等离子弧焊与切割

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 相同，有钨棒和镶嵌式电极两种。 △压缩喷嘴属易损件，按既定规格选用
3. 气路系统 等离子弧焊接设备的供气系统应能分别供给离子气和保护气
★ 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。
（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
二、相关知识
（一）等离子弧切割原理及特点
1. 切割原理：熔化 2. 特点:(1)切割速度快； (2)切口质量好； (3)适应性好：可切割高熔 点非金属材料
等离子弧切割有氮等离子弧切割、氧等离子弧切割、 空气等离子弧切割等。 离子气有N2、Ar-H2、N2-H2、空气以及氧气等。 两种气体混合使用都比单一的气体好，其中尤以ArH2及N2-H2混合气切口质量最好；N2价格低廉，生产中用 得较多。 空气等离子弧切割：方便、成本低，在生产中已得到广 泛的应用。适用于常用结构材料（钢、铝、铜、铸铁）的切 割，切割30mm以下板材时比氧乙炔焰更具有优势，所以特别 适合于30mm以下的碳钢、低合金钢的切割（更大厚度的这两 种材料，氧－乙炔切割更有优势）。
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）
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）
材 料 不锈钢 钛及钛合金 镍及镍合金 低合金钢 ≤8 ≤12 ≤6 ≤7 低碳钢 ≤8
焊接厚度范围
厚度大于1.6mm但小于所列厚度值的工件，可不开坡口，采用 小孔法单面一次焊成。
2.气体选择 包括离子气和保护气。 离子气是惰性的，保护气允许添加活性气体。大电流焊接时， 离子气与保护气成分应相同。
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
0.8 1.6 2.1 2.5 3.2 4.8
1~25 20 ~ 70 40 ~ 100 100 ~ 200 150 ~ 300 200 ~ 500
0.24 0.47 0.94 1.89 2.36 2.83
任务二
【学习目标】
等离子弧切割
1．能够正确描述等离子切割的原理及特点 2．能够正确描述等离子切割设备的结构与工作原理 3．能够正确选择工艺参数进行切割操作 4．能够培养良好的安全与卫生习惯
Ar：用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属，如钛、钽及 锆合金。 Ar+H2：焊接奥氏体不锈钢、镍基合金及铜镍合金时，H2 在7.5%以下。小孔焊接时，H2范围为5%～15%。 工件越薄，允许H2的比例越大。如小孔法焊6.4mm 不锈钢时，加H2为5%，而进行3.8mm不锈钢管道高 速焊时，允许加H2达15%使用Ar+H2作离子气时，由 于电弧温度较高，应降低喷嘴孔径的额定电流。
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。 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。
7．喷嘴端面与焊件表面距离的选择 生产实践按证明该距离应保持在3～8mm较为合适。如果距 离过大，会增加等离子弧的热损失，使熔透能力减小，保护效 果变差。该距离过小，则不便于操作，易被飞溅物堵塞，容易 产生双弧现象。
8．保护气流量的选择 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。
9.装配 小电流等离子弧焊对接头的装配要求和钨极氩弧焊相同。间隙 不应超过金属厚度的10%，难以保持上述公差时必须添加填充金属。 对于厚度不大于0.8mm的金属，焊接接头的装配和夹紧要求。
焊接金属薄片时，要求夹具与工件紧密接触。 焊枪喷嘴至工件的距离不像氩弧焊时要求那么严格。
喷嘴孔径、电流大小、气体流量的配合可参见下表。 喷嘴孔径mm 电流A 离子气流量L/min
三、任务实施
（一）等离子弧焊工艺参数的选择
1.接头形式： （1）对接接头，若材料/厚度合适，可用穿孔焊法， 否则用熔入型焊法或穿孔焊打底+熔入型填充盖面。 （2）其它接头形式：用熔入型焊法 （3）细薄零件：用微束熔入型弧焊法，离子气对不 同材料最好用不同的混合气。
（4）如有可能，尽量脉冲电流焊接。
（三）等离子弧发生器
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。
等离子弧焊接与切割
任务一
【学习目标】
气焊
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
4．焊接电流的选择 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，应根据被焊焊件的材质 和厚度首先确定焊接电流。在采用穿透法焊接时，如果电 流太小，则形成小孔的直径也小，甚至不能形成小孔，无 法实现穿透法焊接；如果电流过大，则形成的小孔直径也 过大，熔化金属过多，易造成熔池金属坠落，也无法实现 穿透法焊接。同时，电流过大还容易引起双弧现象。因此， 当其工艺参数及喷嘴孔径一定时，焊接电流应控制在一定 范围内。
一、任务分析
等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割 的工艺方法。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。等离子弧可以切割大部分金属材 料（如不锈钢、铸铁、铝、镁、铜等）及部分非金属 材料（如石块、耐火砖等）。
Ar+He：He超过75%时，其性能基本与纯He相同。 He：纯He仅用于熔透法焊接，如焊铜。 Ar+CO2：小电流焊接低碳钢及低合金钢时，允许添加 活性气体，其流量在10~15L/min之内 。
焊材选用： 填充金属的主要成分与被焊母材相同。
3．喷嘴孔径的选择 喷嘴孔径直接决定对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，一 般应按焊件厚度和所需电流值确定喷嘴孔径。
4. 控制系统
等离子弧焊设备的控制系统一般包括高频引弧电路、拖动 控制电路、延时电路和程序控制电路等部分。程序控制电路 包括提前送保护气、高频引弧和转弧、离子气逆增、延时行 走、电流衰减和延时停气等控制环节。
（七）等离子弧焊的工艺特点
电流在 0.1-225A 的设备可用手工焊接，大电流等离子弧焊需 使用自动焊接。 1.可使用更高的焊接速度施焊。 2.由于等离子弧的形态和挺度更好，容易得到均匀的 焊缝成 形。 3.使用更小的焊接电流，可以焊接超薄件。 4.可减小钨极烧损和防止夹钨。 凡氩弧焊能够焊接的材料均可用等离子弧焊接，与钨极 氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。其它等工 艺要求与氩弧焊基本相同。
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。
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。
（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：