等离子弧焊与切割及其他焊接技术

等离子弧焊与切割及其他焊接技术

等离子弧焊与切割及其他焊接技术

等离子弧焊原理、设备及材料

等离子弧焊接与切割是在钨极氩弧焊的基础上形成的，是焊接领域中较有发展前途的一种先进工艺。等离子弧焊接利用等离子弧的高温，可以焊接电弧焊所不能焊接的金属材料，甚至解决了氩弧焊所不能解决的极薄金属焊接问题;可以切割氧—乙炔焰不能切割的难熔金属和非金属。

一、等离子弧的形成及类型

1.等离子弧的形成

焊条电弧焊所形成的电弧（图8—1a）未受到外界的约束，弧柱的直径随电弧电流及电压的变化而变化。能量不是高度集中，温度限制在5 730～7730℃，故称为自由电弧。如果对自由电弧的弧柱进行强迫"压缩"，就能将导电截面收缩得比较小，从而使能量更加集中，弧柱中气体充分电离。这样的电弧称为等离子弧。

对自由电弧的弧柱进行强迫压缩作用通称"压缩效应"。"压缩效应"有如下3 种形式

（1）机械压缩效应如图8--1b所示，在钨极（负极）和焊件（正极）之间加上1个较高的电压，通过激发使气体电离形成电弧，此时用一定压力的气体作用于弧柱，强迫其通过水冷喷嘴细孔，弧柱便受到机械压缩，使弧柱截面积缩小，称为机械压缩效应。

（2）热收缩效应如图8—1c 所示，当电弧通过水冷喷嘴，同时又受到不断送给的高速等离子气体流（氩气、氮气、氢气等）的冷却作用，使弧柱外围形成一个低温气流层，电离度急剧下降，迫使弧柱导电截面进一步缩小，电流密度进一步提高，弧柱的这种收缩称为热收缩效应。

（3）磁收缩效应电弧弧柱受到机械压缩和产生热收缩效应后，喷嘴处等离子弧的电流密度大大提高。若把电弧看成一束平行的同向电流线，则其自身磁场所产生的电磁力，使之相互吸引，由此而产生电磁收

缩力，这种磁收缩作用迫使电弧更进一步的受到压缩，如图8—1d所示。

在以上3 种效应的作用下，弧柱被压缩到很细的程度，弧柱内气体也得到了高度的电离，温度高达16000～33000℃，能量密度剧增，而且电弧挺度好，具有很强的机械冲刷力，形成高能束的等离子弧。

2.等离子弧的类型

根据电源的不同接法，等离子弧可以分为非转移型弧、转移型弧、联合型弧3 种。

（1）非转移型弧钨极接电源负极，喷嘴接电源正极。等离子弧在钨极与喷嘴内表面之间产生（图8—2a），连续送入的等离子气体穿过电弧空间，形成从喷嘴喷出的等离子焰。这种等离子弧产生于钨极与喷嘴之间，工件本身不通电，而是被间接加热熔化，其热量的有效利用率不高，故不宜用于较厚材料的焊接和切割。

（2）转移型弧钨极接电源负极，工件和喷嘴接电源正极。首先、在钨极和喷嘴之间引燃小电弧，随即接通钨极与工件之间的电路，再切断喷嘴与钨极之间的电路，同时钨极与喷嘴间的电弧熄灭，电弧转移到钨极与工件间直接燃烧，这类电弧称为转移型弧（图8—2b）。这种等离子弧可以直接加热工件，提高了热量有效利用率，故可用于中等厚度以上工件的焊接与切割。

（3）联合型弧转移型弧和非转移型弧同时存在的等离子弧称为联合型弧（图8—2c）。联合型弧的2个电弧分别由2 个电源供电。主电源加在钨极和工件间产生等离子弧，是主要焊接热源。另一个电源加在钨极和喷嘴间产生小电弧。称为维持电弧。维持电弧在整个焊接过程中连续燃烧，其作用是维持气体电离。即在种因响下等离子弧中断时，依靠维持电弧可立即使等离子弧复燃。联合型弧主要用干网等离子焊接和粉末材料的喷焊。

二、等离子弧焊接

等离子弧焊接是指借助水冷喷嘴对电弧的约束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。它是利用特殊构造的等离子弧焊枪所产生的高达几万摄氏度的高温等离子弧，有效地熔化焊件而实现焊接的过程，如图8—3 所示。

1.等离子弧焊接方法

等离子弧焊接有3种基本方法∶小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊、微束型等离子弧焊。

（1）小孔型等离子弧焊小孔型等离子弧焊又称为穿孔、锁孔或穿透焊。其焊缝成形原理如图8—4 所示。利用等离子弧能量密度大、电弧挺度好的特点，将焊件的焊接处完全熔透，并产生1个贯穿焊件的小孔。在表面张力的作用下，熔化金属不会从小孔中滴落下去（小孔效应）。随着焊枪的前移，小孔在电弧后锁闭，形成完全熔透的焊缝。

小孔型等离子弧焊采用的焊接电流范围在100～300 A，适宜于焊接2～8 mm 厚度的合金钢板材，可以不开坡口和背面不用衬垫进行单面焊双面成形。

（2）熔透型等离子弧焊当等离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时，等离子弧在焊接过程中只熔透焊件，但不产生小孔效应的熔焊过程称为熔透型等离子弧焊，主要用于薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。

（3）微束型等离子弧焊采用30 A 以下的焊接电流进行熔透型的等离子弧焊，称为微束型等离子弧焊。当焊接电流小于10 A 时，电弧不稳定，所以往往采用联合型弧的形式，即使焊接电流小到0.05～10

A 时，电弧仍有较好的稳定性。它一般用来焊接细丝和箔材

2.等离子弧焊接设备

手工等离子弧焊接设备由焊接电源、焊枪、控制系统、气路系统和水路系统等部分组成。其外部线路连接如图8—5所示。

（1）焊接电源一般采用具有垂直下降外特性或陡降外特性的弧焊电源，以防止烟电流因弧长的变化而变化，从而获得均匀、稳定的熔深及焊缝外形尺寸。一般不采用交清源，只采用直流电源正接。与钨极氩弧焊相比，等离子弧焊所需的电源空载电压较高。电源空载电压根据所用等离子气体而定，采用氩气作为等离子气体时，空载电压尽65~80 V;当采用氩气和氢气或氩气与其他双原子的混合气体作为等离子气体时，电源终电压应为110～120 V。

（2）焊枪等离子弧焊枪主要由上枪体、下枪体、压缩喷嘴、中间绝缘体及冷却套组成，如图8—6 所示。其中，最关键的部件为喷嘴及电极。

焊枪是等离子弧焊设备中的关键组成部分（又称为等离子弧发生器），对等离子弧的性能及焊接过程的稳定性起着决定性作用。焊枪安装与使用是否正确，直接影响焊枪的使用性能和寿命、焊接过程稳定性以及焊缝成形质量等。

1）喷嘴喷嘴是等离子弧焊枪的关键零件，它的结构类型和尺寸以及与钨极的相互位置对等离子弧性能起决定性作用。钨极、喷嘴与工件的相互位置及主要尺寸如图8—7 所示。大部分等离子弧焊枪采用圆柱形压缩孔道，而收敛扩散型压缩孔道有利于电弧的稳定。

