6章 等离子弧焊解析
浅谈等离子弧焊接技术
浅谈等离子弧焊接技术等离子弧焊接技术是一种高效、高质量的金属焊接技术，它利用高温等离子弧将两个金属材料焊接在一起。
随着工业智能化发展，等离子弧焊接技术在各类制造业领域中逐渐应用，同时也受到越来越多的关注。
本文将浅谈等离子弧焊接技术的应用、特点、原理及注意事项。
一、等离子弧焊接技术的应用等离子弧焊入主要应用于高温环境下的金属材料，包括不锈钢、钼合金、铜合金、镍铬合金等。
等离子弧焊接技术的应用领域非常广泛，如汽车制造、航空航天、电子、石化等领域。
以汽车制造为例，车身焊接工艺的效率、质量和安全性都影响着整个车辆制造过程，而等离子弧焊接技术可以提供高效、稳定和精细的焊接工艺，因此被广泛应用于汽车生产车身焊接领域，提高了生产效率和质量。
二、等离子弧焊接技术的特点等离子弧焊接技术是一种非常特殊的焊接技术，它具有以下几个特点。
1. 清洁度高。
等离子弧焊接技术不需要使用膨胀剂和保护剂，焊接后的物件表面干净无污染。
2. 精度高。
等离子弧焊接技术具有非常高的精度，可以精确地控制等离子弧的大小及位置，从而实现焊接过程中的准确度要求。
3. 焊接效率高。
等离子弧焊接技术可以快速、高效的完成各种金属材料的焊接工作，因此适用于大规模的生产制造中。
4. 熔深大。
等离子弧焊接技术直接将电弧引入焊接部位，可以实现更深的熔深，从而可以焊接更厚的金属材料。
三、等离子弧焊接技术的原理等离子弧焊接技术是将金属加热至高温，从而溶解焊件并使其联结在一起的金属焊接技术。
等离子弧按其形成过程分为不稳定等离子弧和稳定等离子弧。
电弧通过高电压放电将焊接部位加热至高温度。
相应的金属材料会被气化并在形成等离子体的过程中，和大气中的气体相互反应，发生离子交换。
随着等离子体随电流运动，电弧持续存在，热能顺传至焊接部位，最终达到熔化和焊接的效果。
四、等离子弧焊接技术的注意事项在实际应用中，等离子弧焊接技术的操作也需要注意以下几个方面。
1.焊接材料的选取。
应该选择适合等离子弧焊接的材料，如不锈钢、铜合金、铝合金等。
等离子弧焊
等离子弧焊一、等离子弧及其形成等离子弧是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种焊接方法。
钨极氩弧焊使用的热源是常压状态下的自由电弧，简称自由钨弧。
等离子弧焊用的热源则是将自由钨弧压缩强化之后而获得电离度更高的电弧等离子体——等离子弧。
两者在物理本质上没有区别，仅是弧柱中电离程度上的不同。
经压缩的电弧其能量密度更为集中，温度更高。
目前广泛应用压缩电弧的方法将产生钨极氩弧的钨极缩入到焊枪的喷嘴内部，并在喷嘴中通入等离子气，强制电弧从喷嘴的孔道通过。
这样电弧就受到了三种压缩——机械压缩、冷收缩、弧柱磁收缩。
于是弧柱导电截面缩小，电流密度增大。
改变喷嘴孔径和孔道长度，可在一定范围内调节弧柱的压缩程度。
通入冷离子气的作用①作为产生等离子弧的气体介质②冷却电弧③使弧柱周围形成一层良好的电阻和热阻的“冷气壁”，使电弧稳定。
二、等离子弧特性与自由钨弧相比，有如下特点1、能量特性等离子弧的最大压降是在弧柱区，因为弧柱被强烈压缩，使电场强度明显增大。
因此等离子弧焊主要是利用弧柱等离子体热来加热金属。
另外，等离子弧能量密度可达100000~1000000W/cm2，比自由钨弧高，其温度可达18000~24000K，比自由钨弧高很多。
2、静特性其静特性曲线接近U形。
在小电流时，等离子弧为缓降或平的，易与电源外特性相交建立稳定工作点。
3、等离子弧形态等离子弧成圆柱形，扩散角约5度，焊接时，当弧长发生波动时，母材的加热面积不会发生明显变化。
4、等离子弧的挺直度由于等离子弧是自由钨弧经压缩而成，故挺度比自由钨弧好，焰流速度大，可达每秒300米以上，因而指向性好，喷射有力，其熔透能力强。
三、等离子弧的类型按电源联接方式和形成等离子弧的过程不同，等离子弧有转移型、非转移型和联合型三种1、非转移型等离子弧电源接于钨极和喷嘴之间，在离子气流押送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰。
工件本身不导电，而是被间接加热，因此热的有效利用率不高。
主要用于焊接金属薄板、喷涂和许多非金属材料的切割与焊接。
等离子弧焊接的基本原理ppt课件
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三、等离子弧的特点 2、电弧挺度好。
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三、等离子弧的特点 3、电弧稳定，气流喷速高。
