等离子弧焊设备.doc

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子气的衰减控制。采用氩气与氢气的混合气体作等离子气时气路中最好设有专门的引弧气路以降低对电源空载电压的要求。图3.7.3为采用混合气体作等离子气时等离子弧焊接的气路系统图。引弧时打开气阀DF2向等离子弧发生器中通以纯氩气电弧引燃后再打开电磁气阀