课题二十等离子弧焊教案
课题二十等离子弧焊教案
2)焊接工艺参数见表2—30。
3)焊接 焊接时采取左焊法，焊枪与焊件夹角
图2—80对接示意图
80。左右，焊丝与焊枪的夹角90。左右。焊枪始终对准 l一不锈钢压扳2一焊件3一紫铜扳
焊件接口，并注意观察焊件的熔透情况，适时、有规
律地添加焊丝。焊枪移动要平稳，速度要均匀，喷嘴与焊件距离保持在4～5mm之间。当焊至焊缝末端时，适当添加焊丝，断开按钮，随电流衰减熄灭电弧。
(2)焊枪等离子弧焊枪比钨极氩弧焊枪复杂。图2—74所示为手工等离子弧焊枪，焊枪中有离子气和保护气各自的通道与相应的气管接口、有传导电流的钨极与相应的夹持装置、有水冷压缩喷嘴与冷却水进和出水接口及保护气罩等。
(3)手工等离子弧焊气路系统比氩弧焊多一条输送离子气流的气路。水路系统与钨极氩弧焊相似。冷却水由焊枪下部通入，再由焊枪上部流出，以保证对喷嘴和钨极的冷却作用。一般进水压力不小于0．2 MPa。
4)焊接 等离子弧焊接过程的焊丝的送丝方法、焊枪与焊丝与焊件之间的相对位置及操作方法均与钨极氩弧焊相似。
5)收弧采用熔透法焊接时，收弧可在焊件上进行，但离子气流量和焊接电流应有衰
减装置，收弧时适当加入一定量的焊丝填满弧坑，避免产生弧坑缺陷。采用小孔型焊接厚板时，应采用引出板使小孑L闭合在引出板上；厚壁管子环缝收弧时与引弧时相似，采取焊接电流和离子气流量斜率递减控制法收弧，逐渐闭合小孑L。在不锈钢焊件的纵向，预先划出多条平敷焊道轨迹线，进行熔透型等离子弧平敷焊操作练习，以熟悉等离子弧焊机的操作步骤，掌握等离子弧焊操作方法。
采用熔透型等离子弧焊接时，可不采用引弧板引弧，而在焊件上直接引弧。但对于小孔型焊接，若焊件厚度较大，需要较大的等离子弧焊接电流，则引弧处容易产生气孑L和下凹等缺陷，就要考虑在焊件端面安装引弧板(平板焊件)。即先在引弧板上做出小孔，然后再过渡到焊件上去。对管子环缝因无法用引弧板，需要采用焊接电流和离子气流量斜率递增控制法在焊件上引弧。即先预通离子气，然后引燃非转移弧，当引燃转移弧时，加大焊接电流，同时递增离子气，对焊件预热片刻之后，并使焊件转动，待形成“小孑L效应”后进入IN‘"焊接。
等离子弧焊与切割
Ar+He：He超过75%时，其性能基本与纯He相同。 He：纯He仅用于熔透法焊接，如焊铜。 Ar+CO2：小电流焊接低碳钢及低合金钢时，允许添加 活性气体，其流量在10~15L/min之内 。
焊材选用： 填充金属的主要成分与被焊母材相同。
3．喷嘴孔径的选择 喷嘴孔径直接决定对等离子弧的压缩程度，是选择其他参 数的前提。在焊接生产过程中，当焊件厚度增大时，焊接电 流也应增大，但一定孔径的喷嘴其许用电流是有限制的，一 般应按焊件厚度和所需电流值确定喷嘴孔径。
（四）双弧现象及影响因素
1. 双弧现象是一种危害
2. 形成双弧的原因：过度压缩，冷却不够 3.影响因素：喷嘴结构参数、喷嘴冷却效果 、电弧电流、离子气成分和流量、喷嘴端面到 焊件表面距离、钨极与喷嘴同心度。 4. 防止双弧的措施：
避免过渡压缩——正确选择电流，喷嘴结构尺寸合理
加强冷却效果——合适的气体及流量，加强喷嘴冷却， 保持喷嘴与工件距离
二、相关知识
（一）等离子弧
等离子体：物质存在的一种状态 等离子态及其形成过程
等离子弧（Plasma arc） 等离子弧是电弧的一种特殊形式，是一种压缩电弧 （相对于自由电弧如TIG电弧而言） 自由电弧——其周围没有约束，当电流增大，弧柱直 径增大，二者不能独立调节，所以电流密度、能量密度和 温度的增加受限。 压缩电弧——电流增大，但弧柱直径可以不相应增大， 则能量密度、温度、等离子体流速显著增大。 这种用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧就是通常 所说的等离子弧，又称为压缩电弧。
4．焊接电流的选择 当其他条件不变时，焊接电流增加，等离子弧的热功 率也增加，熔透能力增强，因此，应根据被焊焊件的材质 和厚度首先确定焊接电流。在采用穿透法焊接时，如果电 流太小，则形成小孔的直径也小，甚至不能形成小孔，无 法实现穿透法焊接；如果电流过大，则形成的小孔直径也 过大，熔化金属过多，易造成熔池金属坠落，也无法实现 穿透法焊接。同时，电流过大还容易引起双弧现象。因此， 当其工艺参数及喷嘴孔径一定时，焊接电流应控制在一定 范围内。