焰流速度： 300m/s
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三、等离子弧的特点
4、能够焊接更细、更薄加工件。
微束等离子弧焊 （30A以下）： 可焊接细丝和箔材
熔透型等离子弧焊： 厚度小于2～3mm的 薄板
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一、什么是等离子弧？
钨极氩弧焊
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等离子弧焊
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二、等离子弧的形成
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电弧在电极与焊件 之间产生，通过水冷 喷嘴内腔受到强烈地 压缩。
使弧柱截面缩小， 电流密度增大，能量 密度增大，电弧温度 急剧上升，电弧介质 的电离程度剧增以致 在电弧中心部分接近 完全电离，最终形成 明亮的、细柱状的等 离子弧。
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四、等离子弧的类型
非转移型
转移型
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联合型
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二、等离子弧的形成 等离子弧“压缩效应”原理
机械压缩
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二、等离子弧的形成 等离子弧“压缩效应”原理
热压缩
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二、等离子弧的形成 等离子弧“压缩效应”原理
磁压缩
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二、等离子弧的形成
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三、等离子弧的特点 1、能量密度大、温度梯度大，热影响区小。
能量高度集中： 105~106W/cm2 弧柱中心温度： 18000~24000℃
6章等离子弧焊讲述
割发明于 20 世纪 50 年代中期, 现已扩展到广泛
用于普通碳钢、低合金钢以及非金属材料的切割。 表 6-7 为 PAC 的一般适用厚度范围。PAC 的主要 工艺参数选择原则:（1-4）
（二）空气等离子弧切割 利用压缩空气作为离子气, 切割成本低, 空气
气中加入少量 H2
能力。
或 He ,
可以增强电弧的穿透
3）焊接速度应与焊接电流和等离子气流量相匹配（ 6-10）速度与焊接电流、等离子气流量呈正比关系 。焊速过高, 不仅会导致小孔消失,出现未焊透, 而且可能引起焊缝两侧咬边和出现气孔。
4）喷嘴高度：常取 3～5mm。 5）保护气体流量
（二）熔入型等离子弧焊接
焊 接
2016年10月27日
第六章 等离子弧焊 离子弧的形成条件、电弧特性、等离子弧发生
器的结构对电弧特性的影响以及等离子弧焊接与切
割的一般工艺技术, 简介等离子弧堆焊与喷涂的工
艺应用。
第一节 等离子弧特性及其发生器 一种较高能量密度的电弧热源, 显著有别于普 通电弧的电弧形态与能量特性, 在材料的焊接、切 割和表面工程等领域, 具有特殊的应用范围。
四、等离子弧发生器 等离子弧发生器用来产生等离子弧。按其用途不
同称为等离子弧焊枪、割枪和喷枪。
发生器的基本结构通常应满足以下要求:（1—7）
图 6-4 为 300A 等离子弧焊枪结构。
喷嘴、电极及其冷却结构是等离子发生器的关键 零部件, 其结构和尺寸对等离子弧的能量参数与工 作稳定性有决定性的影响。
6-1，
（2）转移型：须先引燃非转移弧, 高, 常用于切割、焊接及堆焊。 然后使电弧从喷
嘴转移到工件上。这种等离子弧温度和能量密度较
等离子弧焊
与TIG焊不同，等离子焊时，钨极一般内缩到压缩喷嘴之 内，从喷嘴外表面至钨极尖端的距离被称为内缩长度lr。 为了保证电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心 ，而且钨极的内缩长度lr要合适（lr=l00.2mm）。
双弧及其防止措施
