穿孔等离子弧焊接技术
等离子弧焊的工艺方法
等离子弧焊的工艺方法
1、等离子弧焊的基本方法
等离子弧焊可分为穿透型、熔透型和微束等离子弧焊三种。
（1）穿透（小孔）型等离子弧焊
电弧在熔池前穿透工件形成小孔，随着热源移动在小孔后形成焊道的方法称为穿透（小孔）型等离子弧焊，如下图a所示。
▲等离子弧焊
a）穿透型等离子弧焊b）微束等离子弧焊
1—电极2—离子气3—冷却水4—保护气5—等离子弧6—焊件7—喷嘴8—维弧9—垫板10—压板
它是利用等离子弧的能量密度大、挺直度好、等离子流量大的特点，将焊件熔透并产生一个贯穿焊件的小孔。被熔化的金属在电弧吹力、液体金属重力和表面张力相互作用下保持平衡。焊枪前进时，小孔在电弧后方锁闭，形成完全熔透的焊缝。
小孔效应只有在足够的能量密度条件下才能形成。当工件厚度增大时所需的能量密度也要增加，然而等离子弧能量密度是有限的，所
以穿透型等离子弧焊只能在一定的板厚范围内实现。各种材料一次焊透的厚度见下表。
大电流等离子弧焊一次可焊透厚度
穿透型等离子弧焊最适宜焊接厚3～8mm的不锈钢、厚12mm以下的钛合金及铝合金、厚2～8mm的低碳钢或低合金钢，以及铜和铜合金、镍和镍合金的对接焊缝。
（2）熔透型等离子弧焊
在焊接过程中只熔透工件而不产生小孔效应的焊接方法称为熔透型等离子弧焊，简称熔透法。熔透型等离子弧焊是离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时的一种等离子弧焊。此种方法基本上与钨极氩弧焊相似，随着焊枪向前移动，熔池金属凝固成焊缝。它适用于板厚小于3mm的薄板I形坡口、不加衬垫单面焊双面成形，厚板开V形坡口多层焊。其优点是焊接速度比钨极氩弧焊快。
等离子弧焊方案
四、 电极
多孔型喷嘴除了中心主孔外，主孔左右还有多个小孔。可使等离 子弧在喷嘴外得到二次压缩，有利于进一步提高等离子弧挺度及切 口质量。但小孔易受金属飞溅物堵塞，并造成等离子弧偏转，因此 并未得到广泛应用。
扩散型喷嘴的基本形式：
这类喷嘴压缩程度降低，有利于提高等离子弧的稳定性，便于 单面焊双面成型，还可提高喷嘴的使用寿命，在焊接、切割、堆焊、 喷涂中均有应用。
随着等离子弧沿焊接方向的移 动，熔化金属依靠其表面张力 的承托，沿着小孔两侧的固体 壁面向后方流动，熔池后方的 金属不断封填小孔，并冷却凝 固形成焊缝。
焊缝断面为酒杯状。
2、普通熔透型等离子弧焊（熔入型焊接法） 工艺特点：
弧柱压缩程度较弱，等离子气流喷出速度较小。
在焊接过程中不形成小孔效 应，焊件背面无“尾焰”。 液态金属熔池在弧柱的下面， 靠熔池金属的热传导作用熔 透母材，实现焊透。
4、喷嘴的压缩角α 实际上它对等离子弧的压缩状态影响不大，特别当等离子
气体流量较小，孔道比较小时，30º ~ 180º 均可用，但应考虑跟 钨极端部形状相配合，如果压缩角小于钨极末端尖锥的角度时， 易在喷嘴内腔锥壁和钨极末端锥面之间产生打弧现象，使等离 子弧不稳定，因此压缩角的大小应根据具体情况而定，常用的 压缩角值约为60º ~ 75º。 5、材料和冷却
等离子操作规程及工艺
等离子焊接原理
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这种焊接过程，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的电流大小。普通电弧射流速度为80～150米/秒，等离子电弧的射流速度可以达到300～2000米/秒，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50-100W/mm2，弧柱中心温度在24000K以上，而TIG电弧弧柱中心温度在5000～8000K左右【1】。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。等离子焊接及穿孔示意图如图1
