等离子焊接培训资料(华恒)

华恒焊接-专机项目部等离子焊接培训资料编制：华恒焊接-专机项目部日期：2013.12华恒焊接-专机项目部目录一．等离子电弧原理特点„„„„„„„„„„„„„„„„„二．等离子弧的特性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„三．等离子弧焊分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„四．等离子焊接设备及主要功能„„„„„„„„„„„„„„五．等离子焊接的主要参数„„„„„„„„„„„„„„„„六．等离子+TIG焊接工艺参数„„„„„„„„„„„„„„„华恒焊接-专机项目部一等离子电弧的产生等离子是指在标准大气压下温度超过3000℃的气体，在温度谱上可以把其看作为继固态、液态、气态之后的第四种物质状态。等离子是由被激活的离子、电子、原子或分子组成。例如：它可通过自然界中的闪电产生。从1960年以后，等离子这个词获得了新的含义，那就是电弧通过涡流环或喷嘴压缩而形成的高能量状态，此原理现在被广泛用于钢铁、化工及机械工程工业。等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种焊接方法。钨极氩弧焊使用的热源是常压状态下的自由电弧，简称自由钨弧。等离子弧焊用的热源则是将自由钨弧压缩强化之后而获得电离度更高的电弧等离子体，称等离子弧，又称压缩电弧。两者在物理本质上没有区别，仅是弧柱中电离程度上的不同。等离子弧的三种压缩效应分别为：喷嘴的机械压缩、电弧的热收缩、电弧自身的磁收缩，经压缩的电弧其能量密度更为集中、电离度和温度更高。等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显增大的缘故。因此，等离子弧焊主要是利用弧柱等离子体热来加热金属，而自由钨弧是利用两电极区产生的热来加热被焊金属。等离子弧产生的原理如图1所示。图1二等离子弧的特性等离子弧能量密度可达10５-10６W／cm2，比自由钨弧(约10５W／cm2以下)高，其温度可达18000～24000K，也自由电弧(约5000～8000K)高很多。图2为两种电弧的温度分布，左侧为自由钨弧，右侧为等离子弧。华恒焊接-专机项目部图2图3表示了等离子弧与自由钨弧的形态区别。等离子弧呈圆柱形，扩散角约5º左右，焊接时，当弧长发生波动时，母材的加热面积不会发生明显变化，所以焊接熔池形状和尺寸受弧长波动的影响小，因而容易获得均匀的焊缝成形。而自由钨弧呈圆锥形，其扩散角约45º，对工作距离变化敏感性大，随着弧长的增加，其熔宽增大，而熔深减小。另外，由于等离子弧经过压缩之后，其焰流速度大，可达到300m/s以上，喷射有力，所以等离子弧的熔透力强。图3三等离子弧焊分类由于等离子弧弧柱温度高，能量密度大，因而对焊件加热集中，熔透能力强，一次可焊透的厚度如表1所示，在同样熔深下其焊接速度比TIG焊高，故可提高焊接生产效率。材料不锈钢钛及其合金镍及其合金低合金钢低碳钢锆合金华恒焊接-专机项目部焊接厚度范围≤10≤12≤6≤8≤8≤10表1此外，等离子弧对焊件的热输入较小，焊缝截面形状较窄，深宽比大，呈“酒杯”状，见图4。热影响区窄，其焊接变形也小。图43.1等离子电弧的种类等离子电弧主要分为三种类型：（1）非转移型等离子电弧主要用于非金属材料的焊接。（2）联合型等离子电弧主要用于微束等离子的焊接。（3）转移型等离子电弧主要用于金属材料的焊接。3.2等离子基本焊接方法按焊缝成型原理，等离子焊接有两种基本的焊接方法：熔透型和小孔型等离子焊接。（1）熔透型等离子焊接在焊接过程中离子气较小，弧柱的压缩程度较弱，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子焊接方法。其焊缝成型原理与氩弧焊类似，主要用于薄板焊接及厚板多层焊的盖面工艺。（2）小孔型等离子焊接利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔型等离子焊接。