一）双弧 正常条件下，转移型电弧在钨极与工件之间产生，在某些 异常情况下，会产生一个与正常电弧并联的燃烧在钨极 –喷 嘴以及喷嘴-工件之间的串弧，这种现象叫双弧。
在一定的压缩孔径下，l0越长，对等离子弧的压缩作用越强， 但l0太大时，等离子弧不锥角
对等离子弧的压缩角影响不大，30180范围内均可，但最 好与电极的端部形状配合，保证将阳极斑点稳定在电极的顶 端。
喷嘴类型
4 3 2 5 6
1
2、 电极 等离子弧焊接一般采用钍钨极或铈钨极，有时也采 用锆钨极或锆电极。钨极一般需要进行水冷，小电流时采 用间接水冷方式，钨极为棒状电极；大电流时，采用直接 水冷，钨极为镶嵌式结构。 棒状电极端头一般磨成尖锥形或尖锥平台形，电流较大时 还可磨成球形，以减少烧损。
等离子弧焊的缺点是： 1) 可焊厚度有限，一般在25mm以下； 2) 焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低； 3) 焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较 高。 （二）应用 可用钨极氩弧焊焊接的金属，比如不锈钢、铝及铝合 金、钛及钛合金、镍、铜、蒙耐尔合金等，均可用等 离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核 能、电子、造船及其它工业部门中。
三）、等离子弧焊的特点及应用 （一）特点 由于等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性， 因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点： 1) 熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次 焊透810mm厚的不锈钢板； 2) 焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近 圆柱形，且挺直度好，弧长变化对加热斑点面积的影响很小， 易获得均匀的焊缝形状； 3) 钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不会与工件接触，因此可避免 焊缝金属产生夹钨现象； 4) 等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接 微型精密零件； 5) 可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获 得良好的单面焊双面成形。
第六章等离子弧焊与切割
第二节 等离子弧焊接设备
3电极 a.材料 国内基本上采用铈钨作电极。可采用间接水冷，对于使 用电流较大的电极，为改善水冷效果、抑制阴极斑点漂移， 应尽量采用直接水冷的镶嵌式结构。 b.端部形状 常采用60°的尖锥角，电极电极直径较大，或焊接电流 较小时，尖角可以更小；电极直径较小，而焊接电流较大 时，可磨圆、秃形，减少烧损。 c.电极内缩lg和同心度 电极内缩增大，则压缩程度增加；电极内缩过大，则易 产生双弧。 同心度：电极与喷嘴孔，防止偏心，易导致弧偏斜、焊 缝单侧咬边、双弧。
第二节 等离子弧焊接设备
一、等离子弧焊接
（1）原理
等离子电弧
TIG电弧
第二节 等离子弧焊接设备
（2）特点 a.优点： ①电弧能量集中；②电弧挺度好；③电弧稳定性 好；④无焊缝夹钨。 b.缺点： ①焊枪结构及过程控制复杂；②焊接装配精度要 求高。
第二节 等离子弧焊接设备
（3）用等离子弧焊接方法焊接的焊缝
第三节 等离子弧焊接方法及工艺
比常规TIG焊能够更加有效的去除氧化膜，以及 表面的油污和污染，更好的防止氢溶解，消除气 孔、夹渣等焊接缺陷 正负半波幅值可独立调节 正负半波时间可独立调节 钨极烧损最小
第三节 等离子弧焊接方法及工艺
VPPA最适合于铝合金焊接，目前已经实现单道焊接铝合 金厚度达25.4mm； 实际生产中通常采用立向上焊工艺，既有利于焊缝的正面 成形，又有利于熔池中氢的逸出，减少气孔缺陷，因此被 称为“零缺陷焊接”。 有效利用等离子束流所具有的高能量密度、高射流速度、 强电弧力的特性，实现铝合金中厚板单面一次焊双面自由 成形。
第三节 等离子弧焊接方法及工艺
工件熔透，形成小孔，熔化的金属排挤在周围， 随着等离子弧在焊接方向的移动，熔池金属沿 电弧周围向后方移动，冷却后，形成焊缝。 厚度大于3mm; >100A 无需背面支撑 用在自动化焊接中 一次焊透可达10mm碳钢，通常限制在6mm 效率高，可加可不加填丝，通常填丝防止咬边 Ar保护，不用He。 焊缝断面特点：焊缝断面有明显酒杯形特征， 可不采用衬垫实现单面焊双面成形。
