等离子弧焊接的材料、装配、工艺与缺陷形式.doc

　　焊接资料　　(1)母材凡氩弧焊可以焊接的资料均可用等离子弧焊接,如碳钢、耐热钢、蒙乃力<合金、可伐合金、钛合金、铜合金、铝合金以及镁合金等.　　除铝、镁及其合金外,其她资料均采用直流正接法焊接:铝、镁及其合金采用交流或直流反接法焊接金桥电焊条.直流正接等离子弧单道可焊资料厚度范畴一般为0.3m6.4mm.交流变极性等离子弧单道可焊铝合金厚度可达12.7mm(小孔法).　　等离子弧焊接的冶金过程与氩弧焊相似,只是由等离子弧具有较小的弧柱直径,焊接时母材凝结量少,因此焊缝深宽比大、热影响区窄.每一种母材金属焊接时对预热、后热以及气体维护等工艺祈求与氩弧焊相似.　　(2)填充金属与氩弧焊同样,等离子弧焊工艺可以运用填充金属.填充金属一般制成光焊丝或者光焊条.自动焊运用光焊丝作填充金属,手工焊则用光焊条作填充金属.填充金属的重要成分与被焊母材相似.　　(3)气体等离子焊枪有两层气体,即从喷嘴流出的离子气及从维护气罩流出的维护气.有时为了加强维护,还需运用维护拖罩及通气的背面垫板以扩展维护气的维护范畴.对钨极应当是惰性的;以免钨极烧;护气对母材一般是惰性的,但如果类取决于被焊金属,可供选择的气体有:　　1)Ar气Ar气用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属,如钛、钽及锆合金.焊接这些金属所用的气体中,即便具有极小量的H,也也许招致焊缝产气愤孔、裂纹或减少力学性能.　　2)Ar-H2混合气焊接奥氏体不锈钢、镍合金及铜镍合金时,容许运用Ar-H2混合气体.　　Ar气中填加H2气可进步电弧温度及电弧电场强度,可以更有效地将电弧热量传送给工件,在给定的电流条件下可以得到较高的焊接速度.同步,H2具有复原性,运用Ar-H2混合气体可以获得更光亮的焊缝外观.但H2含量过多焊缝易呈现气孔及裂纹,一般p(H2)限制在7.5%如下.但是,在小孔焊接工艺中,由于气体以充沛逸出,加p(H2)范畴为5%一15%,工件越薄,容许H2的比例越大.如小孔法焊6.4mm不锈钢时,加p(H2)为5%;而停止3.8mm不锈钢管道高速焊时,容许加p(H2)达15%."运用Ar-H2混合气体作离.混合气体作离子气时,由于电弧温度较高,应减少喷嘴孔径的额定电流.　　3)Ar-He混合气He气也是m种惰性气体,当被焊工件不容许运用Ar-H2混合气时,可思考运用Ar-He混合气.在Ar-He混合气体中,p甲(He)超越40%以上电弧热量才干有明显的变化.p(He)超越75%时,其性能主线与纯He相似,一般在Ar气中参与p(He)=50%~75%停止钛、铝及其合金的小孔焊及在一切金属资料上熔敷焊道.　　4)He气采用纯He作离子气时,由于弧柱温度较高,会减少喷嘴的热负载,会减少喷嘴的运用寿命及承载电流的才干,此外He气密度较小,在合理的离子气流量下难以构成小孔.因此,纯He仅用于熔透法焊接,如焊接铜.　　5)Ar-C02混合气由于维护气体不与钨极接触,在小电流焊接低碳钢及低合金钢时,容许在维护气中添加适性气体,其流量在10~15L/min之内.如在Ar中加甲(C02)为25%作维护气焊接死心叠片.　　典型大电流焊接及小电流焊接条件下的气体选择分别见表1及表2.　　表1 大电流等离子弧焊接用气体选择　　表2 小电流等离子弧焊接用气体选择　　焊接工装　　(1)接头方式用于等离子弧焊接的通用接头方式为:I形坡口、单面V形和U形坡口以及双面V形和U形坡口.这些坡口方式用于从一侧或两侧停止对接接头的单道焊或多道焊,除对接接头外,等离子弧焊也合适于焊接角焊缝和T形接头,并且具有良好的熔透性.　　厚度不小于1.6mm但不不小于表3所列厚度值的工件,可不开坡口,采用小孔法单面一次焊成.　　有关厚度较大的工件,需求开坡口对接焊时,与钨极氩弧焊相比,可采用较大的钝边和较小的坡口角度.