焊接方法与设备项目8课件.ppt

项目八项目八 等离子弧等离子弧焊接与切割焊接与切割一、项目导入一、项目导入我国迅速发展的石油、化工、电建等行业，不锈钢管以其广泛的耐腐蚀性，优异的焊接性能，被大量用于锅炉热交换器制造以及流体输送如图8-1所示为企业制作的承压不锈钢管，材质为奥氏体不锈钢，厚度6mm，直径133mm，焊缝质量要求外观成型美观，X射线探伤二级合格图图8-1 承承压压不锈钢管不锈钢管项目分析早先厂家采用焊条电弧焊和手工氩弧焊完成焊接，这两种焊接方法焊接不锈钢管有很多缺点：1焊前坡口制备成本高；2焊接效率低；3手工操作，焊接质量得不到保证，产品合格率低；4热输入量大，工件变形大等采用等离子自动焊焊接取代焊条电弧焊和手工氩弧焊，由于等离子焊接能量集中，不开坡口，一次可实现8mm不锈钢单面焊双面成型，大大减少了焊前准备工作，保证了质量，提高了效率项目分析本项目主要学习：p等离子弧焊接与切割的原理、特点及应用；p等离子弧焊接与切割工艺；p等离子弧焊接与切割设备；p等离子弧焊接与切割的基本操作方法项目分析【知识目标】1掌握等离子弧焊接与切割的原理、特点及应用；2掌握等离子弧焊接与切割工艺参数的选择；3掌握等离子弧焊接与切割的操作要点。

项目分析【能力目标】1能根据等离子弧焊接与切割的使用要求和特点，合理选择等离子弧焊接与切割设备；2能够正确安装调试、操作使用和维护保养等离子弧焊接与切割设备；3能够根据实际生产条件和具体的技术要求，正确选择等离子弧焊接与切割工艺参数；4能够分析焊接和切割过程中常见缺陷的产生原因，提出解决问题的方法；5.掌握等离子弧焊接与切割的实际操作技能项目分析【任务目标】1掌握等离子弧焊接的原理、特点及应用，能够根据等离子弧焊接的使用要求和特点，合理选择等离子弧焊接设备，正确安装调试和维护保养等离子弧焊接设备，掌握等离子弧焊接的操作要点和实际操作技能2掌握等离子弧焊接工艺参数的选择，能够根据实际生产条件和具体的技术要求，正确选择等离子弧焊接工艺参数；3能够分析焊接过程中常见缺陷的产生原因，提出解决问题的方法项目分析【任务分析】等离子弧焊接利用高温、高能量密度的等离子弧进行焊接，可用钨极氩弧焊焊接的金属，例如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜等，均可用等离子弧焊接这种焊接方法广泛用于航天、航空、核能、电子、造船及其他工业部门中相关知识1等离子弧的形成等离子弧焊接是利用高温、高能量密度的等离子弧进行焊接的工艺方法。

一般的焊接电弧未受到外界的压缩，称为自由电弧自由电弧中的气体电离是不充分的，能量不能高度集中如果对自由电弧强迫压缩（压缩效应），使弧柱中的气体几乎达到全部电离状态的电弧，称为等离子弧等离子弧的产生原理如图8-2所示，即先通过高频振荡器激发气体电离形成电弧，然后在压缩效应作用下，形成等离子弧图图8 8-2 2 等离子弧产生装置原理示意图等离子弧产生装置原理示意图1钨极；钨极；2进气管；进气管；3进水管；进水管；4出水管；出水管；5喷嘴；喷嘴；6等离子弧；等离子弧；7焊件；焊件；8高频振荡器高频振荡器相关知识等离子弧是通过下列三种压缩作用获得的：（1）机械压缩电离了的离子气从喷嘴流出时,水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，使弧柱截面变小，这种拘束作用就是机械压缩2）热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩3）电磁压缩 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，使电弧受到进一步的压缩，这就是电磁压缩相关知识2等离子弧的类型等离子弧按接线方式和工作方式不同，可分为非转移型、转移型及混合型三种类型。

