第九章 等离子弧焊

1第九章等离子弧焊及其应用第一节等离子弧的形成与特点：等离子弧：在TIG焊的基础上，利用等离子弧焊炬，将阴极（钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度的电弧，叫做等离子弧；1、形成条件：书P217图8-1所示；压缩而成；1.1喷嘴和气流对电弧的机械压缩作用；←前提条件；231.2冷气流的散热造成的“热收缩效应”←最本质、最重要的原因；1.3电磁收缩力；2、等离子弧的特点：2.1温度高、能量密度高。（24000~50000K）2.2离子气的喷射速度很高，冲击力高。（V=300m/sec）2.3挺度大，扩散角小（≈5°），加热方向准确，而且稳定；如图8-3所示；2.4应用面广，可用于焊接、切割、喷涂；453、气体的作用与选择：3.1作用：3.1.1向电弧提供气体介质，以便电离，维持电弧的稳定燃烧；3.1.2冷却作用：冷气膜形成隔离层，冷却喷嘴内壁、电极等；3.1.3向工件传递动能←等离子流力的冲击作用；3.1.4向工件传递能量（热能）→3.1.5保护熔池金属；3.1.6压缩作用；•对流传导•辐射传导•在工件表面中和放热63.2气体的选择：焊接与喷涂：富氩气氛；(保护效果好，电弧稳定)切割：N2、N2+H2、N2+Ar以及水蒸气、空气等；（冲击力大，电弧的携热性好）4、电源与极性：直流正接、陡降的电源外特性、利用高频引弧；5、等离子弧的类型：转移弧和非转移弧，如图所示；5.1转移弧（直接弧）：先在电极与喷嘴之间激发小弧，作为引导电弧，然后将电弧转移到电极与焊件之间；7a)非转移型b)转移型1-焊件2-等离子弧3-冷却水4-工作气体（离子气）5-电极6-喷嘴8特点：冲击力大、挺度大、能量高、直接将能量作用给工件，适用于焊接与切割；5.2非转移弧（间接弧）：焊件不接入焊接回路，只在电极与喷嘴之间建立的不向焊件转移的等离子弧，也叫等离子焰；特点：冲击力小、能量小、温度低，适用于喷涂或焊、切薄件，或用于非金属材料的加工；6、稳定性：—双弧现象，如图所示；6.1现象：除正常的转移弧外，又形成了一个燃烧于钨极、喷嘴、工件之间的串联电弧；6.2危害：喷嘴容易烧坏、主弧的电流减小，等离子弧会中断；9图7-14双弧现象10第二节等离子弧焊接与喷涂1、等离子弧焊接：两种类型：1.1穿孔型等离子弧焊接：如图8-20所示；利用“小孔效应”进行焊接，简称“小孔法”小孔效应：随着等离子弧的向前移动，弧柱在熔池的前缘穿透整个焊件厚度，形成一个小孔的现象；弧型：转移弧；1112特点：穿透性强，速度快；热影响区窄，焊接变形小，焊缝质量高；成形好，不加垫板，不加填充金属，单面焊双面成形；应用范围：板厚：2.5~12mm(I=100~300A);材料：不锈钢、耐热钢、高强钢、Cu合金、Ti合金及难熔金属，如：W、Mo等;13工艺特点：焊缝有气孔的可能；1.2微弧等离子弧焊：利用小电流（I＜30A），形成联合型微小等离子弧（即转移弧与非转移弧同时存在）进行焊接，一般用于板厚小于0.4mm以下的金属箔的焊接；除以上两种外，还有熔入型、脉冲、熔化极以及变极性等离子弧焊；142、等离子弧堆焊：利用等离子弧作为热源的堆焊方法；分为：粉末等离子弧堆焊、热丝等离子弧堆焊、冷丝等离子弧堆焊；弧型：非转移、转移弧；3、等离子弧喷涂：热喷涂：以一定形式的热源，将粉状、丝状和棒状的喷涂材料加热至熔化状态或局部熔化状态，同时用喷射气流使其雾化，喷射在经过预处理的表面上，形成喷涂层的一种方法；15•喷涂层与基体之间以及喷涂层颗粒之间形成的是机械结合或微区冶金结合（注意不是熔合）。