《焊工工艺基础》等离子弧焊接的基本原理及设备（举一反三考点练）讲义

举一反三考点练 《焊工工艺基础》等离子弧焊接的基本原理及设备-讲义 1.理解等离子弧的形成。 2.了解的等离子弧的特点及等离子弧的类型。 3.了解等离子弧焊接设备。 知识点一 等离子弧的形成 1.形成机制：等离子弧是经压缩的高能电弧，在电极与焊件间产生，通过水冷喷嘴内腔被强烈压缩，弧柱截面缩小、电流密度增大、温度剧升，最终形成明亮细柱状，如图1所示。 图1 等离子弧的形成 2.压缩效应的三种形式 （1）机械压缩：电弧通过水冷喷嘴小孔，弧柱截面被强制缩小，形成初步压缩。 （2）热压缩：冷却气体在喷嘴内壁形成冷气膜，迫使电流集中到弧柱中心，进一步压缩电弧。 （3）磁压缩：带电粒子运动产生向心电磁力，电流越大压缩越强，最终形成高能量等离子弧（温度达24000K，速度300m/s）。 1.关于等离子弧的形成，下列说法正确的是（ ） A.等离子弧是通过机械压缩效应、热压缩效应和电磁收缩效应共同作用形成的。 B.机械压缩效应由焊枪的特殊喷嘴结构实现，使电弧直径缩小，能量密度提高。 C.热压缩效应是利用保护气体在电弧周围形成冷气膜，迫使电弧高温区集中，增强能量密度。 D.电磁收缩效应是因电弧自身磁场作用，使带电粒子向弧柱中心移动，电弧进一步收缩。 E.只要增大焊接电流，普通电弧就能直接转变为等离子弧。 【答案】ABCD 【解析】A 选项：等离子弧的形成依赖于机械压缩效应、热压缩效应和电磁收缩效应的协同作用 。这三种效应相互配合，使普通电弧经过压缩转变为能量高度集中的等离子弧，该选项正确。B 选项：焊枪的特殊喷嘴结构是产生机械压缩效应的关键。狭窄的喷嘴通道对电弧产生约束作用，使电弧直径缩小，单位面积上的能量增加，从而提高能量密度，该选项正确。C 选项：热压缩效应中，保护气体在电弧周围被加热形成冷气膜。这层冷气膜限制了电弧的扩散，迫使电弧高温区集中在较小区域内，进一步增强了电弧的能量密度，该选项正确。D 选项：电弧自身存在磁场，在磁场力的作用下，电弧中的带电粒子受到向弧柱中心的作用力，从而使带电粒子向中心移动，导致电弧进一步收缩，即电磁收缩效应，该选项正确。E 选项：普通电弧转变为等离子弧，不仅仅是增大焊接电流这么简单。需要同时具备机械压缩、热压缩和电磁收缩等多种效应共同作用，改变电弧的物理特性，才能形成等离子弧，该选项错误。 1.（单项选择题）等离子弧形成过程中，通过喷嘴孔径限制电弧扩展，实现的压缩效应是（ ）。 A.机械压缩效应 B.热压缩效应 C.电磁压缩效应 D.化学压缩效应 【答案】A 【解析】机械压缩效应是利用喷嘴的物理结构，通过较小的孔径限制电弧的扩展空间，使电弧柱横截面积减小，从而提高能量密度，所以通过喷嘴孔径限制电弧扩展实现的是机械压缩效应，选 A。热压缩效应与气体冷却有关，电磁压缩效应与电流产生的磁场有关，不存在化学压缩效应。 2.（单项选择题）等离子弧形成时，使电弧电流向弧柱中心集中的压缩效应主要是（ ）。 A.机械压缩效应 B.热压缩效应 C.电磁压缩效应 D.静电压缩效应 【答案】B 【解析】热压缩效应中，当气体以一定流量通过电弧时，电弧外围气体被冷却，电离度降低，导电性变差，迫使电弧电流向弧柱中心集中。机械压缩效应主要是缩小电弧空间；电磁压缩效应是电流磁场作用；不存在静电压缩效应，所以选 B。 3.（单项选择题）等离子弧的电离度比普通电弧（ ）。 A.低 B.高 C.相同 D.无法确定 【答案】B 【解析】等离子弧在多种压缩效应作用下，温度大幅升高，气体电离程度显著增强，其电离度远高于普通电弧。高电离度使得等离子弧具有独特的物理化学性质和更高的能量密度，所以选 B。 1.（判断题）普通电弧经过压缩就能直接形成等离子弧。( ) 【答案】× 【解析】普通电弧要形成等离子弧，不仅需要压缩，还需满足一定条件。在普通电弧基础上，通过机械压缩效应、热压缩效应和电磁压缩效应的共同作用，使电弧的温度、能量密度大幅提高，电离度显著增强，才会形成等离子弧，仅压缩不能直接形成，所以该说法错误。 