等离子弧焊的工艺参数
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。
电焊工试题+答案
电焊工试题+答案一、单选题（共37题，每题1分，共37分）1.倾角( )可使焊缝表面成形得到改善。
A、＜6°～8°的上坡焊B、＜6°～8°的下坡焊C、＞6°～8°的上坡焊D、＞6°～8°的下坡焊正确答案：B2.变质处理的目的是使晶核长大速度( )。
A、变快B、达到最小值C、不变D、变慢正确答案：D3.三视图不包括( )。
A、右视图B、主视图C、俯视图D、左视图正确答案：A4.低碳钢一次结晶的组织为( )。
A、奥氏体B、珠光体C、莱氏体D、铁素体正确答案：A5.把两块板料的边缘或( )折转扣合并彼此压紧，这种连接方式叫咬缝。
A、多块板料B、一块板料的两边C、一块板料D、任意板料正确答案：B6.铝及铝合金焊前必须仔细清理焊件表面的原因是为了防止( )。
A、冷裂纹B、气孔C、热裂纹D、烧穿正确答案：B7.《劳动合同法》由第十届全国人大常委会第二十八次会议于( )通过，( )起施行。
A、2007年6月28日，2008年1月1日B、2007年6月28日，2007年10月1日C、2007年6月29日，2007年6月29日D、2007年6月29日，2008年1月1日正确答案：D8.变压器都是利用( )工作的。
A、电流磁效应原理B、欧姆定律C、电磁感应原理D、楞次定律正确答案：C9.熔化极气体保护焊时，对焊接区域采用的保护方法是( )。
A、混合气体保护B、气保护C、渣-气联合保护D、渣保护正确答案：B10.焊接用CO2气体的纯度应大于( )％。
A、98B、98.5C、99D、99.5正确答案：D11.平面应力通常发生在( )焊接结构中。
A、薄板B、中厚板C、复杂D、厚板正确答案：B12.薄板对接焊缝产生的应力是( )。
A、体积应力B、单向应力C、线应力D、平面应力正确答案：B13.下列产品中应予以销毁的是( )。
A、伪造或冒用认证标志等质量标志的产品B、实际质量与产品标明的质量不符的产品C、伪造产地、伪造或冒用他人厂名、厂址的产品D、不符合国家强制性标准的产品、失效、变质的产品正确答案：D14.焊接实践证明，埋弧焊焊速超过40m/h以后，熔深与熔宽都随焊速增大而( )。
(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
等离子弧焊的工艺参数
等离子弧焊的工艺参数1)焊接电流焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定。
焊接电流过小，难于形成小孔效应：焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。
因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。
(2)焊接速度焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。
其他条件一定时，如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应。
如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。
因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。
3)喷嘴离工件的距离喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低：距离过小，易造成喷嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。
喷嘴离工件的距离一般取3～8mm。
与钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。
4)等离于气及流量等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。
大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采取相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。
小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。
这是因为氧气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。
离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。
等离子气的流量越大，熔透能力越大。
但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。
因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。
利用熔人法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。
保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。
在肯定的离子气流量下，保护气体流量太大，会导致气流的混乱，影响电弧不乱性和保护效果。
