焊接方法与设备使用 教学作者 曹朝霞 齐勇田 主编等离子焊PPT课件

1、1第1页/共57页2 1等离子弧等离子弧第2页/共57页3 1等离子弧等离子弧l等离子弧等离子弧是一种压缩电弧，电流是一种压缩电弧，电流增大，但压缩电弧弧柱直径不能增大，但压缩电弧弧柱直径不能相应增大，则能量密度、温度、相应增大，则能量密度、温度、等离子体流速显著增大。等离子体流速显著增大。l 自由电弧自由电弧电流增大，弧柱直径电流增大，弧柱直径增大，二者不能独立调节，所增大，二者不能独立调节，所以电流密度、能量密度和温度以电流密度、能量密度和温度的增加受限。的增加受限。第3页/共57页将电极内缩于导电喷嘴内部，产生三种压缩作用将电极内缩于导电喷嘴内部，产生三种压缩作用: :电弧通过小孔电弧通

2、过小孔机械压缩（前提）机械压缩（前提）热收缩（主因）热收缩（主因）离子气冷却离子气冷却 电磁收缩电磁收缩通电导体间相互吸通电导体间相互吸引力产生，使弧柱引力产生，使弧柱变得更细。变得更细。第4页/共57页结果：电弧直径变小、温度升高、能量密度增大。结果：电弧直径变小、温度升高、能量密度增大。 等离子体是物质存在的另一种状等离子体是物质存在的另一种状态。等离子态及其形成过程（下图）。态。等离子态及其形成过程（下图）。第5页/共57页 240002400050000K50000K、10105 510108 8W/cmW/cm2 2（TIGTIG电弧相应为电弧相应为100001000024000K2

3、4000K、10104 4w w ）；）；在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热；在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热；等离子弧的能量特性等离子弧的能量特性第6页/共57页 扩散角小，对弧长波动不敏感；扩散角小，对弧长波动不敏感； 等离子弧的静特性曲线：等离子弧的静特性曲线：接近于接近于U U形；形； 5. 5.电流小至电流小至0.1A0.1A电弧仍稳定燃烧；电弧仍稳定燃烧； 6 6. .等离子弧机械冲刷力强等离子弧机械冲刷力强：气流速度可达气流速度可达300m/s300m/s；等离子弧的能量特性等离子弧的能量特性第7页/共57页 1 1等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用 等离子弧的类型主要有：等

4、离子弧的类型主要有：等离子弧等离子弧等等离子弧离子弧等离子弧三种。等离子弧三种。第8页/共57页 等离子弧的基本形式等离子弧的基本形式1 1等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用：电弧在钨极和喷：电弧在钨极和喷嘴之间形成后，在高速气流作用嘴之间形成后，在高速气流作用下冲出喷嘴（也叫等离子焰）；下冲出喷嘴（也叫等离子焰）；第9页/共57页 等离子弧的基本形式等离子弧的基本形式1 1等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用：电弧在钨极和喷嘴：电弧在钨极和喷嘴之间形成后，在高速气流作用下冲之间形成后，在高速气流作用下冲出喷嘴（也叫等离子焰）；常用于出喷嘴（也叫等离子焰）；常用于等离子弧切割、等离子

5、弧焊接和等等离子弧切割、等离子弧焊接和等离子弧堆焊等工艺方法中。离子弧堆焊等工艺方法中。第10页/共57页 等离子弧的基本形式等离子弧的基本形式1 1等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用同时保持转移弧与非同时保持转移弧与非转移弧（电弧转移到工件后转移弧（电弧转移到工件后 不切断钨极与导电嘴之间的电弧不切断钨极与导电嘴之间的电弧 ），主要用在微束等离子弧焊接），主要用在微束等离子弧焊接和粉末等离子弧堆焊等工艺方法中。和粉末等离子弧堆焊等工艺方法中。 第11页/共57页 等离子弧的基本形式等离子弧的基本形式1 1等离子弧的类型及应用等离子弧的类型及应用类类 型型特点特点应用应用转移型转移型电弧

