等離子弧焊接與切割

工程七等離子弧焊接與切割教學(xué)目標(biāo)：了解等離子弧焊接和切割的原理、特點及應(yīng)用范圍；把握等離子弧焊的根本方法；能合理制定等離子弧焊工藝。了解等離子弧堆焊、噴涂和切割的根本方法。教學(xué)活動設(shè)計：1在實訓(xùn)室中進(jìn)展講練結(jié)合的現(xiàn)場教學(xué)；2．利用多媒體課件、仿真等關(guān)心教學(xué)；教學(xué)重點：條電弧焊的原理、工藝特點制定焊條電弧焊工藝；把握焊條電弧焊操作技術(shù)教學(xué)難點：能合理制定等離子弧焊工藝。了解等離子弧堆焊、噴涂和切割的根本方法。學(xué)習(xí)單元一認(rèn)知等離子弧的焊接與切割一、等離子弧的形成等離子弧弧柱受到壓縮的電弧就是通常所稱的等離子弧。等離子弧形成原理如圖67-1所示。此時電弧受到下述三種壓縮作用：而使電弧截面受到壓縮。這種作用稱為“機(jī)械壓縮效應(yīng)”。度很低，電離度和導(dǎo)電性均降低。這就迫使帶電粒子向溫度更高、導(dǎo)電性更好的弧柱中的收縮作用使弧柱進(jìn)一步變細(xì)，電流密度與能量密度進(jìn)一步增加。電弧在三種壓縮效應(yīng)的作用下，直徑變小、溫度上升、氣體的離子化程度提高、能量密度增大。最終與電弧的熱集中作用相平衡，形成穩(wěn)定的壓縮電弧。這就是工業(yè)中應(yīng)用的等離子弧。作為熱源，等離子弧獲得了廣泛的應(yīng)用，可進(jìn)展等離子弧焊接、等離子弧切割、等離子弧堆焊、等離子弧噴涂、等離子弧冶金等。等離子弧的影響因素等離子弧是壓縮電弧，其壓縮程度直接影響等離子弧的溫度、能量密度、弧柱挺度和電弧壓力。影響等離子弧壓縮程度的因素主要有：增大。噴嘴孔道外形和尺寸噴嘴孔道外形和尺寸對電弧被壓縮的程度具有較大的影噴嘴孔徑的減小，電弧被壓縮程度增大?！补ぷ鳉怏w〕的作用主要是壓縮電弧強(qiáng)迫通過和熱焓值不同，對電弧的冷卻作用不同，故電弧被壓縮的程度不同。轉(zhuǎn)變和調(diào)整這些因素可以轉(zhuǎn)變等離子弧的特性，使其壓縮程度適應(yīng)于切割、焊接、集中的能量，應(yīng)選擇較小的壓縮噴嘴孔徑、較大的等離子氣流量、較大的電流和導(dǎo)熱性好的氣體；為進(jìn)展焊接，則要求等離子弧的壓縮程度適中，應(yīng)選擇較切割時稍大的噴嘴二、等離子弧的特性1．溫度高、能量密度大一般鎢極氬弧的最高溫度為10000~24000K，能量密度在104W/cm2以下。等離子弧的氬弧的溫度比較如圖6-2所示。等離子弧的能量分布均衡等離子弧由于弧柱被壓縮，橫截面減小，弧柱電場強(qiáng)度明顯提高，因此等離子弧的的熱能。所以說，等離子弧幾乎在整個弧長上都具有高溫。這一點和鎢極氬弧是明顯不同的。等離子弧的挺度好、沖力大鎢極氬弧的外形一般為圓錐形，集中角在45°左右；經(jīng)過壓縮后的等離子弧，其形態(tài)近似于圓柱形，電弧集中角很小，約為5°左右，因此挺度和指向性明顯提高。等離子弧在三種壓縮作用下，橫截面縮小，溫度上升，噴嘴內(nèi)部的氣體猛烈膨脹，迫使等離挺直性也就越好。等離子弧的靜特性曲線仍接近于U形U形曲線上移且其平直區(qū)域明顯減小，。等離子弧的穩(wěn)定性好影響較小，不易發(fā)生電弧偏吹和漂移現(xiàn)象。焊接電流在10A以下時，一般的鎢極氬弧很0.1A特別有利。三、等離子弧的類型及應(yīng)用如圖6-5所示。非轉(zhuǎn)移型等離子弧鎢極接電源的負(fù)極，噴嘴接電源的正極，焊件不接電源，電弧是在鎢極與噴嘴孔壁之間燃燒的，非轉(zhuǎn)移弧主要在等離子弧噴涂、焊接和切割較薄的金屬及非金屬時承受。