等离子弧焊接与切割
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。
第十一章 第十一章 等离子弧焊接与切割
第十一章等离子弧焊接与切割第一节等离子弧概述一、等离子弧原理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。
(一)联合型等离子弧工作时，非转移型弧和转移弧同时存在，称为联合型等离子弧。
主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊等。
(二)非转移型等离子弧钨极接电源负极，喷嘴接电源正极，等离子弧体产生在钨极和喷嘴之间，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰。
(三)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。
转移弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后才能过渡到转移弧。
金属焊接、切割几乎均采用转移型弧。
四、适用范围1、操作方式等离子弧焊适于手工和自动两种操作，可以焊接连续或断续的焊缝。
焊接时可添加或不添加填充金属。
2、被焊金属一般TIG能焊的大多数金属，均可用等离子弧焊接，如碳钢、不锈钢、铜合金、镍及其合金、钛及其合金等。
等离子弧焊接及切割的安全操作技术
等离子弧焊接及切割的安全操作技术等离子弧焊接及切割是一项常见的金属加工技术，但由于其操作过程中产生的高温、高频电弧以及大量的金属粒子和辐射，需要使用者具备一定的安全操作技术。
以下是等离子弧焊接及切割的安全操作技术：1.穿戴个人防护装备：等离子弧焊接及切割操作过程中会产生大量的红外线、紫外线、光弧和金属粉尘等有害物质，因此操作人员应穿戴防护面罩、手套、防护面具、防护服和防护鞋等个人防护装备，以保护自己的安全。
2.确保工作区域的通风：由于等离子弧焊接及切割的操作过程中会产生大量的热能和废气，因此必须确保工作区域的通风良好，以减少有害气体的积聚和呼吸道感染的风险。
3.确保工作区域的整洁：操作人员必须保持工作区域的整洁，及时清理焊渣和金属粉尘等杂物，以防止它们引发火灾或者触发其他危险。
4.正确选择和使用设备：操作人员应该选择和使用符合标准的等离子弧焊接及切割设备，并严格按照设备的使用说明进行操作。
不得随意更换设备零部件或者使用破损的设备。
5.避免并防止触电：等离子弧焊接及切割设备通常使用高电压，因此操作人员必须小心操作，避免触摸设备的裸露金属部分或者导线，以免触电造成伤害。
6.防护眼睛和皮肤：操作人员必须佩戴适当的防护面罩和手套，以阻挡高频电弧的辐射和火花溅射，防止眼睛和皮肤受伤。
7.避免焊渣溅射伤害：在进行等离子弧焊接和切割操作过程中，会产生大量的火花和焊渣，容易造成皮肤烫伤和眼睛受伤。
因此，操作人员必须注意保持焊接工区的清洁，使用防护手套、面罩和防护眼镜等个人防护装备。
8.防止火灾：等离子弧焊接及切割是高温作业，容易引发火灾。
因此，在进行操作之前，必须清理工作区域的可燃物，并确保有灭火器和紧急处理措施。
9.禁止烟草和饮食：在等离子弧焊接及切割操作过程中，禁止吸烟和饮食，防止火花引起的意外伤害和污染。
10.合理使用装置和工具：等离子弧焊接及切割操作时，操作人员必须使用适当的装置和工具，确保自身的安全。
等离子弧焊与切割及其他焊接技术
等离子弧焊与切割及其他焊接技术等离子弧焊与切割及其他焊接技术等离子弧焊原理、设备及材料等离子弧焊接与切割是在钨极氩弧焊的基础上形成的，是焊接领域中较有发展前途的一种先进工艺。
等离子弧焊接利用等离子弧的高温，可以焊接电弧焊所不能焊接的金属材料，甚至解决了氩弧焊所不能解决的极薄金属焊接问题;可以切割氧—乙炔焰不能切割的难熔金属和非金属。
一、等离子弧的形成及类型1.等离子弧的形成焊条电弧焊所形成的电弧（图8—1a）未受到外界的约束，弧柱的直径随电弧电流及电压的变化而变化。
能量不是高度集中，温度限制在5 730～7730℃，故称为自由电弧。
如果对自由电弧的弧柱进行强迫"压缩"，就能将导电截面收缩得比较小，从而使能量更加集中，弧柱中气体充分电离。
这样的电弧称为等离子弧。
对自由电弧的弧柱进行强迫压缩作用通称"压缩效应"。
"压缩效应"有如下3 种形式（1）机械压缩效应如图8--1b所示，在钨极（负极）和焊件（正极）之间加上1个较高的电压，通过激发使气体电离形成电弧，此时用一定压力的气体作用于弧柱，强迫其通过水冷喷嘴细孔，弧柱便受到机械压缩，使弧柱截面积缩小，称为机械压缩效应。
（2）热收缩效应如图8—1c 所示，当电弧通过水冷喷嘴，同时又受到不断送给的高速等离子气体流（氩气、氮气、氢气等）的冷却作用，使弧柱外围形成一个低温气流层，电离度急剧下降，迫使弧柱导电截面进一步缩小，电流密度进一步提高，弧柱的这种收缩称为热收缩效应。