6、温度较高电弧温度较高常用于金属的焊接、堆焊与切割常用于金属的焊接、堆焊与切割非转移非转移型型电弧温度较低电弧温度较低喷涂、非金属的焊接与切割喷涂、非金属的焊接与切割混合型混合型小电流下的电小电流下的电弧稳定性好弧稳定性好多用于微束等离子弧（多用于微束等离子弧（ 8 mm 2) 2)厚度较大的焊件，需开坡口进行多层焊。第一层采用厚度较大的焊件，需开坡口进行多层焊。第一层采用穿透型焊，坡口钝边穿透型焊，坡口钝边5mm5mm，以后采用熔透型焊接法。，以后采用熔透型焊接法。第32页/共57页1 1接头形式设计接头形式设计 3) 0.025 3) 0.0251.6mm1.6mm焊件，通常采用微束等离子弧

7、焊焊件，通常采用微束等离子弧焊。等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺图图6-20 6-20 微束等离子弧焊接头形式微束等离子弧焊接头形式a a） I I型接头型接头 b b）卷边对接接头）卷边对接接头 c c）卷边角接接头）卷边角接接头 d d）端接接头）端接接头常用接头形式如常用接头形式如图。焊接时要采用图。焊接时要采用可靠的焊接夹具，可靠的焊接夹具，以保证工件的装配以保证工件的装配质量。装配间隙和质量。装配间隙和错边量越小越好错边量越小越好。第33页/共57页 2等离子弧焊的基本形式等离子弧焊的基本形式 等离子弧焊的基本方法及应用按焊缝成型原理等离子等离子弧焊的基本方法及应用按焊缝成型原理等离子弧

8、焊分为：弧焊分为：穿孔型等离子弧焊穿孔型等离子弧焊熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊微束等离子弧焊微束等离子弧焊等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺 此外，还派生出一些焊接方法，如脉冲等离子弧焊此外，还派生出一些焊接方法，如脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊、熔化极等离子弧焊、变极性等离子、交流等离子弧焊、熔化极等离子弧焊、变极性等离子焊等。焊等。第34页/共57页利用等离子弧直径小、利用等离子弧直径小、温度高、能量密度大、穿透温度高、能量密度大、穿透力强的特点，在适当的工艺力强的特点，在适当的工艺参数条件下实现的，焊缝断参数条件下实现的，焊缝断面呈酒杯状，如图面呈酒杯状，如图6-216-21所示所示。焊接

9、时，采用转移型等离。焊接时，采用转移型等离子弧把焊件完全熔透并在等子弧把焊件完全熔透并在等离子流力作用下形成一个穿离子流力作用下形成一个穿透焊件的小孔，并从焊件的透焊件的小孔，并从焊件的背面喷出部分等离子弧（称背面喷出部分等离子弧（称其为其为“尾焰尾焰”）。）。1 1穿透型等离子弧焊穿透型等离子弧焊 图图6-21 穿透型等离子弧焊示意图穿透型等离子弧焊示意图 1- -焊件焊件 2- -焊缝焊缝 3- -液态熔池中的小孔液态熔池中的小孔 4- -保护气保护气 5- -进水进水 6- -喷嘴喷嘴 7-钨极钨极 8- -等离子气等离子气 9- -焊接电源焊接电源 10- -高频发生器高频发生器 11

10、- -出水出水 12- -等离子弧等离子弧 13- -尾焰尾焰 14-焊接方向焊接方向 15-接头断面接头断面 等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺第35页/共57页（1）穿透型等离子弧焊穿透型等离子弧焊:随着焊随着焊枪向前移动，小孔也跟着焊枪移枪向前移动，小孔也跟着焊枪移动，熔池中的液态金属在电弧吹动，熔池中的液态金属在电弧吹力、表面张力作用下沿熔池壁向力、表面张力作用下沿熔池壁向熔池尾部流动，并逐渐收口、凝熔池尾部流动，并逐渐收口、凝固，形成完全熔透的正反面都有固，形成完全熔透的正反面都有波纹的焊缝，这就是所谓的小孔波纹的焊缝，这就是所谓的小孔效应，如图所示。利用这种小孔效应，如图所示。利用这种小