而保护气体流量太小，保护效果也不好，因而，保护气体流量应与等离子气流量保持恰当的比例。
小孔型焊接保护气体流量一般在15～30L／min范围内。
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。
特高压开关铝制筒体的变极性纵缝等离子弧焊接工艺方法
ａ焊缝正面 ｂ焊缝背面 图 ４保 护 气 为 ５ ５ ％Ａ ｒ ＋ ４ ５ ％Ｈ ｅ时 的 焊缝 正 反 面 焊 缝
２ ． ３ ． ４ 送 丝 速 度
焊接 过程 中送丝可减少 或避免咬边现象［ ３ 】 。 在铝合金中 、厚板 的变极性 等离子弧焊接过 程 中， 如果不填丝 ， 在焊缝 背面会因液态铝合金熔 池的表面张力作用及金属在凝 固时 的收缩 出现 整个 焊缝 很深 的凹陷现象 ，同时正面焊缝无余 高， 低于母材或与母材相平 。 随着送丝量的增加 ， 正面焊缝 的余高也增加 ， 背 面的凹陷逐渐减小甚 至消失 ， 同时也出现余 高 ，采用纯度为 ９ ９ ． ９ ９ ９ ％的氩气 和纯度为 ９ ９ ． ９ ９ ％的氦气。 度提高 ， 增大 电弧的穿透力 ， 并 能提 高焊接速度翻 。这对厚板铝合金 （ ５ ） 氦 一氩气体混合器 ：采用 Ｓ ＭＩ Ｔ Ｈ高精度 Ｈ ｅ — Ａ ｒ 双路气体配 焊接有着非常中重要 的意义 ， 相 同厚度的板材就可 以用较小 的电流 比器进行保护气 的混合配比。 进行焊接 ， 保证焊接质量的同时提高生产效率 。 （ ６ ） 冷却水 ： 采用纯净水或去离子水 。 ２ ４焊接工艺参数 的确定 ２ ． ２焊接工艺 常规 ６ － １ ２ ｔ ５ ０ ５ ２ 一 Ｈ１ １ ２铝合金板 材卷制筒体 的纵缝 变极 性等 ２ ． ２ ． １引 、 收弧板焊接 离子弧焊接工艺是不开破 口单面焊双面成型在 预热 的情况下也可 引弧板在变极性等离子焊接时有两个重要作用 ： 一是保证起弧 以获得满足 １ ６ ｔ ５ ０ ５ ２ 一 ＨＩ １ ２铝合金板 材卷制筒体 的纵缝 的焊接要 时的焊接缺陷留在引弧板上 ， 同时保 证能在工件上形成稳定 的等离 求 ， 但对大批量 、 焊缝长 的筒体 生产来说 ， 不易预热 和预热 的方式效 子弧 ； 二是热量传输作用 ， 保证 电弧产生的热量顺利过渡到简体上 ， 率低 ， 而且还难 以保证焊缝 均匀受 热 ， 会造成 由于预 热不足或不均 更好的保证其焊接质量。焊前剪两块与筒体同材质的铝板 ， 规格为 而导致焊缝背面局部咬边等焊接缺 陷， 影响焊缝的焊接质量 。 １ ５ ０ ｍｍ Ｘ ８ ０ ａ ｒ ｍ， 一块作为引弧板 ， 另一块作为收弧板。引弧板长度 因此 ，对采用氦氩混合 气作 为保护气 的纵 缝焊接参 数进行试 方 向与筒体对接 ， 以满足焊接 时热 量能顺 利过渡到筒体 ， 保 证焊接 验。经过反复试验： 保护气为 ５ ５ ％氩气加 ４ ５ ％氦气 混合气体 的情况 需要 。 同时采用 手工 Ｔ Ｉ Ｇ在纵缝正面固定引 、 收弧板 。 固定焊前也得 下 ， 焊接效果最好 。 同时焊接工艺参数如表 １ 所示 ， 图 ４为该 焊接参 清理对接焊缝 ， 同时引、 收弧板与工件 的间隙应不大于 ｌ ｍｍ， 固定焊 数下的焊缝情况。 点位于引 、 收弧板两端 ， 固定焊点长 １ ５ —２ ０ ｍ ｍ， 引、 收弧板与筒体对 图 ４显示 ： 焊缝外观漂亮 （ 正 面光亮 ， “ 波纹 ” 均匀 ， 而且余高 合 处满焊 ， 背 面焊后需打磨平整 ， 同时需进行焊前清理 。 适） 、 焊缝背面较规则 、 均匀 ， 无 咬边 ， 外观检查达 到图纸设计 要求 ， ２ ． ２ ． ２筒体纵缝焊接 同时焊缝经 ｘ射线探伤检查 为 Ｉ 级， 合格率 １ ０ ０ ％。 在引弧板上起弧后穿孔时开始送 丝 ， 等离子弧稳定 过渡到筒体 ３ 结 论 上 开始进行筒体纵缝焊接 。筒体纵缝 焊接 时采用氦氩混合气 ， 自动 ３ ． １ １ ６ ｔ 铝合金板材卷制简体 的纵缝变极 性等离子弧焊接 ， 可以 焊丝 。焊缝单道焊焊后可根据焊缝需求再进行盖面 ， 盖面时采用 纯 实现 Ｉ 型坡 口对接单面焊双面成形 ， 焊后焊缝采用 ｘ射线探伤检测 氩气作为保护气。 达到 Ｉ 级， １ ０ ０ ％合 格 。 ２ － ３工艺参数对焊接质量的影 响 ３ ． ２试验结果 ， １ ６ ｔ 铝合金板材卷制简体 的纵缝变极性等离子弧 ２ ． ３ ． １ 离子 气 流 量 焊接工艺参数见表 ２ 。 离 子气 流量越大 ， 电弧的穿透能力越强 ， 但过大不利于小孔 的 ３ ． ３特 高压产品各类筒体等 由于纵缝 长、 生产批量大 ， 采用此工 收缩成 型， 焊缝 背面容易 出现“ 气割” 、 烧穿等现象。 图１ 为离子气流 艺在保证纵缝 焊接质量的同时 ， 降低 了劳动强度 ， 提高了生产效率 。 量为 ３ ． ５ Ｌ ／ ｍｉ ｎ时焊缝背面 出现的“ 气割” 、 烧穿等现象。 离子气流量 ３ ． ４本 工艺 的研究 ，为我公司特高压产品各类筒体 的制造提供 过小 ， 电弧穿透 能力差 ， 达不到单面焊双 面成型的效果 。 了有效地焊接技术保证 ， 为下一步研究更 大厚度铝合金板不开坡 口 ２ ． ３ ． ２ 线 能量 的等离子弧焊接工艺奠定基础 。 焊缝 的焊接质量受线能量大小影响 ， 换句话说 与焊接电流和焊 参 考文 献 接速度息息相关 （ 焊缝 的熔透能力 随焊接 电流 的增 大而增强 ， 但电 ［ １ 】 美国焊接 学会． 焊接手册第一卷［ Ｍ】 ． 北京： 机械 工业 出版社， １ ９ ８ ５ ． 