1）非转移型等离子弧非转移型等离子弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上，依靠高速喷出的等离子弧气将电弧带出，这种等离子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相关知识（2）转移型等离子弧钨极接电源的负极，焊件接电源的负极，等离子弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间，在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中，这种等离子弧常用于等离子弧切割、等离子弧焊接和等离子弧堆焊等工艺方法中3）混合型等离子弧转移弧及非转移弧同时存在称为混合型等离子弧混合型等离子弧稳定性好，电流很小时也能保持电弧稳定，主要用在微束等离子弧焊接和粉末等离子弧堆焊等工艺方法中相关知识3等离子弧的双弧现象及防止（1）双弧现象及危害在使用转移型等离子弧进行焊接或切割过程中，正常的等离子弧应稳定地在钨极与焊件之间燃烧，但由于某些原因往住还会在钨极和喷嘴及喷嘴和工件之问产生与主弧并列的电弧，如图8-3所示，这种现象就称为等离子弧的双弧现象图图8-3 8-3 双弧现象示意图双弧现象示意图1主弧；主弧；2、3并列弧并列弧相关知识在等离子弧焊接或切割过程中，双弧带来的危害主要表现在下列几方面：破坏等离子弧的稳定性，使焊接或切割过程不能稳定地进行，恶化焊缝成形和切口质量。

产生双弧时，在钨极和焊件之间同时形成两条并列的导电通路，减小了主弧电流，降低了主弧的电功率因而使焊接时熔透能力和切割时的切割厚度都减小了双弧一旦产生，喷嘴就成为并列弧的电极，就有并列弧的电流通过此时等离子弧和喷嘴内孔壁之间的冷气膜又受到破坏，因而使喷嘴受到强烈加热，故容易烧坏喷嘴，使焊接或切割工作无法进行相关知识（2）形成双弧的原因关于双弧的形成原因有多种不同的论点一般认为，在等离子弧焊接或切割时，等离子弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形成的冷气膜这层冷气膜内于铜喷嘴的冷却作用，具有比较低的温度和电离度，对弧柱向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用因此，冷气膜的存在一方面起到绝热作用，可防止喷嘴因过热而烧坏另一方面，冷气膜的存在相当于在弧柱和喷嘴孔壁之间有一绝缘套筒存在，它隔断了喷嘴与弧柱间电的联系，因此等离子弧能稳定燃烧，不会产生双弧当冷气膜的阻滞作用被击穿时，绝热和绝缘作用消失，就会产生双弧现象相关知识（3）防止双弧的措施双弧的形成主要是喷嘴结构设计不合理或工艺参数选择不当造成的因此防止等离子弧产生双弧的措施主要有：正确选择电流在其他条件不变时，增大电流，等离子弧柱直径也增大，使冷气膜厚度减小，故容易产生双弧。

因此对一定尺寸的喷嘴，在使用时电流应小于其许用电流值，特别注意减少转移弧时的冲击电流选择合适的离子气成分和流量当离子气成分不同时对电弧的冷却作用不同，产生双弧的倾向也不一样例如，采用Ar+H2作为离子气时，由于氢的冷却作用强，弧柱直径缩小，使冷气膜的厚度增大，因此不易产生双弧同理，增大离子气流量也会增强对电弧的冷却作用，从而减小产生双弧的可能相关知识喷嘴结构设计应合理喷嘴结构参数对形成双弧起决定性作用减小喷嘴孔径或增大孔道长度，会使冷气膜厚度减小而容易被击穿，故容易产生双弧同理，钨极的内缩长度增加时，也容易引起双弧因此，设计时应注意喷嘴孔道不能太长；电极和喷嘴应尽可能对中；电极内缩量也不能太大喷嘴的冷却效果如果喷嘴的水冷效果不良，必然会使冷气膜的厚度减小而容易引起双弧现象因此，喷嘴应具有良好的冷却效果喷嘴端面至焊件表面距离不能过小 如果此距离过小，则会造成等离子弧的热量从焊件表面反射到喷嘴端面，使喷嘴温度升高而导致冷气膜厚度减小，故容易产生双弧相关知识4等离子弧焊的基本方法等离子弧焊接有三种成形方法：穿孔型等离子弧焊、熔入型等离子弧焊及微束等离子弧焊根据不同的工件选取适当的方法1）穿孔型等离子弧焊穿孔型焊又称锁孔或穿透焊。

