焊接方法與設(shè)備使用 教學(xué)課件作者 曹朝霞 齊勇田 主編等離子焊(PAW)

1、第6章 等離子弧焊接PAW2第6章 等離子弧焊接PAW) 學(xué)習(xí)目標(biāo)了解等離子弧的形成原理和特性。 熟悉等離子弧焊接的特點(diǎn)、工藝及應(yīng)用范圍。 了解等離子弧焊接設(shè)備各組成局部的作用。 能夠分析、制定等離子弧焊接工藝。 掌握典型材料及結(jié)構(gòu)等離子弧焊接工藝實(shí)施要點(diǎn)。3 主要內(nèi)容 6.1 等離子弧的原理及特性 6.2 等離子弧焊接 【綜合訓(xùn)練】第6章 等離子弧焊接PAW)46.1 等離子弧的原理及特性 6.1.1 等離子弧的形成原理 1等離子弧 等離子弧是電弧的一種特殊形式，是自由電弧被壓縮后形成的，它仍然是一種氣體放電的導(dǎo)電現(xiàn)象，與自由電弧相比，兩者的物理本質(zhì)上沒有區(qū)別，僅是弧柱中電離程度和溫度方面的

2、不同。56.1 等離子弧的原理及特性 6.1.1 等離子弧的形成原理 1等離子弧等離子弧是一種壓縮電弧，電流增大，但壓縮電弧弧柱直徑不能相應(yīng)增大，那么能量密度、溫度、等離子體流速顯著增大。 自由電弧電流增大，弧柱直徑增大，二者不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，所以電流密度、能量密度和溫度的增加受限。將電極內(nèi)縮于導(dǎo)電噴嘴內(nèi)部，產(chǎn)生三種壓縮作用:電弧通過小孔機(jī)械壓縮前提熱收縮主因離子氣冷卻 6.1.1 等離子弧的形成原理 2、等離子弧的形成原理 電磁收縮通電導(dǎo)體間相互吸引力產(chǎn)生，使弧柱變得更細(xì)。6.1 等離子弧的原理及特性 6.1.1 等離子弧的形成原理 2、等離子弧的形成原理結(jié)果：電弧直徑變小、溫度升高、能量密度增

3、大。 等離子體是物質(zhì)存在的另一種狀態(tài)。等離子態(tài)及其形成過程以下圖。6.1 等離子弧的原理及特性 1.溫度高、能量密度大：2400050000K、105108W/cm2TIG電弧相應(yīng)為1000024000K、104w ；2.能量分布均衡：在整個(gè)弧長(zhǎng)上溫度均衡，靠弧柱加熱；6.1.2 等離子弧的能量特性6.1 等離子弧的原理及特性 3.挺度好、沖力大：擴(kuò)散角小，對(duì)弧長(zhǎng)波動(dòng)不敏感； 4.等離子弧的靜特性曲線：接近于U形； 5.穩(wěn)定性好：電流小至電弧仍穩(wěn)定燃燒； 6.等離子弧機(jī)械沖刷力強(qiáng)：氣流速度可達(dá)300m/s； 6.1.2 等離子弧的能量特性6.1 等離子弧的原理及特性 6.1.3 等離子弧的根本

4、形式 1等離子弧的類型及應(yīng)用 等離子弧的類型主要有：非轉(zhuǎn)移型等離子弧、轉(zhuǎn)移型等離子弧、混合型等離子弧三種。6.1 等離子弧的原理及特性 6.1.3 等離子弧的根本形式1等離子弧的類型及應(yīng)用 非轉(zhuǎn)移型：電弧在鎢極和噴嘴之間形成后，在高速氣流作用下沖出噴嘴也叫等離子焰；非轉(zhuǎn)移弧主要用于噴涂、焊接和切割較薄的金屬及非金屬材料。6.1 等離子弧的原理及特性 6.1.3 等離子弧的根本形式1等離子弧的類型及應(yīng)用 非轉(zhuǎn)移型：電弧在鎢極和噴嘴之間形成后，在高速氣流作用下沖出噴嘴也叫等離子焰；常用于等離子弧切割、等離子弧焊接和等離子弧堆焊等工藝方法中。6.1 等離子弧的原理及特性 6.1.3 等離子弧的根本形