等离子焊接及穿孔示意图
等离子电弧的分类
按电源的联接方式分类，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】。主要适合于导热较好的材料焊接，但由于电弧的能量主要通过喷嘴，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，先在钨极与喷嘴之间形成小的非转移弧，然后过渡到转移弧，形成转移电弧时，非转移弧同时切断。
由于这种方式能将更多的能量传递给工件，因此该形式电弧普遍应用到金属材料焊接和切割中。
混合型电弧是指转移电弧和非转移电弧并存，主要用于微束等离子焊接和粉末堆焊。
等离子焊接工艺
等离子焊接工艺
(1)焊接电流
焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定。焊接电流过小，难于形成小孔效应：焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。
(2)焊接速度
焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。其他条件一定时，如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应。如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。
(3)喷嘴离工件的距离
·喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低：距离过小，易造成喷嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。喷嘴离工件的距离一般取3～8mm。与钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。
(4)等离于气及流量
等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采取相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。这是因为氧气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。
离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。等离子气的流量越大，熔透能力越大。但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。利用熔人法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。
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
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。
等离子弧焊的基本方法
等离子弧焊的基本方法
等离子弧焊是一种常用的焊接方法，广泛应用于金属制品的制造和维修领域。它以其高效、高质量的焊接结果而受到广泛赞誉。本文将介绍等离子弧焊的基本方法，包括设备和操作步骤。
一、设备
等离子弧焊需要以下设备：
1. 焊接机：等离子弧焊常用的焊接机有直流等离子弧焊机和交流等离子弧焊机。直流等离子弧焊机适用于焊接不锈钢、铝合金等材料，而交流等离子弧焊机则适用于焊接碳钢等材料。
2. 焊枪：焊枪是进行焊接操作的工具，通过控制电流和气体流量来实现焊接过程中的熔化和填充。
3. 气体供应系统：等离子弧焊需要使用惰性气体，常见的有氩气和氩气混合气体，用于保护焊接区域，防止氧气和水蒸气的污染。
4. 辅助设备：包括电源线、气管、冷却系统等。
二、操作步骤
