等离子弧焊与切割
15 第十五章 等离子弧
6
3 4
1—钨极，2—喷嘴，3—转移弧，4—工件，5—离子气，6—冷却水
3 联合型等离子弧 工作时，非转移型弧和转移型弧同时存在。
7
用于微束等 离子弧焊和 粉末堆焊等
1—钨极，2—喷嘴，3—转移弧，4—非转移弧，5—工件 6—冷却水，7—离子气。
第二节 等离子弧焊的适用范围
一 二 操作方式
手工和自动
2 割枪：一般由电极、电极夹头、喷嘴、冷却水 套、中间绝缘体、气室、水路、馈电体组成。
第六节 等离子弧切割工艺参数的选择
一 气体选择
各种工作气体在等离子弧切割中的适用性
气体 Ar、Ar+H2 Ar+N2、Ar+H2+N2
主要用途 切割不锈钢、有色 金属及其合金。
备注 Ar仅用于切割薄金 属。
N2、N2+H2
1 6 2 3
4
5
用于非金属材料切割，也 可用于金属材料切割，但 由于工件不接电源，弧度 挺度差，故能切割金属材 料较薄。
1—钨极，2—喷嘴，3—非转移弧，4—冷却水， 5—弧焰，6—离子气。
2
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。
55 5 1
2
用于金属焊接、 切割
一 等离子切割时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、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。
单—空气式
复合式
二 切割设备组成 1 切割电源：一般采用陡降外特性电源，但空 载电压一般大于150V，水再压缩空气等离子切割 电源空载电压可高达600V。根据采用不同电流等 级和工件气体而选定空载电压。电流等级越大， 选用空载电压越高。
等离子弧焊接及切割的安全操作技术（二篇）
等离子弧焊接及切割的安全操作技术1．等离子弧焊接和切割用电源的空载电压较高，尤其在乎操作时，有电击妁危险。
因此：(1)电源在使用时必须可靠接地。
(2)焊枪枪体或割枪枪体与手触摸部分必须可靠绝缘。
(3)可以采用较低电压引燃非转移弧后再接通较高电压的转移弧回路。
(4)如果起动开关装在手把上，必须对外露开关套上绝缘橡胶管，避免手直接接触开关。
(5)等离子弧焊接和切割用喷嘴及电极的寿命相对较短，要经常更换，更换时要保证电源处于断开状态。
2．防电弧光辐射等离子弧较其他电弧的光辐射强度更大，尤其是紫外线强度，故对皮肤损伤严重，操作者在焊接和切割时必须戴上良好的面罩、手套，颈部也要保护。
面罩上除具有黑色目镜外，最好加上吸收紫外线的镜片。
自动操作时，可在操作者与操作区之间设置防护屏。
等离子弧切割时，可采用水下切割方法，利用水来吸收光辐射。
3．防高频和射线等离子弧焊接和切割都采用高频振荡器引弧，但高频对人体有一定的危害。
引弧频率选择在20～60kHz较为合适，还要求工件接地可靠，转移弧引弧后，立即可靠地切断高频振荡器电源。
等离子弧焊接和切割采用钍钨极时，同钨极氩弧焊一样，要注意射线的危害。
4．防灰尘和烟气等离子弧焊接和切割过程中伴随有大量气化的金属蒸气、臭氧、氮氧化物等。
尤其切割时，由于气体流量大，致使工作场地上的灰尘大量扬起，这些烟气和灰尘对操作工人的呼吸道、肺等产生严重影响。
因此要求工作场地必须配罩良好的通风设备措施。
切割时，在栅格工作台下方还可安置排风装置，也可以采取水中切割方法。
5．防噪声等离子弧会产生高强度、高频率的噪声，尤其采用大功率等离子弧切割时，其噪声更大，这对操作者的听觉系统和神经系统非常有害。
要求操作者必须戴耳塞，或可能的话，尽量采用自动化切割，使操作者在隔音良好的操作室内工作，也可以采取水中切割方法，利用水来吸收噪声。
等离子弧焊接及切割的安全操作技术（二）等离子弧焊接及切割是一种常见的金属加工技术，可以用于焊接和切割不同种类的金属材料。
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。
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。
