焊接原理高能量密度焊課件.ppt

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1、高能量密度焊由于電子束、激光、等離子弧三種束流的能量密度特別高，所以將電子束焊、激光焊、等離子弧焊統稱為高能量密度焊。等離子弧焊一、等離子弧焊接等離子弧指的是一種經壓縮了的電弧。它的特征是弧柱截面小、能量密度大、弧柱中心溫度高達18000～24000K、焰流速度超過300m/s。等離子弧在焊接、噴涂、堆焊、切割等熱加工領域獲得廣泛應用。（一）等離子弧形成三種壓縮途徑：1．機械壓縮利用噴嘴的孔道直徑來約束等離子弧——機械壓縮效應。2.熱壓縮采用一定流量的冷卻水冷卻噴嘴，降低噴嘴溫度。較低的噴嘴溫度使噴嘴內壁形成一層冷氣膜，迫使弧柱導電截面進一步減小——熱壓縮

2、效應。3．磁收縮電弧電流自身產生的磁場使弧柱向中心收縮。電流密度越大，收縮作用越強——磁收縮效應。電弧電極噴嘴電弧氣膜冷卻水流電極噴嘴（一）等離子弧類型根據電源的連接方式，等離子弧有三種型式：轉移型、非轉移型、混合型（一）等離子弧特點與自由鎢弧相比較，有如下特性：1.等離子弧的能量特性2.等離子弧的形態(tài)3.等離子弧的挺直度二、等離子弧焊的工藝特點和適用范圍（一）工藝特點等離子弧焊目前在不銹鋼、鈦及其合金和薄板焊接中代替了TIG焊。與TIG焊比有如下特點：1）等離子弧弧柱溫度高，能量密度大，因而對焊件加熱集中，熔透能力強，一次可焊透厚度大，在同樣熔深下其焊接

3、速度比TIG焊高，故可提高焊接生產率。此外，等離子弧對焊件的熱輸入量少，焊縫截面形狀較窄，深寬比大，熱影響區(qū)窄，其焊接變形也小。2）等離子弧的形態(tài)近似圓柱形，挺度好，因此當弧長發(fā)生波動時熔池表面的加熱面積不大，對焊縫成形的影響較小，容易得到均勻的焊縫成形。3）等離子弧的穩(wěn)定性好，使用小的焊接電流也能保證等離子弧的穩(wěn)定，故可焊超薄件。4）鎢極內縮在噴嘴里面，焊接時鎢極與工件不接觸，因此可減少鎢極燒損和防止焊縫金屬夾鎢。（二）適用范圍1.操作方式等離子弧焊適于手工和自動兩種操作，可以焊接連續(xù)或斷續(xù)的焊縫。焊接時可添加或不添加填充金屬。2.被焊金屬一般TIG能焊

4、接的大多數金屬，均可用等離子弧焊接，如碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅合金、鎳及其合金、鈦及其合金等。低熔點和沸點的金屬如鉛、鋅等，不適于等離子弧焊。3.焊接位置手工等離子弧焊可全位置焊接、自動等離子弧焊通常是在平焊和橫焊位置上進行。4.可焊厚度等離子弧焊很適合焊接薄板，最薄的可焊0.01mm金屬薄片。超過8mm的金屬，從經濟上考慮不宜用等離子弧焊。通常是在質量要求較高的厚板，并要求單面焊反面成形的封底焊縫的焊接時采用。其余各層焊縫仍宜采用熔敷率更高更經濟的焊接方法。三、等離子弧焊的分類按焊縫成形原理，等離子弧焊有下列三種基本方法：1.穿透型等離子弧焊穿透型等離

5、子弧焊（穿孔型焊接法），即大電流焊接法。該方法是利用等離子弧直徑小、溫度高、能量密度大、穿透力強的特點，在適當的參數條件下實現的。焊接時，等離子弧把工件完全穿透并在等離子流力作用下形成一個穿透工件的小孔（在小孔背面露出等離子弧），熔化金屬被排擠在小孔周圍。隨著焊槍向前移動，熔池中的液態(tài)金屬在電弧吹力、表面張力作用下沿熔池壁向熔池后方移動，于是小孔也跟著焊槍向前移動，形成完全熔透的正反面都有波紋的焊縫——小孔效應。焊接時一般不加填充金屬。目前大電流（100～300A）等離子弧焊接通常采用這種方法。小孔效應只有在足夠的能量密度下才能形成。板厚增加時所需的能量密

6、度也增加，而等離子弧的能量密度難以再進一步提高，因此，穿透型等離子弧焊接只能在有限板厚范圍內進行。2.熔透型等離子弧焊熔透型等離子弧焊（熔入型等離子弧焊接法），它是采用較小的焊接電流（15～100A）和較小的離子氣流量，等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產生小孔效應。基本焊法與鎢極氬弧焊相似。焊接時可添加填充金屬，也可不加填充金屬。主要用于薄板（0.5～2.5mm以下）的焊接、多層焊時第二層及以后各層的焊接。3.微束等離子弧焊焊接電流在30A以下的熔透型等離子弧焊。為保證小電流時等離子弧的穩(wěn)定性，一般采用混合型等離子弧。此時維弧電流始終存在，因此小電流時等

7、離子弧也十分穩(wěn)定。主要用于超薄件的焊接。上述三種方法均可采用脈沖電流，借以提高焊接過程穩(wěn)定性，此時稱為脈沖等離子弧焊。此法適于全位置焊接，并且焊接熱影響區(qū)和焊接變形都較小。四、等離子弧焊設備按操作方式不同，等離子弧焊設備可分為手工焊設備和自動焊設備。1）手工焊設備主要由焊接電源、焊槍、控制系統、氣路系統和水路系統等部分組成；2）自動焊設備除上述之外，還有焊接小車和送絲機構（焊接時需要添加填充金屬）。1.焊接電源為保證收弧處的焊縫質量，不會留下弧坑，等離子弧焊接一般采用電流衰減法熄弧，應具有電流衰減裝置。2.氣路系統等離子弧焊接設備的供氣系統應能分別供給自立

8、氣、保護氣。為了保證引弧處和熄弧處的焊縫質量，自立氣應分成兩路供給