1. 准备工作：将焊接机和气体供应系统连接好，并确保电源和气源的正常供应。检查焊枪和电缆是否完好，以及气体管路是否畅通。
2. 清洁工作：将待焊接的金属表面进行清洁，去除表面的油污、氧化物等杂质，以确保焊接接头的质量。
3. 调整焊接参数：根据焊接材料的种类和厚度，调整焊接机的电流和气体流量。一般来说，电流越大，焊接速度越快，但过大的电流
可能导致熔洞过深；气体流量的调整应根据焊接材料和焊接位置的不同进行合理设置，以保证焊接质量。
4. 进行焊接：将焊枪对准焊接接头，触发开关开始焊接。在焊接过程中，焊枪应保持与焊接接头的距离适当，通常为2-5毫米。焊接速度应均匀，保持一定的稳定性，以免焊接接头出现焊缝不均匀的情况。
5. 焊后处理：焊接完成后，及时关闭焊机和气源，并进行焊后处理。包括清理焊渣、修整焊缝等工作，以保证焊接接头的质量。
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
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、切割是一种高温高压的工艺，其安全操作技术至关重要，不仅关系到工作人员的身体健康和安全，也关系到设备的正常运行和维护。因此，掌握等离子弧焊接及切割的安全操作技术是非常必要的。
等离子切割的安全操作技术
等离子切割是一种常见的材料切割方式，主要是通过等离子弧产生的高温高压气体来将材料进行切割。在进行等离子切割的时候，务必要注意以下一些安全操作技术。
选用合适的切割机
在进行等离子切割的时候，首先要选用合适的切割机。为了确保安全，一定要选择品质优良的切割机，并保持设备良好的维护和保养。在使用前，要检查设备是否正常运行、管路是否连接牢固、氧气和气体都是否充足。
防护措施
进行等离子切割时，需要采取适当的防护措施，如佩戴安全眼镜、手套、防护面罩等。确保工作人员身体的安全。
合理设置切割方式
在等离子切割时，应该根据材料的特性、形状和切割需求等因素，选择合适的切割方式。同时，应该对切割与非切割部分进行区别，以避免误伤。
避免作业中的火源
等离子切割时，需要注意避免在作业区域产生任何的火源。如禁止吸烟、明火等。任何火源都可能引起氧气引发的火灾，从而危及人员的生命安全和设备的使用状态。
规范安全操作流程
在熟练掌握等离子切割技术基础上，应该确保安全操作流程的标准及规范，由此减少事故的发生概率。
等离子弧焊接的安全操作技术
等离子弧焊接，是相比传统焊接技术而言具有较高效率和良好焊接质量的一种新型焊接技术。但同样也存在安全操作问题。
熟悉设备
首先，要确保设备的正常运行。使用新设备之前，应先查看设备与地面是否接地，检查电压、电流是否符合要求。同时，还需检查每个电缆连接是否牢固。
等离子弧焊操作方法
等离子弧焊操作方法
等离子弧焊操作方法如下：
1. 准备工作：首先，确保焊接环境安全，并穿戴好相应的焊接防护用具，如面罩、手套等。
2. 准备焊接材料：根据具体需求，准备好要焊接的金属材料，并清理好焊接接头的表面，确保没有污染物。
3. 设置焊接参数：根据焊接材料的类型和厚度，设置合适的电流、电压和气体流量等参数。可以根据焊机的使用说明进行调整。
4. 启动焊机：打开焊机的电源开关，并调整焊接电流至合适的水平。
5. 预热焊件：使用焊枪将火花对准焊接接头，并启动放电，使焊件表面先达到适当的温度。
6. 进行焊接：将焊枪与焊接接头保持一定的距离，并保持焊枪稳定。当保持一定的接触角度时，开始进行焊接，将火花聚焦在接头上进行熔化和熔合。
7. 调整焊接速度：根据焊接效果和焊接参数的反馈，适时调整焊接速度，以保持焊接质量稳定。
8. 焊接完成：焊接结束后，关闭焊机电源，将焊件冷却至合适的温度后，清理焊接残渣，检查焊接质量。
注意事项：
- 操作过程中要注意保持焊接区域的清洁，避免有杂质进入焊接接头。
- 注意焊接区域的通风情况，避免有毒气体积聚。
- 使用时注意安全，避免触及电极和热武器，并遵守相关安全操作规程。