（3）磁收缩效应电弧弧柱受到机械压缩和产生热收缩效应后，喷嘴处等离子弧的电流密度大大提高。
若把电弧看成一束平行的同向电流线，则其自身磁场所产生的电磁力，使之相互吸引，由此而产生电磁收缩力，这种磁收缩作用迫使电弧更进一步的受到压缩，如图8—1d所示。
在以上3 种效应的作用下，弧柱被压缩到很细的程度，弧柱内气体也得到了高度的电离，温度高达16000～33000℃，能量密度剧增，而且电弧挺度好，具有很强的机械冲刷力，形成高能束的等离子弧。
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。
等离子弧焊接与切割安全操作规程
等离子弧焊接与切割安全操作规程1.必须穿戴防护设备：进行等离子弧焊接和切割工作时，必须穿戴适当的防护设备，包括防火服、防护眼镜、面具、手套、护腿等。
2.检查设备和工作区：在操作之前，要检查设备是否正常工作，焊割工作区是否干净整洁，没有易燃和易爆物品。
3.确定焊割区域：在进行等离子弧焊接和切割之前，要确保周围没有人员，尤其是在进行高度和危险性较高的焊割作业时。
4.保持工作区通风良好：等离子弧焊接和切割会产生大量烟雾和有毒气体，因此必须保持工作区通风良好，避免吸入有害气体。
5.避免破损电缆：操作时要小心避免电缆被严重破损，以免发生触电和火灾事故。
定期检查电缆，发现问题及时修理或更换。
6.使用合适的电力设备：选择合适的电力设备进行等离子弧焊接和切割，不得超负荷使用设备，以免引发电器故障和安全事故。
7.注意电源和气源：在操作时要注意电源和气源的配备和使用，确保充足的电力和气压供应。
8.清理废渣和剩余物：焊接或切割完成后，要清理焊渣、废弃物和剩余的气体。
焊渣和废弃物应妥善处理，以防止火灾和伤人。
9.避免焊割反弹：在进行等离子弧焊接和切割过程中，要避免焊割反弹对人体和设备造成伤害。
使用防护面罩、护目镜和手套等防护设备。
10.不得与液体接触：在进行等离子弧焊接和切割时，不得与液体接触，以免发生化学反应，对皮肤和眼睛造成损害。
11.定期检查设备：定期检查等离子弧焊接和切割设备，确保其正常工作，发现问题及时修理或更换。
12.接受培训和指导：进行等离子弧焊接和切割作业的人员必须接受相关培训和指导，熟悉操作规程和安全要求。
13.紧急情况处理：在发生事故或紧急情况时，要冷静并立即采取措施，包括关闭电源、报警、灭火等，确保人身安全和设备完整。
总结起来，等离子弧焊接和切割是高温高能量的加工和焊接方法，操作时必须严格遵循安全操作规程，穿戴防护设备，保持工作区通风良好，避免破损电缆和反弹，定期检查设备，并接受培训和指导。
等离子弧焊接和切割
等离子弧焊接和切割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。
等离子弧焊接和切割：1.1 等离子弧的产生：（1）等离子弧的概念：自由电弧：未受到外界约束的电弧，如一般电弧焊产生的电弧。
等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。
自由电弧弧区内的气体尚未完全电离，能量未高度集中，而等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达10~10W/cm2，电弧温度可高达24000～50000K（一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000～20000K，能量密度在10W/cm2以下）能迅速熔化金属材料，可用来焊接和切割。
（2）等离子弧的产生在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。
①机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。
②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。
③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。
电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。
当小直径喷嘴，大的气体流量和增大电流时，等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲击力，这种等离子弧称为“刚性弧”，主要用于切割金属。
反之，若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时，该等离子弧称为“柔性弧”，主要用于焊接。
1.2 等离子弧焊接1.2.1 基本知识用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。