第一道焊缝采用小孔法焊接,填充焊道则采用熔透法完毕.图1为两种焊接措施所需V形坡口几何外形的比拟.　　图1 等离子弧焊和钨极氩弧焊V形坡口外形的比照　　hh钨极氩弧焊　　mm等离子弧焊　　焊件厚度如果在0.05~1.6mm之间,一般运用熔透法焊接.常用接头型式如图2所示.　　图2 薄板焊接接头方式　　a) I形对接接头b) 卷边对接接头 d) 卷边角接接头 d)端接接头　　tm板厚(0.025~1mm)hm卷边高度=(2~5)　　表3 一次焊透的厚度(单位:mm)　　(2)装配与夹紧小电流等离子弧焊对接头的装配祈求和钨极氩弧焊相似.引弧处坡口边沿必需严密接触,间隙不应超越金属厚度的10%,难以坚持上述公差时必需添加填充金属.有关厚度不不小于0.8mm的金属,焊接接头的装配和夹紧祈求如表4、图3和图4所示.　　表4 厚度<0.8mm的薄板对接接头装配祈求　　①背面用Ar或He维护.　　②板厚不不小于0,25mm的对接接头引荐采用卷边焊缝.　　图4 厚度不不小于0.8mm的薄板对接接头　　图5 厚度不不小于0.8mm的薄板端面接头装配祈求　　a) 间隙 b) 错边 c) 夹紧间隔　　图4给出了接头间隙和错边的容许偏向、压板间距以及垫板凹槽等的尺寸.容许偏向与板厚成比例,I形坡口对接接头容许的最大间隙为0.2t.图5给出了端接接头的装配和夹紧的容许偏向.端接接头的容许偏向比对接接头大得多.因此端接接头是金属箔片较便当的衔接接头.　　焊接如壁厚0.1~0.2mm的金属薄片时,焊口左近微小的热量动摇都也许使消融焊道别离,致使无法得到持续的焊缝.因而祈求夹具在整个焊接过程中年工件严密接触,应用夹具对焊件的良好散热作用稳定焊缝成形以及减少焊接变形.如一般夹具压紧箔件效果不好,司思考运用气动琴键夹具或弹簧琴键夹具.图6是焊接lmm如下不锈钢对接接头的工装参数曲线.　　焊接夹具一般分为压板和带凹槽的垫板(图6).当采用熔透法焊接时,垫板与氩弧焊时相似,启齿凹槽的垫板用以支撑熔池,但采用小孔法焊接时,熔池是由外表张力支撑的,凝结的铁水不与垫板凹槽相接触.小孔法焊接用的典型垫板如图7所示,凹槽一般宽13mm,深19mm,这样的凹槽不只可以包容背面维护气,还为等离子射流提供一种穿出的空间.　　图6 小电流焊接不锈钢对接接头的工装参数曲线　　虚线示例:T=板厚,0.5 mmC=压板间距,3.5 mmD=垫板槽宽,2.0 mmI=焊接电流,9A　　图7 小孔法等离子弧焊接用的典型垫板　　1m焊枪2m等离子射流3m工件4m背面维护气5m垫板　　(3)焊枪定位与氩弧焊同样,等离子弧可以停止全位置焊接.由于等离子弧指向性强,弧柱直径小,因此祈求焊接时焊枪可以更精确地对准焊缝,即严肃地限制焊枪喷嘴轴线沿焊缝中心线的横向摆动.等离子电弧对弧长不敏感,因此焊枪喷嘴至工件的间隔不像氩弧焊时祈求那么严肃.　　焊接工艺　　(1)熔透法可以选择手工及自动两种方式停止熔透法焊接.　　1)手工熔透法手工熔透法焊接的最佳电流范畴是0.1~50A.当电流超越50A,运用于工氩弧焊更为经济.运用等离子弧焊设备的过程是先引燃维弧,开端焊接时再引燃主弧.如m段时间内需焊接多段焊缝或多种焊点,在完毕一段焊缝或一种焊点时,可以只熄灭主弧,保管维弧.这样,在下m次焊接时,便可以便本地引燃主弧,而不像氩弧焊那样反复地运用高频引弧.并且,等离子弧长偏向+/-1mm对焊缝质量无影响,因此手工等离子弧特别合适焊接需求反复引燃主弧,而又无法精确控制弧长的焊接工艺,如焊接丝网.　　2)自动熔透法自动熔透法焊接工艺应用普遍,特别是焊接小型精细元件如医疗设备元件、光学仪器元件、精细仪器元件、丝材、膜盒或波纹管等.　　在许多焊接应用中,熔透法等离子弧应用微程序控制焊接参数.如控制起弧电流、电流上升、脉冲电流、电流衰减及引弧电流.　　由于高频引弧器仅用来引燃维弧,焊接时无需再用高频引弧器便可以顺利地在工件与电极之间树立起转移弧.因而,等离子弧设备工作时不会损坏四周其她的电子设备.