等离子弧焊安全技术
等离子弧焊安全技术
除遵循焊条电弧焊的有关安全规定外，还应注意以下几点：
（1）等离子弧焊用焊接电源的空载电压较高，尤其是手工操作时有电击的危险。因此，设备应放在干燥、清洁和通风良好的地方。电源在使用时必须可靠接地（或接零），其枪体用手触摸部分必须可靠绝缘。
（2）使用的压缩空气需设气水分离器，并应及时放掉积水。焊割前应先通气3min。以排除管道中凝结湿气，当压缩空气压力小于0.3MPa时，应能自动启动闭锁设备。
（3）焊接工作点应设有工作台，并采用有效的局部排烟和净化装置，或设水浴工作台等。
（4）工件搁架应离地400mm以上，并应安装局部除尘装置。
（5）严禁空载时随意压下手把开关，以免产生设备事故。
（6）引弧时不得将喷嘴与工件接触；不要触及设备带电部分，更不能用双手同时接触带电焊枪的正负两极，以免遭到电击伤害。
（7）当焊枪中阴极材料被烧损需要取出更换时。必须先切断直流电源。更换电极时。须待其冷却后方能进行。磨削钨（或铈钨）棒时，最好用带喷水的砂轮机，并正确使用砂轮机。
（8）应加强场地通风，防止弧光伤人。操作时工人必须戴上良好的面罩、手套，颈部也要保护，面罩除具有黑色目镜外，最好加上吸收紫外线的镜片。
（9）等离子弧易产生高强度、高频率的噪声，尤其是大功率等
离子弧切割时，操作者必须戴耳塞。也可以采用水中切割的方法，利用水来吸收噪声。
（10）等离子弧焊接和切割都采用高频引弧，要求工件接地可靠。转移弧引燃后，应立即可靠地切断高频振荡器电源。
（11）赤手接触带放射性的电极后，应随时用肥皂将手洗干净。
等离子弧焊接及切割的安全操作技术范本
等离子弧焊接及切割的安全操作技术范本等离子弧焊接及切割是一种常见的金属加工技术，其涉及高温和高能源，因此在操作过程中需要特别注意安全事项。以下是关于等离子弧焊接及切割的安全操作技术范本：
一、场所和设备安全
1. 确保等离子弧焊接及切割操作区域干燥、通风良好，并设有灭火器材和应急照明设备。
2. 检查设备的电源线、电缆和接头是否完好无损，确保电缆够长够粗，以减少电流损失和电火花引起的危险。
3. 安装并正确使用合适的防护屏幕或隔离帘，以避免火花溅射和紫外线对周围人员的伤害，并保护设备及附件。
二、个人防护
1. 在操作区域内使用防火服、防火眼镜、防火手套、防火鞋等防护装备，确保面部、手部、身体和脚部得到适当保护。
2. 操作人员必须佩戴适用的耳塞或耳罩，以减少噪音对听力的伤害。
3. 避免穿戴宽松的衣物、饰物等，防止被火花引燃或搅入设备引发危险。
三、操作技术
1. 在操作等离子准备阶段，确保设备完好无损，并进行必要的维护和检查，包括检查气体和电源压力以及气体和水冷剂的流量。
2. 在进行等离子焊接和切割之前，检查工件是否连续地、安全地接地，并清理焊接和切割区域以去除油污、灰尘等。
3. 确保正确选择和配置适当的等离子枪头、喷嘴、电极等设备，以及适当的切割速度和焊接电流，避免过大的电流和切割速度引起的危险。
四、应急处理
1. 建立紧急报警和救援机制，指定个体负责报警和联系急救机构的人员。
2. 防止操作电源线、电缆和接头带电，以免引发漏电、触电等危险。
3. 在操作过程中如有异常情况，必须立即停止操作，并检查设备是否存在故障或损坏，排除故障后方可继续操作。
等离子弧焊的特点及应用
等离子弧焊的特点及应用
等离子弧焊是一种常见的焊接方法，具有许多独特的特点和广泛的应用。本文将介绍等离子弧焊的特点及其应用，详细分析其优势和限制。
等离子弧焊是一种热能焊接过程，它利用高温等离子弧来加热和熔化焊接材料，形成焊缝。下面是等离子弧焊最突出的几个特点：
1. 高能量密度：等离子弧产生的热能密度非常高，可以迅速加热和熔化焊接材料，有助于实现高质量的焊接。
2. 深度焊接：等离子弧焊能够穿透焊接材料的较大厚度，实现深度焊接，适用于厚板焊接和多板叠焊。
3. 焊接速度快：由于高能量密度和深度焊接能力，等离子弧焊能够在较短的时间内完成焊接，提高生产效率。