2）电极与喷嘴同轴度电极偏心会使等离子弧偏斜，影响焊缝成形和喷嘴使用寿命。这也是造成双弧的主要原因之一。在使用过程中，可以通过观测高频引弧的火花在电极四周分布的情况来检查同轴度，如图8—9 所示。一般高频火花布满四周80% 以上，其同轴度才满足要求。

3）钨极与喷嘴同心为了保证焊接电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心，而且钨极的内缩长度L g要合适。钨极的内缩长度L g （图8—10）对电弧压缩作用有影响。l g增大时，压缩作用大，但l g过长易引起双弧。一般取l g=l0±（0.2～0.5）mm。

（3）控制系统控制系统的作用是控制焊接设备的各个部分按照预定的程序进入、退出工作状态。整个设备的控制电路通常由高频发生器控制电路、送丝电动机拖动电路、焊接小车或专用工装控制电路以及程控电路等组成。程序控制电路控制等离子气预通时间、等离子气流递增时间、保护气预通时间、高频引弧及电弧转移、焊件预热时间、电流衰减熄弧、延迟停气等。

（4）气路系统等离子弧焊接设备的气路系统较复杂，由等离子气路部分、正面保护气路部分及反面保护气路部分等组成，而等离子气路部分还必须能够进行衰减控制。为此，等离子弧焊设备气路一般采用两路供给，其中一路可经气阀放空，以实现等离子气体的衰减控制。采

用氩气与氢气的混合气体作为等离子气体时，气路中最好设有专门的引弧气路，以降低对电源空载电压的要求。

（5）水路系统由于等离子弧的温度在10 000℃以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧的压缩作用，必须对电极及喷嘴进行有效的水冷却。冷却水的流量不得小于3L/min，水压不小于0.15～0.2 MPa。水路系统中应设有水压开关，在水压达不到要求时，切断供电回路。

3.等离子弧焊所用材料

（1）气体所采用的气体分为离子气体和保护气体。

大电流等离子弧焊时，离子气体和保护气体用同一种气体，否则影响等离子弧的稳定性。而小电流等离子弧焊时，离子气体一律用氩气;保护气体可以用Ar，或者可以用Ar（95%）+H，（5%）的混合气体、Ar （95%~80%）+CO2（5%-20%）混合气体等。保护气体加入CO2有利于消除焊缝内气孔，并能改善焊缝表面成形。但C02不宜加入过多，否则引起熔池下塌、飞溅增加。

（2）电极和极性一般采用铈钨极作为电极，焊接不锈钢、合金钢、钛合金、镍合金等采用直流正接。焊接铝、镁合金时，采用直流反接，并使用水冷铜电极。

为了便于引弧和提高等离子弧的稳定性，一般电极端部磨成60°的尖角。电流小、钨极直径较大时锥角可磨得更小一些。电流大、钨极直径大的可磨成圆台形、圆台尖锥形、球形等，以减少烧损。钨极的端部形状如图8—11 所示。

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等离子弧焊接

等离子弧焊接 1. 简介 等离子弧焊接是一种常用的焊接方法，利用等离子弧产生 高温，将被焊接的材料熔化并连接在一起。它具有焊接速度快、焊缝质量高、适用范围广等优点，在各个工业领域得到广泛应用。 2. 原理 等离子弧焊接是利用电弧放电产生的高温等离子体来加热 和熔化被焊接材料的方法。通过电极和被焊件之间产生的电弧，使其产生的高温等离子体使被焊接材料熔化并连接在一起。 等离子弧焊接的原理包括以下几个方面： •电弧产生 在等离子弧焊接过程中，通常使用直流电供电，通过正极、负极两个电极产生电弧放电。正极电极通常为钨 极，负极电极可以是钨、钼等高熔点金属。 •等离子体产生

电弧放电产生的高温会使空气中的原子和分子离子化形成等离子体。等离子体具有高温、高热量、高电导等特性。 •材料熔化和连接 等离子体的高温可使被焊接材料迅速熔化。通过控制电弧形成的热量和等离子体的速度，可使熔融材料与被焊件接触并融合在一起。 3. 设备和材料 •等离子弧焊接设备 –电源 –控制系统 –焊枪 –气体供应系统 •焊接材料 –被焊件

–焊条（焊丝） 4. 焊接过程 等离子弧焊接主要包括以下几个步骤： 1.准备焊接材料 –清洁被焊件表面，确保无杂质和油污。 –准备好所需的焊条或焊丝。 2.设置焊接参数 –根据被焊件的材料和厚度，设置合适的电流和电压。 –设置气体流量和喷嘴的形状。 3.开始焊接 –确保焊接区域没有杂散光线和易燃物。 –启动电源，使电极与被焊件接触，产生电弧。 4.控制焊接速度和角度

–控制焊接速度，保证焊缝的均匀性。 –调整焊接角度，以获得所需的焊缝形状。 5.完成焊接 –在焊接完成后，关闭电源。 –对焊缝进行清理和检查。 5. 应用领域 等离子弧焊接在各个领域都有广泛应用，包括但不限于以 下几个方面： •金属制造 等离子弧焊接可用于焊接各种金属材料，如钢铁、铝合金、不锈钢等。在汽车制造、造船、航空航天等领域 具有重要地位。 •管道焊接 等离子弧焊接可用于焊接各种管道，如石油管道、天然气管道、水管等。它具有速度快、焊缝质量高等优点。

(完整版)等离子焊接理论、操作与故障处理

一、等离子弧焊接方法及工艺特点 1.等离子焊接原理 等离子态是除固态、液态、气态之外的第四种物质存在形态。等离子焊接是 从钨级氩弧焊的基础上发展起来的一种高能焊接方法。钨级氩弧焊是自由电弧， 而等离子电弧是压缩电弧。等离子弧是离子气被电离产生高温离子化气体，并经 过水冷喷嘴，受到压缩，从而导致电弧的截面积变小，电流密度增大，电弧温度 增高。等离子电弧能量密度可达10５-10６W/cm２，比自由电弧（约10５W/cm ２以下）高，其温度可达18000-24000K，也高于自由电弧（5000-8000K）很多。 因此，等离子电弧挺度比自由电弧好，指向性好，喷射有力，熔透能力强，可比 自由电弧一次焊透更厚的金属。因此，等离子电弧焊接与电子束（能量密度10 5W/mm2）、激光束（能量密度105W/mm2）焊接一同被称为高能密度焊接。等离子焊 接示意图如下图： 等 离子焊接原理示意图 2.等离子电弧的种类 等离子电弧主要分为三种类型： ◆非转移型等离子电弧主要用于非金属材料的焊接。 ◆转移型等离子电弧主要用于金属材料的焊接。 ◆联合型等离子电弧主要用于微束等离子的焊接。 3.等离子基本焊接方法