焊接练习题答案项目四
项目四等离子弧焊与切割1．等离子弧是如何形成的？从本质上讲形成等离子弧的主要原因是什么？利用等离子枪将自由电弧进一步压缩便形成了等离子弧。
从本质上，等离子弧仍然属于一种气体放电的导电现象。
2．与自由电弧相比等离子弧有哪些特点？（1）由于弧柱的横截面受到限制，其电场强度增大，电弧电压明显提高，u形曲线的平直区域明显减小（2）离子种类和流量不同时，弧柱的电场也不同（3）使用小电流时，等离子弧具有缓降或平的静特性，所以在校电流时等离子弧静特性与电源外特性仍具有稳定工作点，可使电弧稳定燃烧（4）温度高、能量密度大（5）能量分布均衡（6）挺度好，电弧的发散角很小3．等离子弧分几种？适用什么场合？按电源的方法不同分：（1）非转移型弧；应用于等离子喷涂、焊接和切割较薄的非金属材料（2）转移型弧；常用于各种金属材料的焊接和切割（3）混合型弧；主要用于微束等离子弧焊和粉末冶金堆焊4．简述双弧现象的产生及影响因素。
在等离子弧焊接活切割时，由于喷嘴的冷却作用，是等离子弧的弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气形成的冷气膜，其温度和电离度都较低，对弧柱向喷嘴的传热和导电都起较强的阻滞作用，当冷气膜的阻滞作用被击穿时，绝热和绝缘作用消失，就会产生双弧现象。
影响因素：（1）喷嘴结构参数（2）喷嘴的冷却效果（3）电弧电流（4）离子气成分和流量（5）喷嘴端面至焊件表面距离（6）钨极与喷嘴的同心度5．与钨极氩弧相比，等离子弧焊接具有哪些工艺特点？其基本方法有哪几种？各使用于哪些范围？（1）①由于等离子弧的温度高、能量密度大、穿透能力强，因此可用比钨极氩弧焊高很多的焊接速度施焊，这不仅提高了焊接生产率，而且可减小熔宽、增大熔深，减小热影响宽度和减小焊接变形。
②由于等离子弧的形态近似圆柱形，挺度好，因此当弧长发生波动时熔池表面的加热面的变化不大，对焊缝成形的影响小，容易得到均匀的焊缝成形。
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.。
焊接安全操作——焊接与切割作业危险及有害因素分析
焊接与切割作业危险及有害因素分析学习目标在完成本单元学习后，能够知道焊接与切割作业危险及有害因素的来源及危害，焊接与切割作业易发事故有哪些及职业危害的基本情况，并能分析对易发事故及职业危害的原因进行分析。
本学习单元内容一、焊接与切割有害因素的来源及危害焊接过程中，由于采用的焊接工艺方法的不同，被焊工件的材质的不同，焊条和熔剂的种类不同，以及工件表面的涂料等原因决定了所产生的有毒有害物质的不同。
主要有以下几类。
1．金属烟尘（1）金属烟尘的产生电焊烟尘以气溶胶的形态漂浮于作业环境的空气中。
它首先来源于焊接过程中金属的蒸发，其次是在电弧高温作用下分解的氧与弧区内的液态金属发生的氧化反应而形成的金属氧化物。
其主要成分为氧化铁、氧化锰、氟化物、二氧化硅等组成的混合性粉尘。
其中毒性最大的是锰。
（2）金属烟尘的危害①电焊工尘肺电焊工尘肺就是由于金属烟尘和有毒有害气体等有害物质吸入量超过一定浓度，引起肺组织弥漫性、纤维性病变所导致的疾病。
其发病期较长，可长达10～20年，主要发生在呼吸系统。
②锰中毒焊工锰中毒多发生在高锰焊条及高锰钢的焊接中。
锰中毒主要由锰的化合物引起的。
发病一般为2年，慢性中毒是焊接作业职业性锰中毒的主要类型。
③．金属烟热焊接金属烟尘中的氧化铁、氧化锰微粒和氟化物等物质容易通过呼吸道进入末梢细支气管和肺泡后，再进入体内，引起焊工金属烟热。
2．有毒有害气体（1）有毒有害气体的产生各种熔焊过程中，在焊接电弧紫外线和高温的作用下，焊接区周围或多或少都会如臭氧、氧氮化合物、一氧化碳、氟化物等有毒有害气体。
（2）有毒有害气体的危害①臭氧的危害主要是对人体的呼吸道及肺有强烈的刺激作用。
它对人体的作用是可逆的。
②氧氮化合物的危害主要是对人体的肺有刺激作用。
急性氧氮化合物中毒是以呼吸系统急性损害为主的全身性疾病；慢性氧氮化合物中毒的主要症状是神经衰弱。