11、孔效应，不用衬垫就可实现单面焊效应，不用衬垫就可实现单面焊双面成形。双面成形。2 2等离子弧焊的基本形式等离子弧焊的基本形式等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺第36页/共57页小孔小孔等离子焊接等离子焊接不锈钢不锈钢PAWPAW的正面焊缝的正面焊缝不锈钢不锈钢PAWPAW的背面焊缝的背面焊缝第37页/共57页（2 2）熔透型等离子弧焊）熔透型等离子弧焊：采采用较小的焊接电流（用较小的焊接电流（3030100A100A）和较低的离子气流量，采用）和较低的离子气流量，采用混合型等离子弧焊接的方法。混合型等离子弧焊接的方法。在焊接过程中不形成小孔效应在焊接过程中不形成小孔效应，焊件背面无，焊件背面无“尾焰

12、尾焰”。液态。液态金属熔池在弧柱的下面，靠熔金属熔池在弧柱的下面，靠熔池金属的热传导作用熔透母材池金属的热传导作用熔透母材，实现焊透。焊缝断面形状呈，实现焊透。焊缝断面形状呈碗状，如碗状，如右右图图所示。所示。 图图6-23 6-23 熔透型等离子弧焊示意图熔透型等离子弧焊示意图 1- 1-焊件焊件 2-2-焊缝焊缝 3-3-液态熔池液态熔池 4-4-保护气保护气 5-5-进水进水 6-6-喷嘴喷嘴 7-7-钨极钨极 8-8-等离子气等离子气 9-9-焊接电源焊接电源 10-10-高频发生器高频发生器11-11-出水出水 12-12-等离子弧等离子弧 13-13-焊接方向焊接方向 14-14-

13、接头断面接头断面等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺2 2等离子弧焊的基本形式等离子弧焊的基本形式第38页/共57页 (3) (3)微束等离子弧焊微束等离子弧焊: :焊接电流在焊接电流在30A30A以下的等离子弧以下的等离子弧通常称为微束等离子弧焊。有时也把焊接电流稍大的等通常称为微束等离子弧焊。有时也把焊接电流稍大的等离子弧归为此类。这种方法使用很小的喷嘴孔径（离子弧归为此类。这种方法使用很小的喷嘴孔径（0 0. .5 51 1. .5mm5mm），得到针状细小的等离子弧，主要用于焊接厚），得到针状细小的等离子弧，主要用于焊接厚度度1mm1mm以下的超薄、超小、精密的焊件以下的超薄、超小、精密的焊件

14、。 微束等离子弧焊通常采用混合型等离子弧，其一微束等离子弧焊通常采用混合型等离子弧，其一是是钨钨极与喷嘴之间的非转移弧，这个电弧称为维弧。维弧电极与喷嘴之间的非转移弧，这个电弧称为维弧。维弧电流一般为流一般为2 25A5A，维弧电源的空载电压一般大于，维弧电源的空载电压一般大于90V90V，以，以便引弧。另一个便引弧。另一个是是钨极与焊件间的转移弧（主弧），以钨极与焊件间的转移弧（主弧），以进行焊接。进行焊接。等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺2 2等离子弧焊的基本形式等离子弧焊的基本形式第39页/共57页 微束等离子弧焊通常采用混合型等离子弧，采用二个微束等离子弧焊通常采用混合型等离子弧，采用二个

