等离子弧焊接与切割课件

第七章

等离子弧焊与切割第七章

等离子弧焊与切割1学习目标：通过本单元的学习，要使学生明确等离子弧焊接与切割的基础知识；掌握等离子弧的形成、特性及应用；熟悉等离子弧焊接与切割的特点、工艺及设备；并对等离子弧堆焊与喷涂有一定的了解。学习目标：通过本单元的学习，要使学生明确等离子弧焊接与2综合知识模块一

等离子弧的形成及其特性

综合知识模块一

等离子弧的形成及其特性

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1．等离子弧

借助水冷铜喷嘴的外部拘束作用，使弧柱的横截面受到限制而不能自由扩大时，就可使电弧的温度、能量密度和等离子体流速都显著增大。这种用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧就是通常所称的等离子弧。等离子弧是电弧的一种特殊形式，是自由电弧被压缩后形成的。从本质上讲，它仍然是一种气体放电的导电现象。能力知识点一等离子弧的形成1．等离子弧能力知识点一等离子弧的形成42．等离子弧形成原理目前广泛采用的压缩电弧的方法是将钨极缩入喷嘴内部，并且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、高能量密度的等离子弧。此时电弧受到下述三种压缩作用：（1）机械压缩效应（2）热收缩效应（3）电磁收缩效应在上述三种压缩效应中，喷嘴孔径的机械压缩效应是形成等离子弧的前提；热收缩效应则是电弧被压缩的最主要的原因；电磁收缩效应是必然存在的，它对电弧的压缩也起到一定作用。

2．等离子弧形成原理目前广泛采用的压缩电弧的方法是将5

能力知识点二离子弧的特性1．温度高、能量密度大普通钨极氩弧的最高温度为10000K～24000K，能量密度在104w／cm2以下。等离子弧的最高温度可达24000～50000K，能量密度可达105～108w／cm2，且稳定性好。等离子弧和钨极氩弧的温度比较如图6-2所示，图中左半部为钨极氩弧，右半部为等离子弧。图6-2等离子弧和钨极氩弧的温度分布

能力知识点二离子弧的特性1．温度高、能量密度大6等离子弧由于弧柱被压缩，横截面减小，弧柱电场强度明显提高，因此等离子弧的最大压降是在弧柱区，加热金属时利用的主要是弧柱区的热功率，即利用弧柱等离子体的热能。所以说，等离子弧几乎在整个弧长上都具有高温。这一点和钨极氩弧是明显不同的。2．等离子弧的能量分布均衡等离子弧由于弧柱被压缩，横截面减小，弧柱电场强度明73．等离子弧的挺度好、冲力大钨极氩弧的形状一般为圆锥形，扩散角在45°左右；经过压缩后的等离子弧，其形态近似于圆柱形，电弧扩散角很小，约为5°左右，因此挺度和指向性明显提高。等离子弧和钨极氩弧的扩散角比较如图6-3所示。图6-3等离子弧和钨极氩弧的扩散角

3．等离子弧的挺度好、冲力大钨极氩弧的形状一般为8外界气流和磁场对等离子弧的影响较小，不易发生电弧偏吹和漂移现象。由于弧柱的横截面受到限制，等离子弧的电场强度增大，电弧电压明显提高，U形静特性曲线上移且其平直区域明显减小，如图6-4所示。图6-4等离子弧的静特性4．等离子弧的稳定性好外界气流和磁场对等离子弧的影响较小，不易发生电弧9能力知识点三

等离子弧的类型及应用

等离子弧按电源的供电方式不同可分为非转移型、转移型及混合型等离子弧三种类型，如图6-5所示，特殊情况下还将形成双弧现象。图6-5等离子弧的类型a)非转移型b）转移型c）混合型能力知识点三

等离子弧的类型10

1.非转移型等离子弧钨极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，工件不接电源，电弧是在钨极与喷嘴孔壁之间燃烧的，在离子气流的作用下电弧从喷嘴孔喷出，电弧受到压缩而形成等离子弧，一般将这种等离子弧称为等离子焰，如图6－5a）所示。

2．转移型等离子弧钨极接电源的负极、工件接电源的正极，等离子弧燃烧于钨极与工件之间，如图6-5b）所示。

1.非转移型等离子弧114．双弧现象

在使用转移型等离子弧进行焊接或切割过程中，当等离子弧被过度压缩，冷却不够时，就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，这种现象称为等离子弧的双弧现象，如图所示。在等离子弧焊接或切割过程中，一旦产生双弧，就会减小主弧电流，破坏等离子弧的稳定性，严重时还会烧烧毁喷嘴，使焊接或切割工作无法进行。3．混合型等离子弧