等离子弧焊与切割
等离子弧发生器是用来产生等离子弧的装置，根据用途不同可分为焊枪、喷枪和割炬。
1.基本要求与典型结构 能有效的固定钨极和喷嘴的位置， 钨极与喷嘴的对中性要好。 钨极与喷嘴之间要可靠绝缘。 能对钨极和喷嘴进行有效水冷。 能有效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。 体积小、重量轻，便于操作和观察。
缺点：焊接可变参数多，规范区间窄；厚板焊接时，对操作者的技术 水平要求较高，并且小孔法仅限于自动焊接；焊枪对焊接质量影响大，喷 嘴寿命短；除铝合金外，大多数小孔焊仍限于平焊位置。
小孔焊接示意图
不锈钢PAW的小孔 （上：正面、左：背面）
焊接时小孔的照片
不锈钢焊缝 单面焊双面成形
2. 熔透型（熔入型） 30~100A混合弧。材料、板厚、接头形式不限，可单面
等离子弧焊接与切割
任务一 气焊
【学习目标】
1．能够正确描述气焊的原理、特点及应用 2．能够正确描述气焊设备的构成与连接原理 3．能够正确描述各种气焊设备和工具的作用 4．能够正确描述气焊火焰的种类，各类型火焰的
特点与用途 5．能够准备气焊操作的各种劳动保护 6．能够使用气焊设备规范地进行焊接操作
一、任务分析
（六）等离子弧焊设备
•组成：电源 、控制系统 、焊枪、供气系统、 供水系统 （送 丝机构 焊接小车） •大电流等离子弧焊设备 微束等离子弧焊设备
1. 焊接电源：应具有陡降或垂降特性，空载电压较高 通常带有高频引弧和电流衰减装置。
2. 焊枪： 压缩喷嘴：最通用的材料是纯铜 电极：等离子弧焊枪所采用的电极材料与钨极氩弧焊
等离子弧是电弧的一种特殊形式。当自由电弧被 压缩后，即可形成等离子电弧。利用等离子电弧可以 进行焊接和切割。从本质上讲，等离子电弧仍然属于 一种气体放电的导电现象。本项目介绍等离子弧的形 成及其特性，等离子弧焊接与切割设备的结构与工作 原理，重点讲述等离子弧焊接和切割的工艺。
教学设计《焊接方法与设备》(第二版 (9)[2页]
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学院
课程
项目名称
等离子弧焊接与切割
课时
任务描述或情境描述
等离子弧焊接利用高温、高能量密度的等离子弧进行焊接，可用钨极氩弧焊焊接的金属，
比如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法广
泛用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。
一、学情分析
讲授、图 片、课件
个更好展示熔化极惰性 气体保护焊的整个过 程。
割工艺
四、教学评价 学生基本掌握了该焊接方法。
五、教学反思 在提高学生的产品质量意识方面需要加强。
与教学设
是多媒体教室，非独立
计
的焊接实训车间和常用
等 离 子 弧 等 离 子 弧 的 讲授、图
等离子弧
的形成 的 形 成 及 形成
片、课件
特性
的焊接设备。利用多媒 体讲解课件、播放视频 和图片。视频和图片能
认识等离 子弧切割
等离子弧 切割原理 及特点、等 离子弧切
等离子弧切 割原理及特 点、等离子弧 切割工艺
2．能够根据实际生产条件和具体的焊接结构及其技术要求，正确选择等离子弧切割工艺参数、
工艺措施。
素质目标
1.培养学生独立学习，与人合作，沟通交流能力；
2.养成良好职业道德素养、创新意识。
3.能够根据所学知识解决简单的焊接过程出现的实际问题。
三、教学组织与实施
工作任务 知识点
教学重点
教学情境
本专业拥有的硬件资源
本项目学习前已经学习熔化极惰性气体保护焊和非熔化极惰性气体保护焊的基本知识，，学生
有了气体保护焊知识积累，通过比较学习，学生会更容易接受。
二、教学目标
焊接方法与设备 等离子弧焊及切割PPT教案
