等离子弧焊概要
等离子弧焊接
等离子弧焊接1. 简介等离子弧焊接是一种常用的焊接方法，利用等离子弧产生高温，将被焊接的材料熔化并连接在一起。
它具有焊接速度快、焊缝质量高、适用范围广等优点，在各个工业领域得到广泛应用。
2. 原理等离子弧焊接是利用电弧放电产生的高温等离子体来加热和熔化被焊接材料的方法。
通过电极和被焊件之间产生的电弧，使其产生的高温等离子体使被焊接材料熔化并连接在一起。
等离子弧焊接的原理包括以下几个方面：•电弧产生在等离子弧焊接过程中，通常使用直流电供电，通过正极、负极两个电极产生电弧放电。
正极电极通常为钨极，负极电极可以是钨、钼等高熔点金属。
•等离子体产生电弧放电产生的高温会使空气中的原子和分子离子化形成等离子体。
等离子体具有高温、高热量、高电导等特性。
•材料熔化和连接等离子体的高温可使被焊接材料迅速熔化。
通过控制电弧形成的热量和等离子体的速度，可使熔融材料与被焊件接触并融合在一起。
3. 设备和材料•等离子弧焊接设备–电源–控制系统–焊枪–气体供应系统•焊接材料–被焊件–焊条（焊丝）4. 焊接过程等离子弧焊接主要包括以下几个步骤：1.准备焊接材料–清洁被焊件表面，确保无杂质和油污。
–准备好所需的焊条或焊丝。
2.设置焊接参数–根据被焊件的材料和厚度，设置合适的电流和电压。
–设置气体流量和喷嘴的形状。
3.开始焊接–确保焊接区域没有杂散光线和易燃物。
–启动电源，使电极与被焊件接触，产生电弧。
4.控制焊接速度和角度–控制焊接速度，保证焊缝的均匀性。
–调整焊接角度，以获得所需的焊缝形状。
5.完成焊接–在焊接完成后，关闭电源。
–对焊缝进行清理和检查。
5. 应用领域等离子弧焊接在各个领域都有广泛应用，包括但不限于以下几个方面：•金属制造等离子弧焊接可用于焊接各种金属材料，如钢铁、铝合金、不锈钢等。
在汽车制造、造船、航空航天等领域具有重要地位。
•管道焊接等离子弧焊接可用于焊接各种管道，如石油管道、天然气管道、水管等。
它具有速度快、焊缝质量高等优点。
浅谈等离子弧焊接技术
浅谈等离子弧焊接技术等离子弧焊接技术是一种高效、高质量的金属焊接技术，它利用高温等离子弧将两个金属材料焊接在一起。
随着工业智能化发展，等离子弧焊接技术在各类制造业领域中逐渐应用，同时也受到越来越多的关注。
本文将浅谈等离子弧焊接技术的应用、特点、原理及注意事项。
一、等离子弧焊接技术的应用等离子弧焊入主要应用于高温环境下的金属材料，包括不锈钢、钼合金、铜合金、镍铬合金等。
等离子弧焊接技术的应用领域非常广泛，如汽车制造、航空航天、电子、石化等领域。
以汽车制造为例，车身焊接工艺的效率、质量和安全性都影响着整个车辆制造过程，而等离子弧焊接技术可以提供高效、稳定和精细的焊接工艺，因此被广泛应用于汽车生产车身焊接领域，提高了生产效率和质量。
二、等离子弧焊接技术的特点等离子弧焊接技术是一种非常特殊的焊接技术，它具有以下几个特点。
1. 清洁度高。
等离子弧焊接技术不需要使用膨胀剂和保护剂，焊接后的物件表面干净无污染。
2. 精度高。
等离子弧焊接技术具有非常高的精度，可以精确地控制等离子弧的大小及位置，从而实现焊接过程中的准确度要求。
3. 焊接效率高。
等离子弧焊接技术可以快速、高效的完成各种金属材料的焊接工作，因此适用于大规模的生产制造中。
4. 熔深大。
等离子弧焊接技术直接将电弧引入焊接部位，可以实现更深的熔深，从而可以焊接更厚的金属材料。
三、等离子弧焊接技术的原理等离子弧焊接技术是将金属加热至高温，从而溶解焊件并使其联结在一起的金属焊接技术。
等离子弧按其形成过程分为不稳定等离子弧和稳定等离子弧。
电弧通过高电压放电将焊接部位加热至高温度。
相应的金属材料会被气化并在形成等离子体的过程中，和大气中的气体相互反应，发生离子交换。
随着等离子体随电流运动，电弧持续存在，热能顺传至焊接部位，最终达到熔化和焊接的效果。
四、等离子弧焊接技术的注意事项在实际应用中，等离子弧焊接技术的操作也需要注意以下几个方面。
1.焊接材料的选取。
