第一节等离子弧焊接的特点及应用
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。
(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。
等离子焊接特点
等离子焊接特点等离子焊接是一种常用的金属焊接方法，具有许多特点和优势。
在本文中，我们将详细介绍等离子焊接的特点，并从不同角度展开描述。
1. 高能量密度：等离子焊接是利用等离子弧产生的高温和高能量进行焊接的。
等离子弧的温度可达到几万摄氏度，能量密度非常高，因此可以迅速加热并熔化焊接材料，实现高效的焊接。
2. 操作灵活性：等离子焊接适用于各种金属材料的焊接，包括钢、铝、铜、镍等，具有广泛的适用性。
同时，等离子焊接可以实现手工焊接、自动化焊接以及机器人焊接等多种操作方式，灵活性高。
3. 焊接速度快：由于等离子焊接的高能量密度和高温特点，使得焊接过程快速进行。
相比传统的焊接方法，等离子焊接可以大大提高焊接速度，提高生产效率。
4. 焊接质量高：等离子焊接可以实现高质量的焊缝，焊接强度高、密封性好。
等离子焊接的高能量输入使得焊接区域的熔池深度较大，焊缝形成良好，焊接强度高，可以满足高强度焊接的要求。
5. 热影响区小：等离子焊接的热影响区相对较小，热输入较少，对焊接材料和周围热敏感区域的影响减小。
这对于一些热敏感的材料和工件来说尤为重要，可以降低变形和变质的风险。
6. 焊接变形小：等离子焊接过程中，由于焊接时间较短，热输入相对较少，因此焊接变形较小。
这对于一些对焊接变形要求较高的工件来说是非常有利的。
7. 焊接深度大：等离子焊接的能量密度高，焊接深度大。
这使得等离子焊接适用于一些对焊缝深度要求较高的应用，例如焊接厚板、厚壁管等。
8. 焊接适用性广：等离子焊接可以适用于不同形状的工件进行焊接，包括平板、管道、角钢等。
无论是平面焊接、对接焊接还是角焊接，等离子焊接都可以胜任。
9. 焊接环境要求低：等离子焊接不需要使用保护气体，焊接过程中产生的等离子弧可以自身提供保护。
这降低了焊接过程中对环境的要求，减少了焊接成本。
10. 焊接效果可控性好：等离子焊接可以通过调节焊接电流、电压、速度等参数来控制焊接效果。
这使得等离子焊接具有较好的可控性，可以满足不同焊接需求。
第一节等离子弧焊接的特点及应用
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。
三）、等离子弧的类型
（一）非转移型电弧 非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水 冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速喷 出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的 金属及非金属。 （二）转移型电弧 转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨 极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间； 在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊接较 厚的金属。 （三）联合型电弧 转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电 弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄 板的焊接。
一）、等离子弧的形成
等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密 度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：
1) 机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这 种拘束作用就是机械压缩； 2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层 冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高 了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能 量密度进一步提高的作用就是热压缩； 3) 电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密 度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受 到进一步的压缩，这就是电磁压缩。
2 -
3 -
+ 1 5 + +
+
4
非转移
转移
联合
（四）．双弧现象
