等离子弧焊接原理及设备
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。
等离子焊接原理
等离子焊接原理
等离子焊接是一种高能量密度熔接技术，利用等离子体弧焊、等离子体射流及其相互作用原理完成焊接过程。
焊接过程中，将工件与电极连接，加上高频电流并对电极产生高能量的电弧放电，形成等离子体。
等离子体产生后，在电弧区域温度非常高，能量密度极大。
等离子体射流将高能量传输到焊缝区域，使工件表面和焊缝加热到熔化或融合温度。
同时，在等离子体射流的作用下，焊床可能产生熔化、汽化和冷却等过程，射流和重大的元素在冷凝时与基床材料相互交互作用，可能出现晶界分离、新生相的形成和化学反应等现象。
等离子焊接的原理是利用高能量密度的等离子体射流对工件进行加热和熔化，达到焊接的目的。
这种焊接方法具有焊缝深度大、焊缝质量高、焊接速度快、热影响区小等优点。
通过优化焊接参数和材料选择，可以实现对不同金属和合金的高效焊接，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备和金属加工等领域。
(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/cm２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105W/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。
第7章 等离子弧焊接与喷涂
二、等离子弧焊的工艺特点和适用范围 （一）工艺特点
等离子弧焊目前在不锈钢、钛及其合金和 薄板焊接中代替了TIG焊。
与TIG焊相比：
1）等离子弧弧柱温度高，能量密度大，因而对焊 件加热集中，熔透能力强，一次可焊透厚度大， 在同样熔深下其焊接速度比TIG焊高，故可提高焊 接生产率。此外，等离子弧对焊件的热输入量少 ，焊缝截面形状较窄，深宽比大，热影响区窄， 其焊接变形也小。 2）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积不大，对焊 缝成形的影响较小，容易得到均匀的焊缝成形。 3）等离子弧的稳定性好，使用小的焊接电流也能 保证等离子弧的稳定，故可焊超薄件。 4）钨极内缩在喷嘴里面，焊接时钨极与工件不接 触，因此可减少钨极烧损和防止焊缝金属夹钨。
合金粉末
(1)自熔性合金粉末 自熔性合金粉末包括镍基、钴基、铁基、铜基 等。 (2)复合粉末 复合粉末是由两种或两种以上具有不同性能的固相所 组成，不同的相之间有明显的相界面，是一种新型工程材料。
粉末等离子弧堆焊设备
1. 粉末等离子弧堆焊设备一般都包括机械系统、送粉系统、水冷 系统和电路控制系统等几部分。
1、焊接电源 为保证收弧处的焊缝质量，不会留下弧坑 ，等离子弧焊接一般采用电流衰减法熄弧，应具 有电流衰减装置。
2、气路系统 等离子弧焊接设备的供气系统应能分别供 给自立气、保护气。为了保证引弧处和熄弧处 的焊缝质量，自立气应分成两路供给，其中一 路可在焊接收尾时经气阀放入大气，以实现气 流衰减控制；另一路经流量计进入焊枪。调节 阀调节离子气的衰减时间。
等离子弧—MIG焊
图7-25 熔化极等离子弧焊接的原理
a)阳极为钨棒结构 b)阴极为水冷铜嘴结构 1—焊丝 2—导电嘴 3—离子气 4—铜嘴 5—保护气体 6—保护罩 7—等离子弧 8—过渡金属 9—钨棒
等离子弧焊设备组成知识资料
等离子弧焊设备可分为：
手工焊
自动焊
等离子弧焊设备主要组成部分：
弧焊电源及引弧装置 等离子弧焊枪 控制系统 行走及送丝机构 气路与水路系统
