高級焊工技術培訓(等離子弧焊接)

1、質量管理部張明錄張明錄高級焊工技術培訓高級焊工技術培訓（等離子焊接等離子焊接）質量管理部目目 錄錄一.等離子弧焊接原理等離子弧焊接原理二.等離子弧焊接設備等離子弧焊接設備三.離子弧焊接方法離子弧焊接方法四.焊接工藝參數焊接工藝參數2質量管理部基本要求掌握等離子弧的產生原理及特點了解等離子弧發(fā)生器的結構原理掌握等離子弧焊接的幾種主要的工藝形式及特點重點等離子弧的熱源特點、等離子弧的靜特性；等離子弧的焊接工藝參數的選擇； 質量管理部一一. .等離子弧焊接原理等離子弧焊接原理1.1.等離子弧的形成等離子弧的形成等離子弧是一種被壓縮的鎢極氬弧，具有很高的能量密度、溫度及電弧力。 等離子弧是通過三種壓縮

2、作用獲得的：1) 機械壓縮：水冷銅噴嘴孔徑限制弧柱截面積的自由擴大，這種拘束作用就是機械壓縮。質量管理部 2) 熱壓縮：噴嘴中的冷卻水使噴嘴內壁附近形成一層冷氣膜，進一步減小了弧柱的有效導電面積，從而進一步提高了電弧弧柱的能量密度及溫度，這種依靠水冷使弧柱溫度及能量密度進一步提高的作用就是熱壓縮。 3) 電磁壓縮：由于以上兩種壓縮效應，使得電弧電流密度增大，電弧電流自身磁場產生的電磁收縮力增大，使電弧受到進一步的壓縮，這就是電磁壓縮。 質量管理部2.2.等離子弧的類型等離子弧的類型1）非轉移型電弧非轉移型電弧燃燒在鎢極與噴嘴之間，焊接時電源正極接水冷銅噴嘴，負極接鎢極，工件不接到焊接回路上；依

3、靠高速噴出的等離子氣將電弧帶出。 這種電弧適用于焊接或切割較薄的金屬及非金屬。質量管理部2）轉移型電弧 轉移型電弧直接燃燒在鎢極與工件之間，焊接時首先引燃鎢極與噴嘴間的非轉移弧，然后將電弧轉移到鎢極與工件之間；在工作狀態(tài)下，噴嘴不接到焊接回路中。這種電弧用于焊接較厚的金屬。質量管理部3）聯合型電弧 轉移弧及非轉移弧同時存在的電弧為聯合型電弧。混合型電弧在很小的電流下就能保持穩(wěn)定。特別適合于薄板及超薄板的焊接。 質量管理部24-+315+-+非轉移轉移聯合質量管理部3.3.等離子弧的特點等離子弧的特點1）電弧靜特性曲線與TIG電弧明顯不同：（1）E大，因此上移。平直段縮小、上升段斜率增大。（2）

4、聯合電弧的下降段不明顯；因此，小電流電弧非常穩(wěn)定。質量管理部2）電弧溫度高24000K-50000K，功率密度大， 105- 106.而TIG電弧分別為10000-24000K。3）剛直性性大，電弧集中系數大。4）弧柱熱量的對工件的加熱作用大質量管理部4.4.等離子弧焊的特點等離子弧焊的特點1）特點：（優(yōu)點）由于等離子電弧具有較高的能量密度、溫度及剛直性，因此與一般電弧焊相比，等離子電弧具有下列優(yōu)點：（1） 熔透能力強，在不開坡口、不加填充焊絲的情況下可一次焊透810mm厚的不銹鋼板。（2）焊縫質量對弧長的變化不敏感，這是由于電弧的形態(tài)接近圓柱形，且挺直度好，弧長變化對加熱斑點面積的影響很小，

5、易獲得均勻的焊縫形狀。質量管理部（3）鎢極縮在水冷銅噴嘴內部，不會與工件接觸，因此可避免焊縫金屬產生夾鎢現象。（4）等離子電弧的電離度較高，電流較小時仍很穩(wěn)定，可焊接微型精密零件。（5）可產生穩(wěn)定的小孔效應，通過小孔效應，正面施焊時可獲得良好的單面焊雙面成形。質量管理部2)等離子弧焊的缺點：（1）可焊厚度有限，一般在25mm以下；（2）焊槍及控制線路較復雜，噴嘴的使用壽命很低；（3）焊接參數較多，對焊接操作人員的技術水平要求較高。質量管理部5.5.應用應用 可用鎢極氬弧焊焊接的金屬，比如不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎳、銅、蒙耐爾合金等，均可用等離子弧焊焊接。 這種焊接方法可用于航天、航空、

