等离子弧焊设备.docx

第七章等离子弧焊设备
7.1等离子弧焊的特点及应用
7.1.1等离子弧的类型
等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密度及温度。等离子弧的压缩是依靠水冷铜喷嘴的拘束作用实现的，等离子弧通过水冷铜喷嘴时受到下列三种压缩作用：
1)机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制了弧柱截面积的自由扩大，这种拘束作用就是机械压缩；
2)热压缩喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩；
3)电磁压缩由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧又受到进一步的压缩，这就是电磁压缩；
根据电源的连接方式，等离子弧分为非转移型电弧、转移型电弧及联合型电弧三种。非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上，见图3.7.1a；依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中，见图3.7.1b。这种电弧用于焊接较厚的金属。转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧，见图3.7.1c。

图3.7.1等离子弧的类型
(a)非转移弧 (b)转移弧 (c)联合弧
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
7.1.2等离子弧焊的特点
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：
1)熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透810mm厚的不锈钢板；
2)焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近圆柱形，且挺直度好，弧长变化时对加热斑点的面积影响很小，易获得均匀的焊缝形状；
3)钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不可能与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象；
4)等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接微型精密零件；
5)可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。
等离子弧焊的缺点是：
1)可焊厚度有限，一般在25mm以下；
2)焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；
3)焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。
7.1.3等离子弧焊的应用
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、蒙耐尔合金等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。
7.2等离子弧焊设备的组成及分类
7.2.1等离子弧焊设备的组成
等离子弧焊接设备由焊接电源、等离子弧发生器（焊枪）、控制电路、供气回路及供水回路等组成。自动等离子弧焊接设备还包括焊接小车或其它自动工装。图3.7.2为典型手工等离子弧焊接设备的组成图。
7.2.1.1弧焊电源
等离子弧焊接设备一般采用具有垂直外特性或陡降外特性的电源，以防止焊接电流因弧长的变化而变化，获得均匀稳定的熔深及焊缝外形尺寸。一般不采用交流电源，只采用直流电源，并采用正极性接法。与钨极氩弧焊相比，等离子焊所需的电源空载电压较高。

图3.7.2典型等离子弧焊接设备的组成图
1-焊接电源 2-高频振荡器 3-离子气 4-冷却水 5-保护气 6-保护气罩
7-钨极8-等离子弧 9-工件 10-喷嘴 KM1、KM2-接触器触头

采用氩气作等离子气时，电源空载电压应为6085V；当采用Ar+H2或氩与其它双原子的混合气体作等离子气时，电源的空载电压应为110120V。采用联合型电弧焊接时，由于转移弧与非转移弧同时存在，因此，需要两套独立的电源供电。利用转移型电弧焊接时，可以采用一套电源，也可以采用两套电源。
一般采用高频震荡器引弧，当使用混合气体作等离子气时，应先利用纯氩引弧，然后再将等离子气转变为混合气体，这样可降低对电源的空载电压要求。
7.2.1.2 控制系统
控制系统的作用是控制焊接设备的各个部分按照预定的程序进入、退出工作状态。整个设备的控制电路通常由高频发生器控制电路、送丝电机拖动电路、焊接小车或专用工装控制电路以及程控电路等组成。程控电路控制等离子气预通时间、等离子气流递增时间、保护气预通时间、高频引弧及电弧转移、焊件预热时间、电流衰减熄弧、延迟停气等。
7.2.1.3 供气系统
等离子弧焊接设备的气路系统较复杂。由等离子气路、正面保护气路及反面保护气路等组成，而等离子气路还必须能够进行衰减控制。为此，等离子气路一般采用两路供给，其中一路可经气阀放空，以实现等离