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。
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
等离子焊接切割一体机工作原理
等离子焊接切割一体机工作原理
等离子焊接切割一体机是一种集焊接和切割功能于一体的设备，利用等离子弧作为热源进行焊接和切割。
它的工作原理主要包括等离子弧的产生、焊接和切割过程。
等离子焊接切割一体机通过高频电流产生等离子弧。
当电源通电后，电极之间形成高电压区域，通过电离气体产生等离子体。
等离子体是一种高能量的状态，具有良好的导电性和热传导性。
等离子弧的产生是等离子焊接切割一体机的基础。
等离子焊接是利用等离子弧的高温作用将被焊接的工件加热至熔化或半熔化状态，再通过填充材料的熔化填充和凝固形成焊缝。
等离子焊接具有热输入大、焊缝质量高、焊接速度快等优点。
在等离子焊接过程中，一般需要使用辅助气体，如氩气、氧气等，来对焊接区域进行保护和冷却。
等离子切割是利用等离子弧的高温和高能量将被切割的工件局部加热至熔化或半熔化状态，然后通过等离子弧的冲击力和气体喷射将熔化的材料吹散，从而实现切割目的。
等离子切割具有切割速度快、切口平整等优点，适用于各种金属材料的切割。
等离子焊接切割一体机工作原理是利用等离子弧产生高温和高能量，通过加热和冷却等过程实现焊接和切割功能。
它在实际应用中具有广泛的用途，可以用于焊接和切割各种金属材料，如钢铁、铝合金
等。
与传统的焊接和切割方法相比，等离子焊接切割一体机具有效率高、质量好、操作简便等优点，因此在制造业、建筑业等领域得到了广泛应用。
等离子弧焊接及切割的安全操作技术
等离子弧焊接及切割的安全操作技术等离子弧焊接及切割是一种常见的金属加工技术，但由于其操作涉及高温、高能量和有害气体的释放，存在一定的安全风险。
为了保障操作人员的安全，以下是关于等离子弧焊接及切割的安全操作技术。
一、操作区域准备：1. 不可使用与等离子弧焊或切割相关的设备，例如打火机、火柴等。
2. 确保操作区域周围没有易燃物品，并保持干燥清洁。
3. 确保操作区域通风良好，以避免有害气体积聚。
4. 规定严格的工作区域，禁止未经培训的人员进入。
二、个人防护措施：1. 必须佩戴防护面具、防护眼镜，防止灼伤和眼部损伤。
2. 穿戴不易起火的防护服，并配备防火手套、焊接鞋等。
3. 长发必须束起来，避免触及火焰区域。
4. 不得戴金属饰物，以防电流通过产生危险。
三、设备安全检查：1. 在操作前进行设备的全面检查，确保焊接或切割设备完好无损。
2. 检查电缆和气体管道是否破损，以及电源是否接地良好。
3. 检查喷嘴、电极和切割枪等部件是否正确安装，并紧固牢固。
四、焊接/切割操作：1. 在操作前清洁工作面，排除杂物和水分。
2. 使用适合的电流和气体压力进行操作，确保达到理想的焊接/切割效果。
3. 避免直接观察电弧，以防眼睛受伤。
4. 确保设备冷却完全后再修理或移动。
五、火灾及紧急情况处理：1. 在操作区域配备灭火器，并确保所有操作人员对其使用方法进行了培训。
2. 在操作前确保存在明确的紧急情况处理计划，并告知所有操作人员。
3. 在发生火灾等危险情况时，立即停止操作，并采取适当的措施来扑灭火源或报警。
总结：等离子弧焊接及切割技术在金属加工过程中扮演重要角色，但操作过程中存在潜在的安全风险。
为了保障操作人员的安全，必须严格遵守上述安全操作技术，佩戴个人防护装备，确保操作区域安全，并采取紧急情况处理措施。
只有在严格遵守安全操作规程的前提下，才能安全有效地进行等离子弧焊接及切割工作。
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。
第9章等离子弧
应用范围： 低C钢2-8mm 不锈钢3-12mm ─┐ Ｔi合金3-14mm Ｃu合金2-6mm ─┤不开坡口 Ｎi合金2-6mm ─┘ 当厚度超过上述范围，可采用Ｖ型坡口。 等离子弧焊比TIG焊坡口、深度和层数应小些。 小孔焊接，要求工件装配精度严格，否则出现熔 化金属堕落，成型不良 当厚度较大时： 在起弧时，Ｉ和离子气流递增环节。 收 递减 。
四、双弧现象及其防止
１.双弧现象及其危害 两种：①串联 ②并联 概念：正常转移型弧或联合弧Ｗ极与工件间产生 电弧，而有时某种原因出现Ｗ极－喷咀－工件产 生串联电弧为—。 第一种双弧：金属成为电弧导体的一部分，Ｗ极 与工件间，主弧在电极与喷咀，再由喷咀到工件 间发生电弧。 第二种双弧：Ｗ极与工件间产生（主弧），喷咀 与工件间。
第9章 等离子弧焊接与切割
目的要求: 了解等离子弧概念掌握等离子弧特点. 双弧产生及防止措施。 重点难点: 等离子弧产生原理, 双弧产生及防止。