来的高速冷却气流（氮气、氩气等）的冷却作用， 电弧弧柱进一步被压缩。 3）磁收缩作用 带电粒子在弧柱内的运动，可看成是电流在一束 平行的“导线”内移动，由于这些“导线”自身 磁场所产生的电磁力，使这些“导线”相互吸引， 从而产生磁收缩效应。
常用的等离子弧切割机有LG－400－1型、 LG－400－2型和空气等离子弧切割机LGK8 －40型等。
离子弧切割机的型号可按GB10249《电焊机 型号编制办法》选用，L表示等离子焊割设 备，G表示切割机，K表示空气等离子，400 或40表示额定切割电流。
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图7－8 LG－400－2型等离子弧切割机的外 部接线示意图
1．空气等离子弧切割的特点 （1）压缩空气，来源广，价格低廉，可大大降低
成本。 （2）空气等离子弧能量大，加之在切割过程中氧
与被切割金属发生氧化反应而放热，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。
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。
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4
小提示
在等离子弧的三种压缩作用中，喷嘴孔 径的机械压缩作用是前提；热收缩作用则 是电弧被压缩的主要原因；磁收缩作用是 必然存在的，它对电弧的压缩也起到一定 的作用。
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2．等离子弧的特点 （1）温度高、能量高度集中 温度极高达16000℃～33000℃，并且截型 a)非转移弧 b)转移弧 c)联合型弧
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8
三、等离子弧的双弧
正常的等离子弧应稳定 地在钨极和工件之间燃 烧，如图7-3中弧1。但 由于某些原因往往还会 在钨极和喷嘴及喷嘴和 工件之间产生与主弧并 列的电弧（弧2和弧3）， 这种现象就称为双弧现 象。
焊接方法与设备使用-教学ppt课件---第6章---等离子焊(PAW)
6.2.3 等离子弧焊工艺
1．穿透型等离子弧焊（穿孔型 ）
利用等离子弧直径小、
温度高、能量密度大、穿透
力强的特点，在适当的工艺
参数条件下实现的，焊缝断
面呈酒杯状，如图6-21所示。
焊接时，采用转移型等离子
弧把焊件完全熔透并在等离 子流力作用下形成一个穿透 焊件的小孔，并从焊件的背 面喷出部分等离子弧（称其 为“尾焰”）。
产生原因：过度压缩，冷却不够,冷气膜的阻滞作用 被击穿时，绝热和绝缘作用消失，就会产生双弧现象。
6.1 等离子弧的原理及特性
6.1.3 等离子弧的基本形式
3．双弧的危害 破坏等离子弧的 稳定性
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。
双弧时会在钨极和工件之间同时形
焊接熔透能力降低， 成两条并列的导电通路，减小了主
切割厚度减小
弧电流，降低了电功率。
双弧会使喷嘴就有并列弧的电流通
过。此时等离子弧和喷嘴内孔壁之
容易烧坏喷嘴
间的冷气膜又受到破坏，喷嘴受到 强烈加热，故容易烧坏喷嘴。
6.2 等离子弧的设备及工艺
6.2.1 等离子弧焊的工艺特点及应用
1．等离子弧焊的工艺特点 （优点） 1 用等离子弧可明显提高焊接生产率。 2 等离子弧的加热面积小，热影响区和焊接变形小。 3 等离子弧的稳定性好，使用很小的焊接电流也能保证
6.2 等离子弧的设备及工艺
6.2.2 等离子弧焊的设备
7．温控水冷装置
等离子焊接采用的是压缩电弧原理，为了确保在焊 接过程中焊接喷嘴的压缩效果稳定，焊接过程中喷嘴上 的热量必须通过冷却水将其带走，因此焊接时对枪体和 喷嘴进行温控冷却非常重要。温控水箱由制冷压缩机组、 冷凝器、温控器、水泵等几部分组成，具有水流量指示、 水温显示、故障报警等功能，保证焊枪的冷却效果和焊 枪缺水状态下不被烧坏。
等离子弧焊接
，主要用于小电流（微束）等离子弧焊接和粉末堆焊等工 艺方法中
2. 等离子弧焊接（PAW ）
