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
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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
小提示
• 等离子弧切割的原理与氧气的切割原理有 着本质的不同。氧气切割主要是靠氧与部 分金属的化合燃烧而进行切割的。等离子 弧切割不是依靠氧化反应，而是靠熔化来 切割工件的。因此等离子弧切割的适用范 围比氧气切割要大得多，氧气切割不能切 割的材料可用等离子弧切割。
图6-4 等离子弧切割示意图 1一钨极 2—进气管 5-喷嘴 4—等离子弧 （1）应用范围广 • 等离子弧可以切割各种高熔点金属及其他切割方法不能切 割的金属。 • 转移弧，适用于金属材料切割；非转移弧，既可用于非金 属材料切割，如耐火砖等，也可用于金属材料切割。但由 于工件不接电源，电弧挺度较差，故能切割的金属材料厚 度较小。 • （2）切割速度快、生产率高 • 等离子弧切割的速度比较快，生产率也比较高。例如，切 割10mm的铝板，速度可达200m/h～300m/h。 • （3）切割质量高 • 能得到比较狭窄、光洁、整齐、无粘渣、接近于垂直的切 口，而且切口的变形和热影响区较小，其硬度变化也不大， 切割质量好。
• 1）机械压缩作用 • 电弧弧柱被强迫通过细孔道的喷嘴，使弧柱截面 压缩变细，而不能自由扩大。 • 2）热收缩作用 • 电弧通过水冷却的喷嘴，同时又受到外部不断送 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。
模块二 等离子弧切割
一、等离子弧切割的原理及分类 • 1、等离子弧切割原理 • 利用等离子弧的热能实现切割的方法称为等离子 弧切割。等离子弧切割与氧一乙炔切割有本质上 的区别，它是以高温、高速的等离子弧为热源， 将被切割件局部熔化，并利用压缩的高速气流的 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。
• （2）等离子弧的 形成原理 • 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 道，以形成高温、 高能量密度的等离 子弧。等离子弧的 形成如图6-1所示。
图6-1 等离子弧的形成 1-钨极 2-水冷喷嘴 3-保 护罩 4-冷却水 5-等离子弧 6焊缝 7-工件
第六单元 等离子弧焊接与切割
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、高能量密度及高焰流速度的电弧。 利用等离子弧来进行切割与焊接的工艺 方法称为等离子弧切割和焊接。
• 模块一 认识等离子弧 • 一、等离子弧的形成、特点及分类 • 1．等离子弧的形成 （1）等离子弧 • 对自由电弧的弧柱进行强迫“压缩”，就 能获得导电截面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， 这种电弧称为等离子弧。
• 2．双弧形成的原因 • 等离子弧焊接或切割时，等离子弧弧柱与 喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形成的冷 气膜。这层冷气膜对弧柱向喷嘴的传热和 导电都具有较强的阻滞作用。 • 焊接或切割时，当冷气膜被击穿遭到破坏 时，绝热和绝缘作用消失，就会产生双弧 现象。
• 3．防止双弧产生的措施 • （1）正确选择焊接电流和离子气种类及流量 • 采用Ar+H2的混合气体，由于H2的冷却作用强，弧柱热收 缩作用增大，弧柱直径缩小，冷却膜厚度增大，故不易被 击穿形成双弧。同样，增大离子气流量，冷却作用增强， 也可减少产生双弧的可能性。 • （2）正确选择喷嘴 • 喷嘴孔径减少，喷嘴孔道长度增大或钨极内缩量增大都易 产生双弧。 • （3）电极与喷嘴尽可能同心 • 电极与喷嘴同心度不好，往往是引起双弧的主要原因。 （4）正确确定喷嘴离工件的距离 • 喷嘴离工件的距离过小易引起双弧，一般在5mm～12mm 之间为宜。 • （5）加强对喷嘴和电极的冷却，保持喷嘴端面清洁，采 用切向进气的焊枪等也可防止双弧形成。
• 1．双弧的危害性 • （1）破坏等离子弧的稳定性，使焊接或切 割过程不能稳定地进行，恶化焊缝成形和 切口质量。 • （2）产生双弧时，减小了主弧电流，降低 了主弧的电功率，焊接时熔透能力和切割 时的切割厚度减小。 • （3）双弧一旦产生，使喷嘴受到强烈加热， 故容易烧坏喷嘴，使焊接或切割工作无法 进行。
