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(tǒng)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(jīng)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(dá)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(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。（一）等離子弧形成三種壓縮途徑：1．機(jī)械壓縮利用噴嘴的孔道直徑來約束等離子弧——機(jī)械壓縮效應(yīng)。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(nèi)壁形成一層冷氣膜，迫使弧柱導(dǎo)電截面進(jìn)一步減小——熱壓縮

2、效應(yīng)。3．磁收縮電弧電流自身產(chǎn)生的磁場使弧柱向中心收縮。電流密度越大，收縮作用越強(qiáng)——磁收縮效應(yīng)。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(jù)電源的連接方式，等離子弧有三種型式：轉(zhuǎn)移型、非轉(zhuǎn)移型、混合型（一）等離子弧特點(diǎn)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(diǎn)和適用范圍（一）工藝特點(diǎn)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(diǎn)：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(qiáng)，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(chǎn)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(dāng)弧長發(fā)生波動(dòng)時(shí)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(nèi)縮在噴嘴里面，焊接時(shí)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(dòng)兩種操作，可以焊接連續(xù)或斷續(xù)的焊縫。焊接時(shí)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(shù)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(diǎn)和沸點(diǎn)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(dòng)等離子弧焊通常是在平焊和橫焊位置上進(jìn)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(jīng)濟(jì)上考慮不宜用等離子弧焊。通常是在質(zhì)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(shí)采用。其余各層焊縫仍宜采用熔敷率更高更經(jīng)濟(jì)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(qiáng)的特點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)膮?shù)條件下實(shí)現(xiàn)的。焊接時(shí)，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(gè)穿透工件的小孔（在小孔背面露出等離子?。?，熔化金屬被排擠在小孔周圍。隨著焊槍向前移動(dòng)，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(dòng)，于是小孔也跟著焊槍向前移動(dòng)，形成完全熔透的正反面都有波紋的焊縫——小孔效應(yīng)。焊接時(shí)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(yīng)只有在足夠的能量密度下才能形成。板厚增加時(shí)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(jìn)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(nèi)進(jìn)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(chǎn)生小孔效應(yīng)?；竞阜ㄅc鎢極氬弧焊相似。焊接時(shí)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(shí)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(shí)等離子弧的穩(wěn)定性，一般采用混合型等離子弧。此時(shí)維弧電流始終存在，因此小電流時(shí)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(shí)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(shè)備按操作方式不同，等離子弧焊設(shè)備可分為手工焊設(shè)備和自動(dòng)焊設(shè)備。1）手工焊設(shè)備主要由焊接電源、焊槍、控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)等部分組成；2）自動(dòng)焊設(shè)備除上述之外，還有焊接小車和送絲機(jī)構(gòu)（焊接時(shí)需要添加填充金屬）。1.焊接電源為保證收弧處的焊縫質(zhì)量，不會(huì)留下弧坑，等離子弧焊接一般采用電流衰減法熄弧，應(yīng)具有電流衰減裝置。2.氣路系統(tǒng)等離子弧焊接設(shè)備的供氣系統(tǒng)應(yīng)能分別供給自立

8、氣、保護(hù)氣。為了保證引弧處和熄弧處的焊縫質(zhì)量，自立氣應(yīng)分成兩路供給