流过大时会造成穿孔 的直径过大， 出现熔滴坠落 ， 不能成型。 但 电流 【 ２ 】 周振风， 张 文钺 ． 焊接 冶金 与金 属 焊接 ｔ Ａ ［ Ｍ］ ． 北 京： 机 械 工 业 出版社 ． 小， 熔透能力不够 ， 会 出现未焊透现象 ； 焊速过高 ， 则会 出现焊缝焊 ［ ３ 】 满伯 倩， 张铁 ． 变极 性等 离子弧焊设备及 其铝合金 焊接工 艺研 究 后 咬边 ， 背 面无法成型 ） 。经过平时经验和反复试验 ， 对焊接电流同 【 Ｊ ］ ． 上 海航 天 ， ２ ０ ０ ６ ． ２ ： ６ １ － ６ ４ ． ４ ］ 周 万盛， 姚 君 山． 铝 及铝 合金 的 焊接 ［ Ｍ 】 ． 北 京： 机械 工 业 出版社 ， 为３ ３ ０ Ａ， ３ ０ ０ Ａ时 ，焊接速度分别为 １ ２ ０ ｍ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ 、 １ ０ ０ ｍｍ ／ ｍｉ ｎ时工件 ［ 的焊缝成形情况进行对 比。图 ２为焊接电流为 ３ ３ ０ Ａ、焊接速度为 ２０ ０ ６ ． ５ 】 雷玉成， 陈希章， 朱强． 金 属材料焊接 工艺【 Ｍ】 ． 北 京： 化 学工业 出版 １ ２ ０ ｍ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ的焊缝情况正面焊缝出现咬边现象 ， 焊缝背面有明显的 【
等离子切割原理及工艺
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等离子弧的导电性能没有显著变化 ? 等离子弧弧柱的截面尺寸比较小，它的电阻往往很大 ? 决定气体电离度的主要因素是温度---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子体的定义? 在30000K时，各种气体几乎都变成离子，处于完全电离状态? 处于完全电离状态的气体便是所谓的“等离子体”? 这种气体完全由带电粒子组成，具有很强的导电能力，呈现出明显的电磁性能，但其整体却保持着电中性 ? 物质存在的第四态7/ 582. 等离子弧发生装置的原理---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 热收缩效应(1)? 电弧通过喷嘴孔道在钨极和被切割金属之间燃烧 ? 弧柱受冷气流及水冷喷嘴孔道壁的冷却作用? 促使电弧的弧柱导电截面缩小，电流密度增加 ? 整个弧柱的能量集中在中心区域9/ 58热收缩效应(2)? 冷却气体的这种作用被称为“热收缩效应”? 在已缩小的截面上通过同样的电流，须提高供给电压 ? 这时，弧柱的电场强度会提高 ? 其值在很大程度上反映了电弧所受到的压缩程度---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 磁收缩效应? 等离子弧电流达到相当数值时，弧柱电流产生的磁场对弧柱截面积进一步压缩 ? 这种作用称为“磁收缩效应” ? 自由燃烧电弧也存在磁收缩效应? 等离子弧有较高的电流密度，而且以热收缩做前提，所以磁收缩效应更强11/ 58机械收缩效应? 喷嘴孔道的孔径对弧柱产生强制压缩作用 ? 电弧周围的压缩气流或水流也对弧柱产生强制压缩作用? 这种对电弧的压缩被称为“机械收缩效应”---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子切割的实现? 三种收缩效应的压力与等离子弧内部的热扩散作用达到平衡 ? 形成高速高温等离子流，从喷嘴孔喷出 ? 等离子流遇到低温金属便复合成原子或分子并放出能量，使割缝处金属温度迅速升高而熔化 ? 等离子流较强的机械冲力，将被熔化的金属冲走而实现切割13/ 58水射流等离子发生装置? 图示为一种水射流等离子发生装置的切割示意图 ? 与一般等离子弧切割的区别主要在于喷嘴结构上的不同---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 水射流等离子发生装置结构? 在喷嘴的弧柱出口处，增加一圈水射流孔 ? 水射流从四周射向电弧，加大热收缩效应 ? 弧柱经水冷却被进一步收缩? 电弧的能量密度更为集中，从而进一步提高切割速度15/ 58等离子弧的类型? 等离子弧的发生装置是在钨极氩弧焊的实践基础上形成的 ? 由电源的连接方式，等离子弧可分为转移型、非转移型和联合型三种---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 转移型等离子弧的发生? 电极接负极，工件接正极 ? 电弧首先在电极与喷嘴间形成 ? 然后在电极与工件加一较高电压 ? 等离子弧转移到电极与工件间17/ 58转移型等离子弧的应用? 转移型等离子弧的阴极斑点和阳极斑点分别落在电极和工件上 ? 产生的热量多而且集中 ? 可以用于切割，也可用来进行焊接 ? 这种类型的等离子弧发生在电极和工件间，所以要求工件必须是导体---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 非转移型等离子弧? 只是喷嘴接正极 ? 等离子弧产生于电极与喷嘴之间 ? 高温焰流经喷嘴喷出 ? 阳极斑点在喷嘴上，热量损失较多导致等离子弧的温度降低? 适用于薄板的切割和焊接 ? 可以切割金属材料和非金属材料19/ 58联合型等离子弧? 转移型等离子弧和非转移型等离子弧同时存在? 