高級(jí)焊工技術(shù)培訓(xùn)(等離子弧焊接)

1、質(zhì)量管理部張明錄張明錄高級(jí)焊工技術(shù)培訓(xùn)高級(jí)焊工技術(shù)培訓(xùn)（等離子焊接等離子焊接）質(zhì)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(shè)備等離子弧焊接設(shè)備三.離子弧焊接方法離子弧焊接方法四.焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)2質(zhì)量管理部基本要求掌握等離子弧的產(chǎn)生原理及特點(diǎn)了解等離子弧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理掌握等離子弧焊接的幾種主要的工藝形式及特點(diǎn)重點(diǎn)等離子弧的熱源特點(diǎn)、等離子弧的靜特性；等離子弧的焊接工藝參數(shù)的選擇； 質(zhì)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(jī)械壓縮：水冷銅噴嘴孔徑限制弧柱截面積的自由擴(kuò)大，這種拘束作用就是機(jī)械壓縮。質(zhì)量管理部 2) 熱壓縮：噴嘴中的冷卻水使噴嘴內(nèi)壁附近形成一層冷氣膜，進(jìn)一步減小了弧柱的有效導(dǎo)電面積，從而進(jìn)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(jìn)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(yīng)，使得電弧電流密度增大，電弧電流自身磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁收縮力增大，使電弧受到進(jìn)一步的壓縮，這就是電磁壓縮。 質(zhì)量管理部2.2.等離子弧的類型等離子弧的類型1）非轉(zhuǎn)移型電弧非轉(zhuǎn)移型電弧燃燒在鎢極與噴嘴之間，焊接時(shí)電源正極接水冷銅噴嘴，負(fù)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(zhì)量管理部2）轉(zhuǎn)移型電弧 轉(zhuǎn)移型電弧直接燃燒在鎢極與工件之間，焊接時(shí)首先引燃鎢極與噴嘴間的非轉(zhuǎn)移弧，然后將電弧轉(zhuǎn)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(zhì)量管理部3）聯(lián)合型電弧 轉(zhuǎn)移弧及非轉(zhuǎn)移弧同時(shí)存在的電弧為聯(lián)合型電弧?；旌闲碗娀≡诤苄〉碾娏飨戮湍鼙３址€(wěn)定。特別適合于薄板及超薄板的焊接。 質(zhì)量管理部24-+315+-+非轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移聯(lián)合質(zhì)量管理部3.3.等離子弧的特點(diǎn)等離子弧的特點(diǎn)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(lián)合電弧的下降段不明顯；因此，小電流電弧非常穩(wěn)定。質(zhì)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(shù)大。4）弧柱熱量的對(duì)工件的加熱作用大質(zhì)量管理部4.4.等離子弧焊的特點(diǎn)等離子弧焊的特點(diǎn)1）特點(diǎn)：（優(yōu)點(diǎn)）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(diǎn)：（1） 熔透能力強(qiáng)，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(zhì)量對(duì)弧長(zhǎng)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(zhǎng)變化對(duì)加熱斑點(diǎn)面積的影響很小，

5、易獲得均勻的焊縫形狀。質(zhì)量管理部（3）鎢極縮在水冷銅噴嘴內(nèi)部，不會(huì)與工件接觸，因此可避免焊縫金屬產(chǎn)生夾鎢現(xiàn)象。（4）等離子電弧的電離度較高，電流較小時(shí)仍很穩(wěn)定，可焊接微型精密零件。（5）可產(chǎn)生穩(wěn)定的小孔效應(yīng)，通過小孔效應(yīng)，正面施焊時(shí)可獲得良好的單面焊雙面成形。質(zhì)量管理部2)等離子弧焊的缺點(diǎn)：（1）可焊厚度有限，一般在25mm以下；（2）焊槍及控制線路較復(fù)雜，噴嘴的使用壽命很低；（3）焊接參數(shù)較多，對(duì)焊接操作人員的技術(shù)水平要求較高。質(zhì)量管理部5.5.應(yīng)用應(yīng)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(zhì)量管理部二二. .等離子弧焊接設(shè)備等離子弧焊接設(shè)備1.1.設(shè)備分類：設(shè)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(guān)鍵的部件為噴嘴及電極。質(zhì)量管理部2）噴嘴分類： （1）按噴嘴數(shù)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(gè)小孔。從這兩個(gè)小孔中噴出的等離子氣對(duì)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(dāng)橢圓的長(zhǎng)軸平行于焊接方向時(shí)，可顯著提高焊接速度，減小焊接熱影響區(qū)的寬度。質(zhì)量管理部 （2）按孔道的形狀，可分

7、為圓柱型、收斂、擴(kuò)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(shù)為壓縮孔徑及壓縮孔道長(zhǎng)度。質(zhì)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(duì)電弧的壓縮作用越大，但太小時(shí)，等離子弧的穩(wěn)定性下降，甚至導(dǎo)致雙弧現(xiàn)象，燒壞噴嘴。 通常應(yīng)根據(jù)焊接電流大小及等離子氣種類及流量來選擇。質(zhì)量管理部 噴嘴孔道長(zhǎng)度l0在一定的壓縮孔徑下，l0越長(zhǎng)，對(duì)等離子弧的壓縮作用越強(qiáng)，但l0太大時(shí)，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(nèi)。轉(zhuǎn)移弧一般為1.0-1.2。混合電弧為2-6。質(zhì)量管理部 錐角 對(duì)等離子弧的壓縮角影響不大，30-1

