焊接方法与设备+陈淑惠+chapter06等离子弧焊接与切割.pptx

第六章 等离子弧焊接与切割,,,,,,,焊接方法与设备,高等教育出版社,,目录,,第一节 等离子弧的形成及其特性,第二节 等离子弧焊接与切割设备,,第三节 等离子弧焊,,第四节 等离子弧切割,,,第一节,焊接方法与设备,等离子弧是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，且电弧受到了三种压缩作用一、等离子弧及其形成,1．机械压缩作用 即弧柱受喷嘴孔径的限制，其弧柱直径不能自由扩大 2．热收缩效应 喷嘴水冷将使靠近喷嘴孔内壁的气体受到强烈的冷却作用，其温度和电离度均迅速下降，迫使弧柱电流向弧柱中心高温高电离区集中，使弧柱横截面进一步减小，而电流密度、温度和能量密度则进一步提高 3．电磁收缩效应 由弧柱中同向电流线之间的相互吸引力产生的电磁收缩作用，可使弧柱截面进一步缩小能量特性,等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显增大的缘故其静特性曲线接近Ｕ 形与钨极氩弧最大区别是电弧电压比钨极氩弧高等离子弧呈圆柱形，扩散角５°左右，焊接时，当弧长发生波动时，母材的加 热面积不会发生明显变化，而钨极氩弧呈圆锥形，其扩散角约45°，对工作距离变化敏感性大由于等离子弧是普通钨极氩弧经压缩而成，故其挺直度比普通钨极氩弧好，焰流速度大，可 达300m/s以上，因而指向性好，喷射有力，熔透能力强。

二、等离子弧的特性,静特性,形态,静特性,三、等离子弧的类型,,,非转移型 电源接于钨极和喷嘴之间，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰混合型 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前者在工作中起补充加热和稳定电弧作用，故又称它为维弧；后者称主弧，用于焊接转移型 电源接于钨极和工件之间转移型等离子弧的阳极斑点直接落在工件上，电弧热有效利用率大为提高，达６０％ ～７５％，所以金属焊接和切割几乎都采用这种转移型等离子弧四、双弧问题,当采用转移型等离子弧焊接或切割时，由于某些原因在已经存在的转移弧（主弧）以外，又在喷嘴与工件之间和电极与喷嘴之间同时形成串列电弧，这种现象称双弧１—主弧； ２，３—串列弧,双弧现象,,第二节,焊接方法与设备,按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊设备和自动焊设备两大类,一、等离子弧焊设备,手工焊设备主要由焊接电源、焊枪、控制系统、气路系统和水路系统等部分组成,自动焊设备除上述组成之外，还有焊接小车和送丝机构,一、等离子弧焊设备,1．焊接电源 等离子弧焊设备一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直流弧焊电源焊接铝、镁及其合金时，采用交流电源，主要是利用阴极清理（破碎）作用。

2．焊枪 等离子弧焊枪的设计应保证等离子弧燃烧稳定，引弧及转弧可靠，电弧压缩性好，绝缘、通气及冷却可靠，更换电极方便，喷嘴和电极对中好由弧柱中同向电流线之间的相互吸引力产生的电磁收缩作用，可使弧柱截面进一步缩小一、等离子弧焊设备,2．焊枪,等离子弧焊枪示意图,１—喷嘴； ２、４、５、１３—密封胶圈； ３—保护罩； ６—下枪体； ７—绝缘外壳； ８—绝缘柱； ９—上枪体； １０—钨极卡； １１—外壳帽； １２—钨极卡套； １４—锁紧螺母； １５—钨极； １６—钨极帽,一、等离子弧焊设备,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为了保证引弧处和熄弧处的焊缝质量，离子气应分成两路供给：一路实现气流衰减控制；另一路调节离子气的衰减时间 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等离子弧是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，且电弧受到了三种压缩作用二、等离子弧焊切割设备,1．等离子弧切割电源 等离子弧切割与等离子弧焊接一样，一般采用陡降外特性的直流电源为提高切割电压，要求切割电源具有较高的空载电压（一般是150~400Ｖ）。

