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Copyright ? 2007, 林三宝 现代焊接生产技术国家重点实验室 《电弧焊基础》 四、等离子弧焊 Chapter 4: Plasma Arc Welding 2007年春季学期1-8周 周1、周3的3-4节，正新314 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。 原 理 等离子电弧 TIG电弧 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 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 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 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：direct polarity at the electrode for welding metal materials (carbon steels, stainless steels, nickel-based and titanium). 脉冲:with the same polarity as above, welding energy is controlled in high and low current value period. 交流变极性devoted to welding aluminum and its alloys. At present, this is the only way to weld with PLASMA in “keyhole” mode with argon protection. 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。 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 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 等离子弧焊接 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。 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。 小孔型焊接 焊接参数 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 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 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 微束等离子(Micro-plasma)