焊工工艺学-第九章-等离子弧焊接与切割

1、第九章 等离子弧焊接与切割, 9-1 等离子弧产生的原理及特点 9-2 等离子弧切割 9-3 等离子弧焊, 9-1 等离子弧产生的原理及特点,一、等离子弧产生原理 1. 等离子弧 一般的焊接电弧未受到外界的压缩， 称为自由电弧。如果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. 等离子弧的产生,等离子弧的产生示意图 钨极 离子气流 等离子弧 工件 水冷喷嘴,二、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,三、等离子弧的类型及应用,等离子弧的类型 )

2、 非转移弧 ) 转移弧 ) 联合型弧, 9-2 等离子弧切割,一、等离子弧切割的原理、特点及类型 1. 等离子弧切割的原理,等离子弧切割示意图 钨极 进气管 喷嘴 等离子弧 割件 电阻,2. 等离子弧切割的特点 （1）应用范围广 （2）切割速度快、生产率高 （3）切割质量高,3. 等离子弧切割的类型,二、等离子弧切割设备,等离子切割设备组成示意图 1-电源 2-气源 3-调压表 4-控制箱 5-气路控制 6-程序控制 7-高频发生器 8-割炬 9-进水管 10-水源 11-出水管 12-工件,1. 电源 等离子弧切割均采用具有陡降外特性的直流电源，并采用直流正接。要求具有较高的空载电压，一般空

3、载电压在150 400之间。电源类型有两种：一种是专用弧焊整流器电源； 另一种可用两台以上普通弧焊发电机或弧焊整流器串联。,2. 控制系统,3. 水路系统 由于等离子弧切割的割炬在1000以上的高温下工作，为保持正常切割必须通水冷却，冷却水流量应大于3L/min，水压为0.150.2MPa。 4. 气路系统 气路系统由气瓶、减压器、流量器及电磁气阀组成。,5. 割炬 割炬（也称割枪）是产生等离子弧的装置， 也是直接进行切割的工具。等离子弧割炬主要由本体、电极组件、喷嘴和压帽等部分组成。 其中喷嘴是割炬的核心部分，其结构形式和几何尺寸对等离子弧的压缩和稳定有重要影响。,三、等离子弧切割工艺 1.

4、 电极与工作气体 等离子弧切割的电极材料一般采用铈钨极，空气等离子弧切割一般采用纯锆或纯铪电极，等离子弧切割的工作气体是氮、氩、氢以及它们的混合气体。,2. 切割参数 （1）切割电流和切割电压 （2）切割速度 （3）气体流量 （4）喷嘴与割件的距离,（5）电极端部与喷嘴的距离,电极内缩量示意图 电极 喷嘴 割件 H喷嘴与割件的距离 Ly电极内缩量,四、空气等离子弧切割 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，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

5、含氧化物的钨极。,2. 空气等离子弧切割设备,空气等离子弧切割机及切割设备 ) 切割机 ) 切割设备 1电源 2空气压缩机 3割炬 4工件 5接工件电缆 6电源开关 7过滤减压阀,（1）电源 空气等离子切割电源一般为陡降外特性的直流电源，目前大多采用晶闸管整流或逆变直流电源。 （2）气源 空气等离子切割设备的气源是压缩空气，大多企业都有压缩空气站，使用时只需接通压缩空气管路即可。,（3）割炬,空气等离子弧切割用电极的结构 ) 实芯电极 ) 空芯电极 镶入的锆、铪等耐高温氧化金属电极 紫铜电极座,双层复合式割嘴 1等离子弧 2压缩空气 3电极 4保护气体 5内喷嘴 6外喷嘴 7工件,3. 空气等

6、离子弧切割工艺, 9-3 等离子弧焊,一、等离子弧焊接的原理及特点 1. 等离子弧焊接的原理,等离子弧焊接示意图 钨极 喷嘴 焊缝 焊件 等离子弧,2. 等离子弧焊接的特点 等离子弧焊与钨极氩弧焊相比有下列特点： （1）由于等离子弧的温度高，能量密度大（即能量集中），熔透能力强， 对于8mm或更厚的金属焊接可不开坡口， 不加填充金属， 可用比钨极氩弧焊高得多的焊接速度施焊。 （2）由于等离子弧的形态近似于圆柱形，挺直性好，几乎在整个弧长上都具有高温。,（3）由于等离子弧的稳定性好， 特别是用联合型等离子弧时，使用很小（大于0.1）的焊接电流，也能保持稳定的焊接过程，因此其可焊接超薄的工件。 （

7、4）由于等离子弧焊接的钨级是内缩在喷嘴里面的， 焊接时不会与焊件接触。 因此，不仅可减少钨极损耗，还可防止焊缝金属产生夹钨等缺欠。,二、等离子弧焊接设备,等离子弧焊接设备 工件 填充焊丝 焊枪 控制系统 水冷系统 启动开关（常安装在焊枪上） 焊接电源 ，供气系统,1. 焊接电源 等离子弧焊接一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直流弧焊电源。 2. 焊枪 等离子弧焊焊枪是等离子弧焊设备中的关键组成部分，主要由上枪体、下枪体、压缩喷嘴、中间绝缘体及冷却套等组成。 3. 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。,4. 气路系统,等离子弧焊气路

8、系统 1焊件 2焊枪 3电极 4控制箱 5离子气 6保护气,5. 水路系统 由于等离子弧的温度在10000 以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧的压缩作用， 必须对电极及喷嘴进行有效的水冷却。冷却水的流量应不小于3 L/min， 水压不小于0.15 0.2MPa，水路中应设有水压开关， 在水压达不到要求时，切断供电回路。,三、等离子弧焊接工艺 1. 接头形式和坡口,10mm不锈钢板采用不同焊接 方法的坡口、钝边对比 钨极氩弧焊 等离子弧焊,2. 等离子弧焊极性、电极及工作气体 等离子弧焊一般采用直流正接， 焊接镁、铝薄件时可采用直流反接， 焊接镁、铝厚件时可采用交流电源。 等离子弧焊的电极材料一

9、般采用铈钨极或钍钨极。等离子弧焊的工作气体分为离子气和保护气，均为氩、氮或其与氢的混合气体。,3. 等离子弧焊接方法 （1）穿透型等离子弧焊,（2）熔透型等离子弧焊 焊接过程中只熔透焊件，但不产生小孔效应的等离子弧焊接方法， 称为熔透型焊接法， 简称熔透法。 它采用较小的焊接电流（30 100）和较低的离子气流量，主要用于薄板（厚度为0.5 2.5mm）焊接及厚板多层焊盖面等。,（3）微束等离子弧焊,四、等离子弧焊（切割）的双弧,双弧现象 主弧 ，并列弧,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， 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。 （3）容易烧坏喷嘴，使焊接或切割工作无法进行。,2. 双弧形成的原因 在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。这层冷气膜由于喷嘴的冷却作用，具有比较低的温度和电