在使用转移型等离子弧 进行焊接或切割过程中，当 等离子弧被过度压缩，冷却 不够时，就会在钨极和喷嘴 及喷嘴和工件之间产生与主 弧并列的电弧，这种现象称 为等离子弧的双弧现象，如 图所示 。在等离子弧焊接 或切割过程中，一旦产生双 弧，就会减小主弧电流，破 坏等离子弧的稳定性，严重 时还会烧烧毁喷嘴，使焊接 或切割工作无法进行。
等离子弧焊接原理及设备
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。
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。
等离子弧焊接的特点
等离子弧焊接的特点
等离子弧焊接是一种常用的金属焊接方法，具有许多特点。
首先，等离子弧焊接可以适用于各种金属材料的焊接，包括钢、不锈钢、铝等。
这意味着无论是焊接薄板材还是厚板材，等离子弧焊接都可以胜任，具有广泛的应用范围。
其次，等离子弧焊接具有高能量密度和热浸入深度的特点。
等离子弧发射出的高温等离子体能够迅速加热工件表面，使金属迅速熔化并形成焊缝。
由于等离子弧的高能量密度，焊接过程中的热浸入深度较大，可以获得较深且较窄的焊缝，焊接强度高。
另外，等离子弧焊接具有稳定的弧焰和良好的电弧调节性能。
等离子弧具有高频和恒流等特点，能够在较宽的电弧电流范围下工作。
这种稳定的弧焰可以保证焊接过程中的电弧稳定，消除电弧飞溅和焊接质量不稳定的问题。
此外，等离子弧焊接还具有较少的气体污染和较小的变形。
等离子弧焊接使用惰性气体作为保护气体，如氩气，不会与金属发生任何反应，因此对金属的污染较少。
同时，等离子弧焊接的焊接速度快，热输入量较少，可以减小焊接时的变形。
另外，等离子弧焊接还具有操作简便和焊接质量可靠的特点。
相对于其他金属焊接方法，等离子弧焊接不需要庞大的设备和复杂的操作过程，操作简单方便。
而且，等离子弧焊接焊接质量可靠，焊接接头强度高，焊缝质量好，能够满足各种工程项目的需求。
综上所述，等离子弧焊接具有适用广泛、高能量密度、热浸入深度大、稳定的弧焰、较少的气体污染、较小的变形、操作简便和焊接质量可靠等特点。
这些特点使得等离子弧焊接成为了许多金属焊接工程的首选方法。
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。
等离子弧
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、更薄的加工件。
5 气设备比较复杂、费用较高、工艺参数调节 匹配较复杂。
三 等离子弧的类型（按电源连接方式不同分）
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
用于金属焊接、
2
切割
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。
O2等离子弧
常用等离子弧切割的适用材料和切割厚度
不锈钢 好
好 好 一般 一般
一般
适用性 铝及铝合金
好 一般 好 差（一般不选 用） 一般
一般
碳素钢、低合 金钢 差（一般不选 用） 差（一般不选 用）
一般
好
好
好
实用切割厚度/mm
不锈钢：4~150 铝及铝合金：5~80 0.5~100
不锈钢、铝合金 1~100，低碳钢6~50 6~25.4
3 氢气是易燃气体，使用时要严格遵守安全规则。
二 切割电流
切割电流过大，易烧损电极和喷嘴、易产生双弧、 易使弧柱变粗、易形成V字形割口。
等离子弧切割电流与割口宽度的关系
切割电流/A
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。
第一节等离子弧焊接的特点及应用详解
一）、等离子弧的形成
等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密 度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：
1) 机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这 种拘束作用就是机械压缩；
2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层 冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高 了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能 量密度进一步提高的作用就是热压缩；
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。
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。
3．焊枪
• 等离子弧焊枪的设计应保证 等离子弧燃烧稳定，引弧及 转弧可靠，电弧压缩性好， 绝缘、通气及冷却可靠，更 换电极方便，喷嘴和电极对 中好。焊枪主要由电极、喷 嘴、上、下枪体、保护罩、 水路、气路、馈电体等组成， 如图
等离子弧生器