③一氧化碳中毒一氧化碳是一种窒息性气体，会造成组织缺氧，电焊时一般不会发生。
焊接方法与设备使用 教学课件 ppt 作者 邱葭菲 主编 第6单元 等离子弧焊及切割
小提示
在等离子弧的三种压缩作用中，喷嘴孔 径的机械压缩作用是前提；热收缩作用则 是电弧被压缩的主要原因；磁收缩作用是 必然存在的，它对电弧的压缩也起到一定 的作用。
• 2．等离子弧的特点 • （1）温度高、能量高度集中 • 温度极高达16000℃～33000℃，并且截面 很小，能量密度高度集中。 • （2）电弧挺度好、燃烧稳定 • 自由电弧的扩散角度约为45°，等离子弧 扩散角仅为5°，电弧挺度好，燃烧稳定。 • （3）具有很强的机械冲刷力 • 高压气流通过喷嘴细通道喷出时，可达到 很高的速度甚至可超过声速，等离子弧有 很强的机械冲刷力。
• 二、等离子弧的分类及应用 • 根据电极的不同接法，等离子弧可以分为转移弧、非转移 弧、联合型弧三种。 • （1）非转移弧 • 电极接负极，喷嘴接正极，焊件不接电源，等离子弧在电 极和喷嘴内表面之间燃烧并从喷嘴喷出。加热能量和温度 较转移弧低，主要用于喷涂、焊接、切割较薄的金属和非 金属材料。 • （2）转移弧 • 电极接负极，焊件接正极，电弧首先在电极与喷嘴之间引 燃，当电极与焊件间加上一个较高的电压后，再转移到电 极与焊件间，使电极与焊件间产生等离子弧，这个电弧就 称为转移弧。电弧热有效利用率大为提高，可用作中、厚 板的切割、焊接和堆焊的热源。 • （3）联合型弧 • 转移弧和非转移弧同时存在的电弧称为联合型弧。主要用 于微束等离子弧焊接和粉末等离子弧堆焊。
图6-2 等离子弧的类型 a)非转移弧 b)转移弧 c)联合型弧
• 三、等离子弧的双弧 • 正常的等离子弧应稳定 地在钨极和工件之间燃 烧，如图6-3中弧1。但 由于某些原因往往还会 在钨极和喷嘴及喷嘴和 工件之间产生与主弧并 列的电弧（弧2和弧 3），这种现象就称为 双弧现象。
图6-3 双弧现象 1—主弧 2、3-并列弧
六 等离子焊接与切割
等离子弧焊与切割(一)判断题(对画√，错画×)1、等离子弧焊时，焊机的空载电压必须高于120V。
( )2.等离子弧焊过程中，弧光的紫外线比一般的焊接电弧强。
( )3.等离子弧在小电流范围内焊接，焊接电弧不太稳定。
( )4.等离子弧焊焊枪喷嘴端面有氧化膜存在时，将促使等离子弧形成双弧。
( )5.等离子弧的切割过程，实质上是热切割过程。
( )6.等离子弧切割需要陡降外特性的直流电源。
( )7.等离子弧切割电源的空载电压一般在150～400V之间。
( )8.等离子弧切割时，用增加等离子弧工作电压来增加功率，往往比增加电流有更好的效果。
( )9.等离子弧切割时，毛刺的形式主要与气体流量和切割速度有关。
( )10.等离子弧切割时，气体流量过大反而会使切割能力减弱。
( )11.等离子弧切割时，钨极内缩量极大地影响电弧压缩效果及电极的烧损。
( )12.等离子弧切割时，等离子的紫外线辐射强度比一般电弧强烈得多。
( )13.等离子弧切割时，会产生大量的金属蒸汽及有害气体。
( )14.等离子弧切割时电源一定要接地，割炬的手把绝缘要可靠，最好将工作台与地面绝缘。
( )15.等离子弧切割的离子气一般是纯氩气或加入少量的氢气。
( )16.等离子弧焊喷嘴孔径和孔道长度的选定，应根据焊件金属材料的种类厚度以及需要的焊接电流值来决定。
( )17.等离子弧焊时，等离子气流量主要影响电弧的穿透能力，焊接电流和焊接速度主要影响焊缝的成形。
( )18.等离子弧焊在焊接电流一定时，要增加等离子气流量就要相应地减小焊接速度。
( )19.等离子弧受到的机械压缩作用是：利用水冷喷嘴的孔道限制弧柱的直径，以缩小弧柱的能量密度和提高弧柱温度。
( )20.等离子弧的磁收缩效应是：电流密度越大，磁收缩作用越小。
( )21.等离子弧焊的喷嘴孔径将决定等离子弧的直径和能量密度，与电流及等离子气流量无关。