5、式1等離子弧的類型及應(yīng)用 混合型：同時(shí)保持轉(zhuǎn)移弧與非轉(zhuǎn)移弧電弧轉(zhuǎn)移到工件后不切斷鎢極與導(dǎo)電嘴之間的電弧，主要用在微束等離子弧焊接和粉末等離子弧堆焊等工藝方法中。 6.1 等離子弧的原理及特性 6.1.3 等離子弧的根本形式1等離子弧的類型及應(yīng)用 類 型特點(diǎn)應(yīng)用轉(zhuǎn)移型電弧溫度較高常用于金屬的焊接、堆焊與切割非轉(zhuǎn)移型電弧溫度較低噴涂、非金屬的焊接與切割混合型小電流下的電弧穩(wěn)定性好多用于微束等離子?。?8 mm 2)厚度較大的焊件，需開坡口進(jìn)行多層焊。第一層采用穿透型焊，坡口鈍邊5mm，以后采用熔透型焊接法。6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝1接頭形式設(shè)計(jì)焊件，通常采用微束等離子弧焊。6.2.3 等離子弧

6、焊工藝圖6-20 微束等離子弧焊接頭形式a I型接頭 b卷邊對(duì)接接頭 c卷邊角接接頭 d端接接頭常用接頭形式如圖。焊接時(shí)要采用可靠的焊接夾具，以保證工件的裝配質(zhì)量。裝配間隙和錯(cuò)邊量越小越好。6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 2等離子弧焊的根本形式 等離子弧焊的根本方法及應(yīng)用按焊縫成型原理等離子弧焊分為：穿孔型等離子弧焊熔透型等離子弧焊微束等離子弧焊6.2.3 等離子弧焊工藝 此外，還派生出一些焊接方法，如脈沖等離子弧焊、交流等離子弧焊、熔化極等離子弧焊、變極性等離子焊等。6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 利用等離子弧直徑小、溫度高、能量密度大、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)條件下實(shí)現(xiàn)的，焊縫斷面呈酒

7、杯狀，如圖6-21所示。焊接時(shí)，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(gè)穿透焊件的小孔，并從焊件的反面噴出局部等離子弧稱其為“尾焰。1穿透型等離子弧焊穿孔型 圖6-21 穿透型等離子弧焊示意圖 1-焊件 2-焊縫 3-液態(tài)熔池中的小孔 4-保護(hù)氣 5-進(jìn)水 6-噴嘴 7-鎢極 8-等離子氣 9-焊接電源 10-高頻發(fā)生器 11-出水 12-等離子弧 13-尾焰 14-焊接方向 15-接頭斷面 6.2.3 等離子弧焊工藝6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝1穿透型等離子弧焊:隨著焊槍向前移動(dòng)，小孔也跟著焊槍移動(dòng)，熔池中的液態(tài)金屬在電弧吹力、外表張力作用下沿熔池壁向熔池尾部流動(dòng)，并逐漸

8、收口、凝固，形成完全熔透的正反面都有波紋的焊縫，這就是所謂的小孔效應(yīng)，如下圖。利用這種小孔效應(yīng)，不用襯墊就可實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。2等離子弧焊的根本形式6.2.3 等離子弧焊工藝6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝小孔等離子焊接不銹鋼P(yáng)AW的正面焊縫不銹鋼P(yáng)AW的反面焊縫6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝2熔透型等離子弧焊：采用較小的焊接電流30100A和較低的離子氣流量，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)，焊件反面無“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(shí)現(xiàn)焊透。焊縫斷面形狀呈碗狀，如右圖所示。 圖6-23 熔透型等離子弧焊示意圖 1-焊件 2-焊縫 3-液

9、態(tài)熔池 4-保護(hù)氣 5-進(jìn)水 6-噴嘴 7-鎢極 8-等離子氣 9-焊接電源 10-高頻發(fā)生器11-出水 12-等離子弧 13-焊接方向 14-接頭斷面6.2.3 等離子弧焊工藝2等離子弧焊的根本形式6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 (3)微束等離子弧焊:焊接電流在30A以下的等離子弧通常稱為微束等離子弧焊。有時(shí)也把焊接電流稍大的等離子弧歸為此類。這種方法使用很小的噴嘴孔徑，得到針狀細(xì)小的等離子弧，主要用于焊接厚度1mm以下的超薄、超小、精密的焊件。 微束等離子弧焊通常采用混合型等離子弧，其一是鎢極與噴嘴之間的非轉(zhuǎn)移弧，這個(gè)電弧稱為維弧。維弧電流一般為25A，維弧電源的空載電壓一般大于90V，以便