一、分类：等离子弧焊枪、割枪、喷枪。 二、组成 主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下 枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。 1、 喷嘴。 分类 •按喷嘴孔道的数量，可分为单孔型和三孔型两种。
第七章 等离子弧焊接与切割
第一节 等离子弧焊接的基本原理及设备
• 等离子弧 • 借助水冷铜喷嘴的外部
拘束作用，使弧柱的横截面 受到限制而不能自由扩大时， 就可使电弧的温度、能量密 度和等离子体流速都显著增 大。这种用外部拘束作用使 弧柱受到压缩的电弧就是通 常所称的等离子弧。等离子 弧是电弧的一种特殊形式， 是自由电弧被压缩后形成的。 从本质上讲，它仍然是一种 气体放电的导电现象。
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。
等离子弧焊最新PPT资料
1.2冷气流的散热造成的“热收缩效应” ←最 本质、最重要的原因；
1.3电磁收缩力； 2、等离子弧的特点： 2.1温度高、能量密度高。 （24000~50000K） 离子气的喷射速度很高，冲击力高。 （V=300m/sec） 挺度大，扩散角小（≈5°），加热方向准确， 而且稳定；如图8-3所示； 2.4应用面广，可用于焊接、切割、喷涂；
3、气体的作用与选择：
作用：
向电弧提供气体介质，以便电离，维持电弧的稳 定燃烧；
冷却作用：冷气膜形成隔离层，冷却喷嘴内壁、 电极等；
向工件传递动能←等离子流力的冲击作用；
向工件传递能量（热能）→ 保护熔池金属； 压缩作用；
•对流传导 •辐射传导 •在工件表面中和 放热
气体的选择：
焊接与喷涂：富氩气氛； (保护效果好，电弧稳定) 切割：N2、N2+H2、N2+Ar以及水蒸气、空
2.2缺点： 2.2.1切厚件时，切口上宽下窄； 2.2.2有噪音及烟尘；
第十章 电渣焊第一节Biblioteka 概述1、电渣焊的基本原理：
向工件传递动能←利等离子用流力电的冲流击作用通； 过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接 的一种熔化焊方法；如图10-6所示； 材料：不锈钢、耐热钢、高强钢、Cu合金、Ti合金及难熔金属，如：W、Mo等;
•喷涂层与基体之间以及喷涂层颗粒之间形成 的是机械结合或微区冶金结合（注意不是熔 合）。
3.1等离子喷涂：以等离子弧作为热源的，以 Ar、N2或其它气体为喷射气体的热喷涂； 目的：在工件表面喷涂一层较薄（0.5~4mm ）的具有特殊性能的金属或合金；
弧型：非转移弧；
预处理: (喷涂前2~3小时进行) •去除氧化膜、油污及其它杂质； •形成粗糙的新鲜表面； •对喷涂表面进行预热（80~200℃）
等离子弧焊的特点及应用
等离子弧焊的特点及应用等离子弧焊是一种常见的焊接方法，具有许多独特的特点和广泛的应用。
本文将介绍等离子弧焊的特点及其应用，详细分析其优势和限制。
等离子弧焊是一种热能焊接过程，它利用高温等离子弧来加热和熔化焊接材料，形成焊缝。
下面是等离子弧焊最突出的几个特点：1. 高能量密度：等离子弧产生的热能密度非常高，可以迅速加热和熔化焊接材料，有助于实现高质量的焊接。
2. 深度焊接：等离子弧焊能够穿透焊接材料的较大厚度，实现深度焊接，适用于厚板焊接和多板叠焊。
3. 焊接速度快：由于高能量密度和深度焊接能力，等离子弧焊能够在较短的时间内完成焊接，提高生产效率。
4. 熔池稳定：等离子弧焊的熔池稳定性高，焊缝形状好，且不易产生焊渣和气孔，有利于焊接质量的控制。
5. 适用范围广：等离子弧焊适用于焊接各种金属材料，如不锈钢、铝、镍合金等，具有广泛的应用领域。
等离子弧焊在许多领域都有重要的应用，下面是几个典型的应用：1. 压力容器制造：等离子弧焊能够实现较大厚度的焊接，适用于制造压力容器、锅炉和管道。
2. 航空航天工业：等离子弧焊适用于航空航天工业中对焊接质量和强度要求较高的部件，如飞机机身、发动机零部件等。
3. 轨道交通制造：等离子弧焊可以用于制造轨道交通车辆的车身结构、车轮、焊接轨道等焊接工艺。
4. 石油化工设备：等离子弧焊能够焊接耐腐蚀材料，如不锈钢和镍合金，适用于制造石油化工设备，如储罐、换热器等。
5. 汽车制造：等离子弧焊适用于汽车制造中对焊接质量和外观要求较高的部件，如汽车车身、车架等。
等离子弧焊具有许多优点，但也存在一些限制。
下面是等离子弧焊的一些限制：1. 焊接设备复杂：等离子弧焊所需的设备复杂，包括等离子弧焊机、电源、气体供应系统等，需要专业操作人员进行操作。
2. 易受环境影响：等离子弧焊对环境要求较高，如温度、湿度等因素都会对焊接效果产生影响，需要在控制环境条件下进行焊接。
3. 昂贵的成本：等离子弧焊设备和材料成本较高，对于一些小规模焊接项目可能不划算。
等离子弧焊接
等离子弧焊接
等离子弧焊接是一种高能量密度焊接技术，它是利用等离子体弧来加
热和熔化金属材料，实现材料的连接。
等离子体是一种高温、高能量
