第八章 等离子弧焊.docx

第八章等离子弧焊接等离于弧是电弧的一种特殊形式一、 等离子弧的形成条件1、 等离子弧：用外部拘束条件(水冷喷嘴的外部拘束条件)使弧柱受到压缩的电弧2、 等离子弧的基本形式(1) 转移型弧 电弧在电极和工件间燃烧，水冷喷咀不接电源，仅起冷 却约束作用P217 8-1图a)转移型弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后使电弧另一极 从喷嘴转移到工件；(2) 非转移型：电弧是在电极和喷嘴之间燃烧，水冷喷嘴既是电弧的电极，又起冷壁约束作用，而工件是不接电源的 P217 图 8.d;3、 等离子弧的电流种类一般均采用直流正极性(钨棒接负极)，电源外特性为下降或垂直下降 特性电源，电流1T000A焊接铝及铝合金时，可采用方波交流电源二、 等离子弧的特性1、 静态特性：U型(1) “U”型特性的平直段区较自由电弧明显缩小•••冷壁喷嘴的拘束作用使弧柱的横截面积受到限制，弧柱电场强度 电弧电压明显f(2) 喷嘴孔径越小，“U”型特性的平直区域就越小，上升段斜率也就越 大，即电场强度f(3) 离子气的种类和流量不同，弧柱的电场强度会明显变化 等离子 弧供电电源的空载电压应按照离子气种类而定4) 混合型等离子弧，转移弧“U”型特性的下降区斜率明显减小 由于非转移弧的存在，为转移弧提供了导电通路。

小电流微束等离子孤常采用混合型的形式，以提高微束等离子弧的稳定 性2、 热源的特性(1) 温度和能量密度高- -等离子弧的稳定性和挺度fTIG Tmax=10000-24000K;能量密度＜104W/cm2；等离子弧 Tmax=24000-50000K;能量密度=1 05-1 06 W/cm2a、 水冷喷嘴孔径限定了横截面积不能自由扩大一一机械压缩作用；b、 喷嘴水冷作用使靠近喷嘴内壁的气体受到强烈的冷却作用一一使弧 柱有效截面Ij f使电弧的温度和能量密度f -热压缩作用；c、 上述作用使弧柱电流密度f ――电磁收缩效应f 电磁收缩作用(2) 热源成分TIG加热焊件的热量：主要是阳极区的斑点热，而弧柱幅射和热传导 仅起辅助作用；等离子弧弧柱高速等离子体通过接触传导和幅射带给工件的热量明显仁阳极斑点热则降为次要地位三、等离子弧发生器等离子弧发生器：焊枪、割枪、喷枪(按用途分)1、 对等离子发生器的基本要求(1) 能固定喷嘴与电极相对位臵，并可进行调节.(2) 对喷嘴和电极能进行有效的冷却.(3) 喷嘴与电极之间要绝缘--便于在钨极和喷咀间产生非转移弧(4) 能导入离子气流和保护气流5 )便于加工和装配，特别是喷嘴要易于更换。

6)尽可能轻巧并使用时便于观察2、 焊枪、割枪、粉末堆焊枪、喷堆枪结构3、 喷咀喷嘴是等离子弧发生器中的关键零件，其结构是否合理，对等离子弧的 应用性能具有决定性的作用1)喷咀孔径：--决定了等离子弧直径大小根据使用电流和离子气流量决定的电流f-喷咀的孔径］P222表8-1喷咀孔径和许用电流切割的气流量〉焊接 相同的d时，气割电流〉焊接(2) 喷嘴孔长度Ld给定时，Lf-压缩作用］孔道比=L/d表示喷咀孔道的压缩特征P 2 2 2表8-2喷咀的主要参数(3) 锥角(又称压缩角)实际上它对等离子电弧的压缩作用影响不大，特别是等离子流量较小，L/d较小时，30o-180o均可使用，但 要钨极形状相配合，保证阴极斑点臵于钨极顶端而不上漂4) 压缩孔道形状圆柱形(常采用)、圆锥形、台阶圆柱形等扩散形喷咀(5) 材料和冷却材料：纯紫铜：导热性好冷却：大功率采用直接水冷，保证足够水流量和水源压力 为提高冷却效果，喷咀厚度一般不宜大于2—2.5mm4、 电极(1) 材料和结构材料：钍钨或铈钨国外也有采用锆钨或锆电极；结构：镶嵌式水冷结构：改善对水冷状况，制约阴极斑点的漂移(2) 端部形状电极端部：一般磨成60。