10、引弧。另一個(gè)是鎢極與焊件間的轉(zhuǎn)移弧主弧，以進(jìn)行焊接。6.2.3 等離子弧焊工藝2等離子弧焊的根本形式6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 微束等離子弧焊通常采用混合型等離子弧，采用二個(gè)獨(dú)立焊接電源。主弧電源維弧電源向鎢極與噴嘴之間的非轉(zhuǎn)移弧供電，維弧電流一般為25A，維弧電源的空載電壓一般90V，以便引弧。向鎢極焊件間的轉(zhuǎn)移弧(主弧)供電，以進(jìn)行焊接。 當(dāng)維弧電流大于2A時(shí)，轉(zhuǎn)移型等離子弧在小至焊接電流下仍可穩(wěn)定燃燒。因此小電流時(shí)微束等離子弧十分穩(wěn)定。6.2.3 等離子弧焊工藝2等離子弧焊的根本形式6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 (1) 填充金屬:等離子弧焊接也可使用填充金屬。其主要化學(xué)成分與被焊母材相

11、同或相近，自動(dòng)焊時(shí)使用光焊絲，手工焊那么用光焊條作填充金屬。 (2)氣體：焊接時(shí)，除要向焊槍壓縮噴嘴輸送離子氣外，還要向槍體保護(hù)罩輸送保護(hù)氣體。Ar氣適用于所有金屬。焊接鈦及鈦合金時(shí)，可在Ar氣中參加體積分?jǐn)?shù)為5075%He；焊接不銹鋼和鎳合金時(shí)，參加57.5% H2含H2過多時(shí)，會(huì)引起氣孔或裂紋；焊銅時(shí)可采用純N2或純He。 6.2.3 等離子弧焊工藝3焊接材料的選擇6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 在采用穿透型等子弧焊時(shí)，焊接過程中確保小孔的穩(wěn)定，影響小孔穩(wěn)定性的主要焊接工藝參數(shù)有： 6.2.3 等離子弧焊工藝4.焊接參數(shù)的選擇(1) 噴嘴孔徑:根據(jù)焊件厚度和所需電流值確定孔徑； (2) 焊接

12、電流:焊接電流應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)；(3)離子氣種類及流量:離子氣氬氣適用于所有金屬；(4)焊接速度:焊接速度取決于焊接電流和離子氣流量；(5)噴嘴高度:噴嘴高度應(yīng)保持在38mm；(6)保護(hù)氣成分及流量:保護(hù)氣,流量1530L/min ；6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.3 等離子弧焊工藝5.等離子焊接缺陷分析及解決方法缺陷產(chǎn)生原因解決方法氣孔(1)離子氣或保護(hù)氣漏氣(2)工件及焊絲清理不干凈(3)焊接電流過小，焊速快(4)填充焊絲速度太快(1)檢查氣體回路并修理(2)清理工件及焊絲上的油、水、銹等雜質(zhì)(3)增大焊接電流，減小焊接速度(4)減小填充焊絲速度咬邊(1)焊炬偏向焊縫一側(cè)(2)送絲量

13、不夠(3)焊接電流過小，焊速快(4)鎢極與噴嘴不同心(5)兩輔助孔偏斜(6)接頭錯(cuò)邊量太大(7)磁偏吹(1)調(diào)整焊炬對(duì)中位置(2)適當(dāng)加大送絲量(3)增大焊接電流，減小焊接速度(4)關(guān)掉電弧重新對(duì)中鎢極(5)調(diào)整或更換噴嘴(6)調(diào)整錯(cuò)邊量(7)改變地線位置未焊透(1)離子氣回路漏氣(2)離子氣小,電弧穿透力不足(3)焊接電流小(4)焊接速度過快(1)檢查并維修離子氣回路(2)加大離子氣流量(3)適當(dāng)加大焊接電流(4)減慢焊接速度6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.3 等離子弧焊工藝5.等離子焊接缺陷分析及解決方法缺陷產(chǎn)生原因解決方法保護(hù)效果不良(1)保護(hù)氣不純(2)保護(hù)氣回路漏氣(3)未加拖罩

14、(4)有拖罩,但和工件的間隙過大(1)更換保護(hù)氣(2)檢查保護(hù)氣回路并修理(3)根據(jù)實(shí)際要求看是否要加拖罩(4)調(diào)整拖罩和工件間的距離薄板間斷焊穿(1)送絲量不夠(2)焊接速度過快(3)焊接電流過大(4)噴嘴口徑選擇不正確(1)加大送絲量(2)減慢焊接速度(3)減小焊接電流(4)更換小一號(hào)噴嘴成形不均勻(1)焊接過程中弧長(zhǎng)不一致(2)焊接不銹鋼時(shí),保護(hù)氣成分不正確(3)送絲角度不正確(4)焊接參數(shù)設(shè)置不正確(1)采用弧長(zhǎng)跟蹤功能,或?qū)⒐ぱb調(diào)整好(2)更換合格的保護(hù)氣(3)調(diào)整送絲角度,讓熔滴均勻過渡(4)通過試驗(yàn),調(diào)整合適參數(shù)環(huán)縫焊收弧有小孔(1)沒有離子氣衰減和電流衰減功能(2)焊接參數(shù)設(shè)置