在工作过程中非转移型弧和转移型弧同时存在，则称之为混合型（或联合型）等离子弧，如图6－5c）所示。双弧现象4．双弧现象3．混合型等离子弧双弧现12等离子弧不同的类型及应用

类型特点应用转移型电弧温度较高常用于金属的焊接、堆焊与切割非转移型电弧温度较低喷涂、非金属的焊接与切割混合型小电流下的电弧稳定性好多用于微束等离子弧（<30A）焊接等离子弧不同的类型及应用

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综合知识模块二

等离子弧焊综合知识模块二

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按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：穿孔型等离子弧焊；熔透型等离子弧焊；微束等离子弧焊。此外，还有一些派生类型，如脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊等。能力知识点一等离子弧焊的基本方法及应用按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：穿孔型等15

穿孔型等离子弧焊又称穿透型焊接法。该方法是利用等离子弧直径小、温度高、能量密度大、穿透力强的特点，在适当的工艺参数条件下实现的，如图所示。穿孔型等离子弧焊1．穿孔型等离子弧焊焊接时小孔的照片穿孔型等离子弧焊又称穿透型焊接法。该方法是利用等离子16

熔透型等离子弧焊又称熔入型焊接法，它是采用较小的焊接电流（30～100A）和较低的离子气流量，采用混合型等离子弧焊接的方法。液态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，实现焊接。2．熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊示意图熔透型等离子弧焊基本焊法与钨极氩孤焊相似。焊接时可加填充金属，也可不加填充金属。熔透型等离子弧焊又称熔入型焊接法，它是采用较小的焊接17焊接电流在30A以下的等离子弧焊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焊归为此类。这种方法使用很小的喷嘴孔径(ф0.5mm～ф1.5mm)，得到针状细小的等离子弧，主要用于焊接厚度lmm以下的超薄、超小、精密的工件。3．微束等离子弧焊焊接电流在30A以下的3．微束等离子弧焊18

以上三种形式都可以采用脉冲电流，焊接效果更好，但参数进一步复杂化。另外，还有交流等离子弧焊和等离子弧MIG焊（155）等。其中，正弦交流焊铝镁合金，焊缝深宽比小、钨极烧损大，趋于被矩形波交流取代。变极性矩形波交流可获得较大的焊缝深宽比及较少的钨极烧损，主要用于小孔法焊接铝合金。以上三种形式都可以采用脉冲电流，焊接效果更好，但19能力知识点二等离子弧焊设备能力知识点二等离子弧焊设备20

按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊机和自动焊机两大类。手工焊机主要由焊接电源、焊枪、控制系统、气路系统和水路系统等部分组成，如图6-8所示。自动焊机除上述部分外，还有焊接小车和送丝机构（焊接时需要加填充金属）。图6-8手工等离子弧焊机示意图

按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊机21等离子弧焊机一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直流弧焊电源。电源空载电压根据离子气的种类而定，如用纯氩气或氩气加氢气((H2)＜7％)作离子气时，电源空载电压只需80V左右；而用氦气或其它混合气体作离子气时，为了可靠地引弧，则空载电压还需更高一些，可达110～120V。1．焊接电源等离子弧焊机一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直22与氩弧焊或CO2气体保护电弧焊相比，等离子弧焊机的供气系统比较复杂。典型供气系统如图6-8所示，包括离子气、保护气等。为避免保护气对离子气的干扰，保护气和离子气最好由独立气路分开供给。为延长喷嘴及电极的使用寿命，以及对等离子弧产生良好的热收缩效应，等离子弧焊机必须具有合适的水冷系统对焊枪进行良好的冷却。2．气路和水冷系统与氩弧焊或CO2气体保护电弧焊相比，等离子弧焊机23