4. 熔池稳定：等离子弧焊的熔池稳定性高，焊缝形状好，且不易产生焊渣和气孔，有利于焊接质量的控制。
5. 适用范围广：等离子弧焊适用于焊接各种金属材料，如不锈钢、铝、镍合金等，具有广泛的应用领域。
等离子弧焊在许多领域都有重要的应用，下面是几个典型的应用：
1. 压力容器制造：等离子弧焊能够实现较大厚度的焊接，适用于制造压力容器、锅炉和管道。
2. 航空航天工业：等离子弧焊适用于航空航天工业中对焊接质量和强度要求较高的部件，如飞机机身、发动机零部件等。
3. 轨道交通制造：等离子弧焊可以用于制造轨道交通车辆的车身结构、车轮、焊接轨道等焊接工艺。
4. 石油化工设备：等离子弧焊能够焊接耐腐蚀材料，如不锈钢和镍合金，适用于制造石油化工设备，如储罐、换热器等。
5. 汽车制造：等离子弧焊适用于汽车制造中对焊接质量和外观要求较高的部件，如汽车车身、车架等。
等离子弧焊具有许多优点，但也存在一些限制。下面是等离子弧焊的一些限制：
等离子弧焊的工艺参数
等离子弧焊的工艺参数
索引：等离子弧焊的几个工艺参数
要害词：焊接电流，焊接速率，喷嘴离工件的隔断，等离子气及流量，引弧及收弧，接洽式样和装置要求
(1)焊接电流
焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定。焊接电流过小，难于形成小孔效应：焊接电流增大，等离子弧穿透本领增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，乃至引起双弧，毁伤喷嘴并破坏焊接进程的稳固性。因此，在喷嘴布局确定后，为了得到稳固的小孔焊接进程，焊接电流只能在某一个得当的范畴内选择，并且这个范畴与离子气的流量相关。
(2)焊接速率
焊接速率应根据等离子气流量及焊接电流来选择。其他条件肯定时，倘若焊接速率增大，焊接热输进减小，小孔直径随之减小，直至消失，失往小孔效应。倘若焊接速率太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，乃至造成焊缝凹下、熔池走漏表象。因此，焊接速率、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互配合。
(3)喷嘴离工件的隔断
喷嘴离工件的隔断过大，熔透本领低落：隔断过小，易造成喷
嘴被飞溅物淤塞，破坏喷嘴平常劳动。喷嘴离工件的隔断平常取3～8mm。与钨极氩弧焊相比，喷嘴隔断变化对焊接质量的影响不太敏捷。
(4)等离于气及流量
等离子气及保卫气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保卫气体通常采纳雷同的气体，不然电弧的稳固性将变差。小电流等离子弧焊接通常采取纯氩气作等离子气。这是由于氧气的电离电压较低，可包管电弧引燃容易。
离子气流量决定了等离子流力和熔透本领。等离子气的流量越大，熔透本领越大。但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不克包管焊缝成形。因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速率选择得当的离子气流量。利用熔人法焊接时，应得当低落等离子气流量，以减小等离子流力。
等离子弧焊原理及操作安全
等离⼦弧焊原理及操作安全
等离⼦弧焊原理及操作安全
什么是等离⼦弧焊？试述等离⼦弧的产⽣⽅法。
借助⽔冷喷嘴对电弧的拘束作⽤，获得⾼能量浓度的等离⼦弧进⾏焊接的⽅法称为等离⼦弧焊。
等离⼦弧是⾃由电弧压缩⽽成，它是通过以下三种压缩作⽤获得的，机械压缩效应⽰意图见图22。
1．机械压缩将电弧强制通过具有⼩孔径喷嘴的孔道,使电弧受到压缩。
2．热压缩当等离⼦⽓体（Ar、N⽓）以⼀定的速度和流量经喷嘴时，靠近电弧⼀侧的⽓体通过弧柱，吸收⼤量热量⽽电离，成为等离⼦弧的⼀个组成部分。但是靠近喷嘴内壁的⽓体，由于受到喷嘴强烈的冷却作⽤，形成⼀个冷⽓套，迫使弧柱截⾯进⼀步缩⼩称为热压缩。
