第5讲 等离子弧焊及切割简介
等离子弧焊-资料.ppt
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。
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。
二）双弧产生的原因及防止措施
序号
原因
措施
1
在电流一定的条件下， 应匹配正确规格的喷
喷嘴孔径太小或压缩孔 嘴
道的长度过大
2
3
-
-
-
+
+
1 4
5
+
+
非转移
转移
联合
等离子焊与氩弧焊的比较:
•通过水冷喷嘴压缩电弧电弧集中热影响区小3 -10 mm的板不用开坡口可以焊 接穿空效应
• 焊接速度快，焊件变形小，焊缝成型美观
•单面焊接无需打底，不需复杂的焊前准备
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：
2) 喷嘴孔道长度l0 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，
等离子弧焊接与切割
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.1 常用设备 5.2.1.1 等离子弧焊设备 主要包括弧焊电源、控制系统、焊枪、气路系统、水路系统。根据不同的需要有 时还包括送丝系统、机械旋转系统或行走系统以及装夹系统等，如图5-3所示
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.1 常用设备 5.2.1.1 等离子弧焊设备
金属的焊接参数见附表14，常见的缺陷及预防措施见表5-6
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.2 焊接工艺 5.2.2.2 微束等离子弧焊 微束等离子弧焊与大电流等离子弧焊的焊接参数比较见表5-7。
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.2 焊接工艺 5.2.2.3 脉冲等离子弧焊
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.2 焊接工艺 5.2.2.4 等离子弧切割
（6） 气体流量
气体的流量应与喷嘴孔径适应，可按规定选取。
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.2 焊接工艺 5.2.2.4 等离子弧切割
（7） 空载电压与工作电压
空载电压由切割电源决定，但与切割厚度及选用的工作气体的性质有关
断面呈酒杯状，如图5-4所示。
第5章 等离子弧焊接与切割
5.2 焊接设备及工艺
5.2.2 焊接工艺
5.2.2.1 大电流等离子弧焊
（1） 等离子弧焊焊接参数
1 2 3 4
焊接电流 等离子流量 焊接速度 喷嘴几何尺寸
5 6 7 8
钨极内缩量 喷嘴高度 钨极直径与形状 保护气成分和流量
第5章 等离子弧焊接与切割
等离子弧焊接与切割PPT教案
粉末堆焊 焊条电弧堆焊
埋弧 堆焊
单丝 单带极
等离子 弧堆焊
自动送粉 手工送丝 自动送丝 双热丝
1~10
10~2 0 30~6 0 10~2 0 5~15 5~15 5~15 5~15
0.5~1.8 0.5~5.4
4.5~11.3
12~36
0.5~6.8 0.5~3.6 0.5~3.6 13~27
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焊接金属薄片时，要求夹具与工件紧密接触。 焊枪喷嘴至工件的距离不像氩弧焊时要求那么严格。
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能力知识点四 等离子弧堆焊与喷涂介绍
第30页/共55页
（一）等离子弧堆焊
等离子弧堆焊可使堆焊层获得与其基体金属 呈冶金结合的堆焊层，用以提高工件的耐磨性、 耐蚀性、耐高温性能，或用以弥补已磨损工件的 尺寸、被腐蚀工件表面的蚀坑、麻点，达到修旧 利废的目的。目前在石油、冶金，造船、军工、 化工、矿山机械、阀门等行业得到广泛应用，并
气体放电的导电现象。