按焊缝成型原理，等离子焊接有两种基本的焊接方法：熔透型和小孔型等离子焊接。 ◆熔透型等离子焊接 在焊接过程中离子气较小，弧柱的压缩程度较弱，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子焊接方法。其焊缝成型原理与氩弧焊类似，主要用于薄板焊接及厚板多层焊。 ◆小孔型等离子焊接 利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔型等离子焊接。由于等离子具有能量集中﹑电弧力强的特点，在适当的参数条件下，等离子弧可以直接穿透被焊工件，形成一个贯穿工件厚度方向的小孔，小孔周围的液体金属在电弧力﹑液态金属表面张力以及重力下保持平衡，随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿着等离子弧周围熔池壁向熔池后方流动，并逐渐凝固形成焊逢，小孔也跟着等离子弧向前移动，如下图所示。 小孔效应示意图 小孔效应的优点在于可以单道焊接厚板，一次焊透双面成型。 4.等离子焊接的优点 ①穿透能力强，8mm以下板厚无须开坡口，大大减小了焊前准备时间。 ②电弧能量集中，焊接热影响区小，焊接变形小。

等离子弧焊与切割及其他焊接技术

等离子弧焊与切割及其他焊接技术 等离子弧焊与切割及其他焊接技术 等离子弧焊原理、设备及材料 等离子弧焊接与切割是在钨极氩弧焊的基础上形成的，是焊接领域中较有发展前途的一种先进工艺。等离子弧焊接利用等离子弧的高温，可以焊接电弧焊所不能焊接的金属材料，甚至解决了氩弧焊所不能解决的极薄金属焊接问题;可以切割氧—乙炔焰不能切割的难熔金属和非金属。 一、等离子弧的形成及类型 1.等离子弧的形成 焊条电弧焊所形成的电弧（图8—1a）未受到外界的约束，弧柱的直径随电弧电流及电压的变化而变化。能量不是高度集中，温度限制在5 730～7730℃，故称为自由电弧。如果对自由电弧的弧柱进行强迫"压缩"，就能将导电截面收缩得比较小，从而使能量更加集中，弧柱中气体充分电离。这样的电弧称为等离子弧。 对自由电弧的弧柱进行强迫压缩作用通称"压缩效应"。"压缩效应"有如下3 种形式 （1）机械压缩效应如图8--1b所示，在钨极（负极）和焊件（正极）之间加上1个较高的电压，通过激发使气体电离形成电弧，此时用一定压力的气体作用于弧柱，强迫其通过水冷喷嘴细孔，弧柱便受到机械压缩，使弧柱截面积缩小，称为机械压缩效应。 （2）热收缩效应如图8—1c 所示，当电弧通过水冷喷嘴，同时又受到不断送给的高速等离子气体流（氩气、氮气、氢气等）的冷却作用，使弧柱外围形成一个低温气流层，电离度急剧下降，迫使弧柱导电截面进一步缩小，电流密度进一步提高，弧柱的这种收缩称为热收缩效应。 （3）磁收缩效应电弧弧柱受到机械压缩和产生热收缩效应后，喷嘴处等离子弧的电流密度大大提高。若把电弧看成一束平行的同向电流线，则其自身磁场所产生的电磁力，使之相互吸引，由此而产生电磁收

第5讲 等离子弧焊及切割简介

第5讲等离子弧焊及切割 等离子弧是利用等离子枪将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的电弧。等离子弧可用于焊接、喷涂、堆焊及切割。本章只介绍焊接及切割。 1 等离子弧工作原理 1.1等离子弧的形式 等离子枪按用途可分为焊枪及割枪，枪的主要组成部分及术语如图1所示。

切割用枪无保护气体2及保护气罩6。压缩喷嘴5是等离子枪的关键部件，一般需用水冷。喷嘴孔径dn及孔道长度l0是压缩喷嘴的两个主要尺寸。喷嘴内通的气体称离子气。中性的离子气在喷嘴内电离后使喷嘴内压力增加，所以喷嘴内壁与电极4之间的空间称增压室。电离了的离子气从喷嘴流出时受到孔径限制，使弧柱截面变小，该孔径对弧柱的压缩作用称机械压缩。水冷喷嘴内壁表面有一层冷气膜，电弧经过孔道时，冷气膜一方面使喷嘴与弧柱绝缘，另一方面使弧柱有效截面进一步收缩，这种收缩称热收缩。弧柱电流自身磁场对弧柱的压缩作用称磁收缩。在机械压缩与热收缩的作用下，弧柱电流密度增加，磁收缩随之增强，如电流不变，弧柱电场强度及弧压降都随电流密度增加而增加，所以等离子弧（也称压缩电弧）的电弧功率及温度明显高于自由电弧。图2a所示的对比中，等离子弧的电弧温度比自由电弧高30％，电弧功率高100％。

由于电离后的离子气仍具有流体的性质，受到压缩从喷嘴孔径喷射出的电弧带电质点的运动速度明显提高（可达300m／s），所以等离子弧具有较小的扩散角及较大的电弧挺度（图2b），这也是等离子弧最突出的优点。电弧挺度是指电弧沿电极轴线的挺直程度。 等离子弧具有的电弧力、能量密度及电弧挺度等与加工有关的物理性能取决于下列五个参数： 1）电流； 2）喷嘴孔径的几何尺寸； 3）离子气种类； 4）离子气流量； 5）保护气种类； 调整以上五个参数可使等离子弧适应不同的加工工艺。如在切割工艺中，应选择大电流、小喷嘴孔径、大离子气量及导热好的离子气，以便使等离子弧具有高度集中的热量及高的焰流速度。而在焊接工艺中，为防止焊穿工件则应选择小的离子气量及较大的喷嘴孔径。 1.2等离子弧的类型 等离子弧按电源的供电方式分为非转移型、转移型及联合型三种形式，其中非转移弧及转移弧是基本的等离子弧形式。 （1）非转移型等离子弧电弧建立在电极与喷嘴之间，离子气强迫等离子弧从喷嘴孔径喷出，也称等离子焰，见图3a。非转移弧主要用于非金属材料的焊接与切割。

等离子弧焊

等离子弧焊 等离子弧焊成品 等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。根据各种工件的材料性质，也有使用氦或氩氦、氩氢等混合气体的。 目录

基本信息 缩写abbr. ：PAW. [军] Plasma-Arc Welding, 等离子弧焊 ——简明英汉词典 工作方式 等离子弧有两种工作方式。一种是“非转移弧”，电弧在钨极与喷嘴之间燃烧，主要用於等离子喷镀或加热非导电材料；另一种是“转移弧”，电弧由辅助电极高频引弧后，电弧燃烧在钨极与工件之间，用於焊接。形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。前一种形式的等离子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用於0.8～3毫米厚的板材焊接；后一种形式的等离子弧只熔穿板材，形成钥匙孔形的熔池，多用於 3～12毫米厚的板材焊接。此外，还有小电流的微束等离子弧焊，特别适合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。等离子弧焊接属于高质量焊接方法。焊缝的深/宽比大，热影响区窄，工件变形小，可焊材料种类多。