6.１ 等离子弧及等离子弧发生器
一、等离子弧
１、自由电弧： 未经过外界拘束的电弧为----。也称分散电弧 如（焊条电弧，气电焊，Ａr弧焊电弧等） ２、压缩电弧： 一般的电弧能量是与Ｉ、Ｕ成正比，于截面Ｓ成反比， 电弧能量在一定条件下，可增加电弧功率来提高。 一般情况弧柱直径d与Ｉ、Ｕ成正比，自由电弧中最大 电流强度近似为常数，温度限制在5000～8000℃左右 （电弧体积大，能量不集中，温度不高）如果在提高功率 （Ｕ.Ｉ）Ｐ↑.弧柱能量↑的同时,设法使弧柱直径d↓， 则温 度就会急剧↑，电弧被大大强化,即：电弧被强行压缩（温 度↑，电离程度↑）这种自由电弧经过人为压缩强化使Ｔ↑， 能量密度↑，流速↑，则为 —。也称等离子弧（压缩电弧）
二、中等电流等离子弧焊接（熔入型）
等离子弧焊接及切割的安全操作技术(三篇)
等离子弧焊接及切割的安全操作技术1．等离子弧焊接和切割用电源的空载电压较高，尤其在乎操作时，有电击妁危险。
因此：(1)电源在使用时必须可靠接地。
(2)焊枪枪体或割枪枪体与手触摸部分必须可靠绝缘。
(3)可以采用较低电压引燃非转移弧后再接通较高电压的转移弧回路。
(4)如果起动开关装在手把上，必须对外露开关套上绝缘橡胶管，避免手直接接触开关。
(5)等离子弧焊接和切割用喷嘴及电极的寿命相对较短，要经常更换，更换时要保证电源处于断开状态。
2．防电弧光辐射等离子弧较其他电弧的光辐射强度更大，尤其是紫外线强度，故对皮肤损伤严重，操作者在焊接和切割时必须戴上良好的面罩、手套，颈部也要保护。
面罩上除具有黑色目镜外，最好加上吸收紫外线的镜片。
自动操作时，可在操作者与操作区之间设置防护屏。
等离子弧切割时，可采用水下切割方法，利用水来吸收光辐射。
3．防高频和射线等离子弧焊接和切割都采用高频振荡器引弧，但高频对人体有一定的危害。
引弧频率选择在20～60kHz较为合适，还要求工件接地可靠，转移弧引弧后，立即可靠地切断高频振荡器电源。
等离子弧焊接和切割采用钍钨极时，同钨极氩弧焊一样，要注意射线的危害。
4．防灰尘和烟气等离子弧焊接和切割过程中伴随有大量气化的金属蒸气、臭氧、氮氧化物等。
尤其切割时，由于气体流量大，致使工作场地上的灰尘大量扬起，这些烟气和灰尘对操作工人的呼吸道、肺等产生严重影响。
因此要求工作场地必须配罩良好的通风设备措施。
切割时，在栅格工作台下方还可安置排风装置，也可以采取水中切割方法。
5．防噪声等离子弧会产生高强度、高频率的噪声，尤其采用大功率等离子弧切割时，其噪声更大，这对操作者的听觉系统和神经系统非常有害。
要求操作者必须戴耳塞，或可能的话，尽量采用自动化切割，使操作者在隔音良好的操作室内工作，也可以采取水中切割方法，利用水来吸收噪声。
等离子弧焊接及切割的安全操作技术（二）等离子弧焊接及切割是一种常见的金属加工技术，可以用于焊接和切割不同种类的金属材料。
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2．熔透型等离子弧焊
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（1）原理
采用较小的焊接 电流和较低的离 子气流量，采用 混合型等离子弧 焊接的方法。 在焊接过程中不 形成小孔效应。
（2）熔透型等离子弧焊的特点 30~100A混合弧。材料、板厚、接头形式不
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限，可单面焊双面成形、多层多道焊，对参数的
要求不严格，易于实现，与TIG焊类似。
3）0.025～1.6mm焊件，通常采用微束等离子弧焊 常用接头形式如图。 焊接时要采用可靠 的焊接夹具，以保 证工件的装配质量。 装配间隙和错边量 越小越好。
(2)焊接工艺参数的选择
穿透型等离子弧焊，影响小孔稳定性的主要焊接参数：
喷嘴孔径
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焊接电流
过大过小都不能实现穿透法焊接，过大还会引起双弧
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1．双弧现象及危害
在使用转移型等离子 弧进行焊接或切割过程中 ，由于某些原因在钨极和 喷嘴及喷嘴和焊件之间产 生与主弧并列的电弧，这 种现象就称为等离子弧的 双弧现象。
双弧的危害
破坏等离子弧的 稳定性
焊接或切割过程不能稳定地进行，恶 化焊缝成形和切口质量。 产生双弧时，在钨极和工件之间同时 形成两条并列的导电通路，减小了主 弧电流，降低了主弧的电功率。
如何压缩？ 途径：将电极内缩于导电喷嘴内部， 产生三种压缩作用
机械压缩（前提） 热收缩（主因） 电磁收缩 电弧通过小孔 离子气冷却 通电导体间相互 吸引力产生，使 弧柱变得更细。