(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。
焊接方法与设备等离子弧焊接与切割
４） 无冷却水切割机应不能起动，若过程中断水，切割机能自动停止。
５） 在切割结束或切割过程中断弧时，控制线路应能自动断开。
二、等离子弧焊切割设备
4．气路和水路系统
等离子弧切割设备的供气系统不用保护气体和气流衰减回路，切割时必
须保证气路畅通。
为防止割炬的喷嘴被烧坏，切割时必须对割炬进行通水强制冷却，水路
混合型
非转移型等离子弧和转移型等离子弧在工作过程中同时存在。前者 在工作中起补充加热和稳定电弧作用，故又称它为维弧；后者称主 弧，用于焊接。
四、双弧问题
当采用转移型等离子弧焊接或切割时，由于某些原因在已经存在的转 移弧（主弧）以外，又在喷嘴与工件之间和电极与喷嘴之间同时形成 串列电弧，这种现象称双弧。
双弧现象
１—主弧； ２，３—串列弧
焊接方法与设备
第二节
等离子弧焊接与切割设备
一、等离子弧焊设备
按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊设备和自动焊设备两 大类 手工焊设备主要由焊接电源、焊枪、控制系统、气路系统和水路系统 等部分组成 自动焊设备除上述组成之外，还有焊接小车和送丝机构
一、等离子弧焊设备
二、等离子弧的特性
能量特性
等离子弧的最大电
这是由于弧柱被强 烈压缩，使电场强 度明显增大的缘故。
静特性
其静特性曲线接近
最大区别是电弧电 压比钨极氩弧高。
形态
扩散角５°左右，焊 接时，当弧长发生 波动时，母材的加 热面积不会发生明 显变化，而钨极氩 弧呈圆锥形，其扩
静特性
通钨极氩弧经压缩 而成，故其挺直度 比普通钨极氩弧好， 焰流速度大，可 达300m/s以上， 因而指向性好，喷
焊接方法与设备
第六章 等离子弧焊接与切割
焊接方法与设备使用 教学 作者 曹朝霞 齐勇田 主编 等离子焊
6.1 等离子弧的原理及特性
6.1.3 等离子弧的基本形式
1．等离子弧的类型及应用 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>），主要用在微束等离子弧焊接 和粉末等离子弧堆焊等工艺方法中。
焊接过程控制复杂化； （5）设备昂贵，一次性投资较大；
6.2 等离子弧的设备及工艺
6.2.1 等离子弧焊的工艺特点及应用
2．等离子弧焊的应用 目前，等离子弧焊已广泛用于工业生产，特别适用于
金属材料的焊接： 不锈钢； 钛及钛合金； 锆及锆合金； 镍及镍合金； 涉及领域主要包括不锈钢储运罐、管线预制和安装、
电弧，非转移弧一直保留，避免了频繁引弧带来的高 频干扰。
6.2 等离子弧的设备及工艺
6.2.1 等离子弧焊的工艺特点及应用
1．等离子弧焊的工艺特点 （缺点） （1）小孔等离子只能自动焊接，不适于手工焊接； （2）焊接前工件装配精度要求较高； （3）由于电弧的直径小，焊接时焊枪喷嘴轴线必须准确对
准焊缝，操作有些困难； （4）由于离子气与保护气需分别供给，因而使焊枪结构及
3.挺度好、冲力大：扩散角小，对弧长波动不敏感； 4.等离子弧的静特性曲线：接近于U形；
5.稳定性好：电流小至0.1A电弧仍稳定燃烧； 6.等离子弧机械冲刷力强：气流速度可达300m/s；
6.1 等离子弧的原理及特性
6.1.3 等离子弧的基本形式
1．等离子弧的类型及应用 等离子弧的类型主要有：非转移型等离子弧、转移型等 离子弧、混合型等离子弧三种。
等离子弧焊接的名词解释
等离子弧焊接的名词解释等离子弧焊接是一种常见的金属材料连接技术，它利用弧焊的原理和等离子体的特性来实现焊接。
1. 弧焊基本原理弧焊是一种利用焊接电弧热量将金属材料熔化并通过填充材料形成焊缝的方法。
在等离子弧焊接中，焊工通过两电极间的电弧放电，使气体或气体混合物在高温电弧热作用下形成等离子体，然后利用等离子体的高温和大能量来熔化金属材料并完成焊接过程。
2. 等离子体的特性等离子体是带电的气体，它的特点是高温、高能量、导电性强以及能在电磁场中受力等。
这些特性使得等离子体在焊接过程中发挥重要作用。
等离子弧焊接中，通过控制等离子体的形成和行为，可以实现高效率、高质量的焊接。
3. 等离子弧焊接的设备等离子弧焊接需要特殊的设备来产生和控制焊接过程中的等离子体。
主要设备包括焊接电源、焊接电极、等离子弧焊枪和保护气体供给系统等。
焊接电源负责提供适当的电流和电压来维持电弧的稳定，并为电弧供能。
焊接电极是产生电弧的工具，常见的有钨极、钼极等。
等离子弧焊枪通过控制电弧的形成和维持，将电弧聚焦在焊接区域。