应该选择适合等离子弧焊接的材料，如不锈钢、铜合金、铝合金等。
等离子弧焊-资料.ppt
6
1
2、 电极
等离子弧焊接一般采用钍钨极或铈钨极，有时也采 用锆钨极或锆电极。钨极一般需要进行水冷，小电流时采 用间接水冷方式，钨极为棒状电极；大电流时，采用直接 水冷，钨极为镶嵌式结构。
棒状电极端头一般磨成尖锥形或尖锥平台形，电流较大时 还可磨成球形，以减少烧损。
与TIG焊不同，等离子焊时，钨极一般内缩到压缩喷嘴之 内，从喷嘴外表面至钨极尖端的距离被称为内缩长度lr。 为了保证电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心 ，而且钨极的内缩长度lr要合适（lr=l00.2mm）。
双弧及其防止措施
一）双弧 正常条件下，转移型电弧在钨极与工件之间产生，在某些 异常情况下，会产生一个与正常电弧并联的燃烧在钨极–喷 嘴以及喷嘴-工件之间的串弧，这种现象叫双弧。
二）双弧产生的原因及防止措施
序号
原因
措施
1
在电流一定的条件下， 应匹配正确规格的喷
喷嘴孔径太小或压缩孔 嘴
道的长度过大
2
3
-
-
-
+
+
1 4
5
+
+
非转移
转移
联合
等离子焊与氩弧焊的比较:
•通过水冷喷嘴压缩电弧电弧集中热影响区小3 -10 mm的板不用开坡口可以焊 接穿空效应
• 焊接速度快，焊件变形小，焊缝成型美观
•单面焊接无需打底，不需复杂的焊前准备
三）、等离子弧焊的特点及应用
（一）特点
由于等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性， 因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点：
2) 喷嘴孔道长度l0 在一定的压缩孔径下，l0越长，对等离子弧的压缩作用越强， 但l0太大时，等离子弧不稳定。通常要求孔道比l0 /dn在一定的 范围之内，
等离子焊接原理
等离子焊接原理
等离子焊接是一种高能量密度熔接技术，利用等离子体弧焊、等离子体射流及其相互作用原理完成焊接过程。
焊接过程中，将工件与电极连接，加上高频电流并对电极产生高能量的电弧放电，形成等离子体。
等离子体产生后，在电弧区域温度非常高，能量密度极大。
等离子体射流将高能量传输到焊缝区域，使工件表面和焊缝加热到熔化或融合温度。
同时，在等离子体射流的作用下，焊床可能产生熔化、汽化和冷却等过程，射流和重大的元素在冷凝时与基床材料相互交互作用，可能出现晶界分离、新生相的形成和化学反应等现象。
等离子焊接的原理是利用高能量密度的等离子体射流对工件进行加热和熔化，达到焊接的目的。
这种焊接方法具有焊缝深度大、焊缝质量高、焊接速度快、热影响区小等优点。
通过优化焊接参数和材料选择，可以实现对不同金属和合金的高效焊接，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备和金属加工等领域。
6章等离子弧焊讲述
割发明于 20 世纪 50 年代中期, 现已扩展到广泛
用于普通碳钢、低合金钢以及非金属材料的切割。 表 6-7 为 PAC 的一般适用厚度范围。PAC 的主要 工艺参数选择原则:（1-4）
（二）空气等离子弧切割 利用压缩空气作为离子气, 切割成本低, 空气
气中加入少量 H2
能力。
或 He ,
可以增强电弧的穿透
3）焊接速度应与焊接电流和等离子气流量相匹配（ 6-10）速度与焊接电流、等离子气流量呈正比关系 。焊速过高, 不仅会导致小孔消失,出现未焊透, 而且可能引起焊缝两侧咬边和出现气孔。
4）喷嘴高度：常取 3～5mm。 5）保护气体流量
（二）熔入型等离子弧焊接
焊 接
2016年10月27日
第六章 等离子弧焊 离子弧的形成条件、电弧特性、等离子弧发生
器的结构对电弧特性的影响以及等离子弧焊接与切
割的一般工艺技术, 简介等离子弧堆焊与喷涂的工
艺应用。
第一节 等离子弧特性及其发生器 一种较高能量密度的电弧热源, 显著有别于普 通电弧的电弧形态与能量特性, 在材料的焊接、切 割和表面工程等领域, 具有特殊的应用范围。