等离子弧焊枪的设计应保证等离子弧燃烧稳定，引弧及转弧可靠，电弧压缩性好，绝缘、通气及冷却可靠，更换电极方便，喷嘴和电极对中好。焊枪主要由电极、喷嘴、上、下枪体、保护罩、水路、气路、馈电体等组成，如图6—9所示。图6-9等离子弧焊枪示意图3．焊枪等离子弧焊枪的设计应保证等离子弧燃烧稳定，引弧241)能提前输送和滞后停止保护气。2)能实现离子气流的递增和衰减。3)能可靠地引弧及转换。4)能实现引弧电流递增，熄弧电流递减。5)无冷却水时不能开机。6)发生故障及时停机。4．控制系统等离子弧焊设备的控制系统一般包括高频引弧电路、拖动控制电路、延时电路和程序控制电路等部分。控制系统一般应具备如下功能：1)能提前输送和滞后停止保护气。4．控制系统25能力知识点三等离子弧焊工艺1．等离子弧焊的工艺特点（l）由于等离子弧的温度高、能量密度大，因此等离子弧焊熔透能力强。（2）由于等离子弧的形态近似于圆柱形，挺度好，因此容易得到均匀的焊缝成形。（3）由于等离子弧的稳定性好，很小的焊接电流也能保证稳定，故可以焊接超薄件。（4）由于钨极内缩在喷嘴里面，焊接时与工件不接触，因此可减少钨极烧损和防止焊缝夹钨。能力知识点三等离子弧焊工艺1．等离子弧焊的工艺特点262．等离子弧焊接头形式常用接头形式如图。焊接时要采用可靠的焊接夹具，以保证工件的装配质量。装配间隙和错边量越小越好。

用于等离子弧焊接的通用接头形式为I形对接接头、开单面V形和双面V形坡口的对接接头以及开单面U形和双面U形坡口的对接接头。除此之外，也可用角接接头和T形接头。常用接头形式2．等离子弧焊接头形式常用接头形式如图。焊27电流在0.1-225A的设备可用手工焊接，大电流等离子弧焊需使用自动焊接。凡氩弧焊能够焊接的材料均可用等离子弧焊接，与钨极氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。其它如后热以及气体保护等工艺要求与氩弧焊基本相同。

建议工艺方案：

（1）对接接头，若材料/厚度合适，可用穿孔焊法，否则用熔入型焊法或穿孔焊打底+熔入型填充盖面。（2）其它接头形式：用熔入型焊法（3）细薄零件：用微束熔入型弧焊法，离子气对不同材料最好用不同的混合气。（4）如有可能，尽量脉冲电流焊接。

3．等离子弧焊工艺要点电流在0.1-225A的设备可用手工焊接，大电流等28厚度大于1.6mm但小于所列厚度值的工件，可不开坡口，采用小孔法单面一次焊成。材

料

不锈钢

钛及钛合金

镍及镍合金低合金钢

低

碳钢焊接厚度范围

≤8≤12≤6≤7≤8装配与夹紧：小电流等离子弧焊对接头的装配要求和钨极氩弧焊相同。间隙不应超过金属厚度的10%，难以保持上述公差时必须添加填充金属。对于厚度不大于0.8mm的金属，焊接接头的装配和夹紧要求。焊接金属薄片时，要求夹具与工件紧密接触。焊枪喷嘴至工件的距离不像氩弧焊时要求那么严格。厚度大于1.6mm但小于所列厚度值的工件，可不开坡口29能力知识点四