轉(zhuǎn)移型等離子弧6-5b〔引導(dǎo)弧〕，然后將非轉(zhuǎn)移型弧通過噴嘴過渡到焊件外表，再引燃〔主弧〕，并自動切斷維弧電源。承受轉(zhuǎn)移弧工作等離子弧切割、等離子弧焊接和等離子弧堆焊等工藝方法中?；旌闲偷入x子弧在工作過程中非轉(zhuǎn)移型弧和轉(zhuǎn)移型弧同時存在，則稱之為混合型〔或聯(lián)合型〕等離6-5c所示。兩者可以用兩臺單獨的焊接電源供電，也可以用一臺焊接電源中移弧用來幫助轉(zhuǎn)移弧的穩(wěn)定燃燒〔小電流時〕和對填充金屬進(jìn)展預(yù)熱〔堆焊時〕?；旌夏┑入x子弧堆焊等工藝方法中。學(xué)習(xí)單元二等離子弧焊接一、等離子弧焊的根本方法及應(yīng)用接的方法，國際統(tǒng)稱為PAW〔PlasmaArcWelding〕。按焊縫成形原理，等離子弧焊有1．穿透型等離子弧焊穿透型焊接法又稱小孔型等離子弧焊。該方法是利用等離子弧直徑小、溫度高、能量密度大、穿透力強(qiáng)的特點，在適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)條件下實現(xiàn)的，焊縫斷面呈酒杯狀，如圖6-7所示。焊接時，承受轉(zhuǎn)移型等離子弧把焊件完全熔透并在等離子流力作用下形成一個穿透焊件的小孔，并從焊件的反面噴出局部等離子弧〔稱其為“尾焰”〕。熔化金屬被排擠在小孔四周，依靠外表張力的承托而不會流失。隨著焊槍向前移動，小孔也跟并漸漸收口、凝固，形成完全熔透的正反面都有波浪的焊縫，這就是所謂的小孔效應(yīng)。如圖6-8所示。利用這種小孔效應(yīng)，不用襯墊就可實現(xiàn)單面焊雙面成形。焊接時一般不〔100~500A〕等離子弧焊通常承受這種方法進(jìn)展焊接。熔透型等離子弧焊熔透型等離子弧焊又稱熔入型焊接法，它是承受較小的焊接電流〔30~100A〕和較低的離子氣流量，承受混合型等離子弧焊接的方法。在焊接過程中不形成小孔效應(yīng)，焊件反面無“尾焰”。液態(tài)金屬熔池在弧柱的下面，靠熔池金屬的熱傳導(dǎo)作用熔透母材，實現(xiàn)焊透。焊縫斷面外形呈碗狀，如圖6-9所示。熔透型等離子弧焊根本焊法與鎢極氬的焊接、多層焊封底焊道以后各層的焊接以及角焊縫的焊接。微束等離子弧焊焊接電流在30A以下的等離子弧通常稱為微束等離子弧焊。有時也把焊接電流稍大〔?0.5~?1.5mm〕，得到針狀細(xì)小的等離子弧，主要用于焊接厚度1mm以下的超薄、超小、周密的焊件。較廣。溝通等離子弧焊具有陰極清理作用，主要用來焊接鋁、鎂及其合金。熔化極等離子弧焊實質(zhì)上是一種等離子弧焊和MIG目前用得尚不多。二、等離子弧焊工藝等離子弧焊的工藝特點由于等離子弧的溫度高、能量密度大，因此等離子弧焊熔透力量強(qiáng)，可用比鎢深，因而可減小熱影響區(qū)寬度和焊接變形。的加熱面積變化不大，對焊縫成形的影響較小，簡潔得到均勻的焊縫成形?？梢院附映〖７乐购缚p金屬夾鎢。等離子弧焊工藝I形對接接頭、開單面V形和雙面V形坡口的對接接頭以及開單面U形和雙面U形坡口的對接接頭。除此之外，也可用角接接頭和T型接頭。〔包括微束等離子弧焊是獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的前提。影響小孔穩(wěn)定性的主要焊接工藝參數(shù)有：流是有限制的，見表6-2。因此，一般應(yīng)按焊件厚度和所需電流值確定噴嘴孔徑。力量增加。因此，應(yīng)依據(jù)焊件的材質(zhì)和厚度首先確定焊接電流。