四、等离子弧发生器 等离子弧发生器用来产生等离子弧。按其用途不
同称为等离子弧焊枪、割枪和喷枪。
发生器的基本结构通常应满足以下要求:（1—7）
图 6-4 为 300A 等离子弧焊枪结构。
喷嘴、电极及其冷却结构是等离子发生器的关键 零部件, 其结构和尺寸对等离子弧的能量参数与工 作稳定性有决定性的影响。
6-1，
（2）转移型：须先引燃非转移弧, 高, 常用于切割、焊接及堆焊。 然后使电弧从喷
嘴转移到工件上。这种等离子弧温度和能量密度较
等离子焊接特点
等离子焊接特点等离子焊接是一种常用的金属焊接方法，具有许多特点和优势。
在本文中，我们将详细介绍等离子焊接的特点，并从不同角度展开描述。
1. 高能量密度：等离子焊接是利用等离子弧产生的高温和高能量进行焊接的。
等离子弧的温度可达到几万摄氏度，能量密度非常高，因此可以迅速加热并熔化焊接材料，实现高效的焊接。
2. 操作灵活性：等离子焊接适用于各种金属材料的焊接，包括钢、铝、铜、镍等，具有广泛的适用性。
同时，等离子焊接可以实现手工焊接、自动化焊接以及机器人焊接等多种操作方式，灵活性高。
3. 焊接速度快：由于等离子焊接的高能量密度和高温特点，使得焊接过程快速进行。
相比传统的焊接方法，等离子焊接可以大大提高焊接速度，提高生产效率。
4. 焊接质量高：等离子焊接可以实现高质量的焊缝，焊接强度高、密封性好。
等离子焊接的高能量输入使得焊接区域的熔池深度较大，焊缝形成良好，焊接强度高，可以满足高强度焊接的要求。
5. 热影响区小：等离子焊接的热影响区相对较小，热输入较少，对焊接材料和周围热敏感区域的影响减小。
这对于一些热敏感的材料和工件来说尤为重要，可以降低变形和变质的风险。
6. 焊接变形小：等离子焊接过程中，由于焊接时间较短，热输入相对较少，因此焊接变形较小。
这对于一些对焊接变形要求较高的工件来说是非常有利的。
7. 焊接深度大：等离子焊接的能量密度高，焊接深度大。
这使得等离子焊接适用于一些对焊缝深度要求较高的应用，例如焊接厚板、厚壁管等。
8. 焊接适用性广：等离子焊接可以适用于不同形状的工件进行焊接，包括平板、管道、角钢等。
无论是平面焊接、对接焊接还是角焊接，等离子焊接都可以胜任。
9. 焊接环境要求低：等离子焊接不需要使用保护气体，焊接过程中产生的等离子弧可以自身提供保护。
这降低了焊接过程中对环境的要求，减少了焊接成本。
10. 焊接效果可控性好：等离子焊接可以通过调节焊接电流、电压、速度等参数来控制焊接效果。
这使得等离子焊接具有较好的可控性，可以满足不同焊接需求。
等离子焊(PAW)简介
等离子焊（PAW）简介索引：等离子弧能量密度高，挺直度非常好。
关键词：等离子弧焊接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高子、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。
经压缩的电弧其能量密度更为集中，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母材和电极金属。
等离子弧的特性等离子弧能量密度可达10000--100000W／cm2，比自由钨弧(约10000W／cm2以下)高，其温度可达18000～24000K，也高于自由钨弧(约5000～8000K)很多。
图1-1为两种电弧的温度分布，左侧为自由钨弧，右侧为等离子弧。
图 1-1等离子弧的静特性曲线接近U形(图1-2)。
与自由钨弧比较最大区别是电弧电压比自由钨弧高。
此外，在小电流时，自由钨弧静特性为陡降(负阻特性)的，易与电源外特性曲线相切，使电弧失稳。
而等离子弧则为缓降或平的，易与电源外特性相交建立稳定工作。