等离子弧堆焊与喷涂介绍能力知识点四

等离子弧堆焊与喷涂介绍30等离子弧堆焊可使堆焊层获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，或用以弥补已磨损工件的尺寸、被腐蚀工件表面的蚀坑、麻点，达到修旧利废的目的。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，并取得了巨大的经济效益。按照堆焊材料的不同形态，等离子弧堆焊主要分为粉末等离子弧堆焊和热丝等离子弧堆焊两种，其中以粉末堆焊应用较多。（一）等离子弧堆焊（一）等离子弧堆焊31堆焊方法稀释率（%）熔敷速度Kg/h最小堆焊层厚度mm熔敷效率（%）氧乙炔堆焊手工送丝1~100.5~1.80.8100自动送丝1~100.5~6.80.8100粉末堆焊1~100.5~1.80.885~95焊条电弧堆焊10~200.5~5.43.265埋弧堆焊单丝30~604.5~11.33.295单带极10~2012~363.095等离子弧堆焊自动送粉5~150.5~6.80.885~95手工送丝5~150.5~3.62.498~100自动送丝5~150.5~3.62.498~100双热丝5~1513~272.498~100等离子弧堆焊与其它堆焊方法的比较堆焊方法稀释率熔敷速度最小堆焊层熔敷效率氧乙炔手工送丝1~132冷丝等离子弧堆焊——手工送棒或自动送丝（带），在工艺和堆焊层质量上都较稳定，应用于各种阀门耐磨、耐蚀零件的堆焊。热丝等离子弧堆焊——熔敷率提高和稀释率降低显著，可减少气孔倾向，适用于大面积的堆焊。粉末等离子弧堆焊——粉末来源广、种类多，熔敷率高、稀释率低、堆焊层质量好，工艺过程稳定，易于机械化、自动化；广泛应用于各种阀门密封面、石油钻杆、模具刃口等的强化与修复。等离子弧堆焊的类型：冷丝等离子弧堆焊——手工送棒或自动送丝（带），在工艺和堆33对塑性较好的焊材，用填丝等离子弧堆焊，且多用热丝法。对硬脆的焊材用粉未等离子弧堆焊(等离子弧喷焊)，使用双电源的混合型等离子弧更好。对塑性较好的焊材，用填丝等离子弧堆焊，且多用热丝法。34（二）等离子弧喷涂等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备的优势，因而应用广泛（原理如上图）①喷涂材料几乎不受限制（可喷涂非金属）；②不改变基体的热处理状态、焊件无变形；③涂层薄而致密，结合强度高；④工艺稳定、生产率高。（二）等离子弧喷涂等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备35

等离子弧喷涂是利用等离子弧的高温、高速焰流，将粉末喷涂材料加热和加速后再喷射、沉积到工件表面上形成特殊涂层的一种热喷涂方法。等离子弧喷涂方法有丝极喷涂和粉末喷涂两种，粉末等离子弧喷涂是其中应用最广泛的方法。(二)等离子弧喷涂等离子弧喷涂是利用等离子弧的高温、高速焰流，将36等离子弧喷涂的一些应用实例气门喷涂（耐磨）发动机叶片（耐高温）丝极喷涂轧辊（耐磨）手工喷涂螺旋杆（耐磨）等离子弧喷涂的一些应用实例气门喷涂（耐磨）发动机叶片（耐高温37等离子弧喷涂的特点

①喷涂材料几乎不受限制（可喷涂非金属）；②不改变基体的热处理状态、焊件无变形；③涂层薄而致密，结合强度高；④工艺稳定、生产率高。等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备的优势，因而应用广泛。等离子弧喷涂的特点①喷涂材料几乎不受限制（可38综合知识模块三等离子弧切割

综合知识模块三等离子弧切割

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1．等离子弧切割原理等离子弧切割的原理与氧气的切割原理有着本质的不同。氧气切割主要是靠氧与部分金属的化合燃烧和氧气流的吹力，使燃烧的金属氧化物熔渣脱离基体而形成切口的。因此氧气切割不能切割燃点高于熔点、导热性好、氧化物熔点高和粘滞性大的材料。等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割工件的。

能力知识点一等离子弧切割原理及特点1．等离子弧切割原理能力知识点一等离子弧切割原理40图6-14等离子弧切割原理示意图

等离子弧切割原理见图6-14，其中图a）采用转移弧，适用于金属材料切割，图b）采用非转移弧，既可用于非金属材料切割，也可用于金属材料切割，但由于工件不接电源，电弧挺度差，故能切割的金属材料厚度较小。

图6-14等离子弧切割原理示意图等41（1）切割速度快，生产率高它是目前常用的切割方法中切割速度最快的。（2）切口质量好等离子弧切割切口窄而平整，产生的热影响区和变形都比较小，所以切割边可直接用于装配焊接。（3）应用面广由于等离子弧的温度高、能量集中，所以能切割大部分金属材料，如不锈钢、铸铁、铝、铜等。在使用非转移型等离子弧时还能切割非金属材料，如石块、耐火砖、水泥块等。2．等离子弧切割特点2．等离子弧切割特点42能力知识点二等离子弧切割设备等离子弧切割设备与等离子弧焊接设备大致相同，主要由电源、割枪、控制系统、气路和水冷系统等组成。如果是自动切割，还要有切割小车。主要不同之处是切割时所用的电压、电流和离子气流量都比焊接时高，而且全部是离子气，不需要保护气（没有外喷嘴）。能力知识点二等离子弧切割设备等离子弧切割43