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2．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
等离子弧焊接与切割
会计学
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1
学习目标：
通过本单元的学习，要使 学生明确等离子弧焊接与 切割的基础知识；掌握等 离子弧的形成、特性及应 用；熟悉等离子弧焊接与 切割的特点、工艺及设备； 并对等离子弧堆焊与喷涂
有一定的了解。
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综合知识模块一 等离子弧的形成及其特性
等离子弧焊与切割
等离子弧发生器是用来产生等离子弧的装置，根据用途不同可分为焊枪、喷枪和割炬。
1.基本要求与典型结构 能有效的固定钨极和喷嘴的位置， 钨极与喷嘴的对中性要好。 钨极与喷嘴之间要可靠绝缘。 能对钨极和喷嘴进行有效水冷。 能有效导入离子气流和保护气流。 便于加工和装配，特别是喷嘴的更换。 体积小、重量轻，便于操作和观察。
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。
小孔焊接示意图
不锈钢PAW的小孔 （上：正面、左：背面）
焊接时小孔的照片
不锈钢焊缝 单面焊双面成形
2. 熔透型（熔入型） 30~100A混合弧。材料、板厚、接头形式不限，可单面
等离子弧焊接与切割
任务一 气焊
【学习目标】
1．能够正确描述气焊的原理、特点及应用 2．能够正确描述气焊设备的构成与连接原理 3．能够正确描述各种气焊设备和工具的作用 4．能够正确描述气焊火焰的种类，各类型火焰的
特点与用途 5．能够准备气焊操作的各种劳动保护 6．能够使用气焊设备规范地进行焊接操作
一、任务分析
（六）等离子弧焊设备
•组成：电源 、控制系统 、焊枪、供气系统、 供水系统 （送 丝机构 焊接小车） •大电流等离子弧焊设备 微束等离子弧焊设备
1. 焊接电源：应具有陡降或垂降特性，空载电压较高 通常带有高频引弧和电流衰减装置。
2. 焊枪： 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
等离子弧是电弧的一种特殊形式。当自由电弧被 压缩后，即可形成等离子电弧。利用等离子电弧可以 进行焊接和切割。从本质上讲，等离子电弧仍然属于 一种气体放电的导电现象。本项目介绍等离子弧的形 成及其特性，等离子弧焊接与切割设备的结构与工作 原理，重点讲述等离子弧焊接和切割的工艺。
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
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。
等离子弧焊接与切割
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
35
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
10
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。
4
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。
等离子弧焊接与切割
项目七等离子弧焊接与切割教学目标：了解等离子弧焊接和切割的原理、特点及应用范围；掌握等离子弧焊的基本方法；能合理制定等离子弧焊工艺。
了解等离子弧堆焊、喷涂和切割的基本方法。
教学活动设计：1在实训室中进行讲练结合的现场教学；2．利用多媒体课件、仿真等辅助教学；教学重点：条电弧焊的原理、工艺特点制定焊条电弧焊工艺；掌握焊条电弧焊操作技术教学难点：能合理制定等离子弧焊工艺。
了解等离子弧堆焊、喷涂和切割的基本方法。
学习单元一认知等离子弧的焊接与切割一、等离子弧的形成1．等离子弧目前，焊接领域中应用的等离子弧实际上是一种压缩电弧，是由钨极气体保护电弧发展而来的。
钨极气体保护电弧常被称为自由电弧，它燃烧于惰性气体保护下的钨极与焊件之间，其周围没有约束，当电弧电流增大时，弧柱直径也伴随增大，二者不能独立地进行调节，因此自由电弧弧柱的电流密度、温度和能量密度的增大均受到一定限制。