保护气体供给系统则提供保护气体，从而保护电弧、熔化金属和熔化池免受空气中的氧气和其他杂质的污染。
4. 等离子弧焊接的应用等离子弧焊接广泛应用于各个领域，特别是在航空航天、汽车制造、石油化工、核工程等重要领域中，具有重要的地位。
其应用范围包括焊接厚板、薄板、管道、容器等各种结构件，能够满足不同材料（如碳钢、不锈钢、铝合金等）的焊接需求。
5. 等离子弧焊接的优点等离子弧焊接具有以下优点：（1）焊接速度快，高效率；（2）焊接质量高，焊缝质量好；（3）可焊接不同材料的金属；（4）操作简单、易学易用。
总结等离子弧焊接是一种常见的金属材料连接技术，通过利用等离子体的特性和弧焊的原理来实现焊接。
它具有广泛的应用领域和重要的地位，能够满足不同材料的焊接需求。
通过控制等离子体的形成和行为，等离子弧焊接能够实现高效率、高质量的焊接。
第六章等离子弧焊
溅聚集，双弧倾向增大。 正确选择电流和离子气流量：结构条件一定时，电流增大
和气流量减小都会导致双弧现象。 采用陡降外特性电源有利于避免产生双弧。 控制喷嘴距工件的距离 一般取5~12mm。
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第三节 等离子弧的其它应用
9/14/2019
第六章 等离子弧焊
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第三节 等离子弧的其它应用
2、热丝等离子弧堆焊 在两根填充焊丝中通交流电，利用焊丝伸出长度段的电 阻热来增加焊丝的熔化速度，以便提高熔敷速度和降低堆 焊层稀释率。此法适用于不锈钢、镍基合金、铜合金焊丝 的堆焊。
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第六章 等离子弧焊
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第一节 等离子弧特性及其发生器
四、等离子弧发生器
等离子弧发生器按其用途不同称为等 离子弧焊枪、割枪和喷(涂)枪等。 喷嘴与电极位置相对固定且可调节 对喷嘴和电极能进行有效冷却 喷嘴与电极之间要绝缘 能可靠导入离子气流和保护气流 便于加工和装配，喷嘴易于更换
焊道焊接。
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第六章 等离子弧焊
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第二节 等离子弧焊接
（三） 微束等离子弧焊接 电流<15~30A的熔入型等离子弧焊接。 由于喷嘴(孔径≤lmm)的拘束作用和采用联合型等离子弧， 使小电流的细等离子弧(弧柱直径<1mm)，燃烧十分稳定， 弧长可以达30mm以上，已成为焊接金属箔、细丝的首选 方法。 为了保证焊接质量，应采用精密的工装夹具，保证装配 质量和防止焊接变形。
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第六章 等离子弧焊
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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
等离子弧焊详细介绍
– Ar – Ar+5-15%H2：Stainless steel – Ar+50-75%He：Titanium alloy – He, N2: Copper
5. 小孔型焊接
From: SAF
5. 小孔型焊接
• for mechanized applications, the condition of the tip and the nozzle will determine the shape of the arc and penetration profile of the weld pool penetration, so particular attention must be paid to grinding the tip.
allows the welder to operate with a much longer arc length. • The arc is stable at low welding current levels producing a 'pencil-like' beam which is suitable for welding very thin section material.