由于等离子具有能量集中﹑电弧穿透力强的特点，在适当的参数条件下，等离子弧可以直接穿透被焊工件，形成一个贯穿工件厚度方向的小孔，小孔周围的液态金属在电弧力﹑离子气向下的吹力、液态金属表面张力以及溶池本身的重力作用下保持平衡，随着等离子弧在焊接方向移动，熔化华恒焊接-专机项目部金属沿着等离子弧周围熔池壁向熔池后方流动，并逐渐凝固形成焊缝，小孔也跟着等离子弧向前移动，如图5所示。图53.3等离子焊接的工艺特点（1）穿透力强，8mm以下板厚无须开坡口，大大减小了焊前准备时间。减少焊丝的填充量，大大节约了生产成本；（2）电弧能量集中，焊接热影响区小，焊接变形小；（3）焊接速度快，等离子焊接比工氩弧焊减少4-5倍时间；（4）卓越的重复生产性；（5）弧柱刚性大，采用小孔效应，可以实现稳定的单面焊双面成型；（6）电极缩在喷嘴内，不易污染和烧损，焊逢缺陷少；（7）焊接质量好，可焊材料多；（8）等离子具有良好的可控性和调节性等。四等离子焊接设备及主要功能完整的自动等离子焊接设备包括：焊接电源、等离子焊枪、焊接控制器、制冷水箱、焊接工装等。4.1焊接电源华恒公司完整的引进了德国EWM公司生产的TETRIX系列等离子焊接电源，TETRIX系列等离子焊接电源以其卓越的性能为等离子焊接的稳定奠定了基础。其本身采用先进IGBT的逆变技术，满足了电源具有陡降或垂降特性的要求，电源具有电流递增和电流衰减等功能，为等离子焊接制定合理的工艺提供了保障。华恒焊接-专机项目部TETRIX400/500DC-P电源T3.24控制面板TETRIX400DC-P等离子焊接电源的主要技术参数如表2：表2.技术参数焊接电源5～400A暂载率（20℃）400A45%300A100%空载电压92V输入电压3×380V（-25%～+20%）输入频率50/60Hz熔断器3×25A最大输出功率29Kva维弧电流5～25A（预备值10A）焊枪冷却方式水冷防护等级1P23电源尺寸725×350×840mm电源重量55kgTETRIX400DC-P等离子焊接电源与普通的焊接电源相比具有其先进的性能特点：（1）数字化等离子逆变焊接电源；（2）可在网路电压波动±25%的情况下工作；华恒焊接-专机项目部（3）数字电路系统保证了高质量焊缝的重现性；（4）维弧电弧通过专门的显示灯显示，维弧电流可调范围5A-25A（出厂时设定在10A）；（5）带有计算机接口，可实现与计算机联网；（6）适用于各种高低合金钢、镍、铜、钛、锌及其合金材料，以及特殊金属的焊接。4.2HPT500A等离子焊枪图7HPT500等离子焊枪等离子焊接时产生等离子电弧并用以进行焊接的工具称为等离子焊枪。等离子焊枪结构比TIG焊枪更为复杂。图7为华恒公司生产HPT500A等离子焊枪，其结构要有以下几个特点：1.能使钨极自动对中（钨极和喷嘴同心）；2.独立水冷钨极及喷嘴；3.喷嘴与钨极绝缘，以便在钨极与喷嘴间产生非转移弧；4.采用单独的气路分别导入离子气与保护气；等离子喷嘴是等离子焊枪产生等离子弧的关键零件之一，它对电弧起机械压缩的作用，它是一个铜质的水冷喷嘴。压缩喷嘴的结构、类型和尺寸决定了等离子弧的性质。钨极内缩量，是等离子焊接工艺中的重要参数。所谓的钨极内缩量即为钨极尖到喷嘴端面的距离。喷嘴的尺寸确定后，钨极的内缩量对电弧的影响与喷嘴孔道比对电弧的影响相同。一般内缩量的范围为：2.4mm—3.2mm。为了保证钨极内缩量，需专门配备钨极高度调整块。见图8所示华恒焊接-专机项目部图8图9所示的喷嘴属三孔型喷嘴，三孔型喷嘴除了中心孔外，其在左右各有一个对称的小孔。采用三孔道喷嘴焊接时，电弧及部分离子气经较大的中心孔流出，而其它离子气则通过两旁较小的孔道。从这两个小孔流出的离子气可将等离子弧产生的圆形热场变成椭圆形。当三个孔中心的连线与焊道垂直时，椭圆形热场平行于焊接方向，这将有助于提高焊速及降低焊缝宽度。图9等离子喷嘴在焊接时，喷嘴内部电弧弧柱被一层冷气膜包围，如喷嘴冷却效果不好，冷气膜便容易被击穿导致电弧不稳，破坏正常的焊接过程。华恒公司生产的喷嘴孔径主要有五种：ф2.5mm、ф2.8mm、ф3.2mm、ф3.6mm、ф4.0mm4.3PLC焊接控制器华恒焊接-专机项目部焊接控制器在自动化等离子焊接中，几乎所有部件的动作都要通过焊接控制器来实现的。