A. 等離子弧加工的焊接方法
按焊縫成形原理,等離子弧有兩種基本焊接方法:小孔型等離子弧焊及熔透型等離子弧焊,其中30A以下的熔透型等離子弧焊又可稱為微束等離子弧焊。
(1)小孔型等離子弧焊利用小孔效應實現等離子弧焊的方法稱小孔型等離子弧焊,亦稱穿透性焊接法。
1)小孔法原理在對一定厚度范圍內的金屬進行焊接時,適當地配合電流、離子氣流及焊接速度三個工藝參數,等離子弧將會穿透整個工件厚度,形成一個貫穿工件的小孔,如圖5。小孔周圍的液體金屬在電弧吹力、液體金屬重力與表面張力作用下保持平衡。焊槍前進時,在小孔前沿的熔化金屬沿著等離子弧柱流到小孔後面並遂漸凝固成焊縫。 小孔法焊接的主要優點在於可以單道焊接厚板,板厚范圍:1.6~9mm。小孔法一般僅限於平焊;然而,對於某些種類的材料,採取必要的工藝措施,用小孔法可實現全位置焊接。
2)焊接特點 小孔法焊接所具有的優點是:
a、孔隙率低。
b、由於小孔法產生較為對稱的焊縫,焊接橫向變形小。
c、由於電弧穿透能力強,對厚板可實現單道焊接。
d、不開坡口實現對接焊,焊前對工件坡口加工量減少。
小孔法的缺點是:
a、焊接可變參數多,規范區間窄。
b、厚板焊接時,對操作者的技術水平要求較高,並且小孔法僅限於自動焊接。
c、焊槍對焊接質量影響大,噴嘴壽命短。
d、除鋁合金外,大多數小孔焊工藝仍限於平焊位置。
(2)熔透型等離子弧焊 焊接過程過程中,只熔透工件,但不產生小孔效應的等離子弧焊方法,又稱熔透型焊接法。
1)熔透法原理 當離子氣流量較小,弧柱受壓縮程度較弱時,這種等離子弧在焊接過程中只熔化工件而不產生小孔效應,焊縫成形原理與氬弧焊類似。主要用於薄板焊接及厚板多層焊。
2)微束等離子弧焊 微束等離子通常採用如圖3c所示的聯合弧。由於非轉移弧的存在,焊接電流小至1A以下電弧仍具有較好的穩定性,能夠焊接細絲及箔材。這時的非轉移弧又稱維弧,而用於焊接的轉移弧又稱主弧。
3)焊接特點與GTAW焊相比,熔透法等離子弧焊具有優點是:
a、電弧能量集中,因此焊接工藝具有焊接速度快;焊縫深寬比大,截面積小;薄板焊接變形小,厚板焊接縮孔傾向小及熱影響區窄等優點。
b、電弧穩定性好。由於微束等離子弧焊接採用聯合弧,電流小至0.1A時電弧仍能穩定燃燒,因此可焊超薄件,如厚度0.1mm不銹鋼片。
c、電弧挺直性好。以焊接電流10A為例,等離子弧焊噴嘴高度(噴嘴到工件表面的距離)達6.4mm時,弧柱仍較挺直,而鎢極氬弧焊的弧長僅能採用0.6mm(弧長大於0.6mm後穩定性變差)。鎢極氬弧的擴散角約450,呈圓錐形(見圖6a),工件上的加熱面積與弧長成平方關系,只要電弧長度有很小變化將引起單位面積上輸入熱量的較大變化。而等離子弧的擴散角僅50左右(見圖6b)基本上是圓柱形,弧長變化對工件上的加熱面積和電流密度影響比較小,所以等離子弧焊弧長變化對焊縫成形的影響不明顯。
d、由於等離子弧焊的鎢極內縮在噴嘴之內,電極不可能與工件相接觸,因而沒有焊縫夾鎢的問題。
與GTAW焊相比,熔縫法的主要缺點是:
a、由於電弧直徑小,要求焊槍噴嘴軸線更准確地對中焊縫。
b、焊槍結構復雜,加工精度高。焊槍噴嘴對焊接質量有著直接影響,必需定期檢查、維修,及時更換。
B. 等離子弧焊機 與其他焊接方法比有什麼優缺點
優點:
a.能量密度大、電弧方向性強、熔透能力強,在不開坡口、不加填充焊絲的情況下可
一次焊透8~10mm 厚的不銹鋼板。與鎢極氬弧焊相比,在相同的焊縫熔深情況下,等離子
弧焊接速度要快得多。
b.焊縫質量對弧長的變化不敏感,這是由於等離子弧的形態接近圓柱形,發散角很小,
約5°,且挺直度好,弧長變化時對加熱斑點的面積影響很小,易獲得均勻的焊縫形狀。工
件上受熱區域小,熱影響區窄,因而薄板焊接時變形小。
c.鎢極縮在水冷銅噴嘴內部,不可能與工件接觸,因此可避免焊縫金屬產生夾鎢現象。
電弧攪動性好,熔池溫度高,有利於熔池內氣體的釋放。
d.等離子電弧由於壓縮效應及熱電離度較高,電流較小時仍很穩定。配用新型的電子
電源,焊接電流可以小到0.1A,這樣小的電流也能達到電弧穩定燃燒,特別適合於焊接微
型精密零件。
e.可產生穩定的小孔效應,通過小孔效應,正面施焊時可獲得良好的單面焊雙面成形。
缺點:
a.可焊厚度有限,一般在25mm 以下;
b.焊槍及控制線路較復雜,噴嘴的使用壽命很低;
c.焊接參數較多,對焊接操作人員的技術水平要求較高。
等離子弧焊由於下述原因,其應用可能受到限制。
a.電弧作用區域的觀察性差。等離子弧槍結構復雜,不僅比較重,手工焊時操作人員還較難觀察焊接區域。
b.雙弧弊端。使用轉移弧時,當工藝參數選擇不當,或噴嘴結構設計不合理,或噴嘴
多次使用後有損傷,就會在鎢極-噴嘴-工件之間產生串接電弧,這種旁弧與轉移弧同時存
在,稱為雙弧。雙弧產生,說明弧柱與噴嘴之間的冷氣膜遭到了破壞,轉移弧電流減小,這
樣就導致焊接過程不正常,甚至很快就燒壞噴嘴。
c.電弧可達性差。由於槍體比較大,鎢極內縮在噴嘴裡面,因此對某些接頭形式是無
能為力的。
d.一次投資大。等離子弧焊接與切割設備比較昂貴。但是其焊接或切割速度快,焊縫
與切割質量好,若將這些因素考慮進去,其使用成本還不是太高。