变极性等离子弧焊电源
等离子弧焊枪
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离子气时电源空载只需65~80V;用氬与氢混合气体作离子时空载电压需要110V~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
~
等离子焊接电源
弧焊电源的电路结构
等离子弧焊枪
等离子弧是由专门设计的等离子弧枪产生的其中喷嘴是等离子弧焊发生的关键零件其结构对于等离子弧性能具有决定性影响下图所示为喷嘴的结构形式：
喷嘴的主要结构参数有：
1、喷嘴孔径d：它基本决定了等离子弧直径的大小应根据使用电流和离子流量决定d越小压缩电弧作用越大但过小则会破坏等离子的稳定性引起双弧 2、喷嘴孔道长度l0：在d给定时l增加则对电弧压缩作用增强 3、锥角压缩角：对电弧的压缩作用也有一定的影响越小越对电弧的压缩作用增强 4、压缩孔道形状：大多数喷嘴均采用圆柱形压缩孔道称为收缩型喷嘴但也可采用圆锥形、台阶形等扩散型喷嘴这种喷嘴的压缩度低有利于提高等离子弧的稳定性 5、还有多孔型的喷嘴
等离子弧焊设备组成
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
等离子电焊机工作原理
等离子电焊机工作原理
等离子电焊机是一种利用高温等离子体实现金属焊接的设备。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 电流产生：等离子电焊机通过外接电源提供直流电流或交流电流。
直流电流通常用于焊接不锈钢、铝合金等材料，而交流电流则常用于焊接碳钢等材料。
2. 弧击发：电流进入电焊机后，将通过电子元件进行整流、滤波等处理，然后被送至电焊枪头。
在电焊枪头的电极间会产生电弧，并随着接触面积增大而逐渐形成等离子弧。
3. 等离子状态：在电弧中，高温和高能量的电流将气体或蒸汽分子激发，使其电离形成等离子体。
等离子体的温度可达数千摄氏度，它同时也是焊接时所产生的主要热源。
4. 金属焊接：当等离子弧接触到金属工件时，其高温使金属迅速熔化，并形成熔池。
在电焊机中，焊丝或焊条会源源不断地被供给，并通过电弧的熔池热量将其熔化，然后与工件熔池融合，形成均匀的焊接缝。
5. 气体保护：等离子电焊机还通过在焊接过程中送入保护性气体，如氩气或二氧化碳，来防止熔池被空气中的氧气污染。
这种保护气体可以有效地防止氧化和其他杂质的形成，保证焊缝的质量。
通过上述工作原理，等离子电焊机能够高效地进行焊接工作，并广泛应用于制造业、建筑业以及汽车等领域。
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。
三、注意事项1. 安全第一：在进行等离子弧焊时，应注意个人防护，佩戴焊接手套、护目镜等防护装备，以避免受伤。
2. 保持通风：等离子弧焊过程中会产生大量的烟雾和有害气体，应保持通风良好的工作环境，以确保操作人员的健康。
3. 选择合适的材料：不同的材料适合不同的焊接方法，选择合适的材料可以提高焊接质量。
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。
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。
目录基本信息工作方式过程特点应用等离子弧焊接和切割各种焊接方法及设备等离子弧焊设备国外焊接技术最新进展等离子弧焊的工艺参数等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究等离子焊优点等离子弧的特性合金材料的等离子弧焊•超薄壁管子的微束等离子弧焊安全防护技术基本信息缩写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。