的尖锥角电流小或钨极直径用得较大时，锥角可以更小一些； 电流大时，磨成圆台形，圆台尖锥形、锥球形、球形等形状烧损(3) 内缩和同心度内缩长度Lg: Lgf，压缩程度过大时，则易引起“双弧”焊炬：Lg = L + 0.2mm 割|炬 Lg = L+(2—3)mm同心度：电极偏心会造成等离子弧偏斜，造成单侧咬边或切□不平直， 也会引起“双弧”5、送气方式：可采用切向或径向两种方式送人气体切向送气：切向送气时经一个或多个切向通道送入，气流形成的涡流， 使通入喷咀孔道中中心为低压区，有利于弧柱稳定于孔道中 心径向送气：气流沿弧柱轴向送气四、双弧现象及其防止由于某些原因，有时会形成另一个燃烧于钨极-喷嘴-工件之间的串联电 弧，从外部可观察到两个电弧同时存在，这就是双弧现象P225图8-5双弧现象双弧会导致：喷嘴过热，严重时会导致喷嘴漏水、烧坏、等离子电弧中断 1、双弧的形成机理等离于孤稳定燃烧时在弧柱和喷咀孔壁之间存在着一层冷气膜，冷气膜 中仍然存在着少量带电质点因此等离子弧所传导的电流中有一部分是经过 喷咀导入的，这一部分电流称为喷咀电流等离子弧电流数值越大，冷气膜 厚度/-喷咀电流f当喷咀电流值增加到足够大数值时，冷气膜中令带电质点多--很容易 产生雪崩击穿而形成双弧。

2、影响双弧形成的因素及防止措施(1) 喷嘴孔径/孔道长度或电极内缩Lg f-Uabf(电极和喷咀间电压 差)一一双弧倾向f(2) 喷咀结构确定时，If-双弧倾向f;(3) 离子气f ――Uabf但冷气膜厚度f-双弧倾向(4) 冷却不良，温度提高或喷咀表氧化物或金属飞溅物等杂质时，易形成 双弧；(5) 板厚&f 双弧f(6) 喷咀高度f双弧f第二节等离子弧焊接穿孔型等离子弧焊接、熔入型等离子弧焊接、微束等离子弧焊、脉冲等离子 弧焊、熔化极等离子弧焊、变极性等离子弧焊穿孔型等离子弧焊接一、 基本特点利用等离子弧能量密度和等离子力大的特点，可在适当参数条件下，实 现熔化穿孔型等离子弧焊接这时等离子弧把工件熔透并在等离子流力的作 用下形成一个穿透工件的小孔，熔化金属被排挤在小孔周围随着等离子弧 在焊接方向的移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方移动，于是小孔 也就跟着等离子弧向前移动稳定小孔焊接过程是不采用衬垫实现单面焊双面成形的好方法，一般大 电流等离子弧焊都采用这种方法应用板厚：碳钢7 mm,不锈钢8~10 mm 钛10~12 mm(板厚f-所需的能量密度f)二、 参数的选择1、 喷嘴结构和孔径 根据电流选择(表8-1)2、 离子气流量离子气流量f-等离子流力和穿透力f。