实验证明，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。
2．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，如图67-1所示。
此时电弧受到下述三种压缩作用：（1）机械压缩效应当把一个用水冷却的铜制喷嘴放置在其通道上，强迫这个“自由电弧”从细小的喷嘴孔中通过时，弧柱直径受到小孔直径的机械约束而不能自由扩大，而使电弧截面受到压缩。
这种作用称为“机械压缩效应”。
（2）热收缩效应水冷铜喷嘴的导热性很好，紧贴喷嘴孔道壁的“边界层”气体温度很低，电离度和导电性均降低。
这就迫使带电粒子向温度更高、导电性更好的弧柱中心区集中，相当于外围的冷气流层迫使弧柱进一步收缩。
这种作用称为“热收缩效应”。
（3）电磁收缩效应这是由通电导体间相互吸引力产生的收缩作用。
焊接方法与设备 等离子弧焊及切割PPT教案
来的高速冷却气流（氮气、氩气等）的冷却作用， 电弧弧柱进一步被压缩。 3）磁收缩作用 带电粒子在弧柱内的运动，可看成是电流在一束 平行的“导线”内移动，由于这些“导线”自身 磁场所产生的电磁力，使这些“导线”相互吸引， 从而产生磁收缩效应。
常用的等离子弧切割机有LG－400－1型、 LG－400－2型和空气等离子弧切割机LGK8 －40型等。
离子弧切割机的型号可按GB10249《电焊机 型号编制办法》选用，L表示等离子焊割设 备，G表示切割机，K表示空气等离子，400 或40表示额定切割电流。
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图7－8 LG－400－2型等离子弧切割机的外 部接线示意图
1．空气等离子弧切割的特点 （1）压缩空气，来源广，价格低廉，可大大降低
成本。 （2）空气等离子弧能量大，加之在切割过程中氧
与被切割金属发生氧化反应而放热，切割速度快， 生产率高。 （3）压缩空气中的氧极易使电极氧化烧损，使电 极寿命大大缩短，故不能采用纯钨极或含氧化物 的钨极。
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。
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4
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。
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5
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℃，并且截型 a)非转移弧 b)转移弧 c)联合型弧
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8
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7-3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。
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。
工程机械知识--等离子切割与焊接工艺
等离子切割与焊接工艺文——一、等离子弧切割设备等离子弧切割设备包括电源、控制箱、水路系统、气路系统及割炬等几部分组成，其设备组成如图9-5所示。
1.电源等离子弧切割需要陡降外特性的直流电源，其电源的空载电压要高,—般为150V400V,切割电源有专用的和串联直流弧焊机两种类型。
1)专用的整流器型电源如图9-6所示为工作原理图。
等离子弧要求电源与一般电弧焊电源相同，具有陡降的外特性。
但是,为了便于引弧，对一般等离子焊接、喷焊和堆焊来说，要求空载电压在80V以上；对于等离子切割和喷涂，则要求空载电压在150V以上，对自动切割或大厚度切割，甚至高达400Vo 目前,等离子弧要求所采用的电源，绝大多为灵敏具有陡降外特性的直流电源。
这些电源有的利用普通旋转直流电焊机，有的采用硅整流的直流电焊机。
根据某种工艺或材料焊接的需要，有的要求垂直下降外特性的直流电源（微束等离子焊接），有的则需要交流电源（等离子粉末喷焊、用微弧等离子焊接铝及铝合金）。