这种特性使等离子弧设备可以在电子检测设备、机器人、计算机四周运用而无需对这些设备加以隔离或防护.　　熔透型等离子弧焊接工艺参数参照值见表5及6.　　(2)小孔法小孔法只能采用自动焊.小孔法焊接需求精确地控制起弧与-收弧、离子气流量、焊接电流、焊接速度等工艺参数.　　1)起弧与收弧板厚不不小于3mm时,可以直接在焊件上起弧及收弧.板厚不小于3mm时,有关纵缝,可以采用引弧板及引出板,将小孔起始区及收尾区扫除在焊缝之外.环缝焊接时,须采用电流及离子气量递增的方式构成合适的小孔构成区,而采用电流及离子气量递加的方式获得小孔收尾区.图8是小孔焊时电流及离子弧气流量斜率控制曲线.有的等离子弧设备装备了先进的流量控制器,可以在焊接过程中精确地控制离子气流量.　　表5熔透型等离子弧焊接工艺参数参照值　　表6 微束等离子弧焊接不锈钢的焊接工艺参数参照值　　注:1.维护气:95%Ar-5%H2、流量10L/min.　　2.背面维护气:Ar,流量5L/min.　　①离子气:Ar.　　②填充丝:310不锈钢,砂1.1mm.　　③填充丝:310不锈钢,p1.4mm.　　图8 厚板环缝小孔焊时焊接电流及离子气流量斜率控制曲线　　2)离子气流量离子气流量增长,可使等离子流力和熔透才干增大,在其她条件不变时,为了构成小孔,必需要有足够的离子气流量,但是离子气流量过大也不好,会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形,喷嘴孔径肯定后,离子气流量大鄙视焊接电流和焊接速度而定,亦即离子气流量、焊接电流和焊接速度这三者之间m要有恰当的匹配.　　3)焊接电流焊接电流增长等离子弧穿透才干增长,和其她电弧焊措施同样,焊接电流总是根据板厚或熔透祈求来选定的,电流过小,不能构成小孔,电流过大,又将因小孔直径过大而使熔池金属坠落.此外,电流过大还也许惹起双弧现象.为此,在喷嘴构造肯定后,为了获得稳定的小孔焊接过程,焊接电流只能被限定在某一种合适的范畴内,并且这个范畴与离子气的流量有关.图9a为喷嘴构造、板厚和其她工艺参数给定期,用实验措施在8mm厚不锈钢板上测定的小孔型焊接电流和离子气流量的匹配关系.图中1为一般圆柱型喷嘴,2为收敛扩散型喷嘴,后者减少了喷嘴紧缩水平,因此扩展了电流范畴,即在较高的电流mF也不会呈现双弧.由于电流上限的进步,因而采用这种喷嘴可进步工件厚度和焊接速度.　　图9 小孔型焊接工艺参数匹配　　4)焊接速度焊接速度也是影响小孔效应的一种重要工艺参数.其她条件一定期,焊速增长,焊缝热输入减小,小孔直径亦随之减小,最后消逝.反之,如果焊速太低,母材过热,背面焊缝会呈现下陷以至熔池走漏等缺陷.焊接速度的拟定,取决于离子气流量和焊接电流,这三个工艺参数互相匹配关系见图9b.由图可见,为了获得平滑r的小孔焊接焊缝,随着焊速的进步,必需同步进步焊接电流,如果焊接电流一定,增大离子气流量就要增大焊速,若焊速一定期,增长离子气流量应相应减小电流.　　5)喷嘴间隔间隔过大,熔透才干减少:间隔过小则形成喷嘴被飞溅物粘污.一般取3m8mm,和钨极氩弧焊相比,喷嘴间隔变化对焊接质量的影响不太敏感.　　6)维护气体流量维护气体流量应与离子气流量有一种恰当的比例,离子气流量不大而维护气体流.量太大时会招致气流的紊乱,将影响电弧稳定性和维护效果.小孔型焊接维护气体流量一般在15~30L/min范畴内.　　常用四类金属(碳钢和低合金钢、不锈钢、钛合金、铜和黄铜)小孔型焊接的工艺参照值见表7.　　表7 小孔型等离子弧焊接工艺参数参照值　　①碳钢和低合金焊接时喷嘴高度为1.2mm:焊接其他金属时.为4.8mm~采用多孔喷嘴;②预热到316~C~焊后加热至399~C:保温1h;③焊缝背面须用维护气体维护.④60.V形坡口,钝边高度4.8mm:⑤直径1.1mm的填充金属丝,送丝速度152cm/min.⑥祈求采用维护焊缝背面的气体维护。