6、核能、電子、造船及其它工業(yè)部門中。質量管理部二二. .等離子弧焊接設備等離子弧焊接設備1.1.設備分類：設備分類： 焊接電源、焊槍、控制系統(tǒng)、水、氣路系統(tǒng)。1）焊槍的組成： 主要由電極、電極夾頭、壓縮噴嘴、中間絕緣體、上槍體、下槍體及冷卻套等組成。 最關鍵的部件為噴嘴及電極。質量管理部2）噴嘴分類： （1）按噴嘴數量，可分為單孔型和多孔型兩種。 多孔型噴嘴除孔道的了中心主孔外，主孔左右還 有多個小孔。從這兩個小孔中噴出的等離子氣對等。離子弧有一附加壓縮作用，使等離子弧的截面變?yōu)闄E圓形。當橢圓的長軸平行于焊接方向時，可顯著提高焊接速度，減小焊接熱影響區(qū)的寬度。質量管理部 （2）按孔道的形狀，可分

7、為圓柱型、收斂、擴散型等三種。 通常采用圓柱形壓縮孔道，而收斂型壓縮孔道有利于電弧的穩(wěn)定。 最重要的噴嘴形狀參數為壓縮孔徑及壓縮孔道長度。質量管理部 噴嘴孔徑dndn決定了等離子弧的直徑及能量密度。直徑越小，對電弧的壓縮作用越大，但太小時，等離子弧的穩(wěn)定性下降，甚至導致雙弧現象，燒壞噴嘴。 通常應根據焊接電流大小及等離子氣種類及流量來選擇。質量管理部 噴嘴孔道長度l0在一定的壓縮孔徑下，l0越長，對等離子弧的壓縮作用越強，但l0太大時，等離子弧不穩(wěn)定。通常要求孔道比l0 /dn在一定的范圍之內。轉移弧一般為1.0-1.2?；旌想娀?-6。質量管理部 錐角 對等離子弧的壓縮角影響不大，30-1

8、80范圍內均可，但最好與電極的端部形狀配合，保證將陽極斑點穩(wěn)定在電極的頂端。 焊接時一般為60-90 。質量管理部噴嘴類型噴嘴材料一般為紫銅，直接水冷質量管理部2 2. . 電極電極 1）材料 等離子弧焊接一般采用釷鎢極或鈰鎢極，有時也采用純鎢極或鋯電極，鎢極為棒狀電極；鎢極一般需要進行水冷。 小電流時采用空氣冷卻方式。 大電流時，采用直接水冷，鎢極為鑲嵌式結構。質量管理部2）形狀：棒狀電極端頭一般磨成尖錐形或尖錐平臺形，電流較大時還可磨成球形，以減少燒損。質量管理部3）內縮長度與同心度 與TIG焊不同，等離子焊時，鎢極一般內縮到壓縮噴嘴之內。 從噴嘴外表面至鎢極尖端的距離被稱為內縮長度lg。

9、為了保證電弧穩(wěn)定，不產生雙弧，鎢極應與噴嘴保持同心，而且鎢極的內縮長度lg要合適（lg=l00.2mm）。質量管理部3 3. .送氣方式：送氣方式： 1)切向： 壓縮程度高，中心壓力低、周邊壓力高，電弧穩(wěn)定在中心。 2)徑向： 壓縮程度低。質量管理部4.4.雙弧雙弧 正常條件下，轉移型電弧在鎢極與工件之間產生，在某些異常情況下，會產生一個與正常電弧并聯的燃燒在鎢極噴嘴以及噴嘴-工件之間的串弧，這種現象叫雙弧。 1）雙弧產生機理： 冷器膜擊穿理論質量管理部2）雙弧產生的原因及防止措施：（1）在電流一定的條件下，噴嘴壓縮孔徑太小或壓縮孔道的長度過大，內縮長度過大。（2）等離子氣體的流量過小。（3）

10、鎢極軸線與噴嘴軸線之間的偏差過大。（4）金屬飛濺物堵塞噴嘴。（5）電源外特性不正確。質量管理部三三. . 離子弧焊接方法離子弧焊接方法1.1.等離子弧焊的基本方法：等離子弧焊的基本方法： 有三種方法： 穿孔型、熔入型及微束等離子弧焊。1）穿孔型等離子弧焊： （1）采用較大的焊接電流及等離子流，使等離子弧具有較大的能量密度及等離子流力。質量管理部（2）工件完全熔透并在等離子流力的作用下形成一個貫穿工件的小孔，而熔化金屬被排擠在小孔周圍。隨著等離子弧在焊接方向移動，熔化金屬沿電弧周圍熔池壁向熔池后方移動并結晶成焊縫，而小孔隨著等離子弧同時向前移動。質量管理部（3）適用于單面焊雙面成形，并且也只能進

