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第六章 等离子弧焊,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,2,第六章 等离子弧焊,学习目标 掌握等离子弧的形成、特性及应用； 熟悉等离子弧焊接的特点、工艺及设备； 了解等离子弧的其它应用 主要内容 第一节 等离子弧特性及其发生器 第二节 等离子弧焊接 第三节 等离子弧的其它应用（不讲）,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,3,第一节 等离子弧特性及其发生器,一、等离子弧的形成借助外部拘束条件使弧柱受到压缩的电弧，也称压缩电弧 机械压缩效应：等离子弧发生器的喷嘴孔道 热压缩效应 ：冷却水 磁压缩效应 ：电弧电流产生的磁场,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,4,第一节 等离子弧特性及其发生器,二、等离子弧的分类 按电源供电方式不同分为：,非转移型：电极接负，喷嘴接正，母材不导电；电弧温度和能量密度较低→等离子焰或间接电弧,转移型：电极接负，母材接正；电弧温度和能量密度较高→直接电弧,联合/混合型：电极接负，母材和喷嘴接正,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,5,第一节 等离子弧特性及其发生器,三、等离子弧特性 1、等离子弧电弧静特性 形状：U型 特点：U曲线明显上移；U曲线的平直区明显缩小； 如果采用混合型等 离子弧，转移弧U 形特性下降区段斜 率明显减小。

2018/9/29,第六章 等离子弧焊,6,第一节 等离子弧特性及其发生器,2、等离子弧的能量/热源特性 温度和能量密度普通钨极氩弧的最高温度为10000~24000K，能量密度小于104W/cm2等离子弧的温度高达24000~50000K，能量密度可达105~106W/cm2 等离子弧的挺度自由电弧扩散角约45，等离子弧约为5 2018/9/29,第六章 等离子弧焊,7,第一节 等离子弧特性及其发生器,热源组成普通钨极氩弧加热焊件的热量主要来源于极区的产热，而弧柱辐射和热传导仅起辅助作用，电弧的总电压降大致是平均分配在阳极区、阴极区和弧柱区等离子弧最大电压降是在弧柱区，弧柱高速等离子体通过接触传导和辐射带给工件的热量明显增加，弧柱是加热工件的主要热源，而极区对工件的加热降为次要地位2018/9/29,第六章 等离子弧焊,8,第一节 等离子弧特性及其发生器,四、等离子弧发生器等离子弧发生器按其用途不同称为等离子弧焊枪、割枪和喷(涂)枪等 喷嘴与电极位置相对固定且可调节 对喷嘴和电极能进行有效冷却 喷嘴与电极之间要绝缘 能可靠导入离子气流和保护气流 便于加工和装配，喷嘴易于更换,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,9,第一节 等离子弧特性及其发生器,1、喷嘴基本结构及其重要参数喷嘴孔径d：决定等离子弧的直径和能量密度。

喷嘴孔道长度l：d确定后，l越长，对等离子弧的压缩作用越大通常以孔道比l/d来表征等离子弧的类型 压缩角α：对等离子弧压缩效果影响不大 喷嘴孔道：单孔型和多孔型 喷嘴材料及冷却：紫铜、水冷,,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,10,第一节 等离子弧特性及其发生器,2、电极材质铈钨合金、锆钨合金、纯钨电极的形状电流较小、直径较细时可磨 成尖锥形且锥角可小一些；电流较大、直径较大时，可 磨成圆台形、球形或锥球形2018/9/29,第六章 等离子弧焊,11,第一节 等离子弧特性及其发生器,内缩和同心度 焊炬：lg=l0.2mm 割炬：lg=l+(2~3)mm3、送气方式,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,12,第一节 等离子弧特性及其发生器,五、双弧现象及预防现象：正常的转移型等离子弧稳定的在钨极与工件之间燃烧，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产生机理：等离子弧稳定燃烧时，在弧柱与喷嘴孔壁之间存在着一层冷气膜(相当于一个绝缘气体套筒)当该冷气膜的绝缘性能遭到破坏(即气膜击穿)时，双弧就可能形成2018/9/29,第六章 等离子弧焊,13,第一节 等离子弧特性及其发生器,双弧的防止措施： 合理选择喷嘴结构及其相关参数：喷嘴孔径减小、孔道长度增加、钨极内缩量增大，都会导致双弧倾向增大。