这种类型的等离子弧主要用于微弧焊粉末材料的喷焊---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 1. 等离子弧的物理特性(1) 等离子弧的热特性 ? 热特性是一个热源的重要特性 ? 等离子弧的温度、热功率及热效率① 等离子弧的温度? 等离子弧温度主要是指弧柱的温度 ? 弧柱温度一般与电弧功率，气体、电极材料及其它工作条件有关21/ 58气体电离电位对温度的影响? 空间气体成分对弧柱温度影响很大 ? 气体的电离电位高，弧柱温度也高? 电极材料的蒸汽的电离电位较低时，对弧柱温度有很大影响? 熔化的金属极电弧产生电离电位很低的金属蒸汽，温度仅在5000K~ 6000K ? 等离子发生装置后电极常用钨极，很少蒸发---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子弧的温度? 等离子弧的弧柱温度可达15000K~50000K，而且从焰心到边缘的温度梯度极大? 转移型等离子弧较另两种类型等离子弧具有更高的温度? 工作气体用氮气，I=300A、U=250V、喷嘴孔径d=2.8mm和气体流量Q=50l/min条件下喷嘴附近最大温度Tmax=30000℃ ? 当I=1500A，d=2.5mm时，Tmax=52000℃，能量集中程度达到1.1×109W/cm223/ 58②离子弧的热功率? 热源温度高，加热能力不一定越大 ? 热源的加热能力取决于它的热功率，即单位时间内能传递多少热能 ? 电弧的热功率是单位时间内电能转变为热能的量，即耗电率 ? 单位时间内电弧产生的热量q 0 =0.24Ih Uh (cal/s)---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子弧热功率的计算q 0 =0.24Ih Uh (cal/s)Uh—等离子弧工作电压(V) Ih—等离子弧工作电流(A)? 等离子弧具有较高的电压，所以有较大的热功率? 等离子弧的热功率可以通过很多参数对其进行调整25/ 58热功率的影响参数等离子弧工作电流喷嘴的几何形状和尺寸工作气体的成分和流量电极材料 ? 气体成分的影响对选用工作气体有一定的指导意义 ? 等离子弧作为热源时，气体传递了相当一部分热量---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子弧的工作气体? 气体在弧柱加热、分解、电离的过程中吸收热量，并达到很高的温度 ? 气体热分解、电离以及温度升高时，吸收的热量越多，传递热量的能力越大 ? 从加热分解的角度，只有分子态气体才可能分解? 等离子弧的工作气体有：H2、N2、空气、水蒸气和氩气等? 等离子弧燃烧时所用气体的热焓随温度的升高而增大27/ 58③等离子弧的热效率? 电能在等离子枪中转变成热能，并没有全部用于加热工件? 冷却水带走、辐射等? 转移型弧热损失少些，工件可以得到60%的热能? 工件实际得到的热能为等离子弧有效热功率q e =? q 0---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ (2)等离子弧焰流速度? 等离子弧焰流速度极快，可达到音速甚至超音速 (300~1000m/s)? 具有极强的吹力 ? 工件气体在喷嘴孔道被加热，体积急剧膨胀，喷出速度快(热力加速) ? 切割工艺中，焰流速度快、冲力大的等离子弧被称为刚性弧 ? 小孔径喷嘴和大流量工作气体容易获得刚性弧29/ 58(3)等离子弧的电特性? 等离子弧的静态伏安特性,即静特性---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子弧静特性? 喷嘴限制了等离子弧柱截面积增大 ? 等离子弧相对普通电弧静特性的差别表示在两个方面具有较高的电压容易形成平特性或上升特性 ? 等离子弧静特性与工作气体种类和流量、喷嘴尺寸及电极间距等有关31/ 58(4)等离子弧燃烧稳定性? 使用转移型等离子弧时，会出现一种破坏电弧燃烧稳定性的现象 ? 双弧现象 ? 破坏切割工艺的正常进行? 引起喷嘴烧损---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 双弧现象? 在一定的电流及外界条件下，电弧的电压总是力图维持最小数值? 这是电弧物理中的一个重要规律，叫做最小电压原理? 出现双弧时，A1+A2的电压小于等离子弧的电压? 所以喷嘴管道中的电压降与双弧现象由直接联系33/ 58双弧与等离子弧的电压? 为提高电弧的压缩程度，总希望减小喷嘴孔径，拉长等离子弧长度? 提高等离子弧的电压和磁收缩效应? 电压与弧长成正比 ? 从防止双弧现象的角度，应该限制弧长的过度增加 ? 对双弧现象的影响还有一些因素---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ (二)等离子弧切割设备与工艺1.等离子弧电源 ? 电源输出电流与电源两端电压之间的关系为电源外特性 ? 等离子弧要求电源具有陡降的外特性35/ 58电源的空载电压U0? 为易于引燃等离子弧并使其稳定燃烧，对电源的 U0要求较高? 焊接、喷焊等要求U0＞80V即可? 而切割和喷涂则要求U0＞180V? 空载电压的高低主要取决于被切割材料的厚度? 切割大厚度材料需要更高的空载电压---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 等离子弧切割的电源? 