等离子焊机原理
等离子焊机原理
等离子焊机是一种利用等离子弧来进行焊接的设备，它的原理是通过高温等离
子弧将金属材料加热至熔化状态，然后利用熔化的金属材料进行焊接。
等离子焊机的工作原理主要包括等离子弧的产生、等离子弧的稳定和焊接过程中的控制。
首先，等离子焊机通过电源提供高压电流，将惰性气体（如氩气）通过电弧加
热产生等离子弧。
等离子弧是一种高温、高能量的电弧，能够将金属材料加热至数千摄氏度，使其瞬间熔化。
在等离子弧的作用下，金属材料表面形成一个等离子体，这个等离子体具有很高的能量，可以将金属材料加热至熔化状态。
其次，等离子焊机通过控制电流和气体流量来稳定等离子弧。
在焊接过程中，
通过调节电流大小和气体流量，可以控制等离子弧的稳定性，确保等离子弧能够持续地加热金属材料，从而实现焊接的稳定性和质量。
最后，在焊接过程中，等离子焊机通过控制焊接速度和焊接压力来实现焊接的
控制。
通过调节焊接速度和焊接压力，可以控制熔化的金属材料流动的速度和方向，从而实现焊接的形状和质量的控制。
总的来说，等离子焊机通过产生高温等离子弧，利用等离子弧将金属材料加热
至熔化状态，然后通过控制等离子弧的稳定和焊接过程的控制，实现对金属材料的焊接。
等离子焊机具有焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
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
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见的金属焊接方法，它利用高温等离子弧将金属材料加热并连接在一起。
本文将介绍等离子弧焊的基本方法，包括设备准备、焊接准备、焊接操作和焊后处理。
一、设备准备进行等离子弧焊之前，需要准备以下设备：1. 焊接机：等离子弧焊需要特殊的焊接机，常见的有直流等离子弧焊机和交流等离子弧焊机。
2. 电源：等离子弧焊需要稳定的电源供应，通常采用直流电源或交流电源。
3. 焊枪：焊枪是进行等离子弧焊的工具，它通过电弧产生高温等离子弧。
4. 气体供应系统：等离子弧焊需要使用惰性气体（如氩气）作为保护气体，防止焊接区域被氧化。
二、焊接准备在进行等离子弧焊之前，需要进行以下焊接准备工作：1. 清洁金属表面：将待焊金属表面清洁干净，以去除油污、氧化物等杂质，以保证焊接质量。
2. 选择合适的焊接参数：根据待焊金属的种类、厚度和焊接要求，选择合适的焊接电流、电压和气体流量等参数。
3. 调整焊枪角度和距离：根据焊接位置和焊接要求，调整焊枪的角度和距离，使焊接电弧能够充分覆盖焊接区域。
三、焊接操作进行等离子弧焊时，需要进行以下操作：1. 开启电源和气体：先开启焊接机的电源，然后开启气体供应系统，确保稳定的电源和气体供应。
2. 接触电弧：将焊枪靠近待焊金属，使电极与金属表面轻轻接触，然后迅速抬起焊枪，产生电弧。
3. 移动焊枪：在产生电弧后，持续移动焊枪，使电弧在焊接区域形成等离子弧，加热金属并使其熔化。
4. 控制焊接速度：根据金属的种类和厚度，控制焊接速度，以保证焊缝的质量和均匀性。
5. 观察焊接质量：在焊接过程中，需要不断观察焊接质量，确保焊缝的形成和焊接区域的均匀加热。
四、焊后处理焊接完成后，需要进行以下焊后处理工作：1. 清理焊缝：将焊接过程中产生的熔渣和氧化物清理干净，使焊缝表面光滑。
2. 检查焊接质量：对焊接质量进行检查，确保焊缝的质量和强度达到要求。
