等离子弧焊接与切割.pdf

项目七 等离子弧焊接与切割 教学目标： 了解等离子弧焊接和切割的原理、特点及应用范围； 掌握等离子弧焊的基本方法； 能合理制定等离子弧焊工艺。 了解等离子弧堆焊、喷涂和切割的基本方法。 教学活动设计： 1 在实训室中进行讲练结合的现场教学； 2 ．利用多媒体课件、仿真等辅助教学； 教学重点： 条电弧焊的原理、工艺特点 制定焊条电弧焊工艺； 掌握焊条电弧焊操作技术 教学难点： 能合理制定等离子弧焊工艺。 了解等离子弧堆焊、喷涂和切割的基本方法。 学习单元一 认知等离子弧的焊接与切割 一、等离子弧的形成 1．等离子弧 目前，焊接领域中应用的等离子弧实际上是一种压缩电弧，是由钨极气体保护电弧 发展而来的。钨极气体保护电弧常被称为自由电弧，它燃烧于惰性气体保护下的钨极与 焊件之间，其周围没有约束，当电弧电流增大时，弧柱直径也伴随增大，二者不能独立 地进行调节，因此自由电弧弧柱的电流密度、温度和能量密度的增大均受到一定限制。 实验证明，借助水冷铜喷嘴的外部拘束作用，使弧柱的横截面受到限制而不能自由扩大 时，就可使电弧的温度、能量密度和等离子体流速都显著增大。这种用外部拘束作用使 弧柱受到压缩的电弧就是通常所称的等离子弧。 2 ．等离子弧形成原理 目前广泛采用的压缩电弧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， 如图 67-1 所示。此时电弧受到下述三种压缩作用： （1）机械压缩效应 当把一个用水冷却的铜制喷嘴放置在其通道上，强迫这个“自 由电弧”从细小的喷嘴孔中通过时，弧柱直径受到小孔直径的机械约束而不能自由扩大， 而使电弧截面受到压缩。这种作用称为“机械压缩效应”。 （2 ）热收缩效应 水冷铜喷嘴的导热性很好，紧贴喷嘴孔道壁的“边界层”气体温度 很低，电离度和导电性均降低。这就迫使带电粒子向温度更高、导电性更好的弧柱中心 区集中，相当于外围的冷气流层迫使弧柱进一步收缩。这种作用称为“热收缩效应”。 （3 ）电磁收缩效应 这是由通电导体间相互吸引力产生的收缩作用。 弧柱中带电的 粒子流可被看成是无数条相互平行且通以同向电流的导体。在自身磁场作用下，产生相 互吸引力，使导体相互靠近。导体间的距离越小，吸引力越大。这种导体自身磁场引起 的收缩作用使弧柱进一步变细，电流密度与能量密度进一步增加。 电弧在三种压缩效应的作用下，直径变小、温度升高、气体的离子化程度提高、能 量密度增大。最后与电弧的热扩散作用相平衡，形成稳定的压缩电弧。这就是工业中应 用的等离子弧。作为热源，等离子弧获得了广泛的应用，可进行等离子弧焊接、等离子 弧切割、等离子弧堆焊、等离子弧喷涂、等离子弧冶金等。 在上述三种压缩作用中，喷嘴孔径的机械压缩作用是前提；热收缩效应则是电弧被 压缩的最主要的原因；电磁收缩效应是必然存在的，它对电弧的压缩也起到一定作用。 3 ．等离子弧的影响因素 等离子弧是压缩电弧，其压缩程度直接影响等离子弧的温度、能量密度、弧柱挺度 和电弧压力。影响等离子弧压缩程度的因素主要有： （1）等离子弧电流 当电流增大时，弧柱直径也要增大。因电流增大时，电弧温度 升高，气体电离程度增大，因而弧柱直径增大。如果喷嘴孔径不变，则弧柱被压缩程度 增大。 （2 ）喷嘴孔道形状和尺寸 喷嘴孔道形状和尺寸对电弧被压缩的程度具有较大的影 响，特别是喷嘴孔径对电弧被压缩程度的影响更为显著。在其他条件不变的情况下，随 喷嘴孔径的减小，电弧被压缩程度增大。 （3 ）离子气体的种类及流量 离子气（工作气体）的作用主要是压缩电弧强迫通过 喷嘴孔道，保护钨极不被氧化等。使用不同成分的气体作离子气时，由于气体的热导率 和热焓值不同，对电弧的冷却作用不同，故电弧被压缩的程度不同。 改变和调节这些因素可以改变等离子弧的特性，使其压