常用的电源多数是具有陡降外特性的直流弧焊电源，有专门的型号 ? 有时为了某种工艺或材料而使用交流电源，常见于等离子弧焊 ? 也有用一般弧焊机代替，将几台相同电流种类和外特性的焊机串联 ? 国产等离子弧切割机的空载电压一般为120V~300V，工作电流为320A~ 500A，工作电压为60V~150V37/ 582.等离子弧电极材料? 后电极材料与TIG的电极材料相同，有钨极、钍钨极和铈钨极 ? 纯钨的熔点3400℃，沸点5000℃，基本能满足要求 ? 纯钨应很好给予冷却，以减少烧损 ? 在纯钨中加入1~2%的氧化钍，即为钍钨极，比钨极发射电子能力强 ? 在相同的电极直径情况下，钍钨极可采用大电流而且烧损也较慢---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 铈钨极和锆铪电极? 钍钨极具有放射性，对健康有危害 ? 在纯钨中加入2%的铈即为铈钨极? 可减轻放射性污染，而且进一步提高了电子发射能力和工艺性能? 降低电极烧损率，是较为理想的后电极材料 ? 锆铪电极，可用空气作为工作气体 ? 在N2+H2混合气体中工作，寿命接近钍钨极39/ 583.等离子弧工作气体? 常用的工作气体是氮气(N2)、氩气(Ar)、氢气(H2) 或他们的混合气体 ? N2的热焓比较高，化学性能较稳定，危险性小，同时成本低，是用的较广泛的工作气体 ? 氮会溶于钢中形成氮化铁，引起强度增高，塑性降低 ? 氮的纯度应不低于99.5%，若其中含O2或水较多时，会使钨极严重烧损---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 工作气体—氩气? Ar的热焓较低，等离子弧电压也低 ? Ar是单原子气体，在高温下不分解也没有吸热作用 ? 比热容和热传导值都很小，因此在氩气中燃烧电弧其热能损失最小 ? 由于Ar的电离电位较高，引弧和燃弧都需要较高的能量 ? 应采取特殊的引弧措施以解决燃弧困难的问题41/ 58工作气体—氩气? Ar是惰性气体，即不与各种金属起化学反应也不溶于金属? 对切割化学性能甚为活泼的金属来说，高纯度的Ar 是良好的保护介质? 氩气比空气重，在空气中的含量约1%，提取成本高? 氩气通常为制氧过程中的副产品，国内工业纯氩已达99.99%---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 工作气体—氢气? H2是热焓及导热率最高的气体，具有最大的传递热能的能力? 工作气体中混入H2，会明显提高等离子弧的热功率? 对难熔材料的喷涂及大厚度工件切割时，常用H2作为工作气体? 对绝大多数金属材料来说，H2是还原性气体，可有效防止材料的氧化43/ 58工作气体—氢气、空气? H2是一种可燃气体与空气混合后易燃烧和爆炸 ? 高温下氢可溶于很多熔化金属中 ? 有时影响工艺性，而且侵入钢中的氢容易发生氢脆现象 ? 空气作为工作气体传递热量的能力也相当高 ? 使用压缩空气便宜方便---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 工作气体—混合气体 ? 除锆极用空气外，钨极也可用空气作为工作气体 ? 钨极使用空气时，要用双层气流等离子枪，内层气流使用Ar、N2等气体保护钨极不受空气的氧化 ? 比较常用的工作气体是氮氢混合气体、氩氢混合气体 ? 综合了两种气体的优点45/ 58混合气体的注意? 混合比例问题影响切割速度、切口质量及喷嘴寿命 H2:Ar =(20~40)%:(80~60)% H2:N2=(10~25)%:(90~75)% ? 起弧问题在含有大量双原子气中起弧困难一般可在纯Ar或纯N2中起弧---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------4.等离子弧切割工艺? 等离子弧工艺参数有空载电压U0 切割电流I 工作电压U 气体流量Q 切割速度v 喷嘴到工件的距离h 钨极到喷嘴端面的距离l 喷嘴孔径尺寸d47/ 58(1)空载电压U0? 为使等离子弧易于引燃和稳定燃烧，要电源的U0 ＞150V ? 在切割较厚材料时(200mm以上)，U0＞200V ? 切割厚材料时，U0=300~ 400V? 由于空载电压U0高，需注意安全---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ (2)切割电流和工作电压? 切割电流和工作电压决定了等离子弧的功率 ? 加大切割电流和工作电压可以增加等离子弧的热功率 ? 提高被切割工件厚度和切割速度 ? 切割速度随切割电流的增加而显著增加 ? 随被切割金属厚度的增加，切割电流I对切割速度v 的影响效果变小49/ 58提高功率的有效途径? 增大电流的同时会使弧柱变粗，切口宽度增加，钨极喷嘴容易烧损? 增高电压是提高等离子弧功率的有效途径，特别在切割大厚度材料时? 工作电压U与气体成分和气体流量有关N2的U＞Ar的U H2散热能力强，也需要提高U。
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。
等离子弧焊接考试习题
等离子弧焊接1.何谓等离子弧？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、高电离度及高能量密度的电弧。
