第九章等离子弧焊接与切割§9-1 等离子弧产生的原理及特点§9-2 等离子弧切割§9-3 等离子弧焊§9-1 等离子弧产生的原理及特点一、等离子弧产生原理1.等离子弧一般的焊接电弧未受到外界的压缩，称为自由电弧。如果对自由电弧的弧柱进行强迫“压缩”，就能获得导电截面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。2.等离子弧的产生等离子弧的产生示意图１—钨极 ２—离子气流 ３—等离子弧４—工件 ５—水冷喷嘴二、等离子弧的特点1.温度高、能量高度集中2.电弧挺度好、燃烧稳定 3.具有很强的机械冲刷力 三、等离子弧的类型及应用等离子弧的类型ａ)非转移弧 ｂ)转移弧 ｃ)联合型弧§9-2 等离子弧切割一、等离子弧切割的原理、特点及类型1.等离子弧切割的原理等离子弧切割示意图１—钨极 ２—进气管 ３—喷嘴４—等离子弧 ５—割件 ６—电阻2.等离子弧切割的特点（1）应用范围广（2）切割速度快、生产率高（3）切割质量高3.等离子弧切割的类型二、等离子弧切割设备等离子切割设备组成示意图1-电源 2-气源 3-调压
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4-控制箱 5-气路控制 6-程序控制7-高频发生器 8-割炬 9-进水管 10-水源 11-出水管 12-工件1.电源等离子弧切割均采用具有陡降外特性的直流电源，并采用直流正接。要求具有较高的空载电压，一般空载电压在150~400Ｖ之间。电源类型有两种：一种是专用弧焊整流器电源；另一种可用两台以上普通弧焊发电机或弧焊整流器串联。2.控制系统3.水路系统由于等离子弧切割的割炬在1000℃以上的高温下工作，为保持正常切割必须通水冷却，冷却水流量应大于3L/min，水压为0.15~0.2MPa。4.气路系统气路系统由气瓶、减压器、流量器及电磁气阀组成。5.割炬割炬（也称割枪）是产生等离子弧的装置，也是直接进行切割的工具。等离子弧割炬主要由本体、电极组件、喷嘴和压帽等部分组成。其中喷嘴是割炬的核心部分，其结构形式和几何尺寸对等离子弧的压缩和稳定有重要影响。三、等离子弧切割工艺1.电极与工作气体等离子弧切割的电极材料一般采用铈钨极，空气等离子弧切割一般采用纯锆或纯铪电极，等离子弧切割的工作气体是氮、氩、氢以及它们的混合气体。2.切割参数（1）切割电流和切割电压（2）切割速度（3）气体流量（4）喷嘴与割件的距离（5）电极端部与喷嘴的距离电极内缩量示意图１—电极 ２—喷嘴 ３—割件H—喷嘴与割件的距离 Ly—电极内缩量四、空气等离子弧切割1.空气等离子弧切割的特点（1）用压缩空气作为工作气体，来源广，价格低廉，可大大降低成本。（2）空气等离子弧能量大，切割速度快，生产率高。（3）压缩空气中的氧极易使电极氧化烧损，使电极寿命大大缩短，故不能采用纯钨极或含氧化物的钨极。2.空气等离子弧切割设备空气等离子弧切割机及切割设备ａ)切割机 ｂ)切割设备1—电源 2—空气压缩机 3—割炬 4—工件 5—接工件电缆 6—电源开关 7—过滤减压阀（1）电源空气等离子切割电源一般为陡降外特性的直流电源，目前大多采用晶闸管整流或逆变直流电源。（2）气源空气等离子切割设备的气源是压缩空气，大多企业都有压缩空气站，使用时只需接通压缩空气管路即可。（3）割炬空气等离子弧切割用电极的结构ａ)实芯电极 ｂ)空芯电极１—镶入的锆、铪等耐高温氧化金属电极 ２—紫铜电极座双层复合式割嘴1—等离子弧 2—压缩空气 3—电极4—保护气体 5—内喷嘴 6—外喷嘴 7—工件3.空气等离子弧切割工艺§9-3 等离子弧焊一、等离子弧焊接的原理及特点1.等离子弧焊接的原理等离子弧焊接示意图１—钨极 ２—喷嘴 ３—焊缝 ４—焊件 ５—等离子弧2.