特别是脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展，更扩大了等离子弧焊的使用范围。 过程特点 操作方式 等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式： 1、微束等离子：0.1～15A 在很低的焊接电流下，材苁褂梦⑹?壤胱踊<词乖诨〕け浠?怀??0mm时，柱状弧仍能保持稳定。 2、中等电流：15～200A 在较大的15～200A电流下，等离子弧的过程特点与TIG弧相似，但由于等离子被压缩过，弧更加挺直。虽然可提高等离子气流速度来增加焊接熔池的度深，但会造成在紊乱的保护气流中，混入空气和保护气体的风险。 3、小孔型等离子：大于100A 通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产生强有力的等离子束，与激光或电子束焊接一样，它能够在材料上形成充分的熔深。焊接时，随着焊接熔池的流动，金属穿过小孔被切割后在表面张力作用下形成焊道。单道焊时，该过程可用于焊接较厚的材料（厚度不超过10mm的不锈钢）。 电源 使用等离子弧焊时，通常采用直流电流和垂降特性电源。由于从特别的焊炬排列方式和各自分离的等离子、保护气流中获得了独特的操作特性，可在等离子控制台上增加一个普通的TIG电源，还可以使用特别组建的等离子系统。采用正弦波交流电时，不容易使等离子弧稳定。当电极和工件间距较长且等离子被压缩时，等离子弧很难发挥作用，而且，在正半周期内，过热的电极会使导电嘴变成球形，从而干扰弧的稳定。

等离子弧焊

等离子弧加工 等离子弧加工是利用等离子弧的热能对金属或非金属进行切割、焊接和喷涂等的特种加工方法。1955年，美国首先研究成功等离子弧切割。产生等离子弧的原理是：让连续通气放电的电弧通过一个喷嘴孔，使其在孔道中产生机械压缩效应；同时，由于弧柱中心比其外围温度高、电离度高、导电性能好，电流自然趋向弧柱中心，产生热收缩效应，同时加上弧柱本身磁场的磁收缩效应。这3种效应对弧柱进行强烈压缩,在与弧柱内部膨胀压力保持平衡的条件下，使弧柱中心气体达到高度的电离，而构成电子、离子以及部分原子和分子的混合物，即等离子弧。 原理 等离子弧切割与焊接是现代科学领域中的一项新技术。它是利用温度高达15000~30000℃的等离子弧来进行切割和焊接的工艺方法。这种新的工艺方法不仅能对一般材料进行切割和焊接，而且还能切割和焊接一般工艺方法难以加工的材料。 等离子弧加工流程 电弧就是中性气体电离并维持放电的现象。若使气体完全电离，形成全部由带正电的正离子和带负电的电子所组成的电离气体，就称为等离子体。一般的焊接电弧是一种自由电弧，弧柱的截面随功率的增加而增大，电弧中的气体电离不充分，其温度被限制在5730~7730℃。若在提高电弧功率的同时，对自由电弧进行压缩，使其横截面减小，则电弧中的电流密度就大大提高，电离度也随之增大，几乎达到全部等离子状态的电弧叫等离子弧。对自由电弧进行的压缩作用称为压缩效应。压缩效应有如下三种形式： 1)、机械压缩效应在钨极（负极）和焊件（正极）之间加上一个高电压，使气体电离形成电弧，当弧柱通过特殊孔形的喷嘴的同时，又施以一定压力的工作气体，强迫弧柱通过细孔，由于弧柱受到机械压缩使横截面积缩小，故称为机械压缩效应。 2）、热收缩效应当电弧通过喷嘴时，在电弧的外围不断送入高速冷却气流（氮气或氢气等）使弧柱外围受到强烈冷却，电离度大大降低，迫使电弧电流只能从弧柱中心通过，导致导电截面进一步缩小，这时电弧的电流密度大大增加，这就是热收缩效应。 3）、磁收缩效应由于电流方向相同，在电流自身产生的电磁力作用下，彼此互相吸引，将产生一个从弧柱四周向中心压缩的力，使弧柱直径进一步缩小。这种因导体自身磁场作用产生的压缩作用叫“磁收缩效应”。电弧电流越大，磁收缩效应越强。自由电弧在上述三种效应作用下被压缩得很细，在高度电离和高温条件下，电弧逐渐趋于稳定的等离子弧。

等离子弧焊接技术及常见焊接问题控制探讨

等离子弧焊接技术及常见焊接问题控制探讨 摘要：本文介绍了等离子弧焊接的产生、分类，以及焊接设别等，并对等离子焊接影响因素及应对措施进行了探讨。 关键词：等离子弧焊接 1.等离子弧焊接的背景 近些年，随着脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展，等离子弧焊的使用范围明显增大。等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过喷管时受到压缩，增大了能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。 2.等离子弧的产生原因 在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。 2.1机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，电弧截面受到拘束，不能自由扩展，利用水冷喷嘴的孔道限制弧柱直径，以提高弧柱的能量密度及温度。 2.2热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，因为水冷喷嘴的温度比较低，所以在喷嘴内壁建立起一层冷气膜，使电弧外围受到强烈冷却，迫使弧柱的导电断面进一步缩小，弧柱被进一步压缩，电流密度进一步增大。 2.3电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使弧柱进一步收缩，又称为磁收缩效应。实验表明：电流密度越大，磁收缩作用越强。 电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。 3.等离子弧形式 按照电源的供电方式，等离子弧可分为以下三种形式：非转移型等离子弧、转移型等离子弧和联合型等离子弧三种形式。

等离子弧焊类型、原理、优缺点、适用范围及等离子焊接设备操作规程

等离子弧焊类型、原理、优缺点、适用范围 及等离子焊接设备操作规程 1、等离子弧产生及类型： ⑴、等离子弧产生： ①、等离子弧焊是利用高温的等离子弧来焊接用气焊和普通电弧焊所难以焊接的难熔金属的一种熔焊方法。 ②、离子弧焊利用气体在电弧中电离后，再经过热收缩效应、机械收缩效应、磁收缩效应而产生的一种超高温热源进行焊接，温度可达20000℃左右。 ③、等离子弧的发生装置如图11-1所示。在钨极（-极）和焊件（+极）之间加上一个较高的电压，经过高频振荡器的激发，使气体电离形成电弧。此电弧在通过具有特殊孔型的喷嘴时，经过机械压缩、热收缩和磁场的收缩效应，弧柱被压缩到

很细的范围内。这时的电弧能量高度集中，其能量密度可达10°～10°W/cm²，温度也达到极高程度，其弧柱中心温度可达16000～33000℃；弧柱内的气体得到了高度的电离，因此，等离子弧不仅被广泛用于焊接、喷涂、堆焊，而且可用于金属和非金属切割。 ⑵、等离子弧类型及电源连接方式： ①、非转移型弧。钨极接电源负极，喷嘴接电源正极，等离子弧体产生于钨极和喷嘴内表面之间（见图11-2a），工件本身不通电、而是被间接加热熔化，其热量的有效利用率不高，故不宜用于较厚材料的焊接和切割。 ②、转移型弧。钨极接电源负极，焊件接电源正极，首先在钨极和喷嘴之间引燃小电弧后，随即接通钨极与焊件之间的电路，再切断喷嘴与钨极之间的电路，同时钨极与喷嘴间的电弧熄灭，电弧转移到钨极与焊件间直接燃烧，这类电弧称为转移型弧（见图11-2b）。这种等离子弧可以直接加热工件，提高了热量有效利用率，故可用于中等厚度以上工件的焊接与