根据焊接电流、焊速及喷咀尺寸、高度，离子气的种类选择不锈钢 Ar十(5 — 15) %钛 (50-75 ) %He+ ( 50-75 ) % Ar;Cu 100%N2 100%He3、 焊接电流Iht-熔透能力t电流过小，小孔直径很小，甚至不能形成小孔；电流过大，小孔直径过大，熔池坠落，也不能形成稳定的穿孔焊接方法P229图2-21穿孔焊接规范参数的匹配条件4、 焊接速度Vht-焊缝输入/-熔孔直径Vh过高时-正面咬边、气孔fVh过小时，会造成焊缝坠落，正面咬边，反面突出太多 离子气流量、焊接电流和焊接速应有合格的匹配5、 喷咀高度 3 — 5 mm过高：使焊透能力/；过低：会造成飞溅物堵塞喷咀6、 保护气流量过大时会造成气流紊乱-电弧的稳定性保护效果/三、应用焊3 - 8 mm不锈钢12 mm以下的钛合金2-6 mm的低合金或低合金钢板Gu及Gu合金，Ni及Ni合金厚度大于上述范围，可采用V形坡口，但钝边可f 5 mm,是一种值得推 广的厚板单面焊打底方法※不锈钢及钛合金焊接要加背面保护※穿孔等离子弧焊接时装配间隙和错边要严加控制第三节等离子弧切割一、基本方法和参数选择等离子弧切割:利用高温、高速的等离子弧射流，把切口金屈局部熔化, 并随即吹除而形成狭窄切口。

1 •离子气种类与流量(1) 种类：N、N 十 H、N 十 Ar、空气、水蒸气(目前已在用)N的热压缩效应比较强，携热性好，动能大，价廉，但空载电压要求 高, 16.5V 以上(2) 流量：流量足够大时，切口质量高，切割过程稳定；但流量过大时，冷却气流带走的热量f-使切割过程不稳定2 .电流和电压 电流电压f，等离子弧功率f-切割速度和切割厚度f，但电流f-弧柱增粗-切口加宽-喷咀烧损电压f-切割厚度f但一般超过空载电压的2/3时，电弧的稳定性/ 3•切割速度 功率不变，切割速度f-切口变窄，热影响区HAZ/但切割速度过快时，不能割穿工件；切割速度太慢一一生产率低，切口表面粗糙不平、底部熔瘤增多、清除困难，HAZ和切口宽度f在保证切透的前提下尽量选择大的切割速度4. 喷咀高度8 - 12mm过高时：电弧电压f 使电弧功率f,但弧柱散热量f,有效热量不会提高一一等离子流力/――切口底部熔瘤增多；过低时：导致喷咀过热和短路P237，表8-6不同材料等离子切割的工艺参数(焊接质量)二、提高切割质量的途径1 •切口宽度和平(垂)直度小电流等离子弧切割切口和平直度质量较高2•切口熔瘤消除方法不锈钢切割时，熔化金属的流动性差，切口熔渣不易从切口中排除；导 热性差，切口底部易过热使切口内残留的熔化金属和切口底部熔合成一体， 冷却后难以除去熔瘤或毛刺，成为不锈钢等离子弧切割时的一个关键难题(1) 保证钨极与喷咀的同心度一一保证等离子弧和气流力的对称性-/切 口不对称和双弧；(2) 采用足够的等离子弧功率--f金属的流动性一一易吹走；(3) 选用合适的气流量和切割速度 切割速度流量适当f-切口质量f切割速度速度过大时-切口底部熔化能力变差一一切口呈V字形一一形 成熔瘤。

3 •大厚度切割质量(1)采用足够高等离子弧功率和电源空载电压80mm 以上 功率〉50 - 100KW空载电压〉220V切割电流常高达400 一 450A(2) 采用热焓值大、热传导高的混合气体N十H;2 2(3) 采用电流递增式转弧或分吸转弧方法一一避免大电流等离子弧一次 转弧过程中的断弧和喷嘴烧坏(4) 按所割材料种类和厚度进行足够时间预热。