能力知识点三等离子弧切割工艺参数等离子弧切割工艺参数较多，主要有离子气的种类和流量、喷嘴孔径、空载电压、切割电流和切割电压、切割速度等。各种参数对切割过程的稳定性和切割质量均有不同程度的影响，切割时必须依据切割材料种类、工件厚度和具体要求来选择。

能力知识点三等离子弧切割工艺参数等离子弧44理论上，有很多的参数会影响到切割的效果。但在实际生产中，这些参数或因素很多是不好变更的，所以，通常仅需注意以下几个可变的项目：（1）切割电流、电压（2）切割速度（3）喷嘴高度（4）离子气压力等离子弧切割时采用正接极性，切割金属时采用转移弧。切割薄金属板材时，可采用微束等离子弧来获得更窄的割口。对于确定厚度的板材，切割电流越大，则切割速度越快。高切割速度使切口变窄、热影响区减小。应尽可能选择大的切割速度。

切割大厚度工件时，提高切割电压更为有效。理论上，有很多的参数会影响到切割的效果。但在实45能力知识点四

空气等离子弧切割介绍

采用压缩空气作为离子气的等离子弧切割称空气等离子弧切割。一方面由于空气来源广，因而切割成本低，为使等离子弧切割用于普通钢材开辟了广阔的前景；另一方面用空气作离子气时，等离子弧能量大，加之在切割过程中氧与被切割金属发生氧化反应而放热，因而切割速度快，生产率高。

能力知识点四

空气等离46近年来，空气等离子弧切割发展较快，应用越来越广泛。不仅能用于普通碳钢与低合金钢的切割，也可用于切割铜、不锈钢、铝及其它材料。空气等离子弧切割特别适合切割厚度在30mm以下的碳钢、低合金钢。但空气等离子弧切割时电极受到强烈的氧化烧损，因此限制了该方法的广泛应用。在实际生产中，采用的措施有：采用纯锆或纯铪电极，也可采用复合式空气等离子弧切割。近年来，空气等离子弧切割发展较快，应用越来越广泛。不仅能用于47ENDEND48第七章

等离子弧焊与切割第七章

等离子弧焊与切割49学习目标：通过本单元的学习，要使学生明确等离子弧焊接与切割的基础知识；掌握等离子弧的形成、特性及应用；熟悉等离子弧焊接与切割的特点、工艺及设备；并对等离子弧堆焊与喷涂有一定的了解。学习目标：通过本单元的学习，要使学生明确等离子弧焊接与50综合知识模块一

等离子弧的形成及其特性

综合知识模块一

等离子弧的形成及其特性

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1．等离子弧

借助水冷铜喷嘴的外部拘束作用，使弧柱的横截面受到限制而不能自由扩大时，就可使电弧的温度、能量密度和等离子体流速都显著增大。这种用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧就是通常所称的等离子弧。等离子弧是电弧的一种特殊形式，是自由电弧被压缩后形成的。从本质上讲，它仍然是一种气体放电的导电现象。能力知识点一等离子弧的形成1．等离子弧能力知识点一等离子弧的形成522．等离子弧形成原理目前广泛采用的压缩电弧的方法是将钨极缩入喷嘴内部，并且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、高能量密度的等离子弧。此时电弧受到下述三种压缩作用：（1）机械压缩效应（2）热收缩效应（3）电磁收缩效应在上述三种压缩效应中，喷嘴孔径的机械压缩效应是形成等离子弧的前提；热收缩效应则是电弧被压缩的最主要的原因；电磁收缩效应是必然存在的，它对电弧的压缩也起到一定作用。

2．等离子弧形成原理目前广泛采用的压缩电弧的方法是将53

能力知识点二离子弧的特性1．温度高、能量密度大普通钨极氩弧的最高温度为10000K～24000K，能量密度在104w／cm2以下。等离子弧的最高温度可达24000～50000K，能量密度可达105～108w／cm2，且稳定性好。等离子弧和钨极氩弧的温度比较如图6-2所示，图中左半部为钨极氩弧，右半部为等离子弧。图6-2等离子弧和钨极氩弧的温度分布