利用等离子弧能量密度大和等离子弧流力强的特点，将工件完全熔透并产生一个贯穿工件的小孔，被熔化的金属在电弧吸力、液体金属重力与表面张力相互作用下保持平衡随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方移动并结晶成焊缝，而小孔随着等离子弧向前移动这种小孔焊接工艺特别适用于单面焊双面成形，并且也只能进行单面焊双面成形焊接较薄的工件时，可不开坡口、不加垫板、不加填充金属，一次实现双面成形相关知识小孔的产生依赖于等离子弧的能量密度，板厚越大，要求的能量密度越大，由于等离子弧的能量密度是有限的，因此，穿孔型等离子弧焊的焊接厚度也是有限的，见表8-1所示对于厚度更大的板材，穿孔型等离子弧焊只能进行第一道焊缝的焊接材料材料不锈钢不锈钢钛及钛合金钛及钛合金镍及镍合金镍及镍合金低合金钢低合金钢低碳钢低碳钢焊接厚度限值/mm812678 表表8 8-1 穿孔型等离子弧焊的焊接厚度限值穿孔型等离子弧焊的焊接厚度限值相关知识（2）熔入型等离子弧焊接采用较小的等离子弧气流量焊接时，电弧的等离子弧流力减小，电弧的穿透能力降低，只能熔化工件，形不成小孔，焊缝成形过程与TIG焊相似这种方法称为熔入型等离子弧焊接，适用于薄板、多层焊的盖面焊及角焊缝的焊接。

相关知识（3）微束等离子弧焊接微束等离子弧焊接是一种小电流（通常小于30A）熔入型焊接工艺，为了保持小电流电弧的稳定，一般采用小孔径压缩喷嘴（0.6 mm 1.2 mm）及联合型电弧焊接时存在两个电弧，一个是燃烧于电极与喷嘴之间的非转移弧，另一个为燃烧于电极与焊件间的转移弧前者起着引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0.5A时仍非常稳定；后者用于熔化工件与钨极氩弧焊相比，微束等离子弧焊的优点是：可焊更薄的金属，最小可焊厚度为0.01mm；弧长在很大的范围内变化时，也不会断弧，并且电弧保持柱状；焊接速度快、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小相关知识5等离子弧焊的特点由于等离子弧电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般电弧焊相比具有以下特点1）等离子弧电弧具有下列优点：等离子弧的导电性高，承受的电流密度大，因此温度极高（弧柱中心温度1800024000K），并且截面很小，能量密度高度集中熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透810mm厚的不锈钢板；相关知识电弧挺度好、燃烧稳定，自由电弧的扩散角度约为45，而等离子弧由于电离程度高，放电过程稳定，在“压缩效应”作用下，其扩散角仅为5，电弧的形态接近圆柱形，电弧挺度好，燃烧稳定，弧长变化对加热斑点面积的影响很小。

故焊缝质量对弧长的变化不敏感，易获得均匀的焊缝形状；钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不会与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象；相关知识等离子弧电弧的电离度较高，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，不易发生电弧偏吹和漂移现象焊接电流在10A以下时，一般的钨极氩弧很难稳定，常产生电弧漂移，指向性也常受到破坏而采用微束等离子弧，当电流小至0.1A时，等离子弧仍可稳定燃烧，指向性和挺度均好这些特性在用小电流焊接极薄焊件时特别有利，可焊接微型精密零件；可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形相关知识（2）等离子弧焊的缺点是：可焊厚度有限，一般在25mm以下；焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高相关知识6等离子弧焊设备等离子弧焊设备按照所适用的焊接工艺，可分为强流式（大电流）等离子弧焊机、微束等离子弧焊机、熔化极等离子弧焊机及脉冲等离子弧焊机等几种按操作方式，等离子弧焊设备可分为手工焊和自动焊两类手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成自动焊设备则由焊接电源、焊枪、焊接小车（或转动夹具）、控制电路、气路及水路等部分组成。

相关知识图8-4为典型手工等离子弧焊接设备的组成图1 1焊接电源焊接电源;2高频振荡器高频振荡器;3离子气离子气;4冷却气冷却气;5保护气保护气;6 6保保护气罩护气罩;7钨极钨极;8等离子弧等离子弧;9工件工件;10喷嘴喷嘴;KM1KM2接触器接触器相关知识（1）焊接电源等离子弧焊接设备一般采用具有。