保证钨极同心度：钨极偏心度增大，双弧倾向增大 改善喷嘴冷却能力：喷嘴冷却能力差，喷嘴表面有金属飞溅聚集，双弧倾向增大 正确选择电流和离子气流量：结构条件一定时，电流增大和气流量减小都会导致双弧现象 采用陡降外特性电源有利于避免产生双弧 控制喷嘴距工件的距离 一般取5~12mm返 回,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,14,第二节 等离子弧焊接,一、焊接方法及参数选择 等离子弧的特点：高温、高能量密度、高穿透能力等离子弧焊接：穿孔型、熔入型、微束等离子弧焊接等 （一）穿孔型等离子弧焊接 等离子弧一次完全熔透工件并从熔池 底部的小孔穿出； 穿孔效应需要足够的能量密度，焊接 板厚有限2018/9/29,第六章 等离子弧焊,15,第二节 等离子弧焊接,主要工艺参数选择原则：焊接电流：由材料和板厚首先选定喷嘴结构和孔径：根据电流确定2018/9/29,第六章 等离子弧焊,16,第二节 等离子弧焊接,离子气流量：影响等离子流力和穿透能力，与焊接电流匹配2018/9/29,第六章 等离子弧焊,17,第二节 等离子弧焊接,焊接速度：与焊接电流和等离子气流量相匹配喷嘴高度：一般常取3~5mm保护气流量：与离子气流量比例适中。

2018/9/29,第六章 等离子弧焊,18,第二节 等离子弧焊接,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,19,第二节 等离子弧焊接,（二） 熔入型等离子弧焊接特点 焊接电流和离子气流量较小、电弧穿透力较弱；焊接参数波动对焊缝成形的影响较小；焊接过程稳定性较高；焊缝形状系数较大(主要由于熔宽增加)；热影响区较宽、焊接变形较大等应用一般用于薄板、超薄板、角焊缝和多层焊的填充及盖面焊道焊接2018/9/29,第六章 等离子弧焊,20,第二节 等离子弧焊接,（三） 微束等离子弧焊接电流<15~30A的熔入型等离子弧焊接由于喷嘴(孔径≤lmm)的拘束作用和采用联合型等离子弧，使小电流的细等离子弧(弧柱直径<1mm)，燃烧十分稳定，弧长可以达30mm以上，已成为焊接金属箔、细丝的首选方法为了保证焊接质量，应采用精密的工装夹具，保证装配质量和防止焊接变形2018/9/29,第六章 等离子弧焊,21,第二节 等离子弧焊接,要特别重视工件表面的清理；还应设计合理的焊接接头形式；也可采用光学放大观察系统2018/9/29,第六章 等离子弧焊,22,第二节 等离子弧焊接,（四）脉冲等离子弧焊接 （五）熔化极等离子弧焊接,,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,23,第二节 等离子弧焊接,（六）变极性等离子弧焊接,,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,24,,二、等离子弧焊接设备,第二节 等离子弧焊接,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,25,第二节 等离子弧焊接,1、电源 要求：具有陡降或垂降特性、具有电流递增及电流衰减等功能。