11、行單面焊雙面成形。（4）焊接較薄的工件時，可不開坡口、不加墊板、不加填充金屬，一次實現雙面成形。小孔的產生依賴于等離子弧的能量密度，板厚越大，要求的能量密度越大。 對于厚度更大的板材，穿孔型等離子弧焊只能進行第一道焊縫的焊接。 質量管理部焊接方向12345穿孔型質量管理部材料不銹鋼鈦及鈦合金鎳及鎳合金低合金鋼低碳鋼焊接厚度限值/mm812678穿孔型等離子弧焊接所適用的厚度質量管理部2） 熔入型等離子弧焊接 采用較小的等離子氣流量，等離子流力小，電弧穿透能力低。（1）只能熔化工件，形不成小孔，與TIG焊相似。 （2）適用于薄板、多層焊的蓋面焊及角焊縫的焊接。質量管理部3） 微束等離子弧焊接一種

12、小電流（通常小于30A）熔入型焊接工藝。（1）設備特點： 孔徑壓縮噴嘴（0.6 mm -1.2 mm）。 聯合型電弧。非轉移弧起著引弧和維弧作用，使轉移弧在電流小至0.5A時仍非常穩(wěn)定。（2）工藝特點： 可焊更薄的金屬，最小可焊厚度為0.01mm; 弧長在很大的范圍內變化時，也不會斷弧，并且電弧保持柱狀； 焊接速度快、焊縫窄、熱影響區(qū)小、焊接變形小。質量管理部2.2.脈沖等離子弧焊接脈沖等離子弧焊接利用15Hz以下的脈沖電流代替穩(wěn)定的直流，電弧更穩(wěn)定，HAZ及變形更小。3.3.交流等離子焊接交流等離子焊接 一般采用方波電源，用來焊接鋁合金。4.4.熔化極等離子電弧熔化極等離子電弧 實際上使熔化

13、極電弧與等離子弧的組合，有兩種形式。質量管理部1.1.接頭及坡口形式接頭及坡口形式 接頭形式根據板厚來選擇： 1）厚度在0.05 mm -1.6 mm之間時，通常采用下圖中的接頭形式，利用微束等離子弧進行焊接。五五. .焊接工藝參數焊接工藝參數質量管理部 2）板厚小于1.6 mm板材時，通常不開坡口，利用穿孔法進行焊接。3）板厚大于1.6 mm板材時，需要開V形或U形坡口，進行多層焊。與TIG焊相比，可采用較小的坡口及較大鈍邊，鈍邊的最大允許值等于穿孔法的最大焊接厚度。 第一層用穿孔法進行焊接，其他各層用熔入法或其他焊接方法焊接。質量管理部 2.2.焊接電流及噴嘴孔徑焊接電流及噴嘴孔徑 1)焊

14、接電流總是根據板厚或熔透要求來選定。電流過小，焊不透，形不成小孔；焊接電流過大,熔池金 屬會因小孔直徑過大而墜落。 2)噴嘴孔徑根據電流來選擇，兩者合適匹配,而且要與離子氣的流量有關。質量管理部3.3.等離子氣等離子氣 等離子氣及保護氣體通常根據被焊金屬及電流大小來選擇。 大電流等離子弧焊接時，等離子氣及保護氣體通常采用相同的氣體，否則電弧的穩(wěn)定性將變差。 小電流等離子弧焊接通常采用純氬氣作等離子氣。這是因為氬氣的電離電壓較低，可保證電弧引燃容易。質量管理部金屬厚度/mm焊接技術穿孔法熔透法碳鋼（鋁鎮(zhèn)靜鋼）3.2Ar25%Ar+75%He低合金鋼3.2Ar25%Ar+75%He不銹鋼3.2Ar

15、或95%Ar+5%H225%Ar+75%He3.2Ar或95%Ar+5%H225%Ar+75%He活性金屬6.4Ar+（50%70%）He25%Ar+75%He大電流等離子弧焊接各種金屬時所采用的典型氣體質量管理部4.4.焊接速度焊接速度 焊接速度應根據等離子氣流量及焊接電流來選擇，三者要合適匹配。 其它條件一定時，如果焊速增大，焊接熱輸入減小，小孔直徑隨之減小，直至消失。另外還易出現咬邊、氣孔。 如果焊速太低，母材過熱，熔池金屬容易墜落。因此，焊接速度、離子氣流量及焊接電流等這三個工藝參數應相互匹配。質量管理部5.5.噴嘴離工件的距離噴嘴離工件的距離 距離過大，熔透能力降低，距離過小則造成噴嘴堵塞。一般取38mm。與鎢極氬弧焊相比，噴嘴距離變化對焊接質量的影響不太敏感。質量管理部6.6.保護氣體流量保護氣體流量 保護氣體流量應根據焊接電流及等離子氣流量來選擇。 在一定的離子氣流量下，保護氣體流量太大會導致氣流的紊亂，影響電弧穩(wěn)定性和保護效果。 保護氣流量太小，保護效果也不好，因此，保護氣體流量應與等離子氣流量保持適當的比例。 小孔型焊接保護氣體流量一般在1530L/min范圍內。質量管理部 離子氣流量直接決定了等離子流力和熔透能力。 等離子氣的流量越大，熔透能力越大。 但等離子氣流量過大會使小孔直徑過大而不能保證焊縫成形。 應根