三种工作形式： • 转移型等离子弧
– 喷嘴内电极与被加工工件间产生等离子弧 – 先引燃小弧、加热电极和电弧空间
• 等离子焰流(非转移性)
– 在钨电极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧
• 混合型等离子弧
– 两个电弧并存
等离子弧的产生 • 机械压缩 • 热压缩 • 电压缩
2. 特 性
• 静特性
– 形状: U形 – 弧柱区电场强度大 – 电弧电压高 – 平特性区间窄 – 喷嘴孔径越小、电场强度越大 – 上升特性区间的斜率增加
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。
(完整版)等离子焊接理论、操作与故障处理.doc
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10 5 2 5 2W/mm）、激光束（能量密度10 W/mm）焊接一同被称为高能密度焊接。
等离子焊接示意图如下图：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。
等离子弧焊接
1、等离子弧焊焊接方法的基本概念
2、基本原理和分类 3、等离子弧焊特性 4、等离子弧焊特点和应用范围 5、焊接方法设备与装置组成和性能指标
6、焊接工艺参数
7、典型零件的应用实例
一、等离子弧焊焊接方法基本概念
一、等离子弧的形成
等离子弧焊用的热源是将自由钨极氩弧压缩强化之后获得点 力度更高的等离子体，成为等离子弧，又称压缩电弧。等离子 弧与钨极氩弧焊的自由电弧在物理上没有本质的区别，仅是弧 柱中电离程度上的不同。
二）、等离子弧焊工艺 （1）接头形式 通常等离子弧焊的接头形式为I型对接接头、开单面V型和 双面V型坡口的对接接头以及开单面U型坡口的对接接头。 （2）焊接参数的选择 1）喷嘴孔径 在焊接过程中，当焊件厚度增大时，焊接电流也应增大， 但不能超过喷嘴的最大许用电流。 2）焊接电流 根据焊件的材质和厚度首先确定焊接电流，但如果电流过 小，可能会造成无法焊透焊件，焊接速度慢；如果电流过大 ，可能会造成焊穿，甚至可能会引起双弧现象。
（a）自由电弧
（b）等离子弧
图3 : 等离子弧和自由电弧的能量对比
26
VPPA焊接还常用于穿孔立焊工艺，这将更有利于消除气孔等 焊接缺陷，可以成功实现4-12mm厚度铝合金的单面焊双面成型，
并将该焊接方法用于火箭筒体、铝合金贮箱、舰艇和宇宙飞船
铝合金壳体的焊接中，均获得符合标准的无缺陷焊缝，我国自
（三）、双弧及其防止措施 一）双弧 正常条件下，转移型电弧在钨极与工件之间产生，在某 些异常情况下，会产生一个与正常电弧并联的燃烧在钨极– 喷嘴以及喷嘴-工件之间的串弧，这种现象叫双弧。 二）双弧产生机理 冷气膜击穿 三）双弧产生的原因及防止措施 1 在电流一定的条件下，喷嘴压缩孔径太小或压缩孔道的 长度过大，内缩长度过大
《焊接生产基础》教学课件6
4 电弧长度 一般控制在1- 2mm，电弧过长，稳定性 差，操作不好掌握；过短，容易造成金属“夹碳”。
5 碳棒与工件之间的倾角 一般取450为宜。
6 碳棒的伸出长度 一般取80 –l00mm
安全电 压
埋弧焊概述
埋弧焊与焊条电弧焊比较具有如下优点：
但电阻焊也有不足之处：设备一次投资较大，设备 维修较困难；焊件的尺寸、形状、厚度受到设备的限 制；不如焊条电弧焊等灵活、方便等
电阻焊
三、常用电阻焊方法的原理及应用
1、点焊
主要用于带蒙皮的骨架结构(如汽 车驾驶室,客车厢体,飞机翼尖、翼肋 等)、铁丝网布和钢筋交叉点等的焊接。