切割。 ③、联合型弧。转移型弧和非转移型弧同时存在的等离子弧称为联合型弧（见图11-2c）。联合型弧的两个电弧分别由两个电源供电主电源加在钨极和焊件间产生等离子弧，是主要焊接热源。另一个电源加在钨极和喷嘴间产生小电弧，称为维持电弧。联合弧主要用于微弧等离子焊接和粉末材料的喷焊。 2、等离子弧焊原理、类型及适用范围： ⑴、等离子弧焊原理： ①、等离子弧焊接是指借助水冷喷嘴对电弧的约束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。 ②、它是利用特殊构造的等离子弧焊枪所产生的高达几万摄氏度的高温等离子弧，有效地熔化焊件而实现焊接的过程（见图11-3）。

六种先进的焊接技术

六种先进的焊接技术 一、激光焊接技术 激光焊接技术是一种高能量密度焊接方式，利用激光束的聚焦能力，将工件表面局部加热至熔化点以上，达到焊接的目的。同时，激光焊 接具有较高的焊接速度和精度，适用于细小部件的焊接，且可以在多 种材料之间实现高质量的连接。 激光焊接具有焊缝狭窄、热输入小、变形小、污染少等优点，广泛 应用于电子、汽车、航空航天等领域。在电子制造业中，激光焊接可 用于连接电子器件和印刷电路板，提高产品的可靠性和性能。在汽车 制造业中，激光焊接可用于焊接车身零部件和机械连接部件，提高汽 车的安全性和稳定性。 二、电阻焊接技术 电阻焊接技术利用电流通过零件接触面时产生的热量，将工件加热 至熔化点以上，然后施加压力使其连接。电阻焊接适用于各种金属材 料的连接，包括钢铁、铜、铝等。 电阻焊接具有焊接速度快、成本低、焊缝质量高等特点，被广泛应 用于汽车、电子、家电等行业。在汽车制造业中，电阻焊接常用于连 接车身零部件和车身框架，提高整车的强度和刚性。在电子制造业中，电阻焊接常用于焊接电子器件与电路板，保证电流传导的可靠性。 三、摩擦焊接技术

摩擦焊接技术是一种利用瑞金焊接头之间的摩擦产生的热量将工件表面熔化，然后通过施加外压力实现连接的焊接方式。摩擦焊接可以在几秒钟内实现焊接，适用于各种金属材料的连接。 摩擦焊接具有高焊接强度、不需要填充材料、无焊接变形等优点，被广泛应用于航空航天、船舶制造等领域。在航空航天领域，摩擦焊接可用于连接航空发动机零部件和航天器结构件，提高飞行器的可靠性和性能。 四、电弧焊接技术 电弧焊接技术是一种利用电弧的高温热源将焊接材料熔化并连接的焊接方式。电弧焊接适用于钢铁、铝、铜等金属材料的连接，广泛应用于钢结构、工业设备制造等领域。 电弧焊接具有焊接速度快、焊缝质量高、广泛适用于各种材料等特点，是目前应用最广泛的焊接技术之一。在建筑领域，电弧焊接常用于焊接钢结构零部件和管道连接，提高建筑物的强度和稳定性。在制造业领域，电弧焊接可用于制造输送设备、压力容器等工业设备，保证产品质量和安全性。 五、等离子焊接技术 等离子焊接技术是一种利用等离子体的高温热源将焊接材料加热至熔化点以上，然后施加压力实现连接的焊接方式。等离子焊接适用于金属与非金属材料的连接，如金属与陶瓷、金属与塑料等。

浅谈等离子弧焊接技术

浅谈等离子弧焊接技术 等离子弧焊接技术是一种高效、高质量的金属焊接技术，它利用高温等离子弧将两个金属材料焊接在一起。随着工业智能化发展，等离子弧焊接技术在各类制造业领域中逐渐应用，同时也受到越来越多的关注。本文将浅谈等离子弧焊接技术的应用、特点、原理及注意事项。 一、等离子弧焊接技术的应用 等离子弧焊入主要应用于高温环境下的金属材料，包括不锈钢、钼合金、铜合金、镍铬合金等。等离子弧焊接技术的应用领域非常广泛，如汽车制造、航空航天、电子、石化等领域。以汽车制造为例，车身焊接工艺的效率、质量和安全性都影响着整个车辆制造过程，而等离子弧焊接技术可以提供高效、稳定和精细的焊接工艺，因此被广泛应用于汽车生产车身焊接领域，提高了生产效率和质量。 二、等离子弧焊接技术的特点 等离子弧焊接技术是一种非常特殊的焊接技术，它具有以下几个特点。 1. 清洁度高。等离子弧焊接技术不需要使用膨胀剂和保 护剂，焊接后的物件表面干净无污染。

2. 精度高。等离子弧焊接技术具有非常高的精度，可以 精确地控制等离子弧的大小及位置，从而实现焊接过程中的准确度要求。 3. 焊接效率高。等离子弧焊接技术可以快速、高效的完 成各种金属材料的焊接工作，因此适用于大规模的生产制造中。 4. 熔深大。等离子弧焊接技术直接将电弧引入焊接部位，可以实现更深的熔深，从而可以焊接更厚的金属材料。 三、等离子弧焊接技术的原理 等离子弧焊接技术是将金属加热至高温，从而溶解焊件并使其联结在一起的金属焊接技术。等离子弧按其形成过程分为不稳定等离子弧和稳定等离子弧。电弧通过高电压放电将焊接部位加热至高温度。相应的金属材料会被气化并在形成等离子体的过程中，和大气中的气体相互反应，发生离子交换。随着等离子体随电流运动，电弧持续存在，热能顺传至焊接部位，最终达到熔化和焊接的效果。 四、等离子弧焊接技术的注意事项 在实际应用中，等离子弧焊接技术的操作也需要注意以下几个方面。 1.焊接材料的选取。应该选择适合等离子弧焊接的材料， 如不锈钢、铜合金、铝合金等。 2.合适的设备。应该选择适合等离子弧焊接的设备，如等 离子弧焊机、气体流量计等。