15、不正確(1)增加該功能(2)重新調(diào)整焊接參數(shù)熱裂紋(1)焊絲和母材含硫量太高(2焊縫熔深、熔寬較大，熔池太長(zhǎng)(3)工件剛度太大(1)選用含硫低的焊絲(2)調(diào)整焊接規(guī)范(3)焊前預(yù)熱、焊后緩冷6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.3 等離子弧焊工藝6.等離子弧焊應(yīng)用實(shí)例 (1)板材對(duì)接焊； (2) 不銹鋼焊管縱縫等離子弧焊； (3) 有色金屬材料的等離子弧焊接；鋁合金焊接用變極性等離子焊；鈦及鈦合金的等離子弧焊接電源極性為直流正接。6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 等離子PAW加TIG雙槍前后布置，間距為200300mm。等離子弧作為前導(dǎo)弧，用于打底焊，即利用等離子電弧良好的小孔穿透能力，熔化對(duì)接邊兩

16、側(cè)金屬，獲得熔深，保證反面穩(wěn)定成形。后面的尾隨TIG自由電弧用于填肉蓋面，獲得雙面成形的焊縫，見右圖。6.2.4 等離子弧其他加工方法1.PAW+TIG 雙槍復(fù)合焊接工藝簡(jiǎn)稱P+T6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.4 等離子弧其他加工方法2等離子弧堆焊 利用等離子弧作熱源將堆焊材料熔敷在基體金屬外表上，從而獲得與母材相同或不同成分、性能堆焊層的工藝方法。等離子弧堆焊可使金屬外表獲得與其基體金屬呈冶金結(jié)合的堆焊層，用以提高工件的耐磨性、耐蝕性、耐高溫性能，或用以彌補(bǔ)已磨損工件，到達(dá)修舊利廢的目的。 目前在石油、冶金，造船、軍工、化工、礦山機(jī)械、閥門等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。6

17、.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.4 等離子弧其他加工方法2等離子弧堆焊1填絲等離子弧堆焊：填絲等離子弧堆焊又可以分成冷絲法和熱絲法兩種。冷絲法堆焊因效率不高已很少采用。圖6-32 熱絲等離子弧堆焊方法的示意圖 熱絲法等離子弧堆焊利用電流流經(jīng)焊絲伸出長(zhǎng)度的電阻熱來預(yù)熱焊絲，增加焊絲熔化。由于事先對(duì)焊絲進(jìn)行了預(yù)熱，進(jìn)入電弧區(qū)后只需很少的熱量便能使焊絲熔化進(jìn)行堆焊。因此熔敷速度大大增加。6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝 堆焊時(shí)要求母材熔深盡可能淺，以減小母材對(duì)堆焊金屬的稀釋率。 稀釋率-熔敷金屬被稀釋的程度，用母材或預(yù)先堆焊層金屬在焊道中所占的百分比來表達(dá)。6.2.4 等離子弧其他加工方法2等離子弧堆

18、焊6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.4 等離子弧其他加工方法2等離子弧堆焊2粉末等離子弧堆焊：粉末等離子弧堆焊是將合金粉末裝入送粉器中，堆焊時(shí)用送粉氣體將合金粉末送入堆焊槍體的噴嘴中，利用等離子弧的熱能將其熔敷到焊件外表形成堆焊層的工藝方法。圖6-33 粉末等離子弧堆焊示意圖 1-轉(zhuǎn)移弧電源 2-非轉(zhuǎn)移弧電源 3-等離子氣 4-鎢極 5-合金粉末及送粉氣 6-噴嘴孔 7-保護(hù)氣 8-焊件 9-堆焊6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝6.2.4 等離子弧其他加工方法2等離子弧堆焊6.2 等離子弧的設(shè)備及工藝2等離子弧噴涂：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、沉積到工件外表上形成特殊涂層的一種熱噴涂方法。圖6-34 等離子弧噴涂示意圖1-工件 2-噴涂層 3-前槍體 4-冷卻水出口 5-等