1、电弧焊基础第四章 等离子弧焊Chapter 4: Plasma Arc Welding （PAW）一. 等离子弧概念、形式和特性1.1 自由电弧和拘束电弧（等离子弧）自由电弧和拘束电弧（等离子弧） 自由电弧：TIG电弧，除受到电弧自身磁场拘束和周围环境的冷却拘束外，不受其它条件束缚，电弧形态相对比较扩展，电弧能量密度和电弧温度较低，称作自由电弧 拘束电弧： 人为把自由电弧的一极缩进到小直径喷嘴（铜质、水冷）里，则电弧通过喷嘴孔时，弧柱截面积受到限制，即产生了外部拘束作用不能自由扩展，电弧在径向上被强烈压缩，叫做“拘束电弧”或“压缩电弧”，电弧的温度、能量密度、等离子流速都显著增加，也称为“等离
2、子弧”离子气、保护气1.2 PAW 电弧特点电弧特点lPAW温度更高，能量密度更大。普通TIG弧的最高温度为10 00024 000K，能量密度小于104W/cm2。等离 子 弧 温 度 可 达 2 4 00050 000K，能量密度可达105106W/cm2 。l等离子弧带电粒子的运动速度很高（可接近音速），其挺直性明显好于TIG电弧。TIG电弧的扩散角约为45，而等离子弧扩散角约为6。1.2 PAW 电弧特点电弧特点l普通TIG焊接时，加热工件的热量主要来源于阳极斑点热（阳极区产热），弧柱辐射和传导热仅起辅助作用。在等离子弧中，弧柱高速高温等离子体通过接触传导和辐射带给焊件的热量明显增加，
3、甚至可能成为主要的热量来源，而阳极产热则降为次要地位。1.3 PAW 电弧温度和能量密度提高的原因电弧温度和能量密度提高的原因l水冷喷嘴孔道对电弧的机械压缩，使电弧弧柱截面积减小，能量更为集中。这是前提条件。l喷嘴水冷作用使靠近喷嘴内壁的气体受到一定程度的冷却，其温度和电离度下降，迫使弧柱区带电粒子集中到弧柱中的高温高电离度区流动，这样由于冷壁而在弧柱四周产生一层电离度趋近于零的冷气膜，使弧柱有效截面积进一步减小，电流密度进一步提高，这称之为“热压缩” 。这是最本质的原因。l基于两种压缩效应的存在，在弧柱电流密度增大以后，弧柱电流线之间的电磁收缩作用也进一步增强，使弧柱温度和能量密度进一步提高
4、。1.4 等离子弧三种形式等离子弧三种形式转移型转移型 转移型等离子弧转移型等离子弧：主电源正负极分别接续到工件和电极上，等离子弧燃烧在电极与母材之间。由于电极到工件的距离较长，引燃电弧时，首先在电极与喷嘴内壁间引燃一个小电弧，称作“引燃弧”（小弧），电极被加热，空间温度升高，高温气流从喷嘴孔道中流出，喷射到母材表面，其中也含有带电粒子，随后在主电源较高的空载电压下，电弧能够自动转移到电极与工件之间燃烧，称作“主弧”或“转移弧”。主弧引燃后，通过开关切断引燃弧。大电流焊接可以采用转移型PAW。小弧引弧也可以采用从电源正极串联一个电阻接续到焊枪喷嘴上的方式1.4 等离子弧三种形式等离子弧三种形式
5、混合型混合型 混合型等离子弧混合型等离子弧：与转移型等离子弧类似，但当形成转移弧后仍然保持引燃弧（“小弧”），即形成两个电弧同时燃烧的局面，效果是转移弧燃烧更为稳定。小电流焊接电弧冷却强烈，易熄灭，可以采用混合型PAW。 小弧电源相对功率较小，一般只需要有几安培的输出。1.4 等离子弧三种形式等离子弧三种形式等离子焰流等离子焰流 等离子焰流等离子焰流：在钨极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧，电弧电源正负极分别接续到电极和喷嘴上。由于保护气通过电弧区被加热，流出喷嘴时带出高温等离子焰流，对被加工工件进行加热，因此称作“等离子焰流”。电极与喷嘴内壁间的电弧，其电流值较小，电弧温度低，因此等离子焰流的温度
6、也明显低于电弧，指向性不如等离子弧。多用于表面堆焊、处理。1.5 等离子弧静特性等离子弧静特性 受到水冷喷嘴孔道壁的拘束，弧柱截面积小，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，静特性曲线中平特性区不明显，上升特性区斜率增加。1.5 等离子弧静特性等离子弧静特性 混合式等离子弧中的小弧电流对主弧特性有明显影响，小弧电流值增加，有利于降低主弧电压，这在小电流电弧（主弧）中表现尤为突出1.5 等离子弧静特性等离子弧静特性 拘束孔道的尺寸和形状对静特性有明显影响，喷嘴孔径越小，弧柱压缩强越大，电场强度也越大，静特性中的平特性区间越窄，上升特性区的斜率越大。 离子气种类和流量对弧柱电场强度有明显影响。二.
7、等离子弧焊接设备及焊接过程2.1 PAW焊接设备总成基本组成：焊接电源：交流（方波、变极性）、直流（脉冲），陡降外特性或恒流外特性。PAWPAW电弧电场强度很高，需要较高的电源空载和工作电压。电弧电场强度很高，需要较高的电源空载和工作电压。小弧电源的空载电压为100150V，而转移弧电源的空载电压有65-80V即可（离子气为Ar），如果在离子气中掺入H或He，空载电压需要达到110120V 。气路：气瓶（银灰）、气管、气体流量计（减压）、气压开关水路：高压循环水、水管、水压开关焊枪：自动；水冷；电路：焊枪电缆（水冷）、地线、起弧稳弧装置送丝机：外部送丝，必需工作台：固定、运动（工件）式2.2
8、PAW焊接设备焊枪基本要求：能固定喷嘴与钨极的相对位置，并可进行调节，同时对喷嘴和钨极进行有效的冷却； 喷嘴与钨极之间要绝缘，以便在钨极和喷嘴内壁间引燃小弧；双气路，能导入离子气流和保护气流；1.轻便易用，特别是便于喷嘴和钨极的更换。2.2 PAW焊接设备焊枪2.3 PAW焊接设备焊枪喷嘴喷嘴喷嘴 材料：紫铜，壁厚 3000 mm的场合, 筒体直径大于2 200 mm.优点：单道焊接过程, 降低填充金属量，高速焊接，低变形热影响区窄，高质量，焊缝外观好，降低坡口准备时间。4.4 复合焊接PAW+MIG 等离子弧与MIG电弧联合使用的焊接方法真正复合 combination of plasma
9、welding and MIG-welding using a single gun PAW电弧燃烧在电极夹和母材之间 A plasma arc produced by a reduction in the gas orifice results in a narrow high temperature arc. By feeding the MIG-electrode through the plasma arc coaxially very high deposition rates are possible 大熔深、高熔敷率 only suitable for mechanised welding4.4 复合焊接PAW+MIG4.4 复合焊接PAW+MIG普通MIGPlasma-MIG4.4 复合焊接PAW+MIGp 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