第十一章 第十一章 等离子弧焊接与切割

第十一章等离子弧焊接与切割 第一节等离子弧概述 一、等离子弧原理 等离子弧是自由电弧压缩而成的。电弧通过水冷喷嘴、限制其直径，称机械压缩。水冷内壁温度较低，紧贴喷嘴内壁的气体温度也极低，形成了一定厚度的冷气膜，冷气膜进一步迫使弧柱截面减小，称热压缩。弧柱截面的缩小，使电流密度大为提高，增强了磁收缩效应，称磁压缩。在三种压缩的作用下，等离子弧的能量集中(能量密度可达105～106W／cm2)，温度高(弧柱中心温度18000～24000K)，焰流速度大(可达300m／s)。这些特性使得等离子弧广泛应用于焊接、喷涂、堆焊及切割。 二、等离子弧的特点 由于等离子弧的特性，与钨极氩弧焊相比，有以下特点： (1)等离子弧能量集中、温度高，对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得小孔效应，可以得到充分熔透、反面成形均匀的焊缝。 (2)电弧挺度好，等离子弧的扩散角仅5°左右，基本上是圆柱形，弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小。所以，等离子弧焊弧长变化对焊缝成形的影响不明显。 (3)焊接速度比钨极氩弧焊快。 (4)能够焊接更细、更薄加工件。 (5)其设备比较复杂、费用较高，工艺参数调节匹配也比较复杂。 三、等离子弧的类型 按电源连接方式，等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式。 (一)联合型等离子弧 工作时，非转移型弧和转移弧同时存在，称为联合型等离子弧。主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊等。 (二)非转移型等离子弧 钨极接电源负极，喷嘴接电源正极，等离子弧体产生在钨极和喷嘴之间，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰。 (三)转移型等离子弧 钨极接电源负极，工件接电源正极，等离子弧体产生于钨极与工件之间。转移弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后才能过渡到转移弧。金属焊接、切割几乎均采用转移型弧。 四、适用范围 1、操作方式 等离子弧焊适于手工和自动两种操作，可以焊接连续或断续的焊缝。焊接时可添加或不添加填充金属。 2、被焊金属 一般TIG能焊的大多数金属，均可用等离子弧焊接，如碳钢、不锈钢、铜合金、镍及其合金、钛及其合金等。低熔点和沸点的金属如铅、锌等，不适于等离子弧焊接。 3、焊接位置 手工等离子弧焊可全位置焊接、自动等离子弧焊通常是在平焊和横焊位置上进行。 4、可焊厚度 等离子弧焊很适于焊接薄板，不开坡口，背面不加衬垫，最薄的可焊接0.01mm金属薄片。单面焊一次能焊透金属的厚度，如表11-1所列。

等离子弧焊接与切割

等离子弧焊接与切割 一、等离子弧焊工艺 1.等离子弧焊的工艺特点 1.1由于等离子弧的温度高、能量密度大，因此等离子弧焊熔透能力强，可用比钨极氩弧焊高得多的焊接速度施焊。这不仅提高了焊接生产率，而且可减小熔宽、增大熔深，因而可减小热影响区宽度和焊接变形。 1.2由于等离子弧的形态近似于圆柱形，挺度好，因此当弧长发生波动时熔池表面的加热面积变化不大，对焊缝成形的影响较小，容易得到均匀的焊缝成形。 1.3由于等离子弧的稳定性好，使用很小的焊接电流也能保证等离子弧的稳定，故可以焊接超薄件。 1.4由于钨极内缩在喷嘴里面，焊接时钨极与焊件不接触，因此可减少钨极烧损和防止焊缝金属夹钨。 2.等离子弧焊工艺 2.1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。除此之外，也可用角接接头和T型接头。 2.2焊接参数的选择 等离子弧焊焊接时，焊透母材的方式主要有穿透焊和熔透焊两种。在采用穿透型等子弧焊时，焊接过程中确保小孔的稳定，是获得优质焊缝的前提。影响小孔稳定性的主要焊接工艺参数有： （1）喷嘴孔径喷嘴孔径直接决定等离子弧的压缩程度，是选择其他参数的前提。在焊接生产过程中，当焊件厚度增大时，焊接电流也应增大，但一定孔径的喷嘴其许用电流是有限制的。因此，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。因此，应根据焊件的材质和厚度首先确定焊接电流。 （3）离子气种类及流量目前应用最广的离子气是氩气，适用于所有金属。为提高焊接生产效率和改善接头质量，针对不同金属可在氩气中加入其他气体。 当其他条件不变时，离子气流量增加，等离子弧的冲力和穿透能力都增大。因此，要实现稳定的穿孔法焊接过程，必须要有足够的离子气流量；但离子气流量太大时，会使等离子弧的冲力过大将熔池金属冲掉，同样无法实现穿透法焊接。 （4）焊接速度当其他条件不变时，提高焊接速度，则输入到焊缝的热量减少，在穿孔法焊接时，小孔直径将减小；如果焊速太高，则不能形成小孔，故不能实现穿透法焊接。焊接速度的确定，取决于焊接电流和离子气流量。 （5）喷嘴高度喷嘴端面至焊件表面的距离为喷嘴高度。生产实践证明喷嘴高度应保持在3 ～8mm较为合适。如果喷嘴高度过大，会增加等离子弧的热损失，使熔透能力减小，保护效果变差；但若喷嘴高度太小，则不便操作，喷嘴也易被飞溅物堵塞，还容易产生双弧现象。 （6）保护气成分及流量等离子弧焊时，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。大电流等离子弧焊时保护气与离子气成分应相同，否则会影响等离子弧的稳定性。小电流等离子弧焊时，离子气与保护气成分可以相同，也可以不同，因为此时气体成分对等离子弧的稳定性影响不大。保护气一般采用氩气，焊接铜、不锈钢、低合金钢时，为防止焊缝缺陷，通常在氩气中加一定量的氦气、氢气或二氧化碳等气体。保护气流量应与离子气流量有一个适当的比例。如果保护气流量过大，则会造成气流紊乱，影响等离子弧稳定性和保护效果。穿透法焊接时，保护气流量一般选择15～30L/min。

等离子弧焊

等离子弧焊接（WP 15） 一、等离子弧焊原理及方法分类 1. 等离子弧： 是等离子体组成。自由电弧被强迫压缩后，电流密度增加，导致电弧温度升高，电离度增大，中性气体充分电离，就形成等离子弧。 2.等离子弧产生的三要素 （1）机械压缩作用： 利用水冷喷嘴孔道限制弧柱直径，提高弧柱的能量密度和温度。 （2）热收缩作用： 由于水冷喷嘴，在喷嘴内壁建立一层冷气膜，迫使弧柱导电断面进一步减小，电流密度进一步提高。这叫热收缩，也叫热压缩。 （3）磁收缩作用： 弧柱电流本身产生的磁场对弧柱再压缩作用。也叫磁收缩效应。电流密度越大，磁收缩作用越强。 3.等离子弧的特点 （1）能量集中（能量密度105~6 W/cm²TIG自由电弧<10 4W/cm²）。 （2）温度高（18000K～24000K）。 图1 自由电弧和等离子弧的比较图

4.等离子弧的三种基本形式 （1）非转移型等离子弧 钨极为负，喷嘴为正，钨极与喷嘴之间产生等离子弧。（等离子束焊接） 图2 非转移型等离子弧示意图 （2）转移型等离子弧 钨极为负，工件为正，钨极与喷嘴之间先引弧后，转移到钨极与工件之间产生等离子弧。（等离子弧焊接） 图3 转移型等离子弧示意