3. 去除保护气体：将焊接区域的保护气体排空，以免影响周围环境。
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。
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。
为建⽴转移型等离⼦弧，应将钨极接电源负极，喷嘴和焊件同时接正极，转移型弧⽰意图见图24。
⾸先接通钨极与喷嘴之间的电路，引燃钨极与喷嘴之间的电弧，接着迅速接通钨极和焊件之间的电路，使电弧转移到钨极和焊件之间直接燃烧，同时切断钨极和喷嘴之间的电路，转移型等离⼦弧就正式建⽴。
在正常⼯作状态下，喷嘴不带电，在开始引燃时产⽣的等离⼦弧，只是作为建⽴转移弧的中间媒介。
等离子焊机的原理
等离子焊机的原理
等离子焊机利用等离子弧作为热源来进行焊接，其工作原理包括以下几点：
1. 等离子弧的产生：通过一定的电流在电极和喷嘴之间产生电弧，当电弧受到压缩后，其温度和能量密度会显著提高，形成高能等离子弧。
2. 等离子喷嘴的作用：等离子喷嘴是等离子焊机的关键部件，它能够将等离子弧压缩成细长的弧柱，使得等离子弧具有更高的能量密度和温度。
3. 焊接过程：在焊接过程中，等离子焊枪通过控制电弧的位置和移动速度，将高能等离子弧对准工件需要焊接的部位，通过热熔和压缩使工件熔化并形成熔池，从而实现焊接。
4. 控制系统：等离子焊机通常配备控制系统，通过调节焊接参数（如电流、电压、焊接速度等）来控制焊接过程，确保焊接质量稳定可靠。
总之，等离子焊机利用高能等离子弧作为热源，通过控制电弧的位置和移动速度来实现焊接过程，具有高效、优质、节能、环保等特点。
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金属焊接方法，通过利用等离子弧产生高热能量，并利用该能量将金属材料熔化并连接在一起。
它在工业制造和维修领域广泛应用，具有高效率、高质量的焊接效果。
2. 等离子弧的生成等离子弧是由两个电极之间的电火花产生的。
当两个电极之间的电压增加到一定程度时，电流通过空气中的气体分子，将其中的电子激发成等离子体。
这些等离子体在极热的温度下，放出极高的能量，形成等离子弧。
3. 等离子弧焊接的过程等离子弧焊接主要包括以下几个步骤：3.1 准备工作在进行等离子弧焊接之前，需要对工作区域进行清洁和准备工作。
首先，确保焊接面的金属表面干净无污染，并使用砂纸或钢丝刷将其清除。
其次，确定焊接电极和工件的位置和角度，并调整焊接设备的电流和电压设置。
3.2 弧焊接等离子弧焊接的焊接过程类似于其他电弧焊接方法。
在焊接之前，将焊接电极放置在待焊接的工件上，并确保其与工件之间的距离合适。
接下来，通过开启电源，产生弧光和电弧。
焊接电极在高温下熔化，并从中释放出等离子弧能量。
这种高温能量熔化金属表面并形成焊接点。
同时，焊接电极材料也会融化并与工件融合在一起。
焊接完成后，关闭电源，等离子弧消失。
焊接点逐渐冷却，形成强固的焊缝。
4. 等离子弧焊接的优势等离子弧焊接具有以下几个优势：•高效率：等离子弧焊接产生的高热能量可以迅速熔化金属，从而提高焊接速度和效率。
•高质量：由于等离子弧焊接的高热能量，焊接点通常具有较高的强度和质量。
•适用范围广：等离子弧焊接适用于各种金属材料的焊接，包括钢、铝、铜等。
•灵活性：等离子弧焊接可用于焊接不同形状和尺寸的工件，具有较高的适应性。
5. 应用领域等离子弧焊接在以下领域得到广泛应用：•车辆制造：汽车、火车等车辆的焊接加工。
•石油化工：石油、化工设备的焊接和修复。
•船舶制造：船舶的焊接、补焊和维修。