图1-2图1-3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5度左右，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，而自由钨弧呈圆锥形，其扩散角约45度，对工作距离变化敏感性大。
等离子弧焊工艺概述
等离子弧焊工艺概述等离子弧焊，是一种高能量密度焊接工艺，常被应用于合金材料的焊接和切割工作。
本文将对等离子弧焊的工艺、特点和应用进行概述，帮助读者更好地了解该焊接工艺。
一、等离子弧焊工艺简介等离子弧焊是一种高温高压气体电弧焊接工艺，它利用弧焊发电机产生的电弧加热气体，使气体达到高温高能状态，形成等离子体。
等离子体具有很高的能量密度和局部热效应，能够快速加热和熔化焊接部件，实现焊接连接。
等离子弧焊可以分为直流等离子弧焊和交流等离子弧焊两种形式，具体选择根据焊接材料和要求来确定。
二、等离子弧焊的特点1. 高能量密度：等离子弧焊的能量密度较高，能够快速加热焊接部件，减少焊接时间和热影响区域，提高焊接效率。
2. 局部加热效应好：由于等离子体产生的高温高能状态，其加热范围非常局限，降低了对焊接部件周边材料的热影响。
3. 适用于合金材料焊接：等离子弧焊适用于焊接具有高熔点、难焊接的合金材料，如不锈钢、钨、钼等。
4. 焊缝质量高：等离子弧焊焊接质量好，焊缝均匀、致密，抗拉强度高。
三、等离子弧焊的应用领域1. 汽车工业：等离子弧焊在汽车制造领域有广泛应用，可以用于焊接车身零部件、燃油箱及排气管等。
2. 航空航天工业：等离子弧焊可以用于航空航天领域的部件焊接，如飞机结构、气动外壳等。
3. 石油化工工业：等离子弧焊可以用于石油化工设备的制造，如高压容器、石油储罐等。
4. 电子电器行业：等离子弧焊可以用于焊接电子电器行业的零部件，如电路板、连接器等。
综上所述，等离子弧焊是一种高能量密度焊接工艺，具有高能量密度、局部加热效应好、适用于合金材料焊接等特点。
在汽车工业、航空航天工业、石油化工工业和电子电器行业等领域有广泛的应用。
随着科学技术的发展，等离子弧焊技术将不断完善和创新，为各行各业的焊接需求提供更好的解决方案。
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等离子弧焊接（WP 15）
一、等离子弧焊原理及方法分类
1. 等离子弧：
是等离子体组成。
自由电弧被强迫压缩后，电流密度增加，导致电弧温度升高，电离度增大，中性气体充分电离，就形成等离子弧。
2.等离子弧产生的三要素
（1）机械压缩作用：
利用水冷喷嘴孔道限制弧柱直径，提高弧柱的能量密度和温度。
（2）热收缩作用：
由于水冷喷嘴，在喷嘴内壁建立一层冷气膜，迫使弧柱导电断面进一步减小，电流密度进一步提高。
这叫热收缩，也叫热压缩。
（3）磁收缩作用：
弧柱电流本身产生的磁场对弧柱再压缩作用。
也叫磁收缩效应。
电流密度越大，磁收缩作用越强。
3.等离子弧的特点
（1）能量集中（能量密度105~6 W/cm²TIG自由电弧<10 4W/cm²）。
（2）温度高（18000K～24000K）。
图1 自由电弧和等离子弧的比较图
4.等离子弧的三种基本形式
（1）非转移型等离子弧
钨极为负，喷嘴为正，钨极与喷嘴之间产生等离子弧。
（等离子束焊接）
图2 非转移型等离子弧示意图
（2）转移型等离子弧
钨极为负，工件为正，钨极与喷嘴之间先引弧后，转移到钨极与工件之间产生等离子弧。
（等离子弧焊接）
图3 转移型等离子弧示意
（3）联合型等离子弧
非转移型和转移型弧同时并存。
主要用于微束等离子弧焊、粉末堆焊等方面。
图4 联合型等离子弧示意图
5.等离子弧焊基本方法
（1）小孔型等离子弧焊（穿孔、锁孔、穿透焊）
利用能量密度大和等离子流力大的特
点，将工件完全熔透并产生一个贯穿工件的
小孔，熔化金属被排挤在小孔的周围，沿着
电弧周围的熔池壁向熔池后方移动，使小孔
跟着等离子弧向前移动，形成完全熔透的焊
缝。
一般大电流等离子弧（100～300安培）
时采用该方法。
图5 小孔型等离子弧焊焊缝成形原理
（2）熔透型等离子弧焊
特点：
离子气流量小，
弧柱压缩程度较弱时，