能力知识点二离子弧的特性1．温度高、能量密度大54等离子弧由于弧柱被压缩，横截面减小，弧柱电场强度明显提高，因此等离子弧的最大压降是在弧柱区，加热金属时利用的主要是弧柱区的热功率，即利用弧柱等离子体的热能。所以说，等离子弧几乎在整个弧长上都具有高温。这一点和钨极氩弧是明显不同的。2．等离子弧的能量分布均衡等离子弧由于弧柱被压缩，横截面减小，弧柱电场强度明553．等离子弧的挺度好、冲力大钨极氩弧的形状一般为圆锥形，扩散角在45°左右；经过压缩后的等离子弧，其形态近似于圆柱形，电弧扩散角很小，约为5°左右，因此挺度和指向性明显提高。等离子弧和钨极氩弧的扩散角比较如图6-3所示。图6-3等离子弧和钨极氩弧的扩散角

3．等离子弧的挺度好、冲力大钨极氩弧的形状一般为56外界气流和磁场对等离子弧的影响较小，不易发生电弧偏吹和漂移现象。由于弧柱的横截面受到限制，等离子弧的电场强度增大，电弧电压明显提高，U形静特性曲线上移且其平直区域明显减小，如图6-4所示。图6-4等离子弧的静特性4．等离子弧的稳定性好外界气流和磁场对等离子弧的影响较小，不易发生电弧57能力知识点三

等离子弧的类型及应用

等离子弧按电源的供电方式不同可分为非转移型、转移型及混合型等离子弧三种类型，如图6-5所示，特殊情况下还将形成双弧现象。图6-5等离子弧的类型a)非转移型b）转移型c）混合型能力知识点三

等离子弧的类型58

1.非转移型等离子弧钨极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，工件不接电源，电弧是在钨极与喷嘴孔壁之间燃烧的，在离子气流的作用下电弧从喷嘴孔喷出，电弧受到压缩而形成等离子弧，一般将这种等离子弧称为等离子焰，如图6－5a）所示。

2．转移型等离子弧钨极接电源的负极、工件接电源的正极，等离子弧燃烧于钨极与工件之间，如图6-5b）所示。

1.非转移型等离子弧594．双弧现象

在使用转移型等离子弧进行焊接或切割过程中，当等离子弧被过度压缩，冷却不够时，就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，这种现象称为等离子弧的双弧现象，如图所示。在等离子弧焊接或切割过程中，一旦产生双弧，就会减小主弧电流，破坏等离子弧的稳定性，严重时还会烧烧毁喷嘴，使焊接或切割工作无法进行。3．混合型等离子弧

在工作过程中非转移型弧和转移型弧同时存在，则称之为混合型（或联合型）等离子弧，如图6－5c）所示。双弧现象4．双弧现象3．混合型等离子弧双弧现60等离子弧不同的类型及应用

类型特点应用转移型电弧温度较高常用于金属的焊接、堆焊与切割非转移型电弧温度较低喷涂、非金属的焊接与切割混合型小电流下的电弧稳定性好多用于微束等离子弧（<30A）焊接等离子弧不同的类型及应用

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综合知识模块二

等离子弧焊综合知识模块二

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按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：穿孔型等离子弧焊；熔透型等离子弧焊；微束等离子弧焊。此外，还有一些派生类型，如脉冲等离子弧焊、交流等离子弧焊等。能力知识点一等离子弧焊的基本方法及应用按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：穿孔型等63

穿孔型等离子弧焊又称穿透型焊接法。该方法是利用等离子弧直径小、温度高、能量密度大、穿透力强的特点，在适当的工艺参数条件下实现的，如图所示。穿孔型等离子弧焊1．穿孔型等离子弧焊焊接时小孔的照片穿孔型等离子弧焊又称穿透型焊接法。该方法是利用等离子64

熔透型等离子弧焊又称熔入型焊接法，它是采用较小的焊接电流（30～100A）和较低的离子气流量，采用混合型等离子弧焊接的方法。液态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，实现焊接。2．熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊示意图熔透型等离子弧焊基本焊法与钨极氩孤焊相似。焊接时可加填充金属，也可不加填充金属。熔透型等离子弧焊又称熔入型焊接法，它是采用较小的焊接65焊接电流在30A以下的等离子弧焊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焊归为此类。这种方法使用很小的喷嘴孔径(ф0.5mm～ф1.5mm)，得到针状细小的等离子弧，主要用于焊接厚度lmm以下的超薄、超小、精密的工件。3．微束等离子弧焊焊接电流在30A以下的3．微束等离子弧焊66

