模块八 等离子弧焊割及工艺 （课件）- 《焊接方法与工艺》同步教学（机工版·2023）

焊接方法与工艺 1 模块八 等离子弧焊割及工艺 2 任务一 认识等离子弧焊 【学习目标】 1.了解离子弧焊原理和特点。 2.了解离子弧焊设备和工具。 【任务描述】 等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的约束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。等离子弧焊如图7-1所示,它几乎可以焊接电弧焊所能焊接的所有材料和多种难熔金属及特种金属材料，特别在极薄金属焊接方面，解决了氩弧焊所不能进行的材料和焊件的焊接。本任务就是认识等离子弧焊，即了解等离子弧焊原理、特点、设备等内容。 3 任务一 认识等离子弧焊 图8-1 等离子弧焊 4 相关知识【任务一】 一、等离子弧焊原理 等离子弧焊是利用等离子枪将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离、高能量密度及高焰流速度的电弧作热源，并在保护气体的保护下，来熔化金属实行焊接的。 1.等离子弧的形成 一般的焊接电弧未受到外界的压缩，称为自由电弧。自由电弧中的气体电离是不充分的，能量不能高度集中，并且弧柱直径随着功率的增加而增加，因而弧柱中的电流密度近乎为常数，其温度也就被限制在5730～7730℃。如果对自由电弧的弧柱采取压缩效应，进行强迫“压缩”，就能获得导电截面收缩得比较小而能量更加集中，弧柱中的气体几乎达到全部电离状态的电弧，这种电弧称为等离子弧，其温度达16000℃～30000℃。 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。等离子弧的形成如图8-2所示，此时电弧受到如下三种压缩作用： 5 相关知识【任务一】 图8-2 等离子弧的形成 1-钨极 2-水冷喷嘴 3-保护罩 4-冷却水 5-等离子弧 6-焊缝 6-工件 ﹙1﹚机械压缩作用 电弧弧柱被强迫通过细孔道的喷嘴，使弧柱截面压缩变细，而不能自由扩大。 ﹙2）热收缩作用 电弧通过水冷却的喷嘴，同时又受到外部不断送来的高速冷却气流（氮气、氩气等）的冷却作用，这样弧柱外围受到强烈冷却，使其外围的电离度大大减弱，电弧电流只能从弧柱中心通过，电弧弧柱进一步被压缩。 ﹙3）磁收缩作用 带电粒子在弧柱内的运动，可看成是电流在一束平行的“导线”内移动，由于这些“导线”自身磁场所产生的电磁力， 6 相关知识【任务一】 使这些“导线”相互吸引，从而产生磁收缩效应。由于前述两种效应使电弧中心的电流密度已经很高，使得磁收缩作用明显增强，从而使电弧更进一步的受到压缩。 电弧在以上三种压缩作用下，弧柱截面很细，温度极高，弧柱内气体也得到了高度的电离，从而形成稳定的等离子弧。 2.等离子弧的类型 根据电极的不同接法，等离子弧可以分为转移弧、非转移弧、联合型弧三种，如图8-3所示。 （1）非转移弧 电极接负极，喷嘴接正极，焊件不接电源，等离子弧在电极和喷嘴内表面之间燃烧并从喷嘴喷出，如图8-3a所示，这种等离子弧也称等离子焰。由于工件不接电源，工作时只靠等离子焰加热，所以加热能量和温度较转移弧低，主要用于喷涂、焊接、切割较薄的金属和非金属材料。 （2）转移弧 7 相关知识【任务一】 电极接负极，焊件接正极，电弧首先在电极与喷嘴之间引燃，当电极与焊件间加上一个较高的电压后，再转移到电极与焊件间，使电极与焊件间产生等离子弧，这个电弧就称为转移弧，这时电极与喷嘴间的电弧就熄灭，如图8-3b所示。这类电弧是在非转移弧的基础上形成的，高温的阳极斑点直接作用在工件上，电弧热有效利用率大为提高，所以可用作中、厚板的切割、焊接和堆焊的热源。 （3）联合型弧 转移弧和非转移弧同时存在的电弧称为联合型弧，如图8-3c所示。联合弧中转移弧为主弧，非转移弧在工作中起补充加热和稳定电弧作用称为维弧，即在某种因素影响下，等离子弧中断时，依靠维持电弧可立即使等离子弧复燃。这种等离子弧稳定性好，电流很小时也能保持电弧稳定，主要用于微束等离子弧焊接和粉末等离子弧堆焊。 3.等离子弧的特点 （1）温度高、能量高度集中 等离子弧的导电性高，承受的电流密度大，因此，温度极高达16000℃～33000℃，并且截面很小，能量密度高度集中。 8 相关知识【任务一】 图8-3 等离子弧的类型 a)非转移弧 b)转移弧 c)联合型弧 9 相关知识【任务一】 （2）电弧挺度好、燃烧稳定 自由电弧的扩散角度约为45°，而等离子弧由于电离程度高，放电过程稳定，在压缩作用下，其扩散角仅为5°。故电弧挺度好，燃烧稳定。 （3）具有很强的机械冲刷力 等离子弧发