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。

试述常用等离子弧焊的基本方法。

常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。

⑴小孔型等离子弧焊使用较大的焊接电流，通常为50～500A，转移型弧。施焊时，压缩的等离子焰流速度较快，电弧细长而有力，为熔池前端穿透焊件而形成一个小孔，焰流穿过母材而喷出，称为“小孔效应”，其示意图见图25。随着焊枪的前移，小孔也随着向前移动，后面的熔化金属凝固成焊缝。由于等离子弧能量密度的提高有一定限制，因此小孔型等离子弧焊只能在有限厚板内进行焊接，见表2。

表2 小孔型等离子弧焊一次焊透厚度（mm）

不锈钢钛及钛合金镍及镍合金低合金钢低碳钢

≤8≤12≤6≤7≤8

⑵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，此种等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应，焊缝成形原理与钨极氩弧焊相似，称为熔透型等离子弧焊，主要用于厚度小于2～3mm的薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。

⑶微束等离子弧焊焊接电流30A以下熔透型焊接称为微束等离子弧焊。采用小孔径压缩喷嘴（ф0.6mm～ф1.2mm）及联合型弧，当焊接电流小至1A以下，电弧仍能稳定地燃烧，能够焊接细丝和箔材。

试述等离子弧焊设备的组成。

等离子弧焊设备分为手工焊和自动焊两大类。手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。自动焊设备则由焊接电源、焊枪、焊接小车（或转动胎具）、控制电路、气路及小路等部分组成。

按照焊接电流的大小，等离子弧焊接设备又可分为大电流等离子弧焊设备和微束等离子弧焊设备两大类。

大电流等离子弧和微束等离子弧的焊接系统，见图26。

大电流等离子弧的引燃方法是在焊接回路中叠加一个高频振荡器，依靠高频火花

在钨极与喷嘴之间引燃非转移弧（引弧时KM

1闭合，KM

2

断开）。

微束等离子弧的引燃方法两种：一种是借助焊枪上的钨极移动机构向前推进钨极，直到钨极端部与压缩喷嘴相接触，然后回抽钨极引燃非转移弧；另一种引弧方法是采用高频振荡器。

等离子弧焊的电源采用具有陡降外特性的直流电源。

等离子弧焊有哪些特点？

等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种新型焊接方法，它在很大程度上填补了钨极氩弧焊的不足，与钨极氩弧焊相比，它具有如下一些特点：

1）弧柱温度高，能量密度大，加热集中，熔透能力强，可以高速施焊，生产率高。

2）等离子弧工作稳定，工艺参数调节范围宽，可焊接极薄的金属，但当金属厚度超过8～9mm时，从费用上考虑采用等离子弧焊不合算。

3）热影响区窄，焊接变形小。

4）由于钨极内缩至喷嘴内，不与焊件接触，所以不会在焊缝内产生夹钨。

缺点是电源及电气控制线路较复杂，设备费用约为钨极氩弧焊的2～5倍，工艺参数的调节匹配较复杂，喷嘴的使用寿命短。

等离子弧焊接与切割及安全操作

一、等离子弧的形成

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，见图5—4。