等离子枪的作用有些像消防水管前端的喷头,如没有这个喷头,喷出的水流速低,扬程小,加上喷头便极增大水的流速与扬程。
等离子弧可用于焊接、喷涂、堆焊和切割。
2 等离子弧是如何产生的？钨极氩弧焊所使用的电弧为自由电弧,利用等离子枪将自由电弧进一步压缩便形成等离子弧。
焊枪的组成部分中压缩喷嘴是等离子弧焊枪的关键部件,一般需要水冷。
喷嘴通的气体为离子气。
一旦电弧引燃,中性的离子气便被电离。
电离了的离子气从喷嘴孔径流出时受到喷嘴孔径的限制,使弧柱截面变小,电流密度增加。
如电流不变,弧柱电场强度及电弧压降都随电流密度增加而增加,所以等离子弧的电弧功率及温度明显高于自由电弧。
在所示的对比中,等离子弧的电弧温度比自由电弧高30%,电弧功率高100%。
3 有几种类型的等离子弧？等离子弧按电源的供电方式有3种类型,分别是非转移型弧、转移型弧及联合型弧,其中非转移型弧和转移型弧是基本的等离子弧形式。
非转移型弧建立在电极与喷嘴之间,离子气强迫等离子弧从喷嘴孔径喷出,也称等离子焰。
非转移型弧用于非金属材料的焊接与切割,也用于等离子喷涂。
转移型弧建立在电极与工件之间。
一般要先引燃非转移弧,然后再将电弧转移到电极与工件之间,这时工作成为另一个电极,所以转移型弧能把较多的热量传递给工件。
金属材料的焊接与切割一般多采用转移型弧。
非转移型弧与转移型弧同时存在的等离子弧称联合型弧。
联合型弧需用两个独立电源供电,主要用于30A以下的微束等离子弧焊接。
4 有几种等离子弧焊接方法？按焊缝成形原理,等离子弧有两种基本焊接方法：穿透型等离子弧焊及熔透型等离子弧焊,其中30A以下的熔透型等离子弧焊又可称为微束等离子弧焊,穿透型等离子弧焊也称小孔型等离子弧焊。
进行穿透型等离子弧焊时电弧在熔池前将工件穿透形成一个小孔,随着热源移动在小孔后形成焊道,主要用于厚度1.6～9mm工件的单道焊接。
等离子焊接原理及特点
等离子焊根据电源的要求，主电路包括2个部分：一是在切割工作模式下为割炬提供0-200 V电压、0-30A电流，或在焊接工作模式下为焊枪提供0-80V电压、0-60V电流的直流电源电路；二是为触发电路和控制电路提供+15V、-15V、+24V 和+5V 电压的直流电源电路。
其中第一部分包含变压、整流、滤波、高频引弧、保护回路等几个子电路；在第二部分中包含了变压、整流、滤波、稳压等子电路，其中整流输出主要由7815、7915、7824和7805三端集成稳压器实现主电路工作时，380V三相交流电经过隔离变压器（电源变压器）由2个抽头分别得到切割抽头（148V）和焊接抽头（60V）的交流电，然后经过晶闸管可控桥式整流电路、滤波电路后得到直流电。
空载时切割电压为200V，焊接电压为80V；工作时在高频引弧电路中产生250kHz/2500V的高频电压耦合到割炬或焊枪，电离空气，进行切割或焊接。
当主机申请响应后输出信号使继电器闭合接通带电，接通高频回路，高频振荡器产生的高频高压信号耦合到割矩或焊枪上，从而击穿空气形成等离子弧。
当切割或焊接完毕后，回路电流为零，电流传感器输出0信号，在程序的控制下电路延时几十秒后自动断开气阀；压力控制器触点断开，主接触器断电停止工作，主电路输出电压为零。
优点由于等离子电弧具有较高的能量密度，温度及刚直性（能量密度可达10000到100000w/平方厘米，弧柱中心温度可达18000—24000K 以上，焰流速度可达300m/s以上），因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点：1.能量密度大，电弧方向性强，融透能力强，在不开坡口，不加填充焊丝的情况下可一次焊透8至10mm厚的不锈钢板，与钨极氩弧焊相比，在相同的焊缝熔深情况下，等离子焊接速度要快得多。
2.焊缝质量对弧长的变化不敏感。
这是由于等离子弧的形态接近圆柱形，发散角很小（约5度），且挺直性好，弧长变化对加热斑点的面积影响很小，因此容易获得均匀的焊缝形状。
微束等离子弧焊工艺知识
微束等离子弧焊工艺知识人们通常将焊接电流在30A以下的等离子弧焊接，称为微束等离子弧焊接。
由于是在小电流条件下，无论是等离子弧的形态、稳定性及其对电源，设备的要求，还是焊接工艺过程及其操作方法，都有一系列的特殊性。
(1)微束等离子弧焊的特点微束等离子焊接是一种小电流(通常小于30A)熔人型焊接工艺，为了保持小电流时电弧的稳定，一般采用小孔径压缩喷嘴(0.6～1.2mm)及联合型电弧。
即焊接时会存在两个电弧，一个是燃烧于电极与喷嘴之间的非转移弧，另一个为燃烧于电极与焊件之间的转移弧，前者起着引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0．5A时仍非常稳定，后者用于熔化工件。
微束等离子弧是等离子弧的一种。
在产生普通等离子弧的基础上采取提高电弧稳定性措，进一步加强电弧的压缩作用，减小电流和气流，缩小电弧室的尺寸。
这样，就使微小的等离子焊枪喷嘴喷射出小的等离子弧焰流，如同缝纫机针一般细小。
与钨极氩弧焊相比，微束等离子弧焊接的优点是：a．可焊更薄的金属，最小可焊厚度为0．01mmb．弧长在很大的范围内变化时，也不会断弧，并能保持柱状特征，巳焊接速度快、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小。
(2)获得微束等离子弧的三要素获得微束等离子弧，必须满足以下三个基本条件。
①微束等离子弧发生器是产生微束等离子弧的器件，也称为等离子枪，它是以等离子电弧室为主体组成的。