•金属结构：建筑结构、桥梁等金属结构的焊接。
6. 结论等离子弧焊接是一种高效率、高质量的金属焊接方法，通过利用等离子弧产生的高热能量，将金属材料熔化并连接在一起。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第4章等离子弧焊接等离子弧焊接设备4.1 等离子弧的产生及其特性1. 等离子弧的产生1）等离子弧概念等离子电弧的形成及电弧形态比较等离子弧是通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩形成的电弧。
通常情况下的GTA和GMA电弧，为自由电弧，除受到电弧自身磁场拘束和周围环境的冷却拘束外，不受其他条件束缚，电弧相同相对比较扩展，电弧能量密度和温度较低。
若把自由电弧缩进到喷嘴里，喷嘴的孔径小，电弧通过时，弧柱截面积受到限制，不能自由扩展，产生了外部拘束作用，电弧在径向上被强烈压缩，形成等离子弧。
2）等离子弧的工作方式①转移型等离子弧。
(a)等离子弧方式在喷嘴内电极与被加工工件间产生等离子弧。
由于电极到工件的距离较长，引燃电弧时，首先在电极和喷嘴内壁间引燃一个小电弧，称作“引燃弧”，电极被加热，空间温度升高，高温气流从喷嘴孔道中流出，喷射到工件表面，在电极与工件间有了高温气层，随后在主电源较高的空载电压下，电弧能够自动的转移到电极与工件之间燃烧，称为“主弧”或“转移弧”。
②等离子焰流在钨电极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧。
由于保护气通过电弧区被加热，流出喷嘴时带出高温等离子焰流，堆被加工工件进行加热，称作“等离子焰流”。
电极与喷嘴内壁间的电弧，其电流值较小，电弧温度低，故等离子焰流的温度也明显低于电弧，指向性不如等离子弧。
等离子焰流方式③混合型等离子弧当电弧引燃并形成转移电弧后仍然能保持引燃弧的存在，即形成两个电弧同时燃烧的局面，效果是转移弧的燃烧更为稳定。
2. 等离子弧特性及用途1）电弧静特性与TIG电弧相比，等离子弧的静特性的特点：①受到水冷喷嘴孔道壁的拘束，弧柱截面积小，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，从大范围电流变化看，静特性曲线中平特性区不明显，上升特性区斜率增加。
等离子弧静特性变化特点(a)等离子弧与TIG电弧静特性(b)小弧电流对等离子弧静特性影响②混合式等离子弧中的小弧电流对转移弧特性有明显影响，小弧电流值增加，有利于降低转移弧电压。
③拘束孔道的尺寸和形状对静特性有明显影响，喷嘴孔径越小，静特性中的平特性区间越窄，上升特性区的斜率越大，即弧柱电场强度越大。
④在电极腔及喷嘴孔道中流过的气体称作“工作气”或“离子气”，离子气的种类和流量对弧柱电场强度有明显影响。
故等离子弧供电电源的空载电源应按所用等离子气种类而定。
a)等离子弧温度和能力密度提高的原因：水冷喷嘴孔道对电弧的机械压缩作用，使电弧弧柱截面积减小，能量更集中；b)喷嘴水冷作用使靠近喷嘴内壁的气体受到一定程度的冷却，其温度和电离度下降，迫使弧柱区带电粒子集中到弧柱中温度高电离区的流动，使弧柱面积紧一步减小；c) 压缩效应的存在，在弧柱电流密度增大以后，弧柱电流线之间的电磁收缩作用进一步增强，使弧柱温度和能量密度进一步提高。
2）热源特性①温度更高，能量密度更大TIG 电弧与等离子弧温度特征对比普通TIG 弧的最高温度为1.0×104～2.4×104K ，能量密度小于104W/cm 2等离子弧温度可达2.4×104～5.0×104K ，等离子弧温度和能量密度的提高使等离子弧的挺直性增强。
TIG电弧的扩散角约为45而等离子弧的近6 °。