3．磁压缩弧柱电流是⼀束平⾏的同向电流线，必然产⽣往内的收缩⼒。当电弧受到机械压缩和热压缩之后，截⾯缩⼩，因⽽电流密度增⼤，由此产⽣的电磁收缩⼒必然增⼤，形成磁压缩。
试述等离⼦弧的类型。
按电源连接⽅式的不同，等离⼦弧有⾮转移型、转移型和联合型三种形式见图23。
⑴⾮转移型等离⼦弧钨极接电源负端，焊件接电源正端，等离⼦弧体产⽣在钨极与喷嘴之间，在等离⼦⽓体压送下，弧柱从喷嘴中喷出，形成等离⼦焰。
⑵转移型等离⼦弧钨极接电流负端，焊件接电流正端，等离⼦弧产⽣的钨极和焊件之间。因为转移弧能把更多的热量传递给焊件，所以⾦属焊接、切割⼏乎都是采⽤转移型等离⼦弧。
⑶联合型等离⼦弧⼯作时⾮转移弧和转移弧同时并存，故称为联合型等离⼦弧。⾮转移弧起稳定电弧和补充加热的作⽤，转移弧直接加热焊件，使之熔化进⾏焊接。主要⽤于微束等离⼦弧焊和粉末堆焊。
56 试述转移型等离⼦弧的产⽣⽅法。
等离子弧焊操作规程
1.目的
规定等离子弧焊的焊接工艺及焊接操作技术要求，
2.范围
适用于低碳钢、低合金钢、不锈钢、银及银基合金、钛及钛合金、铜及铜合金的等离子弧焊。工艺文件如无特殊要求，可按本守则规定进行焊接，有特殊要求时按工艺文件的要求施焊。
3.等离子弧焊设备
等离子弧所采用的电源，大多数为具有陡降外特性的直流电源（如弧焊发电机、硅弧焊整流器）。根据工艺或材料焊接的需要，有的要求有垂直下降外特性的直流电源微弧等离子焊接：有的则需要交流电源（等离子粉末堆焊-喷焊：用微弧等离子焊接铝及铝合金）。常用国产等离子弧焊设备有：等离子弧焊机LH-300,自动等离子弧焊机LH-300,微束等离子弧焊机LHT6、LH-63,自动微束等离子弧焊机LH5-16,脉冲微束等离子弧焊机LH8T6、LHZ-300o
4.焊接材料
4.1根据焊件材质及工艺文件正确选用焊丝牌号，焊丝必须符合国家标准。4.2等离子弧常用的工作气体是氮、氮、氢以及它们的混合气体。用的最广泛的氮气，其纯度应不低于99.5%；氯气在焊接化学活泼必性较强的金属时是良好的保护介质，一般要求纯度在95%以上；氢气具有最大的热传递能力，在工作气体中混入氢，会明显地提高等离子弧的热功率，但氢是一种可燃性气体，与空气混合后易燃或爆炸，故不单独使用，多与其它气体混合使用。
4.3等离子弧电极材料是含少量⅛t（2%以内）的鸨极或许极。
5.焊接
等离子弧焊接按焊缝成形机理，可分为：
5.1大电流等离子弧焊接
大电流等离子弧焊接分穿透型和熔透型两种方法。
5.1.1穿透型等离子弧焊它是以电弧在熔池前穿透工件形成小孔后形成焊道的一种焊接方法。又称穿称焊或锁孔焊。在焊接厚度大于ZOmm以上的奥氏体型不锈钢焊件时，利用高温等离子弧将焊件待焊处加热窝经至烧穿,如果焊接规范参数调节适当，可以穿透工件形成小孔。此小孔面积较，熔化金属靠表面张力托往而不至于从小孔中跌落，这就是等离子弧焊接小孔效应。在焊接厚为5.2~8.0mm的奥氏体型不锈钢时，可以不开坡口，不留间隙或留间隙小于0∙5mm,依靠小孔效应实现单焊双面成形。这种焊接方法,目前只适用平焊位置对接焊。待焊处的正、反两面均通以保护气体，收弧时要填满小孔。填满小孔主要靠焊接电流和离子流气流同时衰减或先后衰减，才能消除弧孔和下凹孔。
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穿孔等离子弧焊接技术研究＊
中航一集团６２５所 朱轶峰 张 慧 董春林 邵亦陈
文摘论述了等离子弧焊接的新进展，介绍一脉一孔的等离子弧焊接工艺、正面弧光传感器、焊接质量模糊控制系统以及采用该系统进行的焊接质量控制的初步试验结果。研究表明在不锈钢等离子弧焊接过程中，采用该系统可以提高等离子弧焊接焊缝的质量。
主题词等离子弧焊一脉一孔弧光传感模糊控制
1 引言