以上三种形式都可以采用脉冲电流，焊接效果更好，但参数进一步复杂化。另外，还有交流等离子弧焊和等离子弧MIG焊（155）等。其中，正弦交流焊铝镁合金，焊缝深宽比小、钨极烧损大，趋于被矩形波交流取代。变极性矩形波交流可获得较大的焊缝深宽比及较少的钨极烧损，主要用于小孔法焊接铝合金。以上三种形式都可以采用脉冲电流，焊接效果更好，但67能力知识点二等离子弧焊设备能力知识点二等离子弧焊设备68

按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊机和自动焊机两大类。手工焊机主要由焊接电源、焊枪、控制系统、气路系统和水路系统等部分组成，如图6-8所示。自动焊机除上述部分外，还有焊接小车和送丝机构（焊接时需要加填充金属）。图6-8手工等离子弧焊机示意图

按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊机69等离子弧焊机一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直流弧焊电源。电源空载电压根据离子气的种类而定，如用纯氩气或氩气加氢气((H2)＜7％)作离子气时，电源空载电压只需80V左右；而用氦气或其它混合气体作离子气时，为了可靠地引弧，则空载电压还需更高一些，可达110～120V。1．焊接电源等离子弧焊机一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直70与氩弧焊或CO2气体保护电弧焊相比，等离子弧焊机的供气系统比较复杂。典型供气系统如图6-8所示，包括离子气、保护气等。为避免保护气对离子气的干扰，保护气和离子气最好由独立气路分开供给。为延长喷嘴及电极的使用寿命，以及对等离子弧产生良好的热收缩效应，等离子弧焊机必须具有合适的水冷系统对焊枪进行良好的冷却。2．气路和水冷系统与氩弧焊或CO2气体保护电弧焊相比，等离子弧焊机71

等离子弧焊枪的设计应保证等离子弧燃烧稳定，引弧及转弧可靠，电弧压缩性好，绝缘、通气及冷却可靠，更换电极方便，喷嘴和电极对中好。焊枪主要由电极、喷嘴、上、下枪体、保护罩、水路、气路、馈电体等组成，如图6—9所示。图6-9等离子弧焊枪示意图3．焊枪等离子弧焊枪的设计应保证等离子弧燃烧稳定，引弧721)能提前输送和滞后停止保护气。2)能实现离子气流的递增和衰减。3)能可靠地引弧及转换。4)能实现引弧电流递增，熄弧电流递减。5)无冷却水时不能开机。6)发生故障及时停机。4．控制系统等离子弧焊设备的控制系统一般包括高频引弧电路、拖动控制电路、延时电路和程序控制电路等部分。控制系统一般应具备如下功能：1)能提前输送和滞后停止保护气。4．控制系统73能力知识点三等离子弧焊工艺1．等离子弧焊的工艺特点（l）由于等离子弧的温度高、能量密度大，因此等离子弧焊熔透能力强。（2）由于等离子弧的形态近似于圆柱形，挺度好，因此容易得到均匀的焊缝成形。（3）由于等离子弧的稳定性好，很小的焊接电流也能保证稳定，故可以焊接超薄件。（4）由于钨极内缩在喷嘴里面，焊接时与工件不接触，因此可减少钨极烧损和防止焊缝夹钨。能力知识点三等离子弧焊工艺1．等离子弧焊的工艺特点742．等离子弧焊接头形式常用接头形式如图。焊接时要采用可靠的焊接夹具，以保证工件的装配质量。装配间隙和错边量越小越好。

用于等离子弧焊接的通用接头形式为I形对接接头、开单面V形和双面V形坡口的对接接头以及开单面U形和双面U形坡口的对接接头。除此之外，也可用角接接头和T形接头。常用接头形式2．等离子弧焊接头形式常用接头形式如图。焊75电流在0.1-225A的设备可用手工焊接，大电流等离子弧焊需使用自动焊接。凡氩弧焊能够焊接的材料均可用等离子弧焊接，与钨极氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。其它如后热以及气体保护等工艺要求与氩弧焊基本相同。

建议工艺方案：

（1）对接接头，若材料/厚度合适，可用穿孔焊法，否则用熔入型焊法或穿孔焊打底+熔入型填充盖面。（2）其它接头形式：用熔入型焊法（3）细薄零件：用微束熔入型弧焊法，离子气对不同材料最好用不同的混合气。（4）如有可能，尽量脉冲电流焊接。