8、80范圍內(nèi)均可，但最好與電極的端部形狀配合，保證將陽(yáng)極斑點(diǎn)穩(wěn)定在電極的頂端。 焊接時(shí)一般為60-90 。質(zhì)量管理部噴嘴類型噴嘴材料一般為紫銅，直接水冷質(zhì)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(shí)也采用純鎢極或鋯電極，鎢極為棒狀電極；鎢極一般需要進(jìn)行水冷。 小電流時(shí)采用空氣冷卻方式。 大電流時(shí)，采用直接水冷，鎢極為鑲嵌式結(jié)構(gòu)。質(zhì)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(tái)形，電流較大時(shí)還可磨成球形，以減少燒損。質(zhì)量管理部3）內(nèi)縮長(zhǎng)度與同心度 與TIG焊不同，等離子焊時(shí)，鎢極一般內(nèi)縮到壓縮噴嘴之內(nèi)。 從噴嘴外表面至鎢極尖端的距離被稱為內(nèi)縮長(zhǎng)度lg。

9、為了保證電弧穩(wěn)定，不產(chǎn)生雙弧，鎢極應(yīng)與噴嘴保持同心，而且鎢極的內(nèi)縮長(zhǎng)度lg要合適（lg=l00.2mm）。質(zhì)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(zhì)量管理部4.4.雙弧雙弧 正常條件下，轉(zhuǎn)移型電弧在鎢極與工件之間產(chǎn)生，在某些異常情況下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與正常電弧并聯(lián)的燃燒在鎢極噴嘴以及噴嘴-工件之間的串弧，這種現(xiàn)象叫雙弧。 1）雙弧產(chǎn)生機(jī)理： 冷器膜擊穿理論質(zhì)量管理部2）雙弧產(chǎn)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(zhǎng)度過大，內(nèi)縮長(zhǎng)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(zhì)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(zhì)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(gè)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(dòng)，熔化金屬沿電弧周圍熔池壁向熔池后方移動(dòng)并結(jié)晶成焊縫，而小孔隨著等離子弧同時(shí)向前移動(dòng)。質(zhì)量管理部（3）適用于單面焊雙面成形，并且也只能進(jìn)

11、行單面焊雙面成形。（4）焊接較薄的工件時(shí)，可不開坡口、不加墊板、不加填充金屬，一次實(shí)現(xiàn)雙面成形。小孔的產(chǎn)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(duì)于厚度更大的板材，穿孔型等離子弧焊只能進(jìn)行第一道焊縫的焊接。 質(zhì)量管理部焊接方向12345穿孔型質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shè)備特點(diǎn)： 孔徑壓縮噴嘴（0.6 mm -1.2 mm）。 聯(lián)合型電弧。非轉(zhuǎn)移弧起著引弧和維弧作用，使轉(zhuǎn)移弧在電流小至0.5A時(shí)仍非常穩(wěn)定。（2）工藝特點(diǎn)： 可焊更薄的金屬，最小可焊厚度為0.01mm; 弧長(zhǎng)在很大的范圍內(nèi)變化時(shí)，也不會(huì)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(zhì)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(shí)際上使熔化

13、極電弧與等離子弧的組合，有兩種形式。質(zhì)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(jù)板厚來選擇： 1）厚度在0.05 mm -1.6 mm之間時(shí)，通常采用下圖中的接頭形式，利用微束等離子弧進(jìn)行焊接。五五. .焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)質(zhì)量管理部 2）板厚小于1.6 mm板材時(shí)，通常不開坡口，利用穿孔法進(jìn)行焊接。3）板厚大于1.6 mm板材時(shí)，需要開V形或U形坡口，進(jìn)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(jìn)行焊接，其他各層用熔入法或其他焊接方法焊接。質(zhì)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(jù)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(huì)因小孔直徑過大而墜落。 2)噴嘴孔徑根據(jù)電流來選擇，兩者合適匹配,而且要與離子氣的流量有關(guān)。質(zhì)量管理部3.3.等離子氣等離子氣 等離子氣及保護(hù)氣體通常根據(jù)被焊金屬及電流大小來選擇。 大電流等離子弧焊接時(shí)，等離子氣及保護(hù)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?yàn)闅鍤獾碾婋x電壓較低，可保證電弧引燃容易。質(zhì)量管理部金屬厚度/mm焊接技術(shù)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(shí)所采用的典型氣體質(zhì)量管理部4.4.焊接速度焊接速度 焊接速度應(yīng)根據(jù)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(shí)，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(xiàn)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(gè)工藝參數(shù)應(yīng)相互匹配。質(zhì)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(duì)焊接質(zhì)量的影響不太敏感。質(zhì)量管理部6.6.保護(hù)氣體流量保護(hù)氣體流量 保護(hù)氣體流量應(yīng)根據(jù)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(hù)氣體流量太大會(huì)導(dǎo)致氣流的紊亂，影響電弧穩(wěn)定性和保護(hù)效果。 保護(hù)氣流量太小，保護(hù)效果也不好，因此，保護(hù)氣體流量應(yīng)與等離子氣流量保持適當(dāng)?shù)谋壤?小孔型焊接保護(hù)氣體流量一般在1530L/min范圍內(nèi)。質(zhì)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(huì)使小孔直徑過大而不能保證焊縫成形。 應(yīng)根