进入21世纪，航空航天制造业对焊接技术提出了更高要求，人们在追求低成本高强度的焊接结构时对穿孔等离子弧焊接产生了新的兴趣。
等离子弧能量密度高、射流速度大、等离子流力强 [1]，穿孔等离子弧焊接（K-PAW）时等离子弧穿透工件形成小孔，随着小孔的弥合形成焊缝。对于国防工业中常用金属材料如高强钢、高温合金、钛合金、不锈钢等，在中厚度(3∼10mm)范围与钨极氩弧焊相比，PAW具有更佳的工艺焊接性，接头内部缺陷率降低、焊件变形减小、焊接效率提高。“单面焊接双面成形”是K-PAW的典型特征，特别适合密闭容器、小直径管焊缝等背面难于施焊的结构件焊接。
但是穿孔等离子弧焊接过程的稳定性及焊接工艺参数的再现性始终是摆在焊接科研人员面前的难题，制约着等离子弧焊接技术的工程应用。本研究通过采用优化工艺参数、脉冲焊接工艺方式以及增加质量控制的手段提高等离子弧焊接的工艺裕度、提高离子弧焊接过程的稳定性。
2 试验系统
建立一个能够满足焊接试验、参数实时采集、实时控制的完整的试验系统，是本研究课题的基础。
2.1 焊接电源
目前国内使用的等离子弧焊接电源中，以晶体管、可控硅电源为主，新型的IGBT电源还处于研究阶段，电源输出的稳定性难以保证，成为影响焊接质量稳定性的因素之一。
同时考虑到逆变电源的控制响应时间较快等因素，选用进口的等离子焊接电源及焊枪，逆变频率可达 32kHz，能够提供较好的输出特性，便于实现自动焊。
2.2 焊接夹具
自动等离子弧焊接工艺对焊接夹具的压紧均匀性、焊缝对中有一定要求，为此我们自行设计研制了具有琴键式压紧纵缝、机械对中装置的LCAW-2型纵缝和环缝自动焊机。
2.3 焊接质量模糊控制单元
利用具有内置模糊控制模块的可编程控制器，开发了外围数字接口电路，结合奔腾133计算机,再加上我们开发的模糊控制规则表，形成了质量模糊控制单元。
模糊控制系统执行机构为焊接电流控制器与焊接速度控制器。尽管影响等离子焊接焊缝成型质量的参数有很多，考虑到焊接电流和焊接速度对等离子焊接熔池的体积、温度及弧柱压力均有
收稿日期：2001-12-04
*本课题被评为2000年度国防科技进步二等奖
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比较明显的影响，且信号响应惯性小，因此系统的控制对象选择为焊接电流和焊接速度两个参量，这样的控制系统响应速度快。
３ 试验方案
首先通过工艺试验确定加脉冲的时间及脉冲电流的大小、维持时间，达到“一脉一孔”断续穿孔焊的效果，并与数值计算结合进行理论分析，确定工艺参数及控制模型，建立一套脉冲等离子弧焊适应控制系统。
3.1 传感器的选择
熔池小孔行为的传感方法有多种，如尾焰导电法、尾焰光电法、背面麦克风声频信号检测法，均可以准确地反映出小孔的有无，并在生产中得到一定范围的应用，但也存在相同的局限性，即传感元件需要放置在焊件背面。 正面弧光传感，体积小、结构简单、信号响应速度快、抗干扰能力强，颇具工程应用潜力。在穿孔等离子弧焊过程中，小孔的形成、闭合及尺寸变化都将改变等离子弧的物理状态和性能参数，如宏观形态、电弧弧长、能量密度、射流速度等，电弧辐射作为电弧能量传递重要方式之一，直观地表达了等离子弧能量与质量的微观输运机制。 3.2 控制方案的确定
由于焊接过程通常表现为一些复杂的非线性系统，难以建立准确的数学模型，因此已不能采用传统的控制方法进行控制。模糊控制技术是运用模糊集合理论中的推理规则，对工程技术的各种参量实施控制的一种方法。由于它基于熟练操作者的经验知识库进行控制，且不需要建立数学模型，因此在等离子焊接的过程中采用模糊控制技术对焊缝成型质量进行控制就更显其优越性。 等离子焊接的模糊控制系统主要由模糊控制器、弧光传感器及信号处理器、D/A 转换电路、A/D 转换电路、执行机构、“给定”值设定等七部分组成。
工作原理是：根据不同的焊接对象（焊接材