2.（判断题）等离子弧形成过程中，机械压缩效应是通过缩小电弧的放电空间实现的。( ) 【答案】√ 【解析】在等离子弧形成时，机械压缩效应主要依靠特殊设计的喷嘴，其较小的孔径限制了电弧的扩展，将电弧放电空间缩小，迫使电弧柱的横截面积减小，从而提高电弧的能量密度，所以该说法正确。 3.（判断题）热压缩效应与气体流量无关。( ) 【答案】× 【解析】热压缩效应与气体流量密切相关。当气体以一定流量通过电弧时，电弧外围气体被冷却，电离度降低，导电性变差，迫使电弧电流向弧柱中心集中，实现热压缩。气体流量合适才能产生良好的热压缩效果，所以该说法错误。 · 机械+热+磁协同作用，生成高温、高速、高能量密度的等离子弧。 知识点二 等离子弧的特点及等离子弧的类型 1.等离子弧的特点 （1）能量密度大、热影响区小。 （2）电弧稳定性好、焊接速度快。 （3）机械冲刷力大。 （4）电弧挺度好。 （5）电弧电离充分。 （6）焊接设备复杂。 2.等离子弧的类型：按电源连接方式和形成等离子弧的过程不同，等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式。 （1）非转移型等离子弧 ①产生方式：钨极接负极，喷嘴接正极，弧焰从喷嘴喷出。如图2所示。 ②能量特点：对焊件间接加热，能量少。 ③应用场景：用于喷涂、薄板焊接及非金属材料切割焊接 。 图2非转移型等离子弧 （2）转移型等离子弧 ①产生方式：钨极接负极，焊件接正极，先引燃钨极与喷嘴间诱导弧，再转移至钨极与焊件间。如图3所示。 ②能量特点：阳极斑点在焊件上，热利用率高（60% - 75%），动能和冲击力大。 ③应用场景：用于焊接、切割及粉末堆焊等。 图3 转移型等离子弧 （3）联合型等离子弧 ①产生方式：非转移型和转移型同时存在，需两个电源分别供电。如图4所示。 ②电弧作用：非转移型（维弧）补充加热和稳定电弧，转移型（主弧）用于焊接。 ③应用场景：主要用于微束等离子弧焊接和粉末堆焊等。 图4 联合型等离子弧 1.关于等离子弧的特点及类型，下列说法正确的是（ ） A.等离子弧能量密度高，温度可达 20000～50000K，可用于焊接难熔金属。 B.转移型等离子弧电极接负极，焊件接正极，电弧热量主要集中在焊件上。 C.非转移型等离子弧常用于金属材料的焊接，因其电弧稳定性好。 D.联合型等离子弧同时具备转移型和非转移型等离子弧的优点，适用于薄板焊接。 E.等离子弧的稳定性不受气体流量和电流大小影响，可随意调节工艺参数。 【答案】ABD 【解析】A 选项：等离子弧经过多种压缩效应，能量高度集中，温度极高，能达到 20000～50000K 。这种特性使其具备足够的能量来熔化难熔金属，因此可用于焊接难熔金属，该选项正确。B 选项：转移型等离子弧中，电极接电源负极，焊件接电源正极，电弧在电极与焊件之间燃烧，热量主要集中在焊件上，适合用于焊接、切割等加工，该选项正确。C 选项：非转移型等离子弧是在电极与喷嘴之间产生电弧，热量主要集中在喷嘴附近，其温度相对较低，常用于非金属材料的加工，如喷涂等，而非金属材料焊接，该选项错误。D 选项：联合型等离子弧同时存在转移型和非转移型等离子弧，它结合了两者的优点，电弧稳定且能量调节范围广，适合薄板焊接及一些特殊材料的焊接，该选项正确。E 选项：等离子弧的稳定性与气体流量、电流大小等工艺参数密切相关。气体流量影响电弧的压缩程度和保护效果，电流大小决定电弧能量。随意调节参数会破坏电弧稳定性，影响焊接或切割质量，该选项错误。 1.（单项选择题）等离子弧与普通电弧相比，最显著的特点是（ ）。 A.温度更低 B.能量密度更高 C.稳定性更差 D.弧长更长 【答案】B 【解析】等离子弧经过压缩效应，能量高度集中，能量密度远高于普通电弧，这是等离子弧最显著的特点。普通电弧能量相对分散，温度也低于等离子弧，且等离子弧稳定性更好，弧长与焊接工艺和参数有关，并非其与普通电弧相比的显著区别，所以选 B。 2.