15、独立焊接电源。独立焊接电源。主弧电源主弧电源维弧电源维弧电源向钨极与喷嘴之间的非转移弧供电，维弧向钨极与喷嘴之间的非转移弧供电，维弧电流一般为电流一般为2 25A5A，维弧电源的空载电压，维弧电源的空载电压一般一般90V90V，以便引弧。，以便引弧。向钨极向钨极焊件间的转移弧焊件间的转移弧( (主弧主弧) )供电，以供电，以进行焊接。进行焊接。 当维弧电流大于当维弧电流大于2A2A时，转移型等离子弧在小至时，转移型等离子弧在小至0.1A0.1A焊接电焊接电流下仍可稳定燃烧。因此小电流时微束等离子弧十分稳定。流下仍可稳定燃烧。因此小电流时微束等离子弧十分稳定。等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺2 2等

16、离子弧焊的基本形式等离子弧焊的基本形式第40页/共57页 (1) (1) 填充金属填充金属: :等离子弧焊接也可使用填充金属。其主等离子弧焊接也可使用填充金属。其主要化学成分与被焊母材相同或相近，自动焊时使用光焊丝要化学成分与被焊母材相同或相近，自动焊时使用光焊丝，手工焊则用光焊条作填充金属。，手工焊则用光焊条作填充金属。 (2) (2)气体：气体：焊接时，除要向焊枪压缩喷嘴输送离子气外焊接时，除要向焊枪压缩喷嘴输送离子气外，还要向枪体保护罩输送保护气体。，还要向枪体保护罩输送保护气体。ArAr气适用于所有金属气适用于所有金属。焊接钛及钛合金时，可在焊接钛及钛合金时，可在ArAr气中加入体积分

17、数为气中加入体积分数为505075%He75%He；焊接不锈钢和镍合金时，加入；焊接不锈钢和镍合金时，加入5 57.5% H7.5% H2 2（含（含H H2 2过过多时，会引起气孔或裂纹）；焊铜时可采用纯多时，会引起气孔或裂纹）；焊铜时可采用纯N2或纯或纯HeHe。 等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺3 3焊接材料的选择焊接材料的选择第41页/共57页 在采用穿透型等子弧焊时，焊接过程中确保小孔的稳在采用穿透型等子弧焊时，焊接过程中确保小孔的稳定，影响小孔稳定性的主要焊接工艺参数有：定，影响小孔稳定性的主要焊接工艺参数有： 等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺4.4.焊接参数的选择焊接参数的选择(1) (

18、1) 喷嘴孔径喷嘴孔径: :根据焊件厚度和所需电流值确定孔径；根据焊件厚度和所需电流值确定孔径； (2) (2) 焊接电流焊接电流: :焊接电流应控制在一定范围内；焊接电流应控制在一定范围内；(3)(3)离子气种类及流量离子气种类及流量: :离子气氩气适用于所有金属；离子气氩气适用于所有金属；(4)(4)焊接速度焊接速度: :焊接速度取决于焊接电流和离子气流量；焊接速度取决于焊接电流和离子气流量；(5)(5)喷嘴高度喷嘴高度: :喷嘴高度应保持在喷嘴高度应保持在3 38mm8mm；(6)(6)保护气成分及流量保护气成分及流量: :保护气保护气, ,流量流量151530L/min30L/min

19、；第42页/共57页等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺5.5.等离子焊接缺陷分析及解决方法等离子焊接缺陷分析及解决方法缺陷产生原因解决方法气孔(1)离子气或保护气漏气(2)工件及焊丝清理不干净(3)焊接电流过小，焊速快(4)填充焊丝速度太快(1)检查气体回路并修理(2)清理工件及焊丝上的油、水、锈等杂质(3)增大焊接电流，减小焊接速度(4)减小填充焊丝速度咬边(1)焊炬偏向焊缝一侧(2)送丝量不够(3)焊接电流过小，焊速快(4)钨极与喷嘴不同心(5)两辅助孔偏斜(6)接头错边量太大(7)磁偏吹(1)调整焊炬对中位置(2)适当加大送丝量(3)增大焊接电流，减小焊接速度(4)关掉电弧重新对中钨极(5)调