直流电源：微束等离子弧采用联合弧；大电流等离子弧采用转移弧维弧电源空载电压100~150V；转移弧电源80V左右 直流脉冲电源 变极性交流方波电源,,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,26,第二节 等离子弧焊接,2、气路系统 3、控制系统,,返 回,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,27,第三节 等离子弧的其它应用,一、等离子弧切割 1、等离子弧切割原理及参数选择利用高温、高速等离子体焰流把金属局部熔化和蒸发，并随即吹出而形成切口 工艺参数选择：离子气种类：Ar、Ar+H2、N2、N2+H2和空气一般根据厚度和切口质量要求来选择板厚40mm以下金属材料常用空气PAC；Ar+H2一般用于高切口质量要求、大厚板和高速切割；N2+H2可切厚板，成本低、质量较差2018/9/29,第六章 等离子弧焊,28,第三节 等离子弧的其它应用,电流和电压：提高电流、电压可提高切割速度和厚度电流过大会带来切口加宽、双弧倾向增大、作业区域臭氧浓度增大、喷嘴及钨极寿命降低等弊端应采用提高电压的方法切割速度：在保证切透前提下尽量采用更大的切割速度，以克服低速切割而导致的生产率低、割口粗糙、底部熔瘤增多和HAZ增宽等问题。

喷嘴高度：一般取5～8mm为宜高度过大会导致穿透能力下降；过小则易导致喷嘴过热、双弧倾向增大2018/9/29,第六章 等离子弧焊,29,第三节 等离子弧的其它应用,,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,30,第三节 等离子弧的其它应用,2、提高切割质量的途径 切口宽度和平直度：顶部较底部切除较多金属，顶部边缘略带圆角；小电流等离子弧切割平直度较高 切口熔瘤消除：不锈钢熔化金属流动性差+导热性差、底部过热；保证钨极与喷嘴的同心度、采用足够高的等离子弧功率、选用合适的气流量和切割速度 大厚度切割质量：采用高功率和电源空载电压、采用热焓值大和热导率高的氮氢混合气、采用电流递增式或分级转弧、预热2018/9/29,第六章 等离子弧焊,31,第三节 等离子弧的其它应用,3、等离子弧切割方法空气等离子弧切割：利用压缩空气作为离子气；割枪采用铪或锆铜镶嵌式水冷或间接冷却电极铪或锆表面在空气中容易生成氧化物和氮化物，两者均易发射电子，且熔点高，电极寿命较长 工艺参数选 择见P145表 6-82018/9/29,第六章 等离子弧焊,32,第三节 等离子弧的其它应用,水压缩等离子弧切割 水下等离子弧切割 氧气等离子弧切割 脉冲等离子弧切割 双弧切割 微束等离子弧切割,,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,33,第三节 等离子弧的其它应用,1、粉末等离子弧堆焊 一般采用转移或联合型弧； 喷嘴中需送粉气流。

适用于堆焊硬质耐磨合金二、等离子弧堆焊,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,34,第三节 等离子弧的其它应用,喷嘴孔道易吸附粉末，送粉孔入射角都在45以下送粉量及其均匀性常用的送粉装置有雾化式、射吸式及刮板式三种，目前以刮板式送粉器应用为最广泛常用粉末粒度为40~120目2018/9/29,第六章 等离子弧焊,35,第三节 等离子弧的其它应用,2018/9/29,第六章 等离子弧焊,36,第三节 等离子弧的其它应用,2、热丝等离子弧堆焊在两根填充焊丝中通交流电，利用焊丝伸出长度段的电阻热来增加焊丝的熔化速度，以便提高熔敷速度和降低堆焊层稀释率此法适用于不锈钢、镍基合金、铜合金焊丝的堆焊2018/9/29,第六章 等离子弧焊,37,第三节 等离子弧的其它应用,三、等离子弧喷涂原理：将喷涂材料加热到熔融状态,通过高速气流使其雾化(或粒化), 并喷射到工件表面形成涂层，以赋予工件表面更高的耐磨等特殊性能等离子弧焰流温度和流速高，得到的涂层通常更致密，与基体的结合强度更高2018/9/29,第六章 等离子弧焊,38,第三节 等离子弧的其它应用,提高涂层质量的关键措施喷涂材料的选择应根据涂层性能、基材及其尺寸、成本控制目标等要求，选择合适的粉末材料。

工件表面预处理一般包含表面清洗、表面预加工和表面粗化工序预热喷涂工作层厚度主要工艺参数：电弧功率, 离子气和送粉气种类和流量, 送粉量等,返 回,。