这是由于等离子弧带电粒子的运动速度提高所致，最高达300m/s(a) 等离子弧(b) TIG电弧电弧断面形态和挺直性对比②普通TIG，加热工件的热量主要来源于阳极斑点，弧柱辐射和热传导仅起辅助作用。
在等离子弧中，主是接触热传导和辐射给焊件加热，为主要热源，阳极产热则降为次要地位。
3）等离子弧的应用高温、高能量密度，可对各种金属材料进行焊接、堆焊、喷涂、切割。
利用等离子焰流可对某些非金属材料进行加工。
等离子弧焊接的应用分类4.2 等离子弧焊接设备1. 焊接电源1）电源特性：采用陡降或垂直下降特性（横流特性）电源。
包括焊接电源、等离子弧焊枪、水路和气路系统、动作控制系统纯Ar作为等离子气，空载电压需要达65～80V；H2+Ar混合气体，110～120V 直流、交流、直流脉冲。
交流焊铝，电弧稳定性要求高，方波或变极性电源2）单电源工作单电源方式大电流一般采用转移型等离子弧，需“引燃弧”配合以高频方式在电极与喷嘴内壁间引燃小弧，然后转移到电极和工件之间燃烧通过电位器动作切断“引燃弧”30A 以下的小电流采用混合型电弧工作，因为小电流电弧稳定性差，在较长的电弧通道和离子气的强烈冷却下容易熄灭需要保持小弧(引燃弧)的继续燃烧。
需要两套独立的电源分别对转移弧和小弧供电。
小弧空载电压为100～150V ，而转移弧电压的空载电压80V 即可。
小弧电流一般都很小，喷嘴是用铜材料制成，因此小弧也可以采取弹簧压缩－回抽的办法引燃，对焊枪电极的对中性要求更高。
双电源方式3）双电源工作2. 等离子弧焊枪1）焊枪基本要求和典型结构①能固定喷嘴与钨极的相对位置，并可进行调节；②对喷嘴和钨极进行有效的冷却；③喷嘴与钨极之间要绝缘，以便在钨极和喷嘴内壁间引燃小弧；④能导入离子气流和保护气流；⑤便于加工和装配，特别是喷嘴的更换；⑥尽可能轻巧，便于使用中进行观察。
2）焊枪喷嘴喷嘴是等离子弧焊枪中的关键部件，对保证等离子弧的应用性能有决定性作用。
①喷嘴孔径d决定等离子弧直径大小即等离子弧的被压缩程度根据使用电流和等离子气流量确定。
喷嘴的基本结构喷嘴孔径与许用电流②喷嘴孔道长度ld给定后，l增加，压缩作用增强，常以孔道比（l/d）表征喷嘴孔道压缩特征。
喷嘴的主要参数③内腔锥角α又称压缩角，实际上对等离子弧的压缩状态影响不大。
等离子气流量较小、l/d较小时，30°～180 °均可用。
单应考虑与钨极端部形状相配合，以利于阴极斑点处于钨极顶端而不上爬。
④压缩孔道形状大多数喷嘴均采用圆柱形压缩孔道，但也可采用圆锥形、台阶圆柱形、这类喷嘴压缩程度降低，有利于提高等离子弧稳定性和喷嘴使用寿命。
扩散形喷嘴结构形式喷嘴采用导热性良好的紫铜制成，大功率必须水冷，为提高冷却效果，喷嘴壁厚不宜大于2～2.5mm喷嘴结构不合理或冷却水流不足是造成喷嘴损失的直接原因。
大功率喷嘴寿命最多只有几十个小时。
曾设计用钽、钨高熔点材料为喷嘴的内嵌式结构，加工困难3）电极内缩和同心度电极内缩长度lg由钨极安装位置确定，长度增加可提高对等离子弧的压缩程度，过大易引起双弧。
一般取lg ＝l±0.2mm。
lg＜l提高电弧稳定钨电极与喷嘴同心度很重要，偏心会造成等离子弧偏斜，焊缝出现单侧咬边，促进双弧。
4）送气方式切向或径向送入气体。
喷嘴送气方式4.3 等离子弧焊接1. 小孔型等离子弧焊接1）基本特点穿孔型等离子弧焊接等离子弧把工件完全熔透并在等离子流力作用下形成一个穿透工件的小孔，熔化金属被排挤在小孔的周围，随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方流动，于是小孔也就跟着等离子弧向前流动。
一般大电流（100～300A）大都采用这种方法。