20、整或更换喷嘴(6)调整错边量(7)改变地线位置未焊透(1)离子气回路漏气(2)离子气小,电弧穿透力不足(3)焊接电流小(4)焊接速度过快(1)检查并维修离子气回路(2)加大离子气流量(3)适当加大焊接电流(4)减慢焊接速度第43页/共57页等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺5.5.等离子焊接缺陷分析及解决方法等离子焊接缺陷分析及解决方法缺陷产生原因解决方法保护效果不良(1)保护气不纯(2)保护气回路漏气(3)未加拖罩(4)有拖罩,但和工件的间隙过大(1)更换保护气(2)检查保护气回路并修理(3)根据实际要求看是否要加拖罩(4)调整拖罩和工件间的距离薄板间断焊穿(1)送丝量不够(2)焊接速度过快(3)

21、焊接电流过大(4)喷嘴口径选择不正确(1)加大送丝量(2)减慢焊接速度(3)减小焊接电流(4)更换小一号喷嘴成形不均匀(1)焊接过程中弧长不一致(2)焊接不锈钢时,保护气成分不正确(3)送丝角度不正确(4)焊接参数设置不正确(1)采用弧长跟踪功能,或将工装调整好(2)更换合格的保护气(3)调整送丝角度,让熔滴均匀过渡(4)通过试验,调整合适参数环缝焊收弧有小孔(1)没有离子气衰减和电流衰减功能(2)焊接参数设置不正确(1)增加该功能(2)重新调整焊接参数热裂纹(1)焊丝和母材含硫量太高(2焊缝熔深、熔宽较大，熔池太长(3)工件刚度太大(1)选用含硫低的焊丝(2)调整焊接规范(3)焊前预热、焊后

22、缓冷第44页/共57页等离子弧焊工艺等离子弧焊工艺6.6.等离子弧焊应用实例等离子弧焊应用实例 (1) (1)板材对接焊；板材对接焊； (2) (2) 不锈钢焊管纵缝等离子弧焊；不锈钢焊管纵缝等离子弧焊； (3) (3) 有色金属材料的等离子弧焊接；铝合金焊接用变有色金属材料的等离子弧焊接；铝合金焊接用变极性等离子焊；钛及钛合金的等离子弧焊接电源极性为极性等离子焊；钛及钛合金的等离子弧焊接电源极性为直流正接。直流正接。第45页/共57页 等离子等离子PAWPAW加加TIGTIG双枪前后布双枪前后布置，间距为置，间距为200200300mm300mm。等离子。等离子弧作为前导弧，用于打底焊，即弧

23、作为前导弧，用于打底焊，即利用等离子电弧良好的小孔穿透利用等离子电弧良好的小孔穿透能力，熔化对接边两侧金属，获能力，熔化对接边两侧金属，获得熔深，保证背面稳定成形。后得熔深，保证背面稳定成形。后面的尾随面的尾随TIGTIG自由电弧用于填肉盖自由电弧用于填肉盖面，获得双面成形的焊缝，见面，获得双面成形的焊缝，见右右图图。等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法1.PAW+TIG 1.PAW+TIG 双枪复合焊接工艺（简称双枪复合焊接工艺（简称P+TP+T）第46页/共57页等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法2 2等离子弧堆焊等离子弧堆焊 利用等离子弧作热源将堆焊材料熔敷在基体金利用等离子弧

24、作热源将堆焊材料熔敷在基体金属表面上，从而获得与母材相同或不同成分、性能属表面上，从而获得与母材相同或不同成分、性能堆焊层的工艺方法。等离子弧堆焊可使金属表面获堆焊层的工艺方法。等离子弧堆焊可使金属表面获得与其基体金属呈冶金结合的堆焊层，用以提高工得与其基体金属呈冶金结合的堆焊层，用以提高工件的耐磨性、耐蚀性、耐高温性能，或用以弥补已件的耐磨性、耐蚀性、耐高温性能，或用以弥补已磨损工件磨损工件，达到修旧利废的目的。达到修旧利废的目的。 目前在石油、冶金，造船、军工、化工、矿山目前在石油、冶金，造船、军工、化工、矿山机械、阀门等行业得到广泛应用，并取得了巨大的机械、阀门等行业得到广泛应用，并取得

