A. 等离子弧加工的焊接方法
按焊缝成形原理,等离子弧有两种基本焊接方法:小孔型等离子弧焊及熔透型等离子弧焊,其中30A以下的熔透型等离子弧焊又可称为微束等离子弧焊。
(1)小孔型等离子弧焊利用小孔效应实现等离子弧焊的方法称小孔型等离子弧焊,亦称穿透性焊接法。
1)小孔法原理在对一定厚度范围内的金属进行焊接时,适当地配合电流、离子气流及焊接速度三个工艺参数,等离子弧将会穿透整个工件厚度,形成一个贯穿工件的小孔,如图5。小孔周围的液体金属在电弧吹力、液体金属重力与表面张力作用下保持平衡。焊枪前进时,在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并遂渐凝固成焊缝。 小孔法焊接的主要优点在于可以单道焊接厚板,板厚范围:1.6~9mm。小孔法一般仅限于平焊;然而,对于某些种类的材料,采取必要的工艺措施,用小孔法可实现全位置焊接。
2)焊接特点 小孔法焊接所具有的优点是:
a、孔隙率低。
b、由于小孔法产生较为对称的焊缝,焊接横向变形小。
c、由于电弧穿透能力强,对厚板可实现单道焊接。
d、不开坡口实现对接焊,焊前对工件坡口加工量减少。
小孔法的缺点是:
a、焊接可变参数多,规范区间窄。
b、厚板焊接时,对操作者的技术水平要求较高,并且小孔法仅限于自动焊接。
c、焊枪对焊接质量影响大,喷嘴寿命短。
d、除铝合金外,大多数小孔焊工艺仍限于平焊位置。
(2)熔透型等离子弧焊 焊接过程过程中,只熔透工件,但不产生小孔效应的等离子弧焊方法,又称熔透型焊接法。
1)熔透法原理 当离子气流量较小,弧柱受压缩程度较弱时,这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应,焊缝成形原理与氩弧焊类似。主要用于薄板焊接及厚板多层焊。
2)微束等离子弧焊 微束等离子通常采用如图3c所示的联合弧。由于非转移弧的存在,焊接电流小至1A以下电弧仍具有较好的稳定性,能够焊接细丝及箔材。这时的非转移弧又称维弧,而用于焊接的转移弧又称主弧。
3)焊接特点与GTAW焊相比,熔透法等离子弧焊具有优点是:
a、电弧能量集中,因此焊接工艺具有焊接速度快;焊缝深宽比大,截面积小;薄板焊接变形小,厚板焊接缩孔倾向小及热影响区窄等优点。
b、电弧稳定性好。由于微束等离子弧焊接采用联合弧,电流小至0.1A时电弧仍能稳定燃烧,因此可焊超薄件,如厚度0.1mm不锈钢片。
c、电弧挺直性好。以焊接电流10A为例,等离子弧焊喷嘴高度(喷嘴到工件表面的距离)达6.4mm时,弧柱仍较挺直,而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm(弧长大于0.6mm后稳定性变差)。钨极氩弧的扩散角约450,呈圆锥形(见图6a),工件上的加热面积与弧长成平方关系,只要电弧长度有很小变化将引起单位面积上输入热量的较大变化。而等离子弧的扩散角仅50左右(见图6b)基本上是圆柱形,弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小,所以等离子弧焊弧长变化对焊缝成形的影响不明显。
d、由于等离子弧焊的钨极内缩在喷嘴之内,电极不可能与工件相接触,因而没有焊缝夹钨的问题。
与GTAW焊相比,熔缝法的主要缺点是:
a、由于电弧直径小,要求焊枪喷嘴轴线更准确地对中焊缝。
b、焊枪结构复杂,加工精度高。焊枪喷嘴对焊接质量有着直接影响,必需定期检查、维修,及时更换。
B. 等离子弧焊机 与其他焊接方法比有什么优缺点
优点:
a.能量密度大、电弧方向性强、熔透能力强,在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可
一次焊透8~10mm 厚的不锈钢板。与钨极氩弧焊相比,在相同的焊缝熔深情况下,等离子
弧焊接速度要快得多。
b.焊缝质量对弧长的变化不敏感,这是由于等离子弧的形态接近圆柱形,发散角很小,
约5°,且挺直度好,弧长变化时对加热斑点的面积影响很小,易获得均匀的焊缝形状。工
件上受热区域小,热影响区窄,因而薄板焊接时变形小。
c.钨极缩在水冷铜喷嘴内部,不可能与工件接触,因此可避免焊缝金属产生夹钨现象。
电弧搅动性好,熔池温度高,有利于熔池内气体的释放。
d.等离子电弧由于压缩效应及热电离度较高,电流较小时仍很稳定。配用新型的电子
电源,焊接电流可以小到0.1A,这样小的电流也能达到电弧稳定燃烧,特别适合于焊接微
型精密零件。
e.可产生稳定的小孔效应,通过小孔效应,正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。
缺点:
a.可焊厚度有限,一般在25mm 以下;
b.焊枪及控制线路较复杂,喷嘴的使用寿命很低;
c.焊接参数较多,对焊接操作人员的技术水平要求较高。
等离子弧焊由于下述原因,其应用可能受到限制。
a.电弧作用区域的观察性差。等离子弧枪结构复杂,不仅比较重,手工焊时操作人员还较难观察焊接区域。
b.双弧弊端。使用转移弧时,当工艺参数选择不当,或喷嘴结构设计不合理,或喷嘴
多次使用后有损伤,就会在钨极-喷嘴-工件之间产生串接电弧,这种旁弧与转移弧同时存
在,称为双弧。双弧产生,说明弧柱与喷嘴之间的冷气膜遭到了破坏,转移弧电流减小,这
样就导致焊接过程不正常,甚至很快就烧坏喷嘴。
c.电弧可达性差。由于枪体比较大,钨极内缩在喷嘴里面,因此对某些接头形式是无
能为力的。
d.一次投资大。等离子弧焊接与切割设备比较昂贵。但是其焊接或切割速度快,焊缝
与切割质量好,若将这些因素考虑进去,其使用成本还不是太高。