3．等离子弧焊工艺要点电流在0.1-225A的设备可用手工焊接，大电流等76厚度大于1.6mm但小于所列厚度值的工件，可不开坡口，采用小孔法单面一次焊成。材

料

不锈钢

钛及钛合金

镍及镍合金低合金钢

低

碳钢焊接厚度范围

≤8≤12≤6≤7≤8装配与夹紧：小电流等离子弧焊对接头的装配要求和钨极氩弧焊相同。间隙不应超过金属厚度的10%，难以保持上述公差时必须添加填充金属。对于厚度不大于0.8mm的金属，焊接接头的装配和夹紧要求。焊接金属薄片时，要求夹具与工件紧密接触。焊枪喷嘴至工件的距离不像氩弧焊时要求那么严格。厚度大于1.6mm但小于所列厚度值的工件，可不开坡口77能力知识点四

等离子弧堆焊与喷涂介绍能力知识点四

等离子弧堆焊与喷涂介绍78等离子弧堆焊可使堆焊层获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，或用以弥补已磨损工件的尺寸、被腐蚀工件表面的蚀坑、麻点，达到修旧利废的目的。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，并取得了巨大的经济效益。按照堆焊材料的不同形态，等离子弧堆焊主要分为粉末等离子弧堆焊和热丝等离子弧堆焊两种，其中以粉末堆焊应用较多。（一）等离子弧堆焊（一）等离子弧堆焊79堆焊方法稀释率（%）熔敷速度Kg/h最小堆焊层厚度mm熔敷效率（%）氧乙炔堆焊手工送丝1~100.5~1.80.8100自动送丝1~100.5~6.80.8100粉末堆焊1~100.5~1.80.885~95焊条电弧堆焊10~200.5~5.43.265埋弧堆焊单丝30~604.5~11.33.295单带极10~2012~363.095等离子弧堆焊自动送粉5~150.5~6.80.885~95手工送丝5~150.5~3.62.498~100自动送丝5~150.5~3.62.498~100双热丝5~1513~272.498~100等离子弧堆焊与其它堆焊方法的比较堆焊方法稀释率熔敷速度最小堆焊层熔敷效率氧乙炔手工送丝1~180冷丝等离子弧堆焊——手工送棒或自动送丝（带），在工艺和堆焊层质量上都较稳定，应用于各种阀门耐磨、耐蚀零件的堆焊。热丝等离子弧堆焊——熔敷率提高和稀释率降低显著，可减少气孔倾向，适用于大面积的堆焊。粉末等离子弧堆焊——粉末来源广、种类多，熔敷率高、稀释率低、堆焊层质量好，工艺过程稳定，易于机械化、自动化；广泛应用于各种阀门密封面、石油钻杆、模具刃口等的强化与修复。等离子弧堆焊的类型：冷丝等离子弧堆焊——手工送棒或自动送丝（带），在工艺和堆81对塑性较好的焊材，用填丝等离子弧堆焊，且多用热丝法。对硬脆的焊材用粉未等离子弧堆焊(等离子弧喷焊)，使用双电源的混合型等离子弧更好。对塑性较好的焊材，用填丝等离子弧堆焊，且多用热丝法。82（二）等离子弧喷涂等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备的优势，因而应用广泛（原理如上图）①喷涂材料几乎不受限制（可喷涂非金属）；②不改变基体的热处理状态、焊件无变形；③涂层薄而致密，结合强度高；④工艺稳定、生产率高。（二）等离子弧喷涂等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备83

等离子弧喷涂是利用等离子弧的高温、高速焰流，将粉末喷涂材料加热和加速后再喷射、沉积到工件表面上形成特殊涂层的一种热喷涂方法。等离子弧喷涂方法有丝极喷涂和粉末喷涂两种，粉末等离子弧喷涂是其中应用最广泛的方法。(二)等离子弧喷涂等离子弧喷涂是利用等离子弧的高温、高速焰流，将84等离子弧喷涂的一些应用实例气门喷涂（耐磨）发动机叶片（耐高温）丝极喷涂轧辊（耐磨）手工喷涂螺旋杆（耐磨）等离子弧喷涂的一些应用实例气门喷涂（耐磨）发动机叶片（耐高温85等离子弧喷涂的特点

①喷涂材料几乎不受限制（可喷涂非金属）；②不改变基体的热处理状态、焊件无变形；③涂层薄而致密，结合强度高；④工艺稳定、生产率高。等离子弧的喷涂具有其它喷涂方法的不具备的优势，因而应用广泛。等离子弧喷