电弧焊讲义资料

电弧焊讲义资料第1页/共39页目录原理特点PAW焊设备的构成焊接方法先进焊接技术本部分教程的图片、资料和录像除取自教材外，还取自TWI(www.twi.co.uk),SAF、Fronius,Liburdi,AMET等公司的资料,互联网,以及美国《焊接手册》第二卷。第2页/共39页原理等离子电弧TIG电弧第3页/共39页原理及分类概念：

等离子弧是通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧。特点：

电弧的温度、能量密度、等离子流速都显著增加第4页/共39页原理及分类三种工作形式：转移型等离子弧喷嘴内电极与被加工工件间产生等离子弧等离子焰流(非转移性)在钨电极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧混合型等离子弧等离子弧的产生机械压缩热压缩电压缩第5页/共39页特性静特性形状:U形特点热源特性温度能量密度105-106

w/cm2扩散角,6度对工件的加热主要来自弧柱的传导与辐射，而非斑点或者极区产热第6页/共39页焊接设备外特性：陡降或者恒流特性电源，空载电压65~80V

焊接电源直流：

directpolarityattheelectrodeforweldingmetalmaterials(carbonsteels,stainlesssteels,nickel-basedandtitanium).脉冲:

withthesamepolarityasabove,weldingenergyiscontrolledinhighandlowcurrentvalueperiod.交流变极性