料和焊接厚度等）经通讯面板来 “给定”信号，并利用通讯面板监视控制过程的状态，利用弧光传感器对等离子焊接的正面弧光信号进行检测，其检测信号经过二次信号处理后通过A/D 转换器送至模糊控制器进行处理，模糊控制器的输出通过D/A 转换器送至执行机构进行驱动控制。控制信号通过控制面板输入到S7300系统，动作命令信号送至执行机构，从而形成一套完整的实时控制系统（图1）进行在线检测和控制，来控制等离子焊接的焊缝成型质量。
４ 研究过程
4.1 脉冲等离子弧焊接工艺
对于穿孔等离子弧焊接，有利于熔池金属平衡的条件有两个：一是匙孔直径尽可能小；二是焊缝根部与熔池上部凝固时间与空间的偏差尽可能大。而影响匙孔直径的因素有：焊嘴的孔道比、钨极直径与钨极尖端形状、钨极内缩量、焊接电流、离子气与保护气流量等。影响焊缝根部与熔池上部凝固时间与空间的偏差的因素有：工件的冷却条件、电弧输入工件的能量控制。而控制热输入量的最有效途径就是采用脉冲焊方式。 脉冲等离子弧焊的热输入线能量公式为： ()v
T T I T I U Q b b p p ×⋅+⋅×
=
其中：I p 为脉冲电流，是保证焊透和焊缝成形的主要参数之一，T p 为脉冲持续时间，I b
图１ 等离子焊接模糊控制系统的组成
24 为基值电流，直接影响焊缝的熔宽及焊缝的截面积，T b 为基值电流持续时间，T 为脉冲周期。 脉冲等离子弧焊的工艺规范参数还有通断比λt 、脉冲频率f 。通断比增大时，热输入量增加，熔宽及焊缝截面增大；通断比减小时，热输入量减少，一般所用的通断比为 0.5～1.2 之间。脉冲频率f ，对焊缝成形尺寸影响不大，脉冲频率一般随焊接速度的增加作相应的增加，以保证相邻两个脉冲所形成的熔池连续。脉冲频率过低，焊缝的连续性差，焊缝表面的鱼鳞粗糙；脉冲频率过高，则近于普通等离子弧焊，生产中一般采用f ＝1～5Hz 。
脉冲等离子弧焊接的特点：a.输入功率可精确控制；b.线能量减少，工件变形小，适于对热敏感材料的焊接；c.电流脉冲功能可以充分搅拌熔池，有利于氧化膜的破碎及焊缝气体的逸出；d.有效克服双弧，使焊接过程稳定。
连续穿孔焊时要求焊接全过程中匙孔持续存在，电弧输入熔池的热输入量较大，熔池根部熔宽过大；而采用“一脉一孔”的脉冲等离子弧焊接工艺，可以限制熔池根部熔宽, 提高根部基体金属对熔池的约束作用，使熔池稳定。
所谓“一脉一孔”，就是在每一个脉冲周期内，焊接电弧作用于待焊接头金属处形成的匙孔出现并闭合一次，即在峰值电流期间形成匙孔属于穿孔焊，在基值电流期间匙孔闭合属于熔化焊。其技术难点在于如何选择恰当的电流参数及合理匹配通断比（T p /T b ）。
利用优化焊接参数进行了脉冲等离子弧焊接试验。图2是检测的焊接过程中匙孔的形成、闭合时同步采集的尾焰电压与焊接电流对应关系。 从图中可以看出，在穿孔型脉冲等离子弧焊接过程中，焊接电弧的尾焰电压在焊接电流峰值达到最大，说明此时匙孔径最大；在焊接电流基值尾焰电压为零，说明匙孔闭合。在每一个脉冲焊接周期内，匙孔各产生与闭合一次，实现了“一脉一孔”的脉冲等离子焊接工艺。[2] 4.2 弧光传感的研究
弧光传感器是一种接收弧光并将弧光辐射信息转化为电信号的装置。 4.2.1 弧光传感的物理模型
弧光传感的物理本质在于从光电器件接收的源于焊接电弧的辐射信息中获取表征熔池小孔行为的信号。
将焊接电弧看作为辐射源，光电器件的接收面看作为探测器的接收面，并分别简化为平面，这样可以将弧光传感过程简化为自辐射源（电弧）到探测器接收平面（光电器件）光能的传输与转换过程，如图3所示。
图中：L λ —— 辐射源单位面积元光谱辐射亮度；
θS —— 辐射源面积元dA S 法线n 与两面积元中心连线OO'的夹角；
d Ω —— 自辐射源看接收单位面积元dA D 所张单位立体角；
θD —— 探测器接收平面单位面积元法线
n'与中心连线OO'的夹角；
r —— 中心连线 OO'之间的距离。
尾焰电压/V
焊接电压/V
焊接电流/A
采 样 点 数
图２ 尾焰电压检测焊接过程匙孔的行为
图３ 弧光传感过程示意图