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等离子弧焊和切割

1.等离子弧焊

借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法，叫等离子弧焊。

(1)等离子弧的产生及形式、特点

普通弧焊的电弧是由一定数量的导电离子和不同比例的中性粒子所组成的混合体，这种电弧通常称为自由电弧。如果将自由电弧进行压缩，使其横截面减小，则电弧中的电流密度就大大提高，电离度也就随之增大，几乎达到全部等离子体状态的电弧叫等离子弧。

根据电源的接法和产生等离子弧的形式不同，等离子孤可分为三种形式：

1)转移型弧 是产生于电极与焊件之间的等离子弧。电弧先在电极与喷嘴之间引燃，然后再转移到电极与焊件之间，转移型弧热量集中，热效率高。

2)非转移型弧产生于电极与喷嘴之间的等离子弧，喷嘴喷出的高温等离子焰是熔化金属和非金属材料的热源。

3)联合型弧 是转移型和非转移型弧同时存在的等离子弧，主要用于微束等离子弧焊接。

等离子弧的类型

(a)转移型孤；(b)非转移型弧；(c)联合型弧

等离子弧具有温度高（16000~30000℃）、能量密度大、电弧挺度好、机械冲刷力强等特点。

(2)等离子弧焊工艺

1)穿透型等离子弧焊接 该方法是利用小孔效应实现等离子焊接的方法。焊接时，借助转移型弧达到单面焊双面成型的效果。

(A)工作气体流量。包括等离子气体和保护气体的流量。

等离子气体的流量是保证小孔效应的重要参数。过小不易形成小孔，过大小孔直径太大不易形成焊缝。保护气体流量要与等离子气体流量保持一定的比例，以提高保护效果。

(B)焊接电流。根据焊件厚度的选择，适当提高焊接电流，可提高穿透能力。但过大的小孔直径会使熔池下坠不能形成焊缝；过小则不能产生小孔效应。

(C)焊接速度。增加焊接速度，焊件热输入量减少，小孔直径减小，所以焊接速度不易过快。

(D)喷嘴距焊件的距离。一般应为3~5mm,过高会降低穿透能力，过低则飞溅易粘塞喷嘴。

2)熔透型等离子弧焊接 焊接时只熔透焊件，但不产生小孔效应的焊接方法。此法与鸽极氢弧焊相似，适用于薄板、多层焊缝的盖面及角焊缝的焊接，但生产率高于钨极氢弧焊。

3)微束等离子弧焊 利用小电流（通常小于30A)进行焊接的方法。焊接时采用联合型弧，由于电流在30A以下，因此适宜焊接金属薄箔及丝网。

(3)等离子弧焊设备

1)电源 等离子弧广泛采用具有陡降外特性的直流电源。

微束等离子焊，使用具有垂直陡降外特性的电源。

2)焊枪 可分为上枪体、下枪体和喷嘴等几部分。上枪体的作用是夹持并冷却钨极，对鸽极导电，以及调节鸽极对中与内缩长度等。下枪体的作用是对下枪体及喷嘴进行冷却，安装喷嘴与保护罩，输送等离子气与保护气，以及对喷嘴导电等。由于上下枪体都接电而极性不同，故两者之间用一个绝缘和定位连结。

3)喷嘴 是焊枪的关键部分，它的结构形状与尺寸，对等离子弧的压缩作用及稳定性有重要影响，直接关系到焊接能力、使用寿命和焊缝成形质量。喷嘴结构有三种形式：

(A)单孔喷嘴 适用于中、小电流等离子弧焊的焊枪。

(B)多孔喷嘴 多用于大电流等离子弧焊枪中。

(C)双锥度喷嘴 这种喷嘴能减小或避免双弧现象，多用于大电流、焊接较大厚度的焊件。

2.等离子切割

(1)原理及特点

1)原理 等离子弧切割是利用等离子弧的热能实现切割的方法。切割时等离子弧将割件熔化，并借等离子流的冲击力将熔化金属排除，从而形成割缝。

2)特点（A)可切割任何黑色金属、有色金属；(B)采用非转移型弧，可切割非金属材料及混凝土、耐火砖等；(C)由于等离子弧能量高度集中，所以切割速度快，生产率高；(D)切口光洁、平整，并且切口窄，热影响区小，变形小，切割质量好。

(2)电源、工作气体及电极

1)电源要求具有陡降外特性的直流电源，并且空载电压在150~400V之间。

2)工作气体 主要有氮气、氨及混合气体（氮气+氢气、氢气+氢气及氢气、氮气等）。其中氢气与氮气的混合气体切割效果最佳。

3)电极材料 当等离子气为氢气或其他惰性气体时，可采用针钨极或沛鸽极；等离子气为氮或氧化性强的气体时，可采用锆电极。

(3)工艺参数

1)切割电流及电压 切割电流和电压决定着等离子弧的功率，等离子弧功率大，所切割厚度也大。用增加切割电压来提高切割厚度，效果比增加切割电流要好。

2)等离子气种类与流量

适当增加等离子气流量，可提高切割厚度和质量。但流量过大，冷却气流会带走大量的热量，使切割能力下降，等离子弧不稳定。

3)切割速度 在功率不变的情况下，适当提高切割速度可使切口变窄，热影响区减小。切割速度过快，会造成割不透。

4)喷嘴距焊件的距离 一般距离为7~10mm。距离过大会降低切割能力，过小则易烧坏喷嘴。

(4)“双弧”现象

所谓“双弧”，是在使用转移型等离子弧时出现的一种破坏电弧燃烧稳定性的现象。这时除已存在的等离子弧外，又在工件和喷嘴之间产生电弧。出现双弧时会破坏切割或焊接工艺的正常进行，严重时会造成喷嘴烧损。产生双弧的原因除与喷嘴的结构尺寸有关外，还与切割工艺参数的选择是否正确有关。