( )22.等离子双弧的产生与等离子弧工艺参数有关，与喷嘴的结构尺寸以及传热条件等因素无关。
等离子焊接与切割
等离子弧焊接与切割
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等离子弧切割的材料和工艺
4、等离子弧切割设备
电源：陡降外特性ZXG2---400
控制箱、水路、气路系统 割具：LG-----400---1型，LG----400----2型等。
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等离子弧切割的安全技术和劳动防护
等离子弧切割时比较突出的是烟尘和噪音。 一、烟尘： 在切割时，空气中的O和N发生氧化，生成NO，N2O3，NO2等 物质，对人体刺激作用。金属氧化物为氧化铁和氮化铁等。焊工操作 时应该加强通风，戴口罩，车间应有吸尘器，实行自动化操作。 二、噪音 小型等离子弧切割的噪音为85-90分贝，超过了人体的承受能力 （小于80分贝） 三、防止触电 因为等离子弧切割的设备空载电压高（>200V）,焊工操作时应该 防止触电事故的发生。
等离子弧焊接与切割
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影响双弧现象的因素和防止措施
喷嘴结构和尺寸。孔径小或孔道长度长容易产生。
电流过大。应该低于临界电流。
离子气的成分和流量 喷嘴冷却效果和表面粘染物。 同心度的影响。
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等离子弧焊接工艺参数
主要有： 离子气流量和种类、
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等离子弧的类型
等离子弧焊接与切割
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二、等离子弧焊接
等离子弧焊接是借助水冷系统对电弧的压缩，获得高能量电 弧以来熔化金属实现焊接的方法。
工艺特点
1、可以利用小孔效应，生产效率高； 2、焊缝深宽比大，热影响区小，变形小，质量好； 3、可实现厚、薄、超薄件焊接。
等离子切割
五、等离子弧切割
(一)工作原理
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。
等离子弧坑的温度高，远远超过所有金属以及非金属的熔点。因此，等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，因而比氧化切割方法的适用范围大得多，能够切割绝大部分金属和非金属材料。
下降或垂直下降特性的整流电源或弧焊发电机均可作为等离子弧焊接电源。用纯氩作为离子气时，电源空载电压只需65～80V；用氢、氩混合气时，空载电压需110～120V。
大电流等离子弧都采用等离子弧，用高频引燃非转移弧，然后转移成转移弧。
30A以下的小电流微束等离子弧焊接采用混合型弧，用高频或接触短路回抽引弧。由于非转移弧在非常焊接过程中不能切除因此一般要用两个独立的电源。
经过三种压缩效应压缩的等离子弧的能量、能量密度以及等离子气流的速度取决于等离子气体的种类及流量，喷嘴形状参数和所施加给等离子弧的电能。
等离子弧切割方法除一般型外，派生的型式有水再压缩等离子弧切割、空气等离子弧切割或水再压缩空气等离子弧切割方法。
图5—5 等离子弧焊机供气系统实例
六、等离子弧焊接工艺参数
小孔型等离子弧焊接时，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工艺参数有：离子气流量、焊接电流及焊接速度，其次为喷嘴距离和保护气体流量。
(一)离子气流量
离子气流量增加，可使等离子流力和熔透能力增大。在其它条件不变时，为了形成小孔，必须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。喷嘴孔径确定后，离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，即离子气流量、焊接电流和焊接速度三者之间要有适当匹配。