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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
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• 等离子弧切割的原理与氧气的切割原理有 着本质的不同。氧气切割主要是靠氧与部 分金属的化合燃烧而进行切割的。等离子 弧切割不是依靠氧化反应，而是靠熔化来 切割工件的。因此等离子弧切割的适用范 围比氧气切割要大得多，氧气切割不能切 割的材料可用等离子弧切割。
图6-4 等离子弧切割示意图 1一钨极 2—进气管 5-喷嘴 4—等离子弧 （1）应用范围广 • 等离子弧可以切割各种高熔点金属及其他切割方法不能切 割的金属。 • 转移弧，适用于金属材料切割；非转移弧，既可用于非金 属材料切割，如耐火砖等，也可用于金属材料切割。但由 于工件不接电源，电弧挺度较差，故能切割的金属材料厚 度较小。 • （2）切割速度快、生产率高 • 等离子弧切割的速度比较快，生产率也比较高。例如，切 割10mm的铝板，速度可达200m/h～300m/h。 • （3）切割质量高 • 能得到比较狭窄、光洁、整齐、无粘渣、接近于垂直的切 口，而且切口的变形和热影响区较小，其硬度变化也不大， 切割质量好。
• 1）机械压缩作用 • 电弧弧柱被强迫通过细孔道的喷嘴，使弧柱截面 压缩变细，而不能自由扩大。 • 2）热收缩作用 • 电弧通过水冷却的喷嘴，同时又受到外部不断送 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。
模块二 等离子弧切割
一、等离子弧切割的原理及分类 • 1、等离子弧切割原理 • 利用等离子弧的热能实现切割的方法称为等离子 弧切割。等离子弧切割与氧一乙炔切割有本质上 的区别，它是以高温、高速的等离子弧为热源， 将被切割件局部熔化，并利用压缩的高速气流的 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。
• （2）等离子弧的 形成原理 • 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 道，以形成高温、 高能量密度的等离 子弧。等离子弧的 形成如图6-1所示。
图6-1 等离子弧的形成 1-钨极 2-水冷喷嘴 3-保 护罩 4-冷却水 5-等离子弧 6焊缝 7-工件
第六单元 等离子弧焊接与切割
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、高能量密度及高焰流速度的电弧。 利用等离子弧来进行切割与焊接的工艺 方法称为等离子弧切割和焊接。
• 模块一 认识等离子弧 • 一、等离子弧的形成、特点及分类 • 1．等离子弧的形成 （1）等离子弧 • 对自由电弧的弧柱进行强迫“压缩”，就 能获得导电截面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， 这种电弧称为等离子弧。
• 2．双弧形成的原因 • 等离子弧焊接或切割时，等离子弧弧柱与 喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形成的冷 气膜。这层冷气膜对弧柱向喷嘴的传热和 导电都具有较强的阻滞作用。 • 焊接或切割时，当冷气膜被击穿遭到破坏 时，绝热和绝缘作用消失，就会产生双弧 现象。
• 3．防止双弧产生的措施 • （1）正确选择焊接电流和离子气种类及流量 • 采用Ar+H2的混合气体，由于H2的冷却作用强，弧柱热收 缩作用增大，弧柱直径缩小，冷却膜厚度增大，故不易被 击穿形成双弧。同样，增大离子气流量，冷却作用增强， 也可减少产生双弧的可能性。 • （2）正确选择喷嘴 • 喷嘴孔径减少，喷嘴孔道长度增大或钨极内缩量增大都易 产生双弧。 • （3）电极与喷嘴尽可能同心 • 电极与喷嘴同心度不好，往往是引起双弧的主要原因。 （4）正确确定喷嘴离工件的距离 • 喷嘴离工件的距离过小易引起双弧，一般在5mm～12mm 之间为宜。 • （5）加强对喷嘴和电极的冷却，保持喷嘴端面清洁，采 用切向进气的焊枪等也可防止双弧形成。
• 1．双弧的危害性 • （1）破坏等离子弧的稳定性，使焊接或切 割过程不能稳定地进行，恶化焊缝成形和 切口质量。 • （2）产生双弧时，减小了主弧电流，降低 了主弧的电功率，焊接时熔透能力和切割 时的切割厚度减小。 • （3）双弧一旦产生，使喷嘴受到强烈加热， 故容易烧坏喷嘴，使焊接或切割工作无法 进行。