密度的气态物质，由电离气体中自由电子和正离子组成。
在等离子弧
焊接过程中，电极产生的电弧在工件表面形成一个等离子体区域，该
区域中的温度可以达到几千摄氏度，并且具有足够的能量来熔化金属
材料。
等离子弧焊接具有以下优点：
1. 焊缝质量高：等离子弧焊接可以实现较小的热影响区域，从而减少
了变形和应力集中，并且可以得到较高的焊缝质量。
2. 适用于多种金属：等离子弧焊接适用于多种金属材料的连接，包括钢、铝、铜、镁和钛等。
3. 焊接速度快：由于等离子体具有高能量密度，因此可以实现较快的
焊接速度。
4. 易于自动化：由于等离子弧焊接可以实现较高的焊接速度和稳定性，因此易于自动化。
等离子弧焊接的缺点包括：
1. 设备成本高：等离子弧焊接设备成本较高，需要专门的设备和技术。
2. 操作难度大：由于等离子弧焊接需要精确控制电弧和等离子体的位
置和形状，因此操作难度较大。
3. 对环境要求高：等离子弧焊接过程中会产生大量的气体、光线和热量，对环境要求较高。
总之，等离子弧焊接是一种高能量密度、高质量、适用于多种金属材
料的连接技术。
虽然它具有一些缺点，但在某些情况下仍然是最优选择。
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2．气路和水冷系统
• 与氩弧焊或CO2气体保护电弧焊相比，等离子弧 焊机的供气系统比较复杂。典型供气系统如图6-8 所示，包括离子气、保护气等。为避免保护气对 离子气的干扰，保护气和离子气最好由独立气路 分开供给。 • 为延长喷嘴及电极的使用寿命，以及对等离子 弧产生良好的热收缩效应，等离子弧焊机必须具 有合适的水冷系统对焊枪进行良好的冷却。
一）、等离子弧的形成
等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密 度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：
1) 机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这 种拘束作用就是机械压缩； 2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层 冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高 了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能 量密度进一步提高的作用就是热压缩； 3) 电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密 度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受 到进一步的压缩，这就是电磁压缩。
喷涂、非金属的焊接与切割
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） 等离子弧焊设备
按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊机和 自动焊机两大类。手工焊机主要由焊接电源、焊枪、控制 系统、气路系统和水路系统等部分组成，如图所示。自动 焊机除上述部分外，还有焊接小车和送丝机构（焊接时需 要加填充金属）。
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。
三）、等离子弧的类型
（一）非转移型电弧 非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水 冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速喷 出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的 金属及非金属。 （二）转移型电弧 转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨 极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间； 在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊接较 厚的金属。 （三）联合型电弧 转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电 弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄 板的焊接。
等离子弧的形成
普通钨极氩弧的最高温度为 10000K～24000 K，能量密 度在104w／cm2以下。等离 子弧的最高温度可达 24000～50000K，能量密度 可达 105～108w／cm2，且 稳定性好。等离子弧和钨极 氩弧的温度比较如图6-2所示， 图中左半部为钨极氩弧，右 半部为等离子弧。