第七章 等离子焊接与切割(结题版)
10~20
30~60
0.5~5.4
4.5~11.3
3.2
3.2
65
95
单带极
自动送粉
10~20
5~15
12~36
0.5~6.8
3.0
0.8
95
85~95
手工送丝
自动送丝
5~15
5~15
0.5~3.6
0.5~3.6
2.4
2.4
98~100
98~100
双热丝
5~15
13~27
2.4
98~100
等离子弧堆焊的特点及应用范围： 能迅速顺利地堆焊难熔材料，稀释率和表面形状易 于控制（稀释率最低可到约5%、堆层厚0.5~8mm、焊道 宽3~40mm）； 设备复杂、堆焊成本高，噪音、紫外线、臭氧较强。
类 型 特 电弧温度较高 点 应 用
转移型
常用于金属的焊接、堆焊与切割 喷涂、非金属的焊接与切割
非转移型 电弧温度较低
混合型
小电流下的电弧稳 定性好
多用于微束等离子弧（<30A） 焊接
四、等离子弧的双弧现象及防止
1. 双弧现象是一种危害 2. 形成双弧的原因：过度压缩，冷却不够 3. 防止双弧的措施：
1. 温 度 高 、 能 量 密 度 大 ： 24000~50000K 、 105~108W/cm2（TIG电弧相应为10000~24000K、<104w）
2. 能量分布均衡：在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热 3. 挺度好、冲力大：扩散角小，对弧长波动不敏感 4. 稳定性好：电流小至0.1A电弧仍稳定燃烧
等离子弧堆焊与其它堆焊方法的比较见下表。
堆焊方法 稀释率 （%） 熔敷速度 Kg/h 最小堆焊层 厚度mm 熔敷效率 （%）
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等离子弧发生器是用来产生等离子弧的装置，根据用途不同可分为焊枪、喷枪和割炬。
1.基本要求与典型结构 能有效的固定钨极和喷嘴的位置， 钨极与喷嘴的对中性要好。 钨极与喷嘴之间要可靠绝缘。 能对钨极和喷嘴进行有效水冷。 能有效导入离子气流和保护气流。 便于加工和装配，特别是喷嘴的更换。 体积小、重量轻，便于操作和观察。
缺点：焊接可变参数多，规范区间窄；厚板焊接时，对操作者的技术 水平要求较高，并且小孔法仅限于自动焊接；焊枪对焊接质量影响大，喷 嘴寿命短；除铝合金外，大多数小孔焊仍限于平焊位置。
小孔焊接示意图
不锈钢PAW的小孔 （上：正面、左：背面）
焊接时小孔的照片
不锈钢焊缝 单面焊双面成形
2. 熔透型（熔入型） 30~100A混合弧。材料、板厚、接头形式不限，可单面
等离子弧焊接与切割
任务一 气焊
【学习目标】
1．能够正确描述气焊的原理、特点及应用 2．能够正确描述气焊设备的构成与连接原理 3．能够正确描述各种气焊设备和工具的作用 4．能够正确描述气焊火焰的种类，各类型火焰的
特点与用途 5．能够准备气焊操作的各种劳动保护 6．能够使用气焊设备规范地进行焊接操作
一、任务分析
（六）等离子弧焊设备
•组成：电源 、控制系统 、焊枪、供气系统、 供水系统 （送 丝机构 焊接小车） •大电流等离子弧焊设备 微束等离子弧焊设备
1. 焊接电源：应具有陡降或垂降特性，空载电压较高 通常带有高频引弧和电流衰减装置。
2. 焊枪： 压缩喷嘴：最通用的材料是纯铜 电极：等离子弧焊枪所采用的电极材料与钨极氩弧焊
等离子弧是电弧的一种特殊形式。当自由电弧被 压缩后，即可形成等离子电弧。利用等离子电弧可以 进行焊接和切割。从本质上讲，等离子电弧仍然属于 一种气体放电的导电现象。本项目介绍等离子弧的形 成及其特性，等离子弧焊接与切割设备的结构与工作 原理，重点讲述等离子弧焊接和切割的工艺。
按焊缝的成形原理，等离子弧焊有3种基本方法， 即穿透型等离子弧焊，熔化透型等离子弧焊和微束等 离子弧焊。
焊双面成形、多层多道焊，对参数的要求不严格，易于实现 ，与TIG焊类似。