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结果：电弧直径变小、温度升高、能量 密度增大
3、等离子弧的影响因素
等离子弧是压缩电弧，其压缩程度直接影响等离子弧的 温度、能量密度、弧柱挺度和电弧压力。
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主弧电源
向钨极—焊件间的转移弧(主弧)供电，以进行焊接。
当维弧电流大于2A时，转移型等离子弧在小至0.1A焊接电流下仍可 稳定燃烧。因此小电流时微束等离子弧十分稳定。
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上述三种等离子弧焊方法均可采用脉冲电流，借以提高焊接 过程的稳定性，此时称为脉冲等离子弧焊。脉冲等离子弧焊 易于控制热输入和熔池，适于全位置焊接，并且其焊接热影 响区和焊接变形都更小。尤其是脉冲微束等离子弧焊，特点 更突出，因而应用较广。 交流等离子弧焊具有阴极清理作用，主要用来焊接铝、镁及 其合金。熔化极等离子弧焊实质上是一种等离子弧焊和MIG 焊组合在一起的联焊方法。这两种方法特点不突出，目前用 的尚不多。
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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。
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2. 焊枪：结构组成如下图
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．气路和水冷系统
离子气
为保证引弧和收弧处的焊缝质量，离子气分两路供给， 其中一路经放气阀放入大气，以实现离子气衰减。
喷嘴孔道不能太长；电极和喷嘴应尽可能对中； 电极内缩量不能太大。
喷嘴应具有良好的冷却 过小使等离子弧的热量从焊件 表面反射到喷嘴端面，喷嘴温 度升高。
喷嘴端面至焊件表面距离不能过小
第二节 等离子弧焊
等离子弧焊----利用等离子弧作热源，加热并熔化母材金 属，使之形成焊接接头的焊接方法。（PAW）
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二、等离子弧焊设备
焊接电源
手工焊设备
自动焊设备
控制系统
组成
焊枪 供气系统 供水系统
自动焊设备除上述部分外，还 有焊接小车和送丝机构（焊接 时需要加填充金属）。
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大电流等离子弧焊（151）
微束等离子弧焊（152）
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1. 焊接电源：应具有陡降或垂降特性，空载
电压较高（纯氢气作离子气时需80V左右；用氩气加氢 气的混合气体作离子气时，需要110～120V。） 通常带有高频引弧和电流衰减装置。
离子气体的 种类及流量
在一定范围内，气体的携热性越强、流量越大，压缩程度越高， 也有利于电弧的稳定。常用的氢、氮、氩三种气体中对电弧的 冷却作用随氩—氮—氢顺序递增。
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改变和调节这些因素可以改变等离子弧的特性，使其 压缩程度适应于切割、焊接、堆焊或喷涂等方法的不同要 求。
喷嘴孔径、电流大小、气体流量的配合可参见下表。
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>）
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类 型 特 点 转移型 电弧温度较高 非转移型 电弧温度较低 混合型
应 用 常用于金属的焊接、堆焊与切割 喷涂、非金属的焊接与切割
小电流下的电弧 多用于微束等离子弧（<30A）焊接 稳定性好
四、等离子弧的双弧现象及防止
喷嘴孔径mm 0.8 1.6 2.1 电流A 1～25 离子气流量L/min 0.24 0.47 0.94
2.5
3.2
4.8
～ 70 40 ～ 100 100 ～ 200 150 ～ 300 200 ～ 500
20
1.89
2.36
2.83
二、等离子弧的特性
1. 温度高、能量密度大：24000~50000K、105~108W/cm2 （TIG电弧相应为10000~24000K、<104w）
一、等离子弧焊的基本方法及应用 按焊缝成型原理等离子弧焊分为：
穿孔型等离子弧焊 熔透型等离子弧焊 微束等离子弧焊
脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊、熔化极等离子弧焊等。