鋼和鎳合金時，可在氬氣中參加體積分?jǐn)?shù)為5%~7.5%的氬氣；焊接鈦及鈦合金時，可在氬氣中參加體積分?jǐn)?shù)為50％~75％的氦氣。當(dāng)其他條件不變時，離子氣流量增加，等離子弧的沖力和穿透力量都增大。因此，要實現(xiàn)穩(wěn)定的穿孔法焊接過程，必需要有足夠的離子氣流量；但離子氣流量太大時，會使等離子弧的沖力過大將熔池金屬沖掉，同樣無法實現(xiàn)穿透法焊接。接。焊接速度確實定，取決于焊接電流和離子氣流量。持在3~8mm保護(hù)效果變差；但假設(shè)噴嘴高度太小，則不便操作，噴嘴也易被飛濺物堵塞，還簡潔產(chǎn)生雙弧現(xiàn)象。會影響等離子弧的穩(wěn)定性。小電流等離子弧焊時，離子氣與保護(hù)氣成分可以一樣，也可以不同，由于此時氣體成分對等離子弧的穩(wěn)定性影響不大。保護(hù)氣一般承受氬氣，焊接銅、不銹鋼、低合金鋼時，為防止焊縫缺陷，通常在氬氣中加肯定量的氦氣、氫氣或二氧化碳等氣體。保護(hù)氣流量應(yīng)與離子氣流量有一個適當(dāng)?shù)谋壤?。假設(shè)保護(hù)氣流量過大，則會造成氣流紊亂，影響等離子弧穩(wěn)定性和保護(hù)效果。穿透法焊接時，保護(hù)氣流量一般選擇15~30L/min。學(xué)習(xí)單元三等離子弧切割一、等離子弧切割原理及特點等離子弧切割原理Cutting)。切割過程不是依靠氧化反響，而是靠熔化來切割工件的。等離子弧的溫度高〔可達(dá)目前全部金屬材料及非金屬材料都能被等離子弧熔化，因而它的適用范圍比氧氣切割要大得多。等離子弧切割原理見圖6-14，其中圖6-14a承受轉(zhuǎn)移弧，適用于金屬材料切割，圖6-14b承受非轉(zhuǎn)移弧，既可用于非金屬材料切割，也可用于金屬材料切割，但由于工件不接電源。電弧挺度差，故能切割的金屬材料厚度較小。等離子弧切割特點切割速度快，生產(chǎn)率高它是目前常用的切割方法中切割速度最快的。割淬火傾向較大的鋼材時，雖然切口處金屬的硬度也會上升，甚至?xí)麥缌鸭y，但由于淬硬層的深度格外小，通過焊接過程可以消退，所以切割邊可直接用于裝配焊接。，如不銹鋼、鑄鐵、鋁、鎂、銅等，在使用非轉(zhuǎn)移性等離子弧時，還能切割非金屬材料，如石塊、耐火磚、水泥塊等。三、等離子弧切割工藝切割工藝參數(shù)的選擇等離子弧切割工藝參數(shù)較多，主要有離子氣種類和流量、噴嘴孔徑、空載電壓、切均有不同程度的影響，切割時必需依據(jù)切割材料種類、工件厚度和具體要求來選擇。接影響，從而影響切割質(zhì)量。一般切割l00mm以下的不銹鋼、鋁等材料時，可以使用純Ar混合氣體時，2由于H2l00mm的板材。Ar＋H一2些，使用N時應(yīng)大一些。2〔一般不低于150V〕，因空載電壓低將使切割電壓的提高受到限制，不利于厚件的切割。切割電流和切割電壓切割電流和切割電壓是打算切割電弧功率的兩個重要參數(shù)。選擇切割電流Ｉ應(yīng)依據(jù)選用的噴嘴孔徑d的大小而定，其相互關(guān)系大致為 I＝〔30~100)d。銅的導(dǎo)熱性好，散熱快，故切割速度應(yīng)更慢些。子弧的切割電壓提高，功率增大。提高切割質(zhì)量的途徑良好的切割質(zhì)量應(yīng)當(dāng)是切口面光滑、切口窄，切口上部呈直角、無熔化圓角，切口下部無毛刺〔熔瘤〕。為實現(xiàn)上述質(zhì)量要求，應(yīng)留意下面幾點：切口寬度和平直度切口毛刺的消退避開產(chǎn)生雙弧的措施與等離子弧焊接類似。大厚度工件的切割為保證大厚度工件的切口質(zhì)量，應(yīng)實行以下工藝措施：適當(dāng)提高切割功率適當(dāng)增大離子氣流量四、其他等離子弧切割1．空氣等