空气等离子弧切割机从结构上分主要包括:主回路、控制回路以及气路3部分。
（1）主回路包括接触器KM、三相变压器、三相桥式整流器（由VD1VD6、CIC6组成）、高频振荡器（由B2、B4、FP、C12组成）。
（2）控制回路由控制变压器B3和J1J2、J3、VD7、C11、R3等元件组成。
（3）气路部分由减压及电磁气阀DF组成。
其原理简述如下:在接好电源和气源后,合上开关K1,电源指示灯XD亮,冷却风机FM立即转动。
按下割炬微动开关K3,继电器电动作，其常开触点接通，电磁阀DF动作，气路接通，割炬进行预先通气。
另一常开触点接通电阻R3,二极管VD7对电容C11充电，组成延时电路，经过3s5s充电完毕。
继电器J2通电闭合，接触器KM得电闭合，主回路通电，经过变压器B1整流桥，正极经过B5通过连接线直接接至工件，负极通过B2输出，主回路得电的同时，接触器KM的辅助常开触头接通继电器J3。
等离子焊接与切割
等离子弧焊接与切割
宁波技师学院----裘红军
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等离子弧切割的材料和工艺
4、等离子弧切割设备
电源：陡降外特性ZXG2---400
控制箱、水路、气路系统 割具：LG-----400---1型，LG----400----2型等。
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等离子弧切割的安全技术和劳动防护
等离子弧切割时比较突出的是烟尘和噪音。 一、烟尘： 在切割时，空气中的O和N发生氧化，生成NO，N2O3，NO2等 物质，对人体刺激作用。金属氧化物为氧化铁和氮化铁等。焊工操作 时应该加强通风，戴口罩，车间应有吸尘器，实行自动化操作。 二、噪音 小型等离子弧切割的噪音为85-90分贝，超过了人体的承受能力 （小于80分贝） 三、防止触电 因为等离子弧切割的设备空载电压高（>200V）,焊工操作时应该 防止触电事故的发生。
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影响双弧现象的因素和防止措施
喷嘴结构和尺寸。孔径小或孔道长度长容易产生。
电流过大。应该低于临界电流。
离子气的成分和流量 喷嘴冷却效果和表面粘染物。 同心度的影响。
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等离子弧焊接工艺参数
主要有： 离子气流量和种类、
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等离子弧的类型
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二、等离子弧焊接
等离子弧焊接是借助水冷系统对电弧的压缩，获得高能量电 弧以来熔化金属实现焊接的方法。
工艺特点
1、可以利用小孔效应，生产效率高； 2、焊缝深宽比大，热影响区小，变形小，质量好； 3、可实现厚、薄、超薄件焊接。
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。
等离子弧焊及切割设备
等离子弧具有高温、高能量密度的特点，使得等离子弧焊和切割能够在较低的 热量输入下实现高精度的焊接和切割。
设备应用领域
航空航天
汽车制造
等离子弧焊及切割设备在制造航空航天器 的高强度、轻质材料时具有广泛的应用。
造船与海洋工程
汽车制造过程中需要对高强度钢、铝合金 等进行高质量的焊接和切割，等离子弧焊 及切割设备能够满足这些需求。
未来，等离子弧焊及切割设备将朝着智能化方向发展，实 现设备的自动化、远程控制和智能化操作，提高设备的生 产效率和安全性。
绿色环保
随着环保意识的不断提高，等离子弧焊及切割设备将朝着 绿色环保方向发展，采用更加环保的技术和材料，减少对 环境的影响。
06
相关认证及环保要求
相关认证及标准
CE认证
等离子弧焊及切割设备需要符合CE认证标准，以确保产品的安全 性和环保性。
在操作过程中，务必佩戴防护眼镜和其他个人防护设备 ，防止弧光伤害。
在操作过程中，如遇异常情况，应立即停机检查，排除 故障后再进行操作。
常见故障及排除方法
故障1
设备无法启动。
排除方法
检查电源是否连接正常，检查电源开关是否损坏 。