25、了巨大的经济效益。经济效益。第47页/共57页等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法2 2等离子弧堆焊等离子弧堆焊1 1）填丝等离子弧堆焊：填丝等离子弧堆焊又可以分成冷丝）填丝等离子弧堆焊：填丝等离子弧堆焊又可以分成冷丝法和热丝法两种。冷丝法堆焊因效率不高已很少采用。法和热丝法两种。冷丝法堆焊因效率不高已很少采用。图6-32 热丝等离子弧堆焊方法的示意图 热丝法等离子弧堆焊利用电热丝法等离子弧堆焊利用电流流经焊丝伸出长度的电阻热来流流经焊丝伸出长度的电阻热来预热焊丝，增加焊丝熔化。由于预热焊丝，增加焊丝熔化。由于事先对焊丝进行了预热，进入电事先对焊丝进行了预热，进入电弧区后只需很少的热量便能

26、使焊弧区后只需很少的热量便能使焊丝熔化进行堆焊。因此熔敷速度丝熔化进行堆焊。因此熔敷速度大大增加。大大增加。第48页/共57页 堆焊时要求母材熔深尽可能浅，以减小母材对堆焊金堆焊时要求母材熔深尽可能浅，以减小母材对堆焊金属的稀释率。属的稀释率。 稀释率-熔敷金属被稀释的程度，用母材或预先堆焊层金属在焊道中所占的百分比来表达。等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法2 2等离子弧堆焊等离子弧堆焊第49页/共57页等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法2 2等离子弧堆焊等离子弧堆焊2 2）粉末等离子弧堆焊：）粉末等离子弧堆焊：粉末等离子弧堆焊是将合粉末等离子弧堆焊是将合金粉末装入送粉器中，堆金粉

27、末装入送粉器中，堆焊时用送粉气体将合金粉焊时用送粉气体将合金粉末送入堆焊枪体的喷嘴中末送入堆焊枪体的喷嘴中，利用等离子弧的热能将，利用等离子弧的热能将其熔敷到焊件表面形成堆其熔敷到焊件表面形成堆焊层的工艺方法焊层的工艺方法。图图6-33 粉末等离子弧堆焊示意图粉末等离子弧堆焊示意图 1-转移弧电源 2-非转移弧电源 3-等离子气 4-钨极 5-合金粉末及送粉气 6-喷嘴孔 7-保护气 8-焊件 9-堆焊第50页/共57页等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法2 2等离子弧堆焊等离子弧堆焊第51页/共57页2 2）等离子弧喷涂：等离）等离子弧喷涂：等离子弧喷涂是利用等离子子弧喷涂是利用等离子弧

28、的高温、高速焰流，弧的高温、高速焰流，将粉末喷涂材料加热和将粉末喷涂材料加热和加速后再喷射、沉积到加速后再喷射、沉积到工件表面上形成特殊涂工件表面上形成特殊涂层的一种热喷涂方法。层的一种热喷涂方法。图图6-34 6-34 等离子弧喷涂示意图等离子弧喷涂示意图1-1-工件工件 2-2-喷涂层喷涂层 3-3-前枪体前枪体 4-4-冷却水出口冷却水出口 5-5-等离子气进口等离子气进口6-6-绝缘套绝缘套 7-7-冷却水进口冷却水进口 8-8-钨电极钨电极 9-9-后枪体后枪体 10-10-送粉口送粉口等离子弧其他加工方法等离子弧其他加工方法3 3等离子弧喷涂等离子弧喷涂第52页/共57页 等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备的优势等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备的优势: : 喷涂材料几乎不受限制（可喷涂非金属）；喷涂材料几乎不受限制（可喷涂非金