2．割炬 等离子弧割炬与大电流等离子弧焊枪的结构相似，主要不同之处是割炬没有保护气通道和保护气喷嘴二、等离子弧焊切割设备,3．控制系统 等离子弧切割时，控制系统应满足下列要求： １） 能提前送气和滞后停气，以免电极氧化 ２） 采用高频引弧，在等离子弧引燃后高频振荡器应能自动断开 ３） 离子气流量有递增过程 ４） 无冷却水切割机应不能起动，若过程中断水，切割机能自动停止 ５） 在切割结束或切割过程中断弧时，控制线路应能自动断开二、等离子弧焊切割设备,4．气路和水路系统 等离子弧切割设备的供气系统不用保护气体和气流衰减回路，切割时必须保证气路畅通 为防止割炬的喷嘴被烧坏，切割时必须对割炬进行通水强制冷却，水路系统一般装有水压开关 冷却水可采用自来水，必要时可安装专用液压泵供水，以提高水压，保证冷却效果第三节,焊接方法与设备,一、基本焊接方法,1．穿透型等离子弧焊 利用等离子弧能量密度大和等离子流冲力强的特点，将工件完全熔透并产生一个穿透工件的小孔 2．熔透型等离子弧焊 熔透型等离子弧焊是采用较小的焊接电流（１５ ～１００ Ａ）和较小的离子气流量，在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应 3．微束等离子弧焊 焊接电流在３０ Ａ 以下的熔透型等离子弧焊通常称为微束等离子弧焊。

二、等离子弧焊工艺,1．等离子弧焊的工艺特点 １） 由于等离子弧弧柱温度高，能量密度大，因而对焊件加热集中，熔 透能力强，可提高焊接生产效率 ２） 由于等离子弧呈圆柱形，扩散角小，挺直度好，容易获得均匀的焊 缝成形 ３） 由于等离子弧的压缩效应及热电离充分，所以电弧工作稳定， 故可以焊接超薄构件 ４） 由于钨极内缩到喷嘴孔道里，可以避免钨极与工件接触，消除了焊 缝夹钨缺陷同时喷嘴与工件的距离可以变长，焊丝进入熔池容易二、等离子弧焊工艺,2．等离子弧焊工艺参数 （１） 接头形式 用于等离子弧焊接的通用接头形式为Ｉ 形对接接头、开单面Ｖ 形和双面Ｖ 形坡口的对接接头以及开单面Ｕ 形和双面Ｕ 形坡口的对接接头 （２） 等离子弧焊气体的选择 等离子弧焊时，除向焊枪输入离子气外，还要输入保护气，以充分保护熔池不受大气污染目前应用最广的离子气是氩气，适用于所有金属二、等离子弧焊工艺,3．焊接工艺参数的选择 （１） 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一般应按焊件厚度和所需电流值确定喷嘴孔径 （２） 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。

当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二、等离子弧焊工艺,3．焊接工艺参数的选择 （３） 离子气流量的选择 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；但离子气流量太大时，同样无法实现穿透法焊接 （４） 焊接速度的选择 当其他条件不变时，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二、等离子弧焊工艺,3．焊接工艺参数的选择,在穿透法焊接过程中，除要选择合适的焊接电流、离子气流量和焊接速度外，还要使这三个参数很好地相互匹配一般规律是：,当焊接电流一定时，若增加离子气流量，则应相应增加焊接速度； 当离子气流量一定时，若增加焊接速度，则应相应增加焊接电流； 当焊接速度一定时，若增加离子气流量，则应相应减小焊接电流三、等离子弧堆焊及喷涂简介,1．等离子弧堆焊 等离子弧堆焊是利用等离子弧的热能将堆焊材料熔敷到工件表面上， 从而获得不同成分和不同性能堆焊层的方法 （１） 粉末等离子弧堆焊 粉末等离子弧堆焊是将合金粉末装入送粉器中，堆焊时用氩气将合金粉末送入堆焊枪体的喷嘴中，利用等离子弧的热能将其熔敷到工件表面形成堆焊层。