• 2.1 等离子弧焊的基本方法及应用
• 等离子弧通过小孔从背面喷出，被熔化的金属在电弧吹力 、液体金属重力和表面张力相互作用下保持平衡。
• 随着焊枪前移，小孔也跟随前移，熔化金属因表面张力作 用而依附在等离子弧周围的固体金属壁面上，并且由于电 弧的作用不断地沿着小孔周围向后推动，随即填满原先的 小孔而凝结成均匀的焊缝。这种过程称小孔效应。
钢 金 金 金钢 金 钢
焊接 3~ ≤12 厚度 8 范围 （m m）
≤6 2~8 2~ ≈2.5 8
2.2 熔透型等离子弧焊（熔入型焊接法）
• 工艺特点
• 采用较小的焊接电流（30~100A）和较低的离子气流量，采用混合型等离 子弧焊接的方法。
• 在焊接过程中不形成小孔效应，焊件背面无“尾焰”。液态金属熔池在弧 柱的下面，靠熔池金属的热传导作用熔透母材，实现焊透。
2.1.1 穿透型等离子弧焊（小孔型等离子弧焊）
• 关键技术：
• 采用穿透型焊接法时，要保证焊件完全熔透且正 • 反面都能成形，关键在于能否形成穿透性 • 的小孔，并精确控制小孔尺寸， • 以保持熔 • 池金属平衡的要求。
• 焊件厚度：
• 小孔效应只有在足够的能量 • 密度条件下才能形成。板 • 厚增加时所需的能量密度 • 也增加，而等离子弧的能 • 量密度难以再进一步提高。 • 因此，穿透型焊接法只能 • 在一定的板厚条件下才能实现
• 电源接于钨极和喷嘴之间，电弧是在钨极与喷嘴孔壁之间燃
第七章教案
图7-4 不锈钢容器封头示意图
1 - 钨极；
2 - 喷嘴；
3 - 转移弧；
4 - 非转移弧；
5 - 工件；
6 - 冷却水；
7 - 弧焰；
8 - 离子气
图7-6 等离子弧的类型
等离子焊枪实物图
等离子焊接系统焊接不锈钢焊管
等离子焊接系统在不锈钢焊管中的应用：等离子焊接由于能量集中，不开坡口，一8mm不锈钢单面焊双面成型，焊缝质量高，引弧的方法是由非转移弧引发转移电弧，非转移弧一直保留，避免了频繁引弧带来的高频干扰。
电弧挺直性好，扩散角度左右（TIG约45度），电弧能量高度集中，焊缝热影响区小，工件变形小。
（b）半自动空气等离子切割机
空气等离子切割机示例
为空气等离子切割机示例，其中(a)为手工空气等离子切割机，（b）为半自。
等离子弧焊接与切割
第七章等离子弧焊接与切割一、教学目的：了解等离子体的概念及其形成原理正确认识等离子弧的特性及应用掌握等离子弧的双弧现象的产生原因及防止措施掌握等离子弧焊操作方法了解等离子弧焊的设备理解等离子弧焊的工艺特点及参数选择了解等离子弧堆焊的分类、原理及特点了解等离子弧喷涂的原理及特点掌握等离子弧切割的原理及特点了解等离子弧切割的设备理解等离子弧切割的工艺了解其他的等离子弧切割方法二、教学重点：等离子弧焊的双弧现象的产生原因及防止措施等离子弧焊的工艺特点及参数选择等离子弧焊、等离子弧堆焊、等离子弧切割的原理及操作方法三、教学难点：离子弧的双弧现象的产生原因等离子弧焊、等离子弧堆焊、等离子弧切割的原理及操作方法四、参考学时数：10学时，其中实训5课时五、主要教学内容：第一节等离子弧的形成及其特性一、等离子弧的形成1、等离子弧这种用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧就是等离子弧。
2、等离子弧形成原理目前广泛采用的方法是将钨极缩入喷嘴内部，并且在水冷喷嘴中通以一定压力和流量的离子气，强迫电弧通过喷嘴孔道，以形成高温、高能量密度的等离子弧。
在这个过程中，等离子弧受到了三种压缩作用：（1）机械压缩效应（前提）（2）热收缩效应（主要原因）（3）电磁收缩效应（必然存在）3、等离子弧的影响因素影响等离子弧的主要因素有：（1）等离子弧电流：电流越大，电流能量越高，被压缩的程度越大。
（2）喷嘴孔道形状和尺寸：喷嘴孔径直接影响电弧的压缩程度。
（3）离子气体的种类及流量：不同气体的热导率和热焓值不同，对电弧的冷却作用不同。
一般H>N>Ar。