根据不同的工件情况，控制器的功能主要有：气路的开关、电流输出的形式（直流/脉冲）与大小、小车行走（或工件旋转）、送丝开关和送丝量的控制、弧长和横摆功能等。采用PLC控制，设备运行稳定，操作简单。4.4制冷水箱（RC-5）在自动化等离子焊接设备中，由于焊接时产生的热量很大，此时就需要一台能够对焊枪进行冷却的制冷水箱。下图所示的为华恒公司专门为等离子焊接所配备的大功率制冷水箱。RC-5水箱华恒焊接-专机项目部其性能特点：（1）等离子焊接电源不可缺少的理想配套设备，是等离子焊接结果100％重现性的有效保证。（2）主要控制冷却水的温度，从而保证了冷却水对等离子电弧压缩的挺度。（3）由高效冷凝器、水泵、风扇电机、温控器和水检测传感器及水箱等组成。（4）容量大，冷却能力强。（5）电子调温，温度调节范围广。（6）数字显示设定温度和实际温度。温度设置：（1）旋转总电源开关，接通电源；（2）按“SET”键，进入设定模式，屏幕出现“TS”（3）按“△”或“▽”键，选择设定项目TS---设定温度建议温度设定范围6-23℃，在水管、焊枪外壳不结冷凝水的情况下水温尽量设低TD---设定温差建议温度3-4℃（4）按“SET”键确定，再按“△”或“▽”键，进行所需要的数值（5）重复上面2，3，4项，更改其他设定项目的值（6）如果不需要进行重新设定，按照控制原理直接启动运行4.5焊接工装等离子焊接主要用于产品的纵缝和环缝（A、B类焊缝）的焊接。一般根据客户产品的情况来设计工装的形式。下图为华恒公司生产的等离子焊接专机。纵缝工装边梁纵缝、环缝一体式焊接工装华恒焊接-专机项目部内纵缝及拼板焊机环缝工装（操作机）五等离子焊接的主要参数在等离子焊接过程中主要的参数有焊接电流、等离子气流量、焊接速度、正保气流量和喷嘴到工件的距离，其中最主要的是离子气流量和焊接电流以及焊接速度。5.1焊接电流在等离子焊接过程中，和其他电弧焊接一样，焊接电流增加，等离子弧穿透能力增加。焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选定的，电流过小，不能形成小孔，电流过大，又将因小孔直径过大而使熔池金属坠落。此外，电流过大还可能引起双弧现象。因此，在焊枪及喷嘴结构选定后，电流只能限定在一定的范围之内，而这个范围和其他焊接参数如等离子气流量和焊接速度等参数有关，在其他参数选定之后，焊接电流和另一可变参数的关系为如：焊接速度增加，相应的焊接电流也要加大；焊接速度降低，焊接电流要减小。等离子气流量增加，焊接电流要减小；等离子气流量减小，焊接电流要增加。5.2等离子气流量在等离子焊接过程中，等离子气流量是一个重要的焊接参数，因为等离子焊接与TIG焊不同之处在于获得了等离子气流极高温度下，利用电离化气体发射一种能贯穿电弧的气体流，从而产生等离子，所以电弧的穿透力大小与之有着密切关系。等离子气流量增加，可使等离子流力和穿透力增大，在其他条件不变的条件下，为了形成小孔，必须需要足够的离子气流量，但是离子气流量过大也不好，会使小孔直径过大而不能保证焊缝成型。在喷嘴孔径确定之后，等离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，三者之间存在适当的匹配关系。5.3焊接速度焊接速度也是影响小孔效应的一个重要参数。在其他条件一定时，焊接速度增加，焊缝的热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失。反之，如果焊速太低，母材会过热，背面华恒焊接-专机项目部焊缝会出现下陷甚至熔池泄露等缺陷。焊接速度和焊接电流以及等离子气流量之间是相互影响的，它们之间的关系就不在赘述。5.4正面保护气成分流量正面保护气流量应与等离子气流量有一个适当的比例，离子气流量过小而保护气流量太大会导致气流紊乱，将影响电弧的稳定性和保护效果。正面保护气一般取15-30l/min。5.5焊枪到喷嘴的距离喷嘴和工件之间的距离对焊接效果的影响与TIG焊相比不是很敏感，因为等离子电弧的挺度好，TIG焊的扩散角是45º，而等离子焊接的为5º，基本上是圆柱形。但是距离过大，熔透能力降低，同时也会造成保护效果不好的情况；距离过小则造