3.1等离子喷涂：以等离子弧作为热源的，以Ar、N2或其它气体为喷射气体的热喷涂；目的：在工件表面喷涂一层较薄（0.5~4mm）的具有特殊性能的金属或合金；弧型：非转移弧；预处理:(喷涂前2~3小时进行)•去除氧化膜、油污及其它杂质；•形成粗糙的新鲜表面；•对喷涂表面进行预热（80~200℃）16第三节等离子弧切割1、原理：利用等离子弧的高温，将金属局部熔化，同时借助其强而集中的冲击力将熔化的金属快速吹除形成切口；2、特点：2.1优点：2.1.1几乎可以切割所有的金属和合金。（如：碳钢、铸铁、钨、Mo以及高合金钢及有色金属等）172.1.2切口平直、光滑、热影响区窄；2.1.3切割速度快，生产效率高，成本低；2.1.4切割的厚度大，并可进行多层切割；2.2缺点：2.2.1切厚件时，切口上宽下窄；2.2.2有噪音及烟尘；18第十章电渣焊第一节概述1、电渣焊的基本原理：利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的一种熔化焊方法；如图10-6所示；2、工艺过程：2.1焊前准备：装配：间隙：20~40mm(30~50mm);引弧板、引出板；工件立放（焊缝垂直于地面）在焊缝的两侧加强制成形装置—冷却滑块19202、焊接：2.1电弧过程：首先在焊丝与引弧板之间产生电弧，电弧热使电弧周围的焊剂熔化，当液态熔渣达到一定的深度时，则提高送丝速度，降低电弧电压，使焊丝插入熔池，电弧熄灭，转入下一过程；2.2电渣过程：当电流经过渣池流向工件时，靠渣池产生的电阻热来熔化焊丝和工件，被熔化的金属靠自重大于熔渣的密度而沉积在渣池的下部，形成熔池，随着电极的不断熔化与送进，熔池与渣池不断的上升，则远离热源的熔池底部金属冷却凝固形成焊缝；21要求：此过程不能出现电弧；冷却滑块：防止铁水外流、强迫成形；2.3收尾：加引出板，焊后切除；3、应用：材料：低碳钢、低合金钢、中合金钢、高合金钢、铸铁、有色金属等；板厚：大于50mm，一次焊成；4、焊材：4.1焊剂：焊剂170、焊剂252、焊剂360；书P291表10-4;4.2焊丝：H08Mn2Si、H10Mn2、H08Mn2MoV；书P291表10-5；225、特点：5.1熔池中的气体、渣容易析出，所以不易产生气孔、夹渣；5.2冶金反应充分，焊缝的化学成份均匀；5.3可以减小焊缝的淬火倾向，防止冷裂纹，这对于中、高碳钢特别有利；5.4热影响区宽，晶粒粗大，形成魏氏组织，焊缝具有人字型结晶特点，形成交会角φ，交会角φ越大，则会有偏析、夹杂在焊缝中间产生，从而出现裂纹，为此应增大成形系数(ψ＝B/H)，从而减小交会角φ；如图10-5所示；23245.5对熔池金属的保护作用好；5.6可以一次焊成大厚件工件，不开坡口，并且厚度越大，优越性越明显；5.7成本低；5.8熔合比小，一般为10~20%，可以方便的通过焊丝调整焊缝成份；5.9不需预热，但焊后需热处理来提高韧性；（一般需正火或回火）；5.10渣池的热容量大，对电流的短时间变化不敏感；6、分类：丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊、管极电渣焊25思考题：1、等离子弧的形成需要哪些条件？2、等离子弧中，气体起到哪些作用？3、等离子弧焊接应采用什么类型的电源极性和外特性？4、等离子弧在焊接、喷涂、切割、堆焊等工艺中，各采用什么样的气体和弧型最合适？5、为何电渣焊必须从下向上焊？还要装引弧板、引出板和水冷滑块？6、电渣焊有何工艺特点？7、电渣焊的焊接过程有何特点？