二、等离子弧的特性1、温度高、能量密度大2、等离子弧的能量分布均衡3、等离子弧的挺度好，冲力大4、等离子弧的静特性曲线仍接近于U形5、等离子弧的稳定性好三、等离子弧的类型及应用1、非转移型等离子弧形成原理：钨极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，焊件不接电源，电弧是在钨极与喷嘴孔壁之间燃烧的，在离子气流的作用下电弧从喷嘴孔喷出，电弧受到压缩而形成等离子弧（等离子焰）。
等离子弧焊
2. 熔透型（熔入型）PAW
采用较小的等离子气流量，等离子流力小， 电弧穿透能力低。
特点
• 只能熔化工件，形不成小孔，与TIG焊相似。 • 适用于薄板、多层焊的盖面焊及角焊缝的焊接。 30~100A混合弧？材料、板厚，接头形式不限， 可单面焊双面成形，多层多道焊，对参数的要求 不严格，易于实现。
2、焊接电流 焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选 定。 焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大。 但电流过大会引起双弧，损伤喷嘴并破 坏焊接过程的稳定性，而且，熔池金属 会因小孔直径过大而坠落。因此，在喷 嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊 接过程，焊接电流只能在某一个合适的 范围内选择，而且这个范围与离子气的 流量有关。
小结：
本节课程主要讲述了等离子弧的焊接 方法，等离子弧焊工艺技术及工艺参 数的确定，等离子弧设备的组成及各 组成部分的作用。重点掌握等离子弧 焊的方法及等离子弧焊的工艺技术。
课 教 学 目 的 与 要 求
题
等离子弧焊 计划课时 2
授课时间
授课班级 2011届焊接2班
1、了解等离子弧焊的基本方法及应用。 2、熟悉等离子弧发生器的构成及作用。 3、掌握等离子弧焊的工艺特点及参数选择。
能力培 养目标
重点难点
使学生具备等离子弧焊的基本知识。 等离子弧焊的基本方法及应用，等离子弧焊的工艺特点及参 数选择。
离子气流量直接决定了等离子流力和熔 透能力。等离子气的流量越大，熔透能 力越大。但等离子气流量过大会使小孔 直径过大而不能保证焊缝成形。因此， 应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊 接电流及焊接速度选择适当的离子气流 量。 利用熔入法焊接时，应适当降低等离子 气流量，以减小等离子流力。
4、焊接速度 焊接速度应根据等离子气流量及 焊接电流来选择。其它条件一定 时，如果焊速增大，焊接热输入 减小，小孔直径随之减小，直至 消失。如果焊速太低，母材过热， 熔池金属容易坠落。因此，焊接 速度、离子气流量及焊接电流等 这三个工艺参数应相互匹配。
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任务导入：
相关知识：
等离子弧焊设备-
等离子弧焊设备按照焊接电流的大小可分为大电流等离子弧焊设备和微柬等离子弧焊设备。
与氩弧焊一样，手工等离子弧焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。
‘图片展示
提起学生兴趣，使学生对板对接仰焊有个初步感性认识
讲解并模拟演示、言语直观启发诱导
对照挂图仔细讲解
(6)不锈钢焊丝(直径1．0 Fflm)。
操作要领
1.平敷焊
1)平敷焊前的准备
①首先捡查焊机外部接线是否正确，气路、水路和电路系统的接头处连接是否
牢固可靠。
②将电极端部磨成20。
～60。
角，顶端为尖状或稍加磨平。
调整电极与喷嘴
的同心度：接通高频振荡回路，高频火花在电极和喷嘴之间，呈圆周均匀分布
在75％～80％以上，则同心度最佳。
③清理不锈钢焊件上的油污。
2)选择焊接工艺参数见表2—30。
表2—30 熔透型等离子弧焊接工艺参数
3)引弧首先打开气路和水路开关，接通焊接电源。
手工操纵等离子弧焊枪，与
焊件的
夹角为75。
～85。
，按动启动按钮，接通高频振荡装置及电极与喷嘴的电源回
路，非转移弧点燃。
接着焊枪对准焊件，转移弧建立，主弧电流形成，保持喷
示范指导
学生正确进行
焊前清理。
示范指导
学生正确进行
试件组对、定
位。
集中指导
学生进行焊接
工艺参数的选。