其主要优点是：合金粉末既容易制得，其成分又容易调整，生产率高（熔敷率高），堆焊层的质量好（稀释率低），便于实现堆焊过程自动化等，目前应用较广泛三、等离子弧堆焊及喷涂简介,1．等离子弧堆焊 （２） 热丝堆焊 这种方法的特点是：除依靠等离子弧加热熔化母材和填充焊丝并形成熔池外，填充焊丝中还通以电流提高熔敷率和降低稀释率三、等离子弧堆焊及喷涂简介,2．等离子弧喷涂 等离子弧喷涂方法有两种：一种是丝极等离子弧喷涂；另一种是粉 末等离子弧喷涂 涂层的使用性能取决于粉末材料目前使用的粉末材料主要有： １） 自熔化硬质合金粉末 主要有镍基合金粉末、钴基合金粉末和铁基合 金粉末 ２） 包覆粉末 即一种中心为粉末外面包覆一层（或多层）金属材料而制 成的一种新型粉末材料中心材料可为金属或非金属化合物，包覆层 可为镍、钴、铜、铝和银等 ３） 微细粉末 一般喷涂粉末粒度为150~300目，为了得到更致密均匀 的涂层，可以采用更微细的合金粉末第四节,焊接方法与设备,一、等离子弧切割原理及特点,1．等离子弧切割原理 等离子弧切割是利用高温高冲力的等离子弧为热源，将被切割金属局部熔化并立即吹掉，从而形成狭窄切口的切割方法。

2．等离子弧切割特点 １） 应用面很广 ２） 切割速度快，生产率高 ３） 切口质量好,二、等离子弧切割工艺参数的选择,（１） 离子气种类 由于氮气的携热性好、密度大、价格又低，所以目前国内多采用氮气作离子气（切割气体） （２） 离子气流量 适当增大离子气流量，既可提高切割速度，又可提高切割质量但气体流量也不能太大 （３） 切割电流和电压 切割电流和电压是等离子弧切割最重要的工艺参数，直接影响切割金属的厚度和切割速度在切割大厚度工件时，最好采用提高切割电压的方法来提高等离子弧的功率二、等离子弧切割工艺参数的选择,（４） 喷嘴直径 当工件厚度增大时，在提高切割电流的同时喷嘴直径也要相应增大 （５） 切割速度 切割速度应根据等离子弧功率、工件厚度和材质来确定 （６） 喷嘴端面至工件表面的距离 该距离对切割速度、切割电压和切口宽度等有一定影响三、其他等离子弧切割方法简介,1．空气等离子弧切割 采用压缩空气作为离子气的等离子弧切割称为空气等离子弧切割一方面切割成本低；另一方面切割速度快１—电极冷却水； ２—镶嵌式电极； ３—压缩 空气（离子气）； ４—压缩喷嘴； ５—压缩喷嘴冷却水； ６—电弧； ７—工件；,空气等离子弧切割原理,三、其他等离子弧切割方法简介,2．水再压缩等离子弧切割 该方法是在普通的等离子弧外围再用水流进行压缩。

１—离子气； ２—电极； ３—喷嘴； ４—冷却水； ５—压缩水； ６—电弧； ７—工件；,水再压缩等离子弧切割原理,三、其他等离子弧切割方法简介,3．脉冲等离子弧切割 采用50~100Hz的脉冲电流进行等离子弧切割，可降低所需电功率，延长电极和喷嘴的使用寿命，采用脉冲电流还可提高切口质量 4．双弧切割 在非转移普通直流等离子弧的基础上，再在喷嘴与工件之间叠加一个350Hz的交流电弧的双弧切割法它也是一种厚板切割的可行方法 5．微束等离子弧切割 切割0.1~0.5mm厚的薄板，采用功率为0.5~1.5kW，喷嘴孔径为0.1~0.4mm的非转移微束等离子弧，最高切割速度达10m/min左右谢谢聆听,,,,,,,焊接方法与设备,高等教育出版社,。