等离子弧焊接的特点等离子弧焊与钨极氩弧焊相比有下列特点：（1）由于等离子弧的温度高，能量密度大（即能量集中），熔透能力强，对于8mm或更厚的金属焊接可不开坡口，不加填充金属，可用比钨极氩弧焊高得多的焊接速度施焊。（2）由于等离子弧的形态近似于圆柱形，挺直性好，几乎在整个弧长上都具有高温。（3）由于等离子弧的稳定性好，特别是用联合型等离子弧时，使用很小（大于0.1Ａ）的焊接电流，也能保持稳定的焊接过程，因此其可焊接超薄的工件。（4）由于等离子弧焊接的钨级是内缩在喷嘴里面的，焊接时不会与焊件接触。因此，不仅可减少钨极损耗，还可防止焊缝金属产生夹钨等缺欠。二、等离子弧焊接设备等离子弧焊接设备１—工件 ２—填充焊丝 ３—焊枪 ４—控制系统 ５—水冷系统６—启动开关（常安装在焊枪上） ７—焊接电源 ８，９—供气系统1.焊接电源等离子弧焊接一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直流弧焊电源。2.焊枪等离子弧焊焊枪是等离子弧焊设备中的关键组成部分，主要由上枪体、下枪体、压缩喷嘴、中间绝缘体及冷却套等组成。3.控制系统等离子弧焊设备的控制系统一般包括高频引弧电路、拖动控制电路、延时电路和程序控制电路等部分。4.气路系统等离子弧焊气路系统1—焊件 2—焊枪 3—电极 4—控制箱 5—离子气 6—保护气5.水路系统由于等离子弧的温度在10000℃以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧的压缩作用，必须对电极及喷嘴进行有效的水冷却。冷却水的流量应不小于3L/min，水压不小于0.15~0.2MPa，水路中应设有水压开关，在水压达不到要求时，切断供电回路。三、等离子弧焊接工艺1.接头形式和坡口10mm不锈钢板采用不同焊接方法的坡口、钝边对比－－－－ 钨极氩弧焊———— 等离子弧焊2.等离子弧焊极性、电极及工作气体等离子弧焊一般采用直流正接，焊接镁、铝薄件时可采用直流反接，焊接镁、铝厚件时可采用交流电源。等离子弧焊的电极材料一般采用铈钨极或钍钨极。等离子弧焊的工作气体分为离子气和保护气，均为氩、氮或其与氢的混合气体。3.等离子弧焊接方法（1）穿透型等离子弧焊（2）熔透型等离子弧焊焊接过程中只熔透焊件，但不产生小孔效应的等离子弧焊接方法，称为熔透型焊接法，简称熔透法。它采用较小的焊接电流（30~100Ａ）和较低的离子气流量，主要用于薄板（厚度为0.5~2.5mm）焊接及厚板多层焊盖面等。（3）微束等离子弧焊四、等离子弧焊（切割）的双弧双弧现象１—主弧 ２，３—并列弧1.双弧的危害性（1）破坏等离子弧的稳定性，使焊接或切割过程不能稳定地进行，恶化焊缝成形和切口质量。（2）产生双弧时，在钨极和工件之间同时形成两条并列的导电通路，减小了主弧电流，降低了主弧的电功率。（3）容易烧坏喷嘴，使焊接或切割工作无法进行。2.双弧形成的原因在等离子弧焊接或切割时，等离子弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形成的冷气膜。这层冷气膜由于喷嘴的冷却作用，具有比较低的温度和电离度，对弧柱向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。焊接或切割时，当冷气膜被击穿遭到破坏时，绝热和绝缘作用消失，就会产生双弧现象。3.防止双弧产生的措施（1）正确选择焊接电流和离子气种类及流量（2）正确选择喷嘴（3）电极与喷嘴尽可能同心（4）正确确定喷嘴离工件的距离（5）其他措施
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