3. 微束等离子弧焊 30A以下混合弧，主要用于细小超薄件的熔透型焊接。
常用两个独立电源对主弧和维弧分别供电。
★ 以上三种形式都可以采用脉冲电流，焊接效果更好，但参数进 一步复杂化。
另外，还有交流等离子弧焊和等离子弧MIG焊等。主要使用方波 交流。变极性方波交流可获得较大的焊缝深宽比及较少的钨极烧损， 主要用于小孔法焊接铝合金。
等离子弧的类型
按电源供电方式不同
非转移型(如图右)：电弧在钨极和喷嘴之间形成后，在高速 气流作用下冲出喷嘴（也叫等离子焰），主要用于喷涂、焊接和 切割较薄的金属及非金属。
转移型 （如图左） ：电弧先在钨极和导电喷嘴间引燃，转 移到工件上形成新的导电回路后，切断钨极与导电嘴之间的电弧。 常用于各种金属材料的焊接和切割。
结果：电弧直径变小、温度升高、 能量密度增大
（二）等离子弧的特性及应用
1. 温 度 高 、 能 量 密 度 大 ： 24000~50000K 、 105~108W/cm2 （TIG电弧相应为10000~24000K、<104w）
2. 能量分布均衡：在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热 3. 挺度好、冲力大：扩散角小，对弧长波动不敏感 4. 稳定性好：电流小至0.1A电弧仍稳定燃烧
混合型：同时保持转移弧与非转移弧（电弧转移到工件后 <主弧>不切断钨极与导电嘴之间的电弧<维弧>）
等离子弧的应用
类型 转移型
非转移 型
混合型
特
点
电弧温度较高
电弧温度较低
小电流下的电弧 稳定性好
应
用
常用于金属的焊接、堆焊与 切割
喷涂、非金属的焊接与切割
多用于微束等离子弧（<30A） 焊接
（三）等离子弧发生器
二、相关知识
（一）等离子弧
等离子体：物质存在的一种状态
等离子态及其形成过程
等离子弧（Plasma arc）
等离子弧是电弧的一种特殊形式，是一种压缩电弧 （相对于自由电弧如TIG电弧而言）
自由电弧——其周围没有约束，当电流增大，弧柱直 径增大，二者不能独立调节，所以电流密度、能量密度和 温度的增加受限。
1—喷嘴 2—保护套外环 3、4、6—密封 圈
5—下枪体水套 7—绝缘柱 8、 13—绝缘套 9—上枪体水套 10—电极夹头 11—套管 12— 螺母 14—钨极
2.喷嘴
喷嘴的直径d 喷嘴的孔道长度l 锥角α 压缩孔道形状 喷嘴材料和冷却
喷嘴孔径 0.6~1.2 1.6~3.5
孔道比 2.0~6.0 1.0~1.2
压缩电弧——电流增大，但弧柱直径可以不相应增大， 则能量密度、温度、等离子体流速显著增大。
这种用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧就是通常 所说的等离子弧，又称为压缩电弧。
等离子弧的形成原理（如何压缩？） 途径：将钨极内缩于导电喷嘴内部，
并通气，产生三种压缩作用
• 电弧通过小孔——机械压缩（前 提） • 离子气冷却——热收缩（主因） • 电磁收缩——使弧柱变得更细 （必然存在）
避免过渡压缩——正确选择电流，喷嘴结构尺寸合理 加强冷却效果——合适的气体及流量，加强喷嘴冷却，
保持喷嘴与工件距离
（五）等离子弧焊的基本方法及应用
1. 穿透型（穿孔型、小孔型）
100～500A转移弧，材料/板厚合适时，无须衬垫，即可单面焊双面 成形。
优点：厚板可实现单道焊接；对接焊不开坡口，焊前对工件坡口加工 量减少 ；焊缝对称，焊接横向变形小；孔隙率低。
压缩角 25~45 60~90
电弧类型 联合型 转移型
3.电极
电极材料与形状 内缩和同心度
内缩度（影响压缩程度）和同心度（影响电弧稳定性） 内缩长度Lr一般取Lr=Lo+ 0.2mm（焊枪）。
L0+2~3mm(割枪）
4.进气方式
常用的进气方式：切向进气和径向进气
（四）双弧现象及影响因素
1. 双弧现象是一种危害 2. 形成双弧的原因：过度压缩，冷却不够 3.影响因素：喷嘴结构参数、喷嘴冷却效果 、电弧电流、离子气成分和流量、喷嘴端面到 焊件表面距离、钨极与喷嘴同心度。 4. 防止双弧的措施：