图 点焊示意图
电阻焊
2、缝焊
电
刨
电
源
枪
极
1、电源 采用直流电源 ，选用功率较大的焊机 。 2．刨枪 作用是夹持电极、传导电流和输送压缩空气。 常用的刨枪有焊钳式与圆周送风式两种 3．电极 碳棒耐高温、导电性好、不易断裂、灰分少、断面组织细致
第二节 碳弧气刨
碳弧 气刨 工艺
1 电源极性 极性由被刨材料而定
2 碳棒直径一般可根据工件的厚度来定 刨削电流一般根据要求刨削深度与碳棒直径确定，可取 碳棒直径(mm)的35-50倍。
图9-5 电阻对焊原理图 1一固定电极2—移动电极
电.然后使焊件接触建立
闪光过程进行加热。
图9-6 闪光对焊原理图 1一焊件2一夹头3一电源变压器4—火花
钎焊
一、钎焊原理
钎焊是采用比焊件熔点低 的金属材料作钎料,将焊件和 钎料加热到高于钎料熔点,低 于焊件熔点的温度,利用液态 钎料润湿母材,填充接头间隙 并与母材相互扩散,实现连接 焊件的方法
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等离子弧的热焓值高、切割速度快,
切口质量好等
特点, 成为国内外中厚板切割的广泛应用方法之一
。常用切割电流一般在 200A以下, 大厚板切割机的
输出切割电流可高达 600A。空气等离子弧割枪中的 电极不能采用钨合金类材料, 这是因为空气中的 O2
、CO2 、H2O 等气体会严重氧化烧损钨极。
第三节 等离子弧堆焊和喷涂 机械、工程结构中工作面,需要其具备耐磨、耐
之一。热喷涂是将喷涂材料加热到熔融状态, 磨等特殊性能。与火焰喷涂、电弧喷涂相比,
1.喷嘴孔径6-2 2.喷嘴孔道长度6-3
3.压缩角
4.喷嘴孔道(6-5) 5.喷嘴长度及冷却 6.钨极及其结构6-6
第二节 等离子弧焊接与切割 等离子弧的高温、高能量密度和高穿透能力等
特性, 具有某些特殊的应用优势, 如穿孔型等离子
弧焊接、微束等离子弧焊接、有色金属与不锈钢的
切割等。等离子切割应用相当普遍, 而等离子焊接,
相对其他弧焊方法而言却应用较少, 这可能与该方 法的设备和工艺较复杂有关。
一、等离子弧焊接工艺及其参数选择
（一）穿孔型等离子弧焊接6-9，表6-4
（一）穿孔型等离子弧焊接6-9，表6-4 1）由材料和板厚选择焊接电流（表6-2，6-3）
2）离子气流量对拉高电弧的刚度和穿透力：太大可
能造成切割状态, 太小则形不成小孔效应。在 Ar
三、等离子弧特性 1、等离子弧的静特性:与普通电弧近似, 仍呈“U”
形,
但显著区别有:
弧柱电场强度增大,
电弧电
压显著增高;
U 曲线的平直区段较自由电弧明显缩
小.图 6-2
2、普通钨极氩弧的最高温度为 10000 ～24000K, 能 量密度 小于 104 W/ cm2 。等离子弧的温度高达 24000～50000K, 能量密度可达 105 ～106 W/ cm2 , 其温度分布见图 6-3a。
二、等离子弧的分类 等离子弧按电源供电方式不同,分为三种形式。
6-1，
（1）非转移型：母材不参与导电。电弧是在电极和
喷嘴之间产生,
此时温度较低,
能量密度较低,
又称为等离子焰或间接电弧。主要用于喷涂以及焊 接、切割较薄的金属或对非导电材料进行加热。
二、等离子弧的分类 等离子弧按电源供电方式不同,分为三种形式。
一、等离子弧的形成 等离子弧是一种受到约束的非自由电弧, 也称
压缩电弧,
是借助于以下三大压缩效应而形成的。
（1）机械压缩效应：利用等离子弧发生器的喷嘴孔
来约束电弧，气体导电通道被限制在喷嘴孔道内。
（2）热压缩效应： 采用一定流量的冷却水冷却喷嘴