第七章 等离子弧焊接与切割
第一节
等离子弧焊接的基本原理及设备
• 等离子弧 • 借助水冷铜喷嘴的外部
拘束作用，使弧柱的横截面 受到限制而不能自由扩大时， 就可使电弧的温度、能量密 度和等离子体流速都显著增 大。这种用外部拘束作用使 弧柱受到压缩的电弧就是通 常所称的等离子弧。等离子 弧是电弧的一种特殊形式， 是自由电弧被压缩后形成的。 从本质上讲，它仍然是一种 气体放电的导电现象。
二）、等离子特点
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。
2 -
3 -
+ 1 5 + +
+
4
非转移
转移
联合
（四）．双弧现象
在使用转移型等离子弧 进行焊接或切割过程中，当 等离子弧被过度压缩，冷却 不够时，就会在钨极和喷嘴 及喷嘴和工件之间产生与主 弧并列的电弧，这种现象称 为等离子弧的双弧现象，如 图所示 。在等离子弧焊接 或切割过程中，一旦产生双 弧，就会减小主弧电流，破 坏等离子弧的稳定性，严重 时还会烧烧毁喷嘴，使焊接 或切割工作无法进行。
等离子弧形成原理
• 目前广泛采用的压缩电弧的方法是将钨极缩入喷嘴内部，并且在水冷 喷嘴中通以一定压力和流量的离子气，强迫电弧通过喷嘴孔道，以形 成高温、高能量密度的等离子弧。
此时电弧受到下述三种压缩作用：（1）机械压缩效应 （2）热收缩效应（3）电磁收缩效应 在上述三种压缩效应中， 喷嘴孔径的机械压缩效 应是形成等离子弧的前 提；热收缩效应则是电 弧被压缩的最主要的原 因；电磁收缩效应是必 然存在的，它对电弧的 压缩也起到一定作用。
1) 能提前输送和滞后停止保护气。 2) 能实现离子气流的递增和衰减。 3) 能可靠地引弧及转换。 4) 能实现引弧电流递增，熄弧电 流递减。 5) 无冷却水时不能开机。 6) 发生故障及时停机。Fra bibliotek五、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。 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）。
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，等离子弧不稳定。通常要求孔道比l0 /dn在一定的 范围之内， 3)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．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。控制系统一般应具备如下功能：
双弧现象
等离子弧的应用
• 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 。
等离子弧的应用
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
非转移型
电弧温度较低
2 1
K M1
3
( －) (＋)
4
3
(＋)
(－)
4 6
5
2 1 KM
( ＋)
5 7 8 9 10 6
KM2
(＋)
10
7 8 9
喷嘴的结构（尺寸和形状 ）以及钨极内缩量形成等 离子束流的特征
作用
u 提供气体通道
u 等离子电弧的形成
最重要的喷嘴形状参数为压缩孔径及压缩孔道长度。 1) 喷嘴孔径dn 2) dn决定了等离子弧的直径及能量密度。通常应根据焊接电流 大小及等离子气种类及流量来选择。直径越小，对电弧的压 缩作用越大，但太小时，等离子弧的稳定性下降，甚至导致 双弧现象，烧坏喷嘴。 2) 喷嘴孔道长度l0
3．焊枪
• 等离子弧焊枪的设计应保证 等离子弧燃烧稳定，引弧及 转弧可靠，电弧压缩性好， 绝缘、通气及冷却可靠，更 换电极方便，喷嘴和电极对 中好。焊枪主要由电极、喷 嘴、上、下枪体、保护罩、 水路、气路、馈电体等组成， 如图
等离子弧生器
一、分类：等离子弧焊枪、割枪、喷枪。 二、组成 主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下 枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。 1、 喷嘴。 分类 •按喷嘴孔道的数量，可分为单孔型和三孔型两种。 三孔型喷嘴除了中心主孔外，主孔左右还有两个小孔。从这 两个小孔中喷出的等离子气对等离子弧有一附加压缩作用，使等 离子弧的截面变为椭圆形。当椭圆的长轴平行于焊接方向时，可 显著提高焊接速度，减小焊接热影响区的宽度。 •按孔道的形状，可分为圆柱型及收敛扩散型等两种。通常采 用圆柱形压缩孔道，而收敛扩散型压缩孔道有利于电弧的稳定。
再见
图手工等离子弧焊机示意图
1．焊接电源
• 等离子弧焊机一般采用具有陡降或垂直下降外特 性的直流弧焊电源。 • 电源空载电压根据离子气的种类而定，如用纯 氩气或氩气加氢气((H2)＜7％)作离子气时，电 源空载电压只需80V左右；而用氦气或其它混合 气体作离子气时，为了可靠地引弧，则空载电压 还需更高一些，可达110～120V。