1．穿孔型等离子弧焊（穿孔型、小孔型）
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（1）原理
小孔焊接示意图
焊接时小孔的照片
2004年华恒公司不锈钢PAW的小孔 （上：正面、左：背面）
主要用于薄板（0.5～2.5mm以下）的焊接、
多层焊封底焊道以后各层的焊接以及角焊缝的焊 接。
3．微束等离子弧焊
微束等离子弧焊----焊接电流在30A以下的等离子弧焊通 常称为微束等离子弧焊。 微束等离子弧焊通常采用混合型等离子弧，采用二个 独立焊接电源。
维弧电源
向钨极与喷嘴之间的非转移弧供电，维弧电流一般为 2～5A，维弧电源的空载电压一般>90V，以便引弧。
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焊接区保护气
背面保护气
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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。
间接冷却
冷却水从上枪体进入，从下枪体流出
直接冷却
喷嘴及电极分别进行水冷却，冷却效果好，一般都用 在具有镶嵌式电极的焊枪结构中。
4．控制系统
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控制系统应具备的功能： 1)可预调气体流量并实现 离子气流的衰减。 2)焊前能进行对中调试。 3)调节焊接小车行走速度 及填充焊丝的送进速度。 4)提前送气，滞后停气。 5)可靠的引弧及转换。 6)实现起弧电流递增，熄 弧电流递减。 7)无冷却水时不能开机。 8)发生故障及时停机。
焊接方法与设备
第七章 等离子弧焊接与切割
第七章
等离子弧焊接与切割
1
主 要 内 容
第一节 等离子弧
第二节
第三节
等离子弧焊接
等离子弧堆焊与喷涂
第四节
等离子弧切割
第一节 等离子弧的形成及其特性
一、等离子弧的形成
等离子体：物质存在的一种状态(右图） 等离子态及其形成过程（下图）
2
电子 正离子 中性的原子 分子
2004年华恒公司 不锈钢PAW的焊缝 （左：背面/单面焊双面 成形 下：正面）
（2）穿孔型等离子弧焊的特点
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100～500A转移弧，材料/板厚合适时，无须衬 垫，悬空即可单面焊双面成形。不锈钢3～8mm、钛 合金12mm以下、低碳钢或低合金结构钢及铜、黄铜、 镍及镍合金的对接2～6mm.当厚度大于上述范围时， 需开V形坡口进行多层焊。 优点：厚板可实现单道焊接；对接焊不开坡口， 焊前对工件坡口加工量减少 ；焊缝对称，焊接横向 变形小；孔隙率低。 缺点：焊接可变参数多，规范区间窄；厚板焊 接时，对操作者的技术水平要求较高，并且小孔法 仅限于自动焊接；焊枪对焊接质量影响大，喷嘴寿 命短；除铝合金外，大多数小孔焊仍限于平焊位置。
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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
三、等离子弧的类型及应用
非转移型：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）
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转移型 ：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。
保护气成分及流量
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建议工艺方案： （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。
焊材选用：
填充金属的主要成分与被焊母材相同。
离子气种类及流量
焊接速度 喷嘴高度
应用最广的离子气是氩气，流量足够，太大离子弧的冲力 过大将熔池金属冲掉
焊接速度的确定，取决于焊接电流和离子气流量 喷嘴高度应保持在3～8mm较为合适 大电流等离子弧焊时保护气与离子气成分应相同，否则 会影响等离子弧的稳定性。保护气一般采用氩气，穿孔 法焊接时，保护气流量一般选择15～30L／min。
1、等离子弧（Plasma arc）
是一种压缩电弧（相对于自由电弧如TIG电弧而言） 自由电弧——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，但弧柱直径不能相应增大，则 能量密度、温度、等离子体流速显著增大。