，以降低喷嘴温度，当弧柱通过喷嘴孔道时 , 较低
的喷嘴温度使喷嘴内壁形成一层冷气膜, 迫使弧柱 导电截面进一步减小, （3）磁压缩效应： 称为热压缩效应。
蚀、耐氧化等特殊性能。 在廉价的基体材料上,通
过堆焊或喷涂涂。大多数弧焊方法都可以用于堆焊 ,
火焰、电弧及爆炸等方法可用于喷涂,
离子弧的特殊物理特性, 在该技术领域具有重要的应用地位。
然而由于等
使得等离子弧堆焊和喷涂
第三节 等离子弧堆焊和喷涂 一、等离子弧堆焊
等离子弧堆焊方法具有熔敷速度高、易于自动
四、等离子弧发生器 等离子弧发生器用来产生等离子弧。按其用途不
同称为等离子弧焊枪、割枪和喷枪。
发生器的基本结构通常应满足以下要求:（1—7）
图 6-4 为 300A 等离子弧焊枪结构。
喷嘴、电极及其冷却结构是等离子发生器的关键 零部件, 其结构和尺寸对等离子弧的能量参数与工 作稳定性有决定性的影响。
焊 接
2016年10月27日
第六章 等离子弧焊 离子弧的形成条件、电弧特性、等离子弧发生
器的结构对电弧特性的影响以及等离子弧焊接与切
割的一般工艺技术, 简介等离子弧堆焊与喷涂的工
艺应用。
第一节 等离子弧特性及其发生器 一种较高能量密度的电弧热源, 显著有别于普 通电弧的电弧形态与能量特性, 在材料的焊接、切 割和表面工程等领域, 具有特殊的应用范围。
作业,稀释率低、焊层平整光滑、堆焊材料的钢种适
应性极好结合, 焊层冶金连续且致密等特点。广泛
用于轴承、轴颈、阀门、挖掘机和推土机等产业机 械零部件的制造与修复场合, 焊层材料的供货状态, 尤其适用于焊层材料 难以制成丝材但易于制成粉末的硬质耐磨合金。按 等离子弧堆焊有丝材式,
粉末等离子弧堆焊应用最为广泛。
气中加入少量 H2
能力。
或 He ,
可以增强电弧的穿透
3）焊接速度应与焊接电流和等离子气流量相匹配（ 6-10）速度与焊接电流、等离子气流量呈正比关系 。焊速过高, 不仅会导致小孔消失,出现未焊透, 而且可能引起焊缝两侧咬边和出现气孔。
4）喷嘴高度：常取 3～5mm。 5）保护气体流量
பைடு நூலகம்
（二）熔入型等离子弧焊接
与穿孔型等离子弧焊比较, 软” （三）微束等离子弧焊接：箔、细丝的首选方法， 通常把电流 15～30A 以下的熔入型等离子弧焊接 设计合理的焊接接头形式( 图 6-12 及表 6-6) 具有焊接参数较“
二、等离子弧切割( PAC) （一）切割原理与参数选择
用其高温、高速的等离子体焰流, 把金属局部
熔化和蒸发 并随即吹出而形成切口。等离子弧切
割发明于 20 世纪 50 年代中期, 现已扩展到广泛
用于普通碳钢、低合金钢以及非金属材料的切割。 表 6-7 为 PAC 的一般适用厚度范围。PAC 的主要 工艺参数选择原则:（1-4）
（二）空气等离子弧切割 利用压缩空气作为离子气, 切割成本低, 空气
6-1，
（2）转移型：须先引燃非转移弧, 高, 常用于切割、焊接及堆焊。 然后使电弧从喷
嘴转移到工件上。这种等离子弧温度和能量密度较
二、等离子弧的分类 等离子弧按电源供电方式不同,分为三种形式。
6-1，
（3）联合型：需要两个电源独立供电。电极接两个
电源的负极, 喷嘴及母材分别接各电源的正极, 主
要用于小电流、微束等离子弧焊接及粉末堆焊。
（一）粉末等离子弧堆焊 粉末等离子弧堆焊可采用转移弧或联合弧不需
大熔深, 故喷嘴孔道比一般均小于 1。为了送进粉
末, 喷嘴的送粉系统中要引入一股送粉气流, 常用
氩气。送粉口放在喷嘴孔道底部,
以上。这里需要注意: （二）热丝等离子弧堆焊
可用一个或二个
二、等离子弧喷涂 等离子弧喷涂是目前工业上常用的热喷涂方法