（单项选择题）在转移型等离子弧中，电弧是在（ ）之间燃烧。 A.电极与喷嘴 B.电极与焊件 C.焊件与喷嘴 D.电极与保护气体 【答案】B 【解析】转移型等离子弧的工作原理是电弧在电极与焊件之间燃烧，电源负极接电极，正极接焊件，能够将大量的热量传递到焊件上，用于焊接和切割较厚的金属材料，所以选 B。 3.（单项选择题）非转移型等离子弧常用于（ ）。 A.焊接厚钢板 B.切割有色金属 C.焊接不锈钢薄板 D.喷涂非金属材料 【答案】D 【解析】非转移型等离子弧能量相对分散，适合对非金属材料进行加工，如喷涂、加热等。焊接厚钢板、切割有色金属和焊接不锈钢薄板通常使用转移型等离子弧，利用其能量集中的特点，所以选 D。 1.（判断题）等离子弧的能量密度比普通电弧低。( ) 【答案】× 【解析】等离子弧在机械压缩、热压缩和电磁压缩效应的作用下，电弧被高度压缩，能量高度集中。其能量密度可达到普通电弧的数倍甚至数十倍，能够在较小的作用区域内产生极高的热量，所以等离子弧的能量密度比普通电弧高，该说法错误。 2.（判断题）转移型等离子弧的电极接负极，焊件接正极。( ) 【答案】√ 【解析】转移型等离子弧的工作方式是电源的负极连接电极，正极连接焊件。在引弧时，先在电极和喷嘴之间引燃非转移弧，然后将电弧转移到电极与焊件之间，使电弧在电极和焊件之间稳定燃烧，所以该说法正确。 3.（判断题）非转移型等离子弧主要用于焊接较厚的金属材料。( ) 【答案】× 【解析】非转移型等离子弧的电弧建立在电极与喷嘴之间，热量主要集中在喷嘴和保护气体上，能量相对分散，加热区域较大但功率密度较小。因此，它一般适用于焊接、切割较薄的材料，或者对非金属材料进行加工，对于焊接较厚的金属材料难以达到良好的焊接效果，所以该说法错误。 · 等离子弧的特点（1）能量密度大、热影响区小。（2）电弧稳定性好、焊接速度快。（3）机械冲刷力大。（4）电弧挺度好。（5）电弧电离充分。（6）焊接设备复杂。 · 等离子弧的类型：按电源连接方式和形成等离子弧的过程不同，等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式。 知识点三 等离子弧焊接设备 手工等离子弧焊接设备由焊接电源、焊枪、气路系统、控制系统和电极等部分组成，如图5所示。 图5 手工等离子弧焊接设备 1-焊件；2-焊丝；3-焊枪；4-控制系统；5-水冷系统 6-启动开关；7-焊接电源；8，9-供气系统 1.焊接电源 （1）功能：提供等离子弧稳定燃烧所需能量。 （2）类型：多采用陡降外特性直流电源，确保电弧电压稳定。 （3）特点：需具备高频引弧功能，满足转移型等离子弧的引弧需求。 2.焊枪 （1）结构：由钨极、喷嘴、气室等组成，喷嘴孔径决定等离子弧直径。 （2）作用：形成压缩通道，将电弧压缩为等离子弧；保护气体通过焊枪输送。 （3）要求：喷嘴需良好冷却（水冷或气冷），防止烧损。 3.气路系统 （1）组成：包括工作气体（如氩气）和保护气体（如氩气+氢气混合气）供应装置。 （2）功能：工作气体形成等离子弧，保护气体防止焊缝氧化。 （3）控制：需精确调节气体流量和压力，确保电弧稳定。 4.控制系统 （1）作用：协调电源、气路、焊枪动作，实现焊接过程自动化。 （2）功能： 引弧控制：高频或接触式引弧。 弧长调节：通过电流或电压反馈维持弧长稳定。 送丝控制（如需）：与焊接电流匹配。 （3）特点：需具备故障报警和安全保护功能。 5.电极（钨极） （1）材料：纯钨或钍钨、铈钨等，耐高温且电子发射能力强。 （2）形状：锥形或端部磨尖，影响电弧压缩效果。 （3）要求：需定期修磨，防止端部烧损影响电弧稳定性。 1.关于等离子弧焊接设备，下列说法正确的是（ ） A.等离子弧焊接设备由焊接电源、焊枪、供气系统、水冷系统和控制系统等组成 B.焊接电源需具备陡降外特性，且空载电压通常比氩弧焊电源低 C.焊枪中压缩喷嘴的孔径和孔道长度直接影响等离子弧的压缩程度和能量密度 D.供气系统仅需提供工作气体，无需保护气体 E.