率和改善接頭質(zhì)量。離子氣流量增加，等離子弧的沖力和穿透力都增大。表7-2大電流等離子弧焊常用等離子氣及保護氣體金屬厚度/mm焊接技術(shù)穿孔法熔透法碳鋼（鋁鎮(zhèn)靜鋼）<3.2ArAr>3.2Ar25%Ar+75%He低合金鋼<3.2ArAr>3.2Ar25%Ar+75%He不銹鋼<3.2Ar或92.5%Ar+7.5%H2Ar>3.2Ar或95%Ar+5%H225%Ar+75%He銅<2.4Ar

10、He或25%Ar+75%He>2.4不推薦1）He鎳合金<3.2Ar或92.5%Ar+7.5%H2Ar>3.2Ar或95%Ar+5%H225%Ar+75%He活性金屬<6.4ArAr>6.4Ar+（50%70%）He25%Ar+75%He1）由于底部焊道成形不良，這種技術(shù)只能用于銅鋅合金表7-3小電流等離子弧焊時常采用的保護氣體（等離子氣為氬氣）金屬厚度/mm焊接工藝穿孔法熔透法鋁<1.6不推薦Ar或He>1.6HeHe碳鋼（鋁鎮(zhèn)靜鋼）<1.6不推薦Ar或75%Ar+25%He>1.6Ar或25%Ar+75%HeAr或25%Ar+75%He

11、低合金鋼<1.6不推薦Ar，He或Ar+（1%5%）H2>1.625%Ar+75%He或Ar+（1%5%）H2Ar，He或Ar+（1%5%）H2不銹鋼所有厚度Ar，25%Ar+75%He或Ar+（1%5%）H2Ar，He或Ar+（1%5%）H2銅<1.6不推薦75%Ar+25%He或 He或75% H2 +25% Ar>1.6He或25%Ar+75%HeHe鎳合金所有厚度Ar，25%Ar+75%He或Ar+（1%5%）H2Ar，He或Ar+（1%5%）H2活性金屬<1.6Ar，He或25%Ar+75%HeAr>1.6Ar，He或25%Ar+75%HeAr或2

12、5%Ar+75%He4）焊接速度焊接速度直接影響到焊縫的熱輸入量，因此焊接速度取決于焊接電流和離子氣流量。5）噴嘴高度噴嘴端面至焊件表面的居里為噴嘴高度。一般噴嘴高度應(yīng)保持38mm較為合適。6）保護氣成分大電流等離子弧焊時保護氣應(yīng)與離子氣成分相同。小電流等離子弧焊時保護氣可以不同。（3）等離子弧焊的缺陷及其防止等離子弧焊的常見缺陷如表7-4所示表7-4 常見缺陷及消除措施缺 陷 類 型產(chǎn) 生 原 因預(yù) 防措 施單 側(cè) 咬 邊1.焊炬偏向焊縫一側(cè)2.電極與噴嘴不同心3.兩鋪助孔編斜4.接頭錯邊量太大5.磁偏吹1改正焊炬對中位置2調(diào)整同心度3調(diào)整輔助孔位置4加填充絲5改變地線位置兩 側(cè) 咬 邊1.

13、焊接速度太快2.焊接電流太小1降低焊接速度2加大焊接電流氣 孔1.焊前清理不當(dāng)2.焊絲不干凈3.焊接電流太小4.填充絲送進太快5.焊接速度太快1除凈焊接區(qū)的油銹及污物2清洗焊絲3加大焊接電流4降低送絲速度5降低焊接速度熱 裂 紋1.焊材或母材含硫量太高2.焊縫熔深、熔寬較大，熔池太長3工件剛度太大1選用含硫低的焊絲2調(diào)整焊接工藝參數(shù)3預(yù)熱、緩冷第三節(jié) 等離子弧堆焊與噴涂一、等離子弧堆焊1、等離子弧堆焊原理及特點等離子弧堆焊時利用等離子弧作熱源將堆焊材料熔敷在基體金屬表面上，從而獲得與母材相同或不同成分、性能堆焊層的工藝方法。等離子弧堆焊的基本原理與等離子弧焊接近似，也以轉(zhuǎn)移型等離子弧作熱源，多

14、采用直流正極性接法。等例子弧堆焊的優(yōu)點有：1）稀釋率低且可以在530的較大范圍調(diào)節(jié)。2）熔敷速度較高。3）填充金屬的形態(tài)可以是絲，也可以是粉。4）成本較低。5）通過焊槍的擺動，可堆焊的范圍寬，治療好。2、等離子弧堆焊設(shè)備主要是由焊接電源、控制系統(tǒng)、等離子弧堆焊槍等組成。3、等離子弧堆焊分類根據(jù)堆焊材料的形態(tài)不同，等離子弧堆焊可分為填絲等離子弧堆焊及粉末等離子弧堆焊。二、等離子弧噴涂1、等離子弧噴涂的原理等離子弧噴涂是利用等離子弧的高溫、高速焰流，將粉末噴涂材料加熱和加速后再噴射、沉積到工件表面上形成特殊涂層方法。等離子弧噴涂的設(shè)備主要有：噴槍，電源，送粉器，冷卻水供給系統(tǒng)，氣體供給系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。等離子弧噴涂均采用直流電源，對電源的要求同等離子弧焊接。2、等離子弧噴涂的特點1）等離子弧溫度高，可噴涂幾乎所有材料，應(yīng)用范圍廣。2）噴涂層致密，結(jié)合強度高，噴涂生產(chǎn)率高。3）用惰性氣體保護，治療好。4）工件基體加熱溫度低，涂層稀釋率很低。5）涂層與工件表面呈機械結(jié)合，強度不高；涂層治療主要依賴粉末材料。第四節(jié) 等離子弧切割一、等離子弧切割原理及特點1、等離子弧切割原理等離子弧切割的原理與氧氣的切割原理有著本質(zhì)的不同。等離子弧切割靠高溫熔化來切割工件。2、等離子弧切割特點（1）切割速度快，生產(chǎn)率高（2）切口質(zhì)量好（