产生微束等离子弧的第一要素是要有一个良好的等离子枪，要求不漏气、不漏水、不漏电，电极对中且调整更换方便，喷嘴耐用又便于更换。
电弧室由上下两体构成，中间加以绝缘。
上枪体的主要功能是：夹持钨极并使之接人电源负极，以使钨极尖端能产生电弧放电的阴极斑点；将电弧放电产生在钨极区的热量及时排出；钨极应能始终保持对准下枪体的喷嘴孔径中心，且应能调整极尖的高度和更换新钨极，导人惰性压缩气体。
这样，上枪体应有电、气、水三个导人孔道和一个水的出口。
下枪体上安装经常更换的喷嘴，要接电源的正极，要有进出冷却水的散热系统。
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。
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。
工艺参数对铜／钢异种材料等离子弧焊的影响
６ ０
７ ０
１６ ７
０ ７ ．
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１０ ５
０ ９ ．
０
２ ２ ２ 焊接 速度 对 接头 拉伸 性能 的影 响 ．． 表 ２是在 焊 接 电流 为 ６ 偏 移 量 为 １ｍｍ， 子 验结 果 表 明 ， 接 电 流 、 接 速 度 、 子 气 １ 焊 焊 离 流 量对 焊缝 成形 和接 头 力 学性 能 都 有 直接 影 响 。通 过
［ ４ 梁振新 ． １］ 基于虚拟现实技 术 的焊接操 作模 拟与仿 真系统 研究 ［ ． Ｄ］ 西安 ： 西安交通大 学博 士学位论文 ，０ ６ ２０ ． 基于 网格模 型的焊条 电弧焊 熔池 与焊缝成 形仿 ［ ５ 代小号 ． １］ 真［ ． Ｄ］ 西安 ： 西安交通 大学硕 士学位论文 ，０ ７ ２０ ． ［ ６ 赵 １］ 怿 ． 于 Ｏ ｅＧ 基 ｐｎ Ｌ的多层 多道 焊条 电弧焊 过程 模拟 与仿 真［ ． Ｄ］ 西安 ： 西安交通 大学 硕士学位论文 ，０ ９ ２０．
［ １ ＹｚｏｇＷ ，ｈｎｌ ｎ Ｙ ｎｈ ａＣ，ｔ １ ｔｄ ｎｗ ｌ— １］ ｉ ｎ Ｚ ｏ ｇａ ｇＮ， ｏ ｇｕ ｅ ａ．Ｓｕｙｏ ｅｄ ｈ ｉ
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［２ 张铁强 ， 咏梅 ， 山河 ．焊接操作光学模 拟训练 系统研 １］ 郑 郭 究 ［］ Ｊ ．光学技术 ，９ ８ ２ ： ６ ． １９ （ ）６ ４— ６ ［３ 张建勋 ， １］ 邹 林， 梁振 新． 手工 电弧焊焊 接操 作模拟 培训
TIG焊,等离子焊,电子束焊,高频感应焊、双丝焊概述
非熔化极气体保护焊（TIG焊）综述传统TIG焊由于其电极的载流能力有限，电弧功率受到一定限制，使得焊缝熔深浅、焊接速度小，尤其是用于中等厚度的焊接结构时需要开坡口并要进行多层焊，因此其使用受到一定限制。
热丝TIG焊是于 1956年在传统TIG焊基础上发展起来的一种优质、高效、节能的焊接工艺，其基本原理就是在焊丝送进熔池之前，对焊丝进行加热使其达到一定的预热温度，最终实现高速高效焊接的目的。
而对焊丝的加热不仅可以提高焊接速度，而且可以明显改善熔敷率，并且调整了焊接熔池的热输入量，加快了填充丝的熔化速度，降低了母材的稀释率，扩大了传统TIG焊焊接工艺方法的适应性和应用范围，具有较高的经济价值。
目前，在国内外热丝TIG焊已经在压力容器、锅炉、高温阀门、高压管道、石化装置、海洋采油设备、军械制造和航空航天工程等高端工业部门用于碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢和镍基合金等重要焊接部件的焊接。
也适用于钛合金、铝及其合金等材料的焊接。
过去，围绕着焊丝的加热方法及进一步提高其熔敷效率和扩大其适用范围，已开发出许多具体的热丝TIG焊方法，主要分类如图1所示。
热丝TIG焊按照焊丝的数量可分为单丝和双丝两种；单丝时按照加热方法的不同分为电阻加热、电弧加热、高频感应加热三种；而且还开发出主要用于大厚板焊接的窄间隙热丝TIG焊、用于薄板堆焊和表面熔敷的超高速热丝TIG焊及新型热丝TIG焊。
1单丝热丝TIG焊1.1电阻加热单丝热丝TIG焊日本Hori等提出的热丝TIG焊装置中热丝的加热方式就是电阻加热，将热丝电源的两极分别接在焊丝和工件上，利用电流流过焊丝所产生的电阻热来加热焊丝。
设焊丝的伸出长度为e，焊丝的横截面积为S,焊丝材料的电阻率为ρ，焊丝的加热电流为Iw，则在焊丝上产生的电阻热功率PR为PR=(I2-ρe)/S可看出，当焊丝的直径很大、焊丝材料的电阻率很低时，电阻加热的功率将达不到焊丝加热的预热温度，故此方法只适用于大电阻率、较细焊丝加热的情形。
等离子切割原理及相关工艺
• 等离子弧静特性与工作气体种类和流 等离子弧静特性与工作气体种类 工作气体种类和
量、喷嘴尺寸及电极间距等有关 喷嘴尺寸及电极间距等有关
(4)等离子弧燃烧稳定性 (4)等离子弧燃烧稳定性
• 使用转移型等离 使用转移型等离
子弧时 子弧时，会出现 一种破坏电弧燃 烧稳定性的现象
• 双弧现象
• 破坏切割工艺的 正常进行 • 引起喷嘴烧损
有明显的提高
• 等离子弧的导电性能没有显著变化 • 等离子弧弧柱的截面尺寸比较小，它的电 等离子弧弧柱的截面尺寸比较小，
阻往往很大
• 决定气体电离度的主要因素是温度 决定气体电离度的主要因素是温度
等离子体的定义
• 在30000K时，各种气体几乎都变成离子， 30000K 各种气体几乎都变成离子，
