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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1、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）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

2、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。。小提示在等离子弧的三种压缩作用中，喷

3、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

4、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

5、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

6、行。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

7、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。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

8、属吹走而形成狭窄切口的过程。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5—割件6—电阻2、等离子弧切割的特点（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；