（3）联合型等离子弧 非转移型和转移型弧同时并存。主要用于微束等离子弧焊、粉末堆焊等方面。 图4 联合型等离子弧示意图 5.等离子弧焊基本方法 （1）小孔型等离子弧焊（穿孔、锁孔、穿透焊） 利用能量密度大和等离子流力大的特 点，将工件完全熔透并产生一个贯穿工件的 小孔，熔化金属被排挤在小孔的周围，沿着 电弧周围的熔池壁向熔池后方移动，使小孔 跟着等离子弧向前移动，形成完全熔透的焊 缝。 一般大电流等离子弧（100～300安培） 时采用该方法。 图5 小孔型等离子弧焊焊缝成形原理

等离子弧焊接及切割的安全操作技术

等离子弧焊接及切割的安全操作技术等离子弧焊接及切割是一种常见的金属加工技术，但由于其操作涉及高温、高能量和有害气体的释放，存在一定的安全风险。为了保障操作人员的安全，以下是关于等离子弧焊接及切割的安全操作技术。 一、操作区域准备： 1. 不可使用与等离子弧焊或切割相关的设备，例如打火机、火柴等。 2. 确保操作区域周围没有易燃物品，并保持干燥清洁。 3. 确保操作区域通风良好，以避免有害气体积聚。 4. 规定严格的工作区域，禁止未经培训的人员进入。 二、个人防护措施： 1. 必须佩戴防护面具、防护眼镜，防止灼伤和眼部损伤。 2. 穿戴不易起火的防护服，并配备防火手套、焊接鞋等。 3. 长发必须束起来，避免触及火焰区域。 4. 不得戴金属饰物，以防电流通过产生危险。 三、设备安全检查： 1. 在操作前进行设备的全面检查，确保焊接或切割设备完好无损。 2. 检查电缆和气体管道是否破损，以及电源是否接地良好。 3. 检查喷嘴、电极和切割枪等部件是否正确安装，并紧固牢固。

四、焊接/切割操作： 1. 在操作前清洁工作面，排除杂物和水分。 2. 使用适合的电流和气体压力进行操作，确保达到理想的焊接/切割效果。 3. 避免直接观察电弧，以防眼睛受伤。 4. 确保设备冷却完全后再修理或移动。 五、火灾及紧急情况处理： 1. 在操作区域配备灭火器，并确保所有操作人员对其使用方法进行了培训。 2. 在操作前确保存在明确的紧急情况处理计划，并告知所有操作人员。 3. 在发生火灾等危险情况时，立即停止操作，并采取适当的措施来扑灭火源或报警。 总结： 等离子弧焊接及切割技术在金属加工过程中扮演重要角色，但操作过程中存在潜在的安全风险。为了保障操作人员的安全，必须严格遵守上述安全操作技术，佩戴个人防护装备，确保操作区域安全，并采取紧急情况处理措施。只有在严格遵守安全操作规程的前提下，才能安全有效地进行等离子弧焊接及切割工作。

等离子焊接技术及其应用

等离子焊接技术及其应用 0 引言 随着现代工业的迅速发展, 不锈钢由于具有外表华丽、耐蚀性能优良和可冷、热加工的性能, 在食品/医疗设备、石化压力容器、不锈钢管道、染整设备、储运罐箱、特种船舶和航空航天等行业中倍受青睐。目前中国可年产近900 万t 不锈钢, 有望成为世界第一大不锈钢生产、制造大国, 作为产品生产的主要技术之一的焊接技术也开始由原来的手工焊接技术向高效的自动焊接技术转变, 这其中应用最为广泛就是等离子焊接技术。在国外, 等离子工艺技术已在不锈钢中、薄板制造中得到了大量普及应用。 1 等离子焊接原理 1.1 等离子焊接定义 等离子焊接是通过高度集中的等离子束流获得必要的熔化母材能量的焊接过程。通常等离子电弧的能量取决于等离子气体的流量、焊枪喷嘴的压缩效果和使用电流大小。普通电弧射流速度为80～150 m/s, 等离子电弧的射流速度可以达到300～2 000 m/s, 等离子电弧由于受到压缩, 能量密度可达105～106W/cm2 而自由状态下TIG 电弧能量密度为50～100W/mm2, 弧柱中心温度在24 000 K以上, 而TIG 电弧弧柱中心温度在5 000～8 000 K 左右[1]。因此, 等离子电弧焊接与电子束(能量密度105W/mm2)、激光束(能量密度105W/mm2)焊接同被称为高能密度焊接。等离子焊接及穿孔示意如图1所示。 图1 等离子焊接及其穿孔示意 1.2 等离子电弧的分类 按电源连接方式分类, 等离子电弧分非转移弧、转移弧和联合型电弧三种形式[1]。三种形式都是钨极接负, 工件或喷嘴接正。 非转移型电弧是在钨极与喷嘴之间形成电弧,在等离子气流压送下, 弧焰从喷嘴中喷出, 形成等离子焰[1], 主要适合于导热性较好的材料焊接。但由于电弧能量主要通过喷嘴, 因此喷嘴的使用寿命较短, 能量不宜过大, 不太适合于长时间的焊接, 这种形式较少应用在焊接。 转移型电弧是在喷嘴与工件之间形成电弧, 由于转移弧难以直接形成, 先在钨极与喷嘴

【精品】等离子弧焊接和切割

等离子弧焊接和切割 等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割工艺方法。它利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料,并借助内部的或者外 部的高速气流或水流将熔化材料排开直至等离子气流束穿透背面而形成割口. 等离子弧焊接和切割： 1.1等离子弧的产生: (1)等离子弧的概念： 自由电弧：未受到外界约束的电弧,如一般电弧焊产生的电弧。 等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。 自由电弧弧区内的气体尚未完全电离，能量未高度集中，而等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达10～10W/cm2，电弧温度可高达24000～50000K(一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000～20000K，能量密度在10W/cm2以下)能迅速熔化金属材料,可用来焊接和切割。 (2）等离子弧的产生 在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压,经高频振荡使气 体电离形成自由电弧，该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。

①机械压缩效应(作用）——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道,使电弧截面受到拘束,不能自由扩展. ②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时,冷气流均 匀地包围着电弧,使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。 ③电磁收缩效应-—定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。 电弧经过以上三种压缩效应后,能量高度集中在直径很小的弧柱中,弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。 当小直径喷嘴，大的气体流量和增大电流时,等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲击力，这种等离子弧称为“刚性弧”，主要用于切割金属。反之，若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时，该等离子弧称为“柔性弧"，主要用于焊接。 1.2等离子弧焊接 1.2.1基本知识 用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。 焊接时离子气(形成离子弧）和保护气（保护熔池和焊缝不受空气的有害作用）均为氩气。

等离子切割与焊接工艺

等离子切割与焊接工艺 一、等离子弧切割设备 等离子弧切割设备包括电源、控制箱、水路系统、气路系统及割炬等几部分组成，其设备组成如图9-5所示。 1.电源 等离子弧切割需要陡降外特性的直流电源，其电源的空载电压要高,—般为150V~400V,切割电源有专用的和串联直流弧焊机两种类型。 1)专用的整流器型电源 如图9-6所示为工作原理图。等离子弧要求电源与一般电弧焊电源相同，具有陡降的外特性。但是,为了便于引弧，对一般等离子焊接、喷焊和堆焊来说，要求空载电压在80V以上；