控制系统可调节焊接电流、离子气流量、焊接速度等参数，但无法控制保护气流量 【答案】AC 【解析】A 选项：等离子弧焊接设备的基本构成包括提供电能的焊接电源、直接作用于焊接区域的焊枪、提供气体的供气系统、用于冷却的水冷系统以及控制整体焊接过程的控制系统，该选项正确。B 选项：等离子弧焊接电源需具备陡降外特性，但由于等离子弧的形成需要更高的电离程度，其空载电压通常比氩弧焊电源高，以保证可靠引弧和维持电弧稳定燃烧，该选项错误。C 选项：焊枪中的压缩喷嘴是形成等离子弧的关键部件，其孔径大小和孔道长度会对等离子弧的压缩程度和能量密度产生直接影响。孔径越小、孔道长度越长，压缩效果越显著，能量密度越高，该选项正确。D 选项：供气系统不仅要提供用于形成等离子弧的工作气体（离子气），还需要提供保护气体，保护气体可防止熔池和焊缝金属在高温下被氧化，保证焊接质量，该选项错误。E 选项：现代化的等离子弧焊接控制系统功能全面，不仅能调节焊接电流、离子气流量、焊接速度等参数，也能对保护气流量进行精确控制，从而使整个焊接过程的各个参数协调配合，确保焊接质量，该选项错误。 1.（单项选择题）等离子弧焊接设备中，用于提供焊接所需电能的部件是（ ）。 A.供气系统 B.焊接电源 C.水冷系统 D.送丝机构 【答案】B 【解析】焊接电源是等离子弧焊接设备的核心部件之一，其主要功能是将电网的电能转换为适合焊接的电能，为等离子弧的产生和稳定燃烧提供必要的能量，保证焊接过程的顺利进行。供气系统提供离子气和保护气体；水冷系统用于冷却设备部件；送丝机构在需要填充金属的焊接中用于输送焊丝，它们都不负责提供焊接所需电能，所以选 B。 2.（单项选择题）等离子弧焊接设备的供气系统中，离子气的主要作用是（ ）。 A.保护焊接熔池 B.形成等离子体 C.冷却焊枪 D.输送焊丝 【答案】B 【解析】在等离子弧焊接设备的供气系统中，离子气通过电离产生等离子体，使电弧能量高度集中，温度升高，从而形成具有高能量密度的等离子弧。保护焊接熔池是保护气体的作用；冷却焊枪主要依靠水冷系统；输送焊丝是送丝机构的功能，所以离子气的主要作用是形成等离子体，选 B。 3.（单项选择题）当等离子弧焊接设备采用大电流焊接时，必须配备的系统是（ ）。 A.送丝系统 B.引弧装置 C.水冷系统 D.控制系统 【答案】C 【解析】在大电流焊接时，焊接过程会产生大量的热量，若不及时散热，会导致焊接枪体、电极等部件过热损坏，影响焊接质量和设备使用寿命。水冷系统能够有效地带走这些热量，对设备进行冷却。送丝系统、引弧装置和控制系统虽然也是等离子弧焊接设备的重要组成部分，但在大电流焊接时，最关键的是配备水冷系统，所以选 C。 1.（判断题）等离子弧焊接设备的焊接电源只能提供直流电源。( ) 【答案】× 【解析】等离子弧焊接设备的焊接电源并非只能提供直流电源，在一些特定焊接工艺中，也可采用交流电源。例如，在焊接铝及铝合金等材料时，交流电源能够利用其阴极清理作用去除表面氧化膜，从而保证焊接质量。所以该说法错误。 2.（判断题）等离子弧焊接设备的供气系统仅用于提供保护气体。( ) 【答案】× 【解析】等离子弧焊接设备的供气系统不仅用于提供保护气体，还需提供离子气。离子气在电弧形成过程中起着关键作用，通过电离产生等离子体，使电弧能量更集中，温度更高。保护气体则主要用于保护焊接熔池，防止其被氧化和污染，所以供气系统的作用并非单一提供保护气体，该说法错误。 3.（判断题）水冷系统是等离子弧焊接设备必不可少的组成部分。( ) 【答案】× 【解析】虽然在大电流、长时间焊接时，水冷系统对于冷却焊接枪体、电极等部件，防止设备过热损坏非常重要，但在小电流、短时间的等离子弧焊接中，通过自然冷却或简单的风冷方式就能够满足散热需求，此时水冷系统并非必不可少。所以该说法错误。 · 手工等离子弧焊接设备由焊接电源、焊枪、气路系统、控制系统和电极等部分组成 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$