处于完全电离状态 处于完全电离状态
等离子弧的工作气体
• 气体在弧柱加热、分解、电离的过程中吸收 气体在弧柱加热、分解、
热量， 热量，并达到很高的温度 • 气体热分解、电离以及温度升高时，吸收的 气体热分解、电离以及温度升高时， 热量越多， 热量越多，传递热量的能力越大 • 从加热分解的角度，只有分子态气体才可能 从加热分解的角度，只有分子态气体才可能 分解 • 等离子弧的工作气体有：H2、N2、空气、水 等离子弧的工作气体有： 空气、 蒸气和氩气等 蒸气和氩气等 • 等离子弧燃烧时所用气体的热焓随温度的升 高而增大
(3)等离子弧的电特性 (3)等离子弧的电特性
• 等离子弧的静态伏安特性,即静特性 等离子弧的静态伏安特性,
等离子弧静 等离子弧静特性
• 喷嘴限制了等离子弧柱截面积增大 • 等离子弧相对普通电弧静特性的差别 等离子弧相对普通电弧静特性 普通电弧静特性的差别
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等离子弧焊的工艺参数
(1)焊接电流
焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定。
焊接电流过小，难于形成小孔效应：焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。
因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。
(2)焊接速度
焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。
其他条件一定时，如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应。
如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。
因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。
(3)喷嘴离工件的距离
喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低：距离过小，易造成喷嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。
喷嘴离工件的距离一般取3～8mm。
与钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。
(4)等离于气及流量
等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。
大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采取相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。
小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。
这是因为氧气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。
离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。
等离子气的流量越大，熔透能力越大。
但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。
因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。
利用熔人法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。
保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。
在一定的离子气流量下，保护气体流量太大，会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果。
而保护气体流量太小，保护效果也不好，因此，保护气体流量应与等离子气流量保持适当的比例。
小孔型焊接保护气体流量一般在15～30L／min范围内。
采用较小的等离子气流量焊接时，电弧的等离子流力减小，电弧的穿透能力降低，只能熔化工件，形不成小孔，焊缝成形过程与TIG焊相似。
这种方法称为熔入型等离子弧焊接，适用于薄板、多层焊的盖面焊及角焊缝的焊接。
(5)引弧及收弧
板厚小于3mm时，可直接在工件上引弧和收弧。
利用穿孔法焊接厚板时，引弧及熄弧处容易产生气孔、下凹等缺陷。
对于直缝，可采用引弧板及熄弧板来解决这个问题。
先在引弧板上形成小孔，然后再过渡到工件上去，最后将小孔闭合在熄弧板上。
大厚度的环缝，不便加引弧板和收弧板时，应采取焊接电流和离子气递增和递减的办法在工件上起弧，完成引弧建立小孔并利用电流和离子气流量衰减法来收弧闭合小孔。
(6)接头形式和装配要求
工件厚度大于1.6mm时，小于表1-1列举的厚度时，采用I形坡口，用穿孔法单面焊双面成形一次焊透。
工件厚度大于表1-1列举的数值时，根据厚度不同，可开V形、U形或双V形、双U形坡口。
工件厚度小于1．6mm，采用微束等离子弧焊时，接头形式有对接、卷边对接、卷边角接、端面接头。
当厚度小于0．8mm时，接头装配要求见表。