devotedtoweldingaluminumanditsalloys.Atpresent,thisistheonlywaytoweldwithPLASMAin“keyhole”modewithargonprotection.第7页/共39页焊接设备焊枪要求：能固定喷嘴与钨极的相对位置，并可进行调节；对喷嘴和钨极进行有效的冷却；喷嘴与钨极之间要绝缘，以便在钨极和喷嘴内壁间引燃小弧；能导入离子气流和保护气流；便于加工和装配，特别是喷嘴的更换；尽可能轻巧，便于使用中进行观察。第8页/共39页焊接设备喷嘴材料：紫铜，<2-2.5mm喷嘴孔径喷嘴孔道长度内腔锥角压缩孔道形状钨极内缩和同心度送气第9页/共39页等离子弧焊接熔入型焊接(传导型)厚度小于3mm；15-200A与TIG相似，电流小，薄板小孔型PAW(keyhole)工件熔透，形成小孔，熔化的金属排挤在周围，随着等离子弧在焊接方向的移动，熔池金属沿电弧周围向后方移动，冷却后，形成焊缝。厚度大于3mm;>100A无需背面支撑用在自动化焊接中一次焊透可达10mm碳钢,通常限制在6mm效率高，通常填丝防止咬边Ar保护，不用He第10页/共39页等离子弧焊接第11页/共39页小孔型焊接焊接参数离子气流量应根据焊接电流、焊速、喷嘴尺寸和高度等参数条件确定。采用不同种类或混合比的气体时，所需流量也是不相同的焊接电流焊接电流增加，等离子弧穿透能力提高。流过小，小孔直径减小或者不能形成小孔；电流过大，小孔直径过大，熔池脱落，也不能形成稳定的穿孔焊过程。离子气流量也有一个使用范围，而且与电流是相互制约的焊接速度其它条件给定时，焊接速度增加，焊缝热输入量减少，小孔直径减小，因此只能在一定速度范围内获得小孔焊接过程。焊速太慢会造成熔池脱落，正面咬边，反面突出太多。第12页/共39页小孔型焊接焊接参数喷嘴高度一般取3~5mm过高会使电弧穿透能力降低，过低会使喷嘴更多受到金属蒸气的污染保护气流量保护气流量应与离子气有一个恰当的比例，保护气流太大会造成气流的紊乱，影响等离子弧的稳定性和保护效果。第13页/共39页小孔型焊接焊接参数第14页/共39页小孔型焊接焊接参数适用于焊接3~8mm厚度不锈钢、12mm以下厚度的钛合金、2~6mm厚度的低碳钢或低合金结构钢，以及铜、黄铜、镍及镍基合金的对接缝。利用变极性等离子弧焊接电源，单面焊可以焊接12mm厚度的铝及铝合金。被焊材料在上述厚度范围内可不开坡口一次焊透，并实现单面焊双面成形装配间隙、错边等必须严格控制第15页/共39页用等离子弧方法焊接的焊缝焊缝正面焊缝反面材料：5456(LF6)铝合金，8mm厚试板，为529厂试验第16页/共39页等离子弧焊接微束等离子(Micro-plasma)15-30A以下的熔入型PAW称为~，通常0-15A第17页/共39页微束等离子(Micro-plasma)第18页/共39页变极性等离子弧焊VariablePolarityPlasmaArcWelding图片和设备资料由加拿大Liburdi公司,AMET中国公司提供第19页/共39页VPPAW原理VPPAW(VariablePolarityPlasmaArcWelding)变极性等离子弧焊是等离子弧焊的一种功率密度：5×108—5×1010W/m2工作在小孔焊接模式(Keyholewelding)正极性电流(DCENCurrent)幅值、反极性电流(DCEPCurrent)幅值、一个周波内正反极性电流持续时间的比例可以分别独立调节，即有利于焊缝熔透，又有利于清理铝合金氧化膜第20页/共39页VPPAW原理比常规TIG焊能够更加有效的去除氧化膜，以及表面的油污和污染，更好的防止氢溶解，消除气孔、夹渣等焊接缺陷正负半波幅值可独立调节正负半波时间可独立调节钨极烧损最小第21页/共39页VPPAW原理VPPA最适合于铝合金焊接，目前已经实现单道焊接铝合金厚度达25.4mm；实际生产中通常采用立向上焊工艺，既有利于焊缝的正面成形，又有利于熔池中氢的逸出，减少气孔缺陷，因此被称为“零缺陷焊接”。有效利用等离子束流所具有的高能量密度、高射流速度、强电弧力的特性，实现铝合金中厚板单面一次焊双面自由成形。焊缝成形第22页/共39页出色的性能焊缝内部缺陷少，如气孔、夹渣等在小孔型等离子弧焊接过程中，等离子弧以及离子气流穿过小孔起着一定的冲刷作用，在其它焊接方法中残留在熔化金属中生成气孔的气体会被等离子弧以及离子气流通过小孔带走，夹渣也同样被冲刷掉。可焊厚度范围宽大厚度铝合金一次焊接，单面焊双面成形，从而可以减少焊道的数量，避免铝合金接头性能降低；焊后工件变形小由于等离子弧熔透能力强，加热集中，熔化区域小，而且小孔型焊接对工件正、反面加热均匀，减少了焊后工件的挠曲变形，与TIG焊相比工件的挠曲变形明显减小。第23页/共39页出色的性能焊缝机械性能高等离子弧弧焊质量在一定程度上，要高于其他弧焊方法的焊接质量，焊缝机械性能好，而且焊缝变形较小。效率高、成本低对于厚板焊接，减少焊道层数；焊缝内部无气孔、夹渣等缺陷少，减少了焊后检验工作和修补工作量；对油污的敏感性小，焊前准备工作量少广泛应用于航天运载火箭贮箱环纵缝的焊接中(2014、2219、2195)。第24页/共39页焊接铝合金典型的焊接参数焊接参数第25页/共39页应用1978年，美国NASA宇航局马歇尔宇航中心决定变极性等离子弧焊工艺部分取代钨极氩弧焊工艺焊接航天飞机外贮箱。航天飞机外贮箱材料为2219铝合金，共焊接了6400m焊缝，经100％X射线检测，未发现任何内部缺陷，焊接质量比TIG多层焊明显提高。美国的NASA和波音公司已经将此技术应用在航天飞机外燃料箱和火箭壳体的变截面（8-16.5mm）环缝焊接生产中，在固态火箭发动机的排气管元件焊接生产中也得到了应用。DeltaIV火箭第26页/共39页Liburdi的VPPA应用Liburdi公司交付到波音的VPPA系统，用于Delta火箭的焊接第27页/共39页Liburdi的VPPA焊接系统VPPA精密焊接电源PulseWeldVP400LRC控制器或者WinLAWS高精度焊接控制器焊接机头环缝焊接系统纵缝焊接系统工装焊接程序开发第28页/共39页VPPA筒体纵缝焊接—AMET公司第29页/共39页PAW与TIG复合焊接图片和设备资料由法国SAF公司提供第30页/共39页PAW+TIGTheassociationofPLASMAandTIGprocessesinautomaticweldingpreservesthequalitycharacteristicsspecifictoPLASMA(compactnessandpenetration),againinspeedof30to40%,withtheTIGprocessensuringsmoothingandqualitywithaflawlessappearance.第31页/共39页PAW+TIGForthePLASMA+TIGprocess,aTIGtorchaswellasacoldwirecontributiondevicearepositionedataround160mmbehindtheplasmatorch.等离子弧用于熔化整个接头，TIG焊接带有摆动和送丝，用来盖面。plasma+TIG方法通常应用在焊缝长度>3000mm的场合,筒体直径大于2200mm.优点：单道焊接过程,降低填充金属量，高速焊届，低变形热影响区窄，高质量，焊缝外观好，降低坡口准备时间。第32页/共39页PAW+TIG应用第33页/共39页PAW与MIG复合焊接第34页/共39页熔化极等离子弧焊(Plasma-MIG)等离子弧与MIG电弧联合使用的焊接方法combinationofplasmaweldingandMIG-weldingusingasinglegunAplasmaarcproducedbyareductioninthegasorificeresultsinanarrowhightemperaturearc.ByfeedingtheMIG-electrodethroughtheplasmaarccoaxiallyveryhighdepositionratesarepossibleonlysuitableformechanisedwelding第35页/共39页熔化极等离子弧焊(Plasma-MIG)普通MIGPlasma-MIG优点：highefficiency,goodgapbridging(further