工件只熔化而不产生
小孔效应。
用途：
薄板单面焊双面
成形，厚板多层焊。
图6 熔透型等离子弧焊焊缝成形原理
（3）微弧（束）等离子弧焊
30安培以下熔透型焊接方法为微弧（束）等离子弧焊。
用途：焊细丝、箔材、不锈钢0.025mm的薄板。
二、等离子弧焊设备及电源特性
设备组成：
由焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统、水路系统等组成。
图7 等离子弧焊设备构造简图
可分为：
大电流等离子弧焊接设备——采用转移型电弧。
微束等离子弧焊接设备——30安培以下采用联合型电弧。
1.焊接电源：
由于等离子弧工作在特性曲线的平特性段，所以电源一般采用下降或恒流特性外特性。
图8 自由电弧和压缩电弧特性曲线简图
需要较高的空载电压。
纯Ar时65～80伏
Ar+H2混合气时110～120伏
一般采用直流正接（负极型），焊A l、Mg、铝青铜时采用交流。
2.气路：
离子气——分三路供给，其中一路调节气路衰减时间。
保护气——Ar
背面保护气——Ar
3.控制系统：
高频引弧器、行走小车、填充焊丝拖动控制、衰减控制、程序控制电路等组成。
图9 等离子弧焊工作程序循环图
4.水路系统：
冷却喷嘴用。
5.焊枪：
焊枪中压缩喷嘴
是最关键部件。
它的
结构类型和尺寸对等
离子弧的性能起决定
性作用。
主要尺寸：
喷嘴孔径dn
孔道长度L0 图10 等离子弧焊枪的术语
表1 等离子弧电流与喷嘴孔径间的关系（1）喷嘴孔径dn：
它决定等离子
弧的直径和能量密
度，喷嘴孔径dn的
大小应根据电流和
离子气流量来决定。
（2）孔道长度L0：
表2 喷嘴孔道比
L 0/dn来表示孔道
压缩特征。
过大会导致双弧产生。
（3）压缩角α：
对弧的压缩影响不大。
一般60°～90°左右， 60°的应用最多。
（4）电极：
钍钨极、铈钨极、锆钨极（锆 0.15～0.40%）
内缩Lr：
对等离子弧影响很大。
过大会引起双弧。
一般采用Lr=Lo±0.2mm
同心度：
一般要求周围占75～80%左右。
图11 同心度示意图
三、双弧问题
在转移弧时，除钨极与工件之间等离子弧
外，钨极与喷嘴工件之间也产生电弧现象。
主
要危害在于主电弧电流降低，破坏正常焊接，
烧毁喷嘴。
防止双弧措施：
1.正确选择焊接电流和气体流量；
2.合理选用孔道长度；
3.保证同心度；
4.电极内缩不能太大；
5.喷嘴与工件距离不要太近；
6.加强冷却作用。
图12 双弧示意图
四、等离子弧焊接典型应用及特点
1. 用途
直流等离子弧焊：
可以含碳钢、不锈钢、耐热钢、镍及其合金、钛及其合金、钢及其合金等。
交流等离子弧焊：
可焊铝、镁及其合金、铸青铜、铝青铜等。
1）微弧等离子焊接举例（见第4页）
不锈钢的焊接
因科镍、铜、钛的焊接
2）等离子焊接举例不锈钢的等离子焊接
钛的等离子焊接
镍的等离子焊接
非合金的等离子焊接
3）离子焊接与TIG焊比较（见第6、7页）焊接速度的比较
等离子弧焊与TIG焊典型区别
4）其它等离子弧焊方法（见第8页）等离子—MIG焊接
用途：
厚板深熔焊，薄板高速焊。
目的：
提高生产效率。
等离子粉末堆焊
特点：
①易实现过程自动化；
②生产率高（熔敷率高）；
③质量好（稀释度低）；
④易选用各种配方的合金粉末。
用途：
轴承、阀门芯、工具、推土机零件、叶片的制造和维修。
注意：
①受热的粉末形成熔滴，引起双弧。
因采用扩散型喷嘴。
②粉末的粗粒度有一定的影响。
一般选用40～120目。
等离子热丝堆焊
特点：
①提高熔敷率，生产率高；
②降低稀释度，焊接质量好。
用途：
石油化工、厚壁容器、核反应堆容器、耐磨耐蚀大面积堆焊。
2.优点：
1）在一定厚度的范围内，工件不开坡口；
2）在不留间隙的情况下，可单面焊双面成形；
3）电弧稳定；
4）热量集中，热影响区小，焊接变形量小；
5）生产率高；
6）可焊难熔、易氧化、热敏感性强的材料；
3.缺点：
1）设备投资较大；
2）对操作要求高；
3）难以手工操作。