等离子弧焊接和切割

  仪器信息网 ·  2009-03-30 19:49  ·  29532 次点击
1.等离子弧的产生:
(1)等离子弧的概念:
自由电弧:未受到外界约束的电弧,如一般电弧焊产生的电弧。
等离子弧:受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。
自由电弧弧区内的气体尚未完全电离,能量未高度集中,而等离子弧弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,可达105~106W/cm2,电弧温度可高达24000~5000K(一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000~20000K,能量密度在104W/cm2以下)能迅速熔化金属材料,可用来焊接和切割。
(2)等离子弧的产生
在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压,经高频振荡使气体电离形成自由电弧,该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。
①机械压缩效应(作用)——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道,使电弧截面受到拘束,不能自由扩展。
②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时,冷气流均匀地包围着电弧,使电弧外围受到强烈冷却,迫使带电粒子流(离子和电子)往弧柱中心集中,弧柱被进一步压缩。
③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体,在弧柱电流本身产生的磁场作用下,产生的电磁力使孤柱进一步收缩。
电弧经过以上三种压缩效应后,能量高度集中在直径很小的弧柱中,弧柱中的气体被充分电离成等离子体,故称为等离子弧。
当小直径喷嘴,大的气体流量和增大电流时,等离子焰自喷嘴喷出的速度很高,具有很大的冲击力,这种等离子弧称为“刚性弧”,主要用于切割金属。反之,若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时,该等离子弧称为“柔性弧”,主要用于焊接。
2.等离子弧焊接
2.1基本知识
用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。
焊接时离子气(形成离子弧)和保护气(保护熔池和焊缝不受空气的有害作用)均为氩气。
等离子弧焊所用电极一般为钨极(与钨极氩弧焊相同,国内主要采用钍钨极和铈钨极,国外还采用锆钨极和锆极),有时还需填充金属(焊丝)。一般均采用直流正接法(钨棒接负极)。故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。
2.2等离子弧焊接的分类:
等离子弧焊可分为大电流等离子弧焊和微束等离子弧焊等
(1)大电流等离子孤焊:
有两种工艺:一种为穿孔型等离子弧焊,一种为熔入型等离子弧焊。
①穿孔型等离子弧焊:
在等离子能量密度足够和等离子流力够大等条件下焊接,产生穿透小孔,熔化金属被排挤在小孔周围和后方,随着等离子弧前移,小孔也前移,该现象叫小孔效应。该焊接工艺方法称为穿孔型等离子弧焊。
穿孔型离子弧焊可保证完全焊透,一般大电流等离子弧焊(100~300A)大都采用此方法。但穿孔效应只有在足够的能量密度条件下形成,且能量密度的提高受到限制,故该方法只能在有限板厚内进行——目前生产应用的板厚范围为:
碳钢7mm,不锈钢8~10mm,钛10~12mm。
该方法最适合于焊接3~8mm不锈钢,12mm以下钛合金,2~6mm低碳或低合金结构钢,以及铜、黄铜、镍及镍基合金的对接缝。
②熔入型等离子弧焊——当离子气流量减小,穿孔效应消失时采用。
该方法同一般钨极氩弧焊相似。
该方法适用于薄板,多层焊缝的盖面及角焊缝,可填加或不填加焊丝,其优点为焊速较快。
(2)微束等离子弧焊:指15A~30A以下的熔入型等离子弧焊
微束等离子弧焊的等离子弧喷射速度和能量密度较小,比较柔和,可用于焊接0.025~2.5mm的箔材及薄板。
2.3等离子弧焊接的特点及应用:
特点:
(1)微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。
(2)具有小孔效应,能较好实现单面焊双面自由成形。
(3)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,10~12mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。
(4)设备比较复杂,气体耗量大,只宜于室内焊接。
应用:广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。

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