故障2
设备电极与工件之间距离不正确。
常见故障及排除方法
01
02
03
排除方法
检查电极与工件之间的距离和 角度，确保设备处于最佳工作 状态。
检查设备的冷却系统，确保冷 却水循环正常，没有泄漏或堵 塞现象。
检查设备的电源和电线，确保 没有破损或松动现象。
05
等离子弧焊及切割设备的应用 实例及发展趋势
应用实例分析
01
汽车制造
在汽车制造中，等离子弧焊及切割设备可 用于焊接和切割各种金属材料，如碳钢、 不锈钢、铝及其合金等，以实现高效、高 质量的汽车制造。
等离子弧切割、焊接和电阻焊
一、等离子弧焊接的形成及特性、1.等离子弧的形成。
（1）等离子弧：一般焊接电弧未收到外界的压缩，称为自由电弧。
随自由电弧的弧柱进行强迫压缩（称为压缩效应），就能获得导电界面收缩得比较小而能量更加集中，弧柱中的气体几乎达到全部电离状态的电弧，叫等离子弧（2）等离子弧的形成：目前，广泛采用的压缩的方法是将钨极缩入喷嘴内部，并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径，以形成高温，高能量密度的等离子弧。
电弧收到三种压缩作用1）机械压缩作用2）热收缩作用3）磁收缩作用2.等离子弧的特点1）温度高，能量高度集中2）电弧挺度好，燃烧稳定3）具有很强的机械冲刷力3.等离子弧的类型及应用非转移弧、转移弧、联合型弧三种二、等离子弧切割1、等离子弧切割的原理及特点。
它是以高温，高速的等离子弧为热源，并利用压缩的告诉气流的机械冲刷力，将已熔化的金属或非金属吹走而形成狭窄切口的过程具有以下特点：1）应用范围广2）切割速度快，生产率高3）切割质量高2、等离子弧切割的设备1）电源2）控制箱3）水路交流4）气路交流5）割炬3、等离子弧切割工艺。
1）等离子弧切割的点极与工作气体空气等离子弧切割一般采用纯锆或纯电极2）等离子弧切割等工艺参数主要有切割电流，切割电压，气体流量，切割速度，喷嘴与割件的距离，电极端部与喷嘴的距离4、空气等离子弧切割尤其适合切割厚度在30mm以下的碳钢及低合金钢。
（1）空气等离子弧切割的特点1）用压缩空气作为工作气体，来源广，价格低廉，可大大降低成本2）空气等离子弧能量大，加之在切割过程中氧与被切割金属发生氧化反应而放热，切割速度快，生产率高3）压缩空气中的氧极易使电极氧化烧损，使电极寿命大大缩短，故不能采用纯钨或含氧化物的钨极三、等离子弧焊接特点：（1）温度高能量集中，熔透能力强，热影响区小，焊接变形小。
（2）当弧长波动时，熔池表面的加热面积变化不大，随焊缝成形的影响较小，容易得到均匀的焊缝成形（3）由于等离子弧的稳定性好，能保持稳定的焊接过程，因此可焊超薄的工件。
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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。
而在焊接工艺中，为防止焊穿工件则应选择小的离子气量及较大的喷嘴孔径。
1.2等离子弧的类型
等离子弧按电源的供电方式分为非转移型、转移型及联合型三种形式，其中非转移弧及转移弧是基本的等离子弧形式。
（1）非转移型等离子弧电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，见图3a。
非转移弧主要用于非金属材料的焊接与切割。
（2）转移型等离子弧电弧建立在电极与工件之间，见图3b。
一般要先引燃非转移弧，然后再将电弧转移至电极与工件之间。
这时工件成为另一个电极，所以转移弧能把较多的能量传递给工件，金属材料的焊接及切割一般都采用转移弧。
（3）联合型弧非转移弧和转移弧同时存在的等离子弧（图3c）。
联合弧需用两个独立电源供电，主要用于电流小于30A以下的微束等离子弧焊接。
（4）双弧现象正常的转移弧应建立在电极与工件之间，但对于某一个喷嘴，如离子气过小，电流过大或者喷嘴与工件接触，喷嘴内壁表面的冷气膜便容易被击穿而形成如图4所示的串联双弧，这时，一个电弧产生在电极与喷嘴之间，另一个电弧产生在喷嘴与工件之间。
出现双弧将会破坏正常的焊接与切割，严重时还会烧毁喷嘴。
1.3等离子弧的电流极性
（1）切割用等离子弧切割时只采用直流正接的电流极性，即工件接电源的正极。
切割电流范围：30~1000A。
（2）焊接