对于等离子切割和喷涂，则要求空载电压在150V以上，对自动切割或大厚度切割，甚至高达400Vo 目前,等离子弧要求所采用的电源，绝大多为灵敏具有陡降外特性的直流电源。这些电源有的利用普通旋转直流电焊机，有的采用硅整流的直流电焊机。根据某种工艺或材料焊接的需要，有的要求

垂直下降外特性的直流电源（微束等离子焊接），有的则需要交流电源（等离子粉末喷焊、用微弧等离子焊接铝及铝合金）。 空气等离子弧切割机从结构上分主要包括:主回路、控制回路以及气路3部分。 （1）主回路包括接触器KM、三相变压器、三相桥式整流器（由VD1~VD6、CI~C6组成）、高频振荡器（由B2、B4、FP、 C12组成）。 （2）控制回路由控制变压器B3和J1 J2、J3、VD7、C11、R3等元件组成。 （3）气路部分由减压及电磁气阀DF组成。 其原理简述如下:在接好电源和气源后,合上开关K1,电源指示灯XD亮,冷却风机FM立即转动。按下割炬微动开关K3,继电器电动作，其常开触点接通，电磁阀DF动作，气路接通，割炬进行预先通气。另一常开触点接通电阻R3,二极管VD7对电容C11充电，组成延时电路，经过3s~5s充电完毕。继电器J2通电闭合，接触器KM 得电闭合，主回路通电，经过变压器B1整流桥，正极经过B5通过连接线直接接至工件，负极通过B2输出，主回路得电的同时，接触器KM的辅助常开触头接通继电器J3。DK为常闭触点，使得变压器B4得电。B4初级电压为220V,取自变压器B3初级自耦抽头，B4次级电压为2500V左右。输出至高压电容C12（102M/10kV两只并联），变压器B2（初级绕组3匝，次级绕组10匝串于工作主回路）。通过变压器B2在主回路的负极上感应叠加一高压，割炬靠近接触工件（正极），引弧切割。

第五章-气体保护焊等离子弧焊与切割

第五章气体保护焊等离子弧焊与切割 第三节熔化极气体保护焊 熔化极气体保护焊是应用最广泛的焊接方法之一。焊条电弧焊，熔化极气体保护焊以及钨极氩弧焊已经成为机 械行业必备的焊接工艺方法。其中，气体保护焊以其生产效率高，焊接质量好，操作简单，成本最低而得到极其广泛的应用。可以说，如果掌握了熔化极气体保护焊技术特别是短路过渡气体保护焊技术，就能在机械制造企业 立足。 熔化极气体保护焊与钨极氩弧焊的最大区别就在于熔化极气体保护焊的电极在焊接过程中是熔化的，如图示。为此，熔化极气体保护焊的电源外特性与焊条电弧焊不同，还需要专门的送丝机构用来送进焊丝。 熔化极气体保护焊焊接示意图 熔化极气体保护焊设备示意图 1 •熔化极气体保护焊的焊接电源：绝大多数气体保护焊电源都是平外特性配用等速送丝机构。下降外特性电源配用变速 送丝机构，只有在焊丝直径超过 2.0毫米时才使用，多用于厚板铝合金的机器焊。我们能够实 际接触到的都是平特性电源加等速送丝机构。下降外特性电源加变速送丝，在此就不讨论了。 a.电弧自动调节特性：熔化极气体保护焊的电弧静特性，位于曲线的上升段。采用平特性电源，等速送丝机，能够以最小的 成本，达到电弧稳定燃烧的目的。电弧自动调节特性的研究是大学本科的内容，我们不进行深入的讨论。在这里仅仅说明它的原理。 熔化极气体保护焊电弧在燃烧时，一方面焊丝在不断送进，另一方面，焊丝也在不断的熔化。电弧稳定燃烧的基本条件和具体特征就是焊丝的送进速度必须等于焊丝的熔化速度。即： V送=V熔 另外，在我们这个熔化极气体保护焊系统中，作出三个假设： 第一，焊接电源是平特性的，无论焊接电流发生多大变化，电源的输出电压维持不变； 第二，把电弧简化为一个大电阻；这也基本符合实际情况，整个焊接回路的电阻实际上就是弧阻；第三，整个焊 接回路的表现符合欧姆定律；U= IR ;焊接回路当中实际上是存在电感和变压器的内阻 的，但是，与电弧电阻相比，他们都可以忽略不计。另外，虽然电弧静特性曲线整体上是U型不是线 性的，但是在气体保护焊的范畴，电弧静特性曲线位于上升段，可以认为是线性的。 现在，在焊接过程中，由于外界的干扰，电弧略微拉长，于是，弧阻增大，电压不变，那么根据欧姆定律，电 流一定变小，于是，焊丝的熔化速度也就变小，V熔V V送，焊丝送得快，熔得慢，那么弧长趋向于变短，最后又 恢复到V送=V熔；电弧继续稳定燃烧； 假如，在焊接过程中，由于外界的干扰，电弧略微缩短，于是，弧阻减小，电压不变，那么根据欧姆定律，电流一定增大，于是，焊丝的熔化速度也就增大，V熔〉V送，焊丝熔化快，送进慢，那么电弧又趋向于变长，最 终又恢复到V送=V熔；电弧继续稳定燃烧； 也就是说，平特性电源加等速送丝，焊接过程中的弧长波动可以自动恢复。这就是电弧的自动调节特性。 在焊丝直径不超过1.6毫米的情况下依靠电弧自动调节特性可以很好地维持电弧稳定燃烧。 b •焊接规范的调节：熔化极气体保护焊的规范调节与焊条电弧焊和钨极氩弧焊不同，焊条电弧焊，钨极氩弧焊 调节电流只需要旋转一个旋钮或者手柄，但是，熔化极气体保护焊的电流调节却需要旋转两个旋钮，它们是: 焊接电压旋钮和送丝速度旋钮。 假定现在熔化极气体保护焊的电弧在稳定燃烧中，弧长保持不变。如果我们需要增大电流，那么按照欧姆定律，我们要增大焊接电压，所以，要把焊接电压的旋钮向增大方向旋转。这时弧压升高，电流增大，焊丝熔化速度会加快，V送=V熔的平衡会打破，如果不加控制的话，电弧会越来越长，最后焊丝和导电嘴熔化在一起，送丝终止，电弧熄灭。所以，我们在增大电弧电压的情况下要把送丝速度的旋钮也向增大方向旋转，使得焊丝的送进速度也加快，这样就能继续保持V送=V熔的平衡，电弧长度略微增长，焊接电压升高，焊接 电流增大，达到了调节焊接电流的目的。详细的焊接电流调节方法将在操作技术一节中详细叙述。 c •熔化极气体保护焊的熔滴过渡：焊丝被电弧熔化后形成熔滴，熔滴从焊丝端部滴落并进入熔池的过程叫做熔滴过渡。气 体保护焊的熔滴过渡可以分为滴状过渡，短路过渡，喷射过渡，旋转喷射过渡和脉冲喷射过渡。其中，滴状过渡因焊缝成型恶劣不予采用，旋转喷射过渡也应用很少，其他几种过渡形式都广泛得到应用。