2）参数选择①离子气流量离子气流量增加可使等离子流力和电弧穿透能力增大。
②焊接电流穿孔型焊接规范参数匹配条件焊接电流增加，等离子弧穿透能力提高。
根据板厚或焊透要求选定。
电流过小，小孔直径减小或者不能形成小孔；电流过大，小孔直径过大，熔池脱落，也不能形成稳定的穿孔焊过程。
右图为喷嘴结构、焊速等参数给定后，用实验方法对8mm 厚不锈钢焊测定的小孔焊接电流和离子气流量的规范匹配。
③焊接速度穿孔型焊接规范参数匹配条件其他条件一定，焊接速度增加，焊缝热输入量减少，小孔直径减小，只能在一定速度范围内获得小孔焊接过程。
焊速太慢会造成熔池脱落，正面咬边，反面突出太多。
为了给定厚度的焊件，为了获得小孔焊接过程，等离子气流量、焊接电流、焊接速度要保持适当的匹配。
随焊速增加，为维持小孔焊接过程，应提高焊接电流或等离子气流量等离子气流量在小孔法等离子弧焊接中起到能量参数的作用。
④喷嘴高度喷嘴到工件表面的距离一般取3～5mm。
过高会使电弧穿透能力降低，过低会使喷嘴更多受到金属蒸气的污染，易形成双孔，不利于焊接状态观察。
⑤保护气流量电流密度与可选择的焊接条件区域保护气流量应与离子气有一个恰当的比例，保护气流太大会造成气流的紊乱，影响等离子弧的稳定性和保护效果。
右图为6mm厚度不锈钢等离子穿孔型焊接的焊接速度、等力气流量、喷嘴孔径所代表的电流密度相互配合所确定的焊接条件区间。
3）应用最适用于焊接3～8mm不锈钢、12mm以下钛合金、2～6mm厚度的低碳钢或低合金结构钢，以及铜、黄铜、镍及镍合金的对接缝。
变极性，单面可焊透12mm厚铝及铝合金。
等离子弧焊接填丝方式(a) 6mm 不锈钢(b) 6mm 铝合金穿孔型等离子弧焊接焊缝成形断面形态焊接速度与等离子气流量配合下的焊缝断面形貌2. 其他形式等离子弧焊接1）熔入型等离子弧焊接当离子气流量减小、穿孔效应消失后，等离子弧仍可以进行对接、角接焊。
熔池形态与TIG焊相似，称作熔入型焊接，可适用于薄板、多层焊缝的上面层、角焊缝焊接等，可填加焊丝或不添加焊丝。
焊接速度比TIG电弧快。
2）微束等离子弧焊接15～30A以下的熔入型等离子弧焊接通常称作微束等离子弧焊接。
喷嘴的拘束效应和小弧的存在，小电流的等离子弧也十分稳定，能够实现1A 以下电流的等离子弧焊接。
3）脉冲等离子弧焊接小孔型、熔入型及微束等离子弧焊接均可采用脉冲焊接方法，通过对热输入量的控制，提高焊接过程稳定性，保证全位置焊的焊缝成形，减小热影响区宽度和焊接变形。
脉冲频率一般在15Hz以下。
4）变极性等离子弧焊接主要是焊接铝、特别厚铝合金，由于变极性电源输出的正负半波比例、幅值均可独立调节，在控制穿孔稳定性、保证单面焊双面成形更具优势，目前技术一次可焊透25mm的铝板。
5）熔化极等离子弧焊接把等离子弧与MIG电弧联合使用的焊接方法。
熔化极等离子弧焊接方法3. 等离子弧焊接中的其他问题1）动作时序等离子弧焊接动作时序等离子弧焊由于喷嘴尺寸较大、对喷嘴要求严格，多采用自动方法进行焊接。
自动焊系统包括高频引弧、电流变化、焊接行走、填充焊丝、气路动作等。
时序控制一般采取提前送气、高频引弧、转移弧燃烧、离子气递增、延时行走、电流和气流衰减、熄弧、延迟停气等。
2）双弧问题等离子弧双弧现象正常的转移型等离子弧应稳定在钨极和工件之间燃烧，由于某些原因，有时会形成另一个燃烧于钨极-喷嘴-工件之间的串联电弧。
形成双弧后，主弧电流降低，正常的焊接受到破坏，喷嘴过热，甚至导致漏水、烧毁、焊接过程中断。
①双弧形成机理②影响双弧形成的因素3）电极选择钨电极直径与使用电流范围钨极端部形状等离子弧焊接中使用的非熔化极一般都是钍钨极或铈钨极，国外也有锆钨极或锆电极的。