1）直流正接大多数焊接工艺采用直流正接极性电流，如焊合金钢、不锈钢、钛合金及镍基合金等。
电流范围：0.1~500A。
2）直流反接电极接电源正极的反接极性电流用于焊接铝合金。
由于这种方法钨极烧损严重且熔深浅，仅限于焊接薄件，电流不超过100A。
3）正弦交流正弦交流电流用来焊铝镁合金，利用正接极性电流获得较大的熔深而用反接极性电流清理工件表面的氧化膜，电流范围：10~100A。
为防止反接极性电弧熄灭，焊接设备需有稳弧装置，由于存在焊缝深宽比小及钨极烧损等问题，这种方法趋于被方波交流电流取代。
4）变极性方波交流变极性方波交流电流是正反接极性电流及正、负半周时间均可调的交流方形波电流。
用变极性方波交流等离子弧焊铝、镁合金时可获得较大的焊缝深宽比及较少的钨极烧损。
2 等离子弧焊接
2.1基本焊接方法
按焊缝成形原理，等离子弧有两种基本焊接方法：小孔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。
（1）小孔型等离子弧焊利用小孔效应实现等离子弧焊的方法称小孔型等离子弧焊，亦称穿透性焊接法。
1）小孔法原理在对一定厚度范围内的金属进行焊接时，适当地配合电流、离子气流及焊接速度三个工艺参数，等离子弧将会穿透整个工件厚度，形成一个贯穿工件的小孔，如图5。
小孔周围的液体金属在电弧吹力、液体金属重力与表面张力作用下保持平衡。
焊枪前进时，在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并遂渐凝固成焊缝。
小孔法焊接的主要优点在于可以单道焊接厚板，板厚范围：1.6~9mm。
小孔法一般仅限于平焊；然而，对于某些种类的材料，采取必要的工艺措施，用小孔法可实现全位置焊接。
2）焊接特点小孔法焊接所具有的优点是：
a、孔隙率低。
b、由于小孔法产生较为对称的焊缝，焊接横向变形小。
c、由于电弧穿透能力强，对厚板可实现单道焊接。
d、不开坡口实现对接焊，焊前对工件坡口加工量减少。
小孔法的缺点是：
a、焊接可变参数多，规范区间窄。
b、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。
c、焊枪对焊接质量影响大，喷嘴寿命短。
d、除铝合金外，大多数小孔焊工艺仍限于平焊位置。
（2）熔透型等离子弧焊焊接过程过程中，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子弧焊方法，又称熔透型焊接法。
1）熔透法原理当离子气流量较小，弧柱受压缩程度较弱时，这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应，焊缝成形原理与氩弧焊类似。
主要用于薄板焊接及厚板多层焊。
2）微束等离子弧焊微束等离子通常采用如图3c所示的联合弧。
由于非转移弧的存在，焊接电流小至1A以下电弧仍具有较好的稳定性，能够焊接细丝及箔材。
这时的非转移弧又称维弧，而用于焊接的转移弧又称主弧。
3）焊接特点与GTAW焊相比，熔透法等离子弧焊具有优点是：
a电弧能量集中，因此焊接工艺具有焊接速度快；焊缝深宽比大，截面积小；薄板焊接变形小，厚板焊接缩孔倾向小及热影响区窄等优点。
b、电弧稳定性好。
由于微束等离子弧焊接采用联合弧，电流小至0.1A时电弧仍能稳定燃烧，因此可焊超薄件，如厚度0.1mm不锈钢片。
c、电弧挺直性好。
以焊接电流10A为例，等离子弧焊喷嘴高度（喷嘴到工件表面的距离）达6.4mm时，弧柱仍较挺直，而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm（弧长大于0.6mm后稳定性变差）。
钨极氩弧的扩散角约450，呈圆锥形（见图6a），工件上的加热面
积与弧长成平方关系，只要电弧长度有很小变化将引起单位面积上输入热量的较大变化。
而等离子弧的扩散角仅50左右（见图6b）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。
d、由于等离子弧焊的钨极内缩在喷嘴之内，电极不可能与工件相接触，因而没有焊缝夹钨的问题。
与GTAW焊相比，熔缝法的主要缺点是：
a、由于电弧直径小，要求焊枪喷嘴轴线更准确地对中焊缝。
b、焊枪结构复杂，加工精度高。
焊枪喷嘴对焊接质量有着直接影响，必需定期检查、维修，及时更换。