焊接原理高能量密度焊课件.ppt

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1、高能量密度焊由于电子束、激光、等离子弧三种束流的能量密度特别高，所以将电子束焊、激光焊、等离子弧焊统称为高能量密度焊。等离子弧焊一、等离子弧焊接等离子弧指的是一种经压缩了的电弧。它的特征是弧柱截面小、能量密度大、弧柱中心温度高达18000～24000K、焰流速度超过300m/s。等离子弧在焊接、喷涂、堆焊、切割等热加工领域获得广泛应用。（一）等离子弧形成三种压缩途径：1．机械压缩利用喷嘴的孔道直径来约束等离子弧——机械压缩效应。2.热压缩采用一定流量的冷却水冷却喷嘴，降低喷嘴温度。较低的喷嘴温度使喷嘴内壁形成一层冷气膜，迫使弧柱导电截面进一步减小——热压缩

2、效应。3．磁收缩电弧电流自身产生的磁场使弧柱向中心收缩。电流密度越大，收缩作用越强——磁收缩效应。电弧电极喷嘴电弧气膜冷却水流电极喷嘴（一）等离子弧类型根据电源的连接方式，等离子弧有三种型式：转移型、非转移型、混合型（一）等离子弧特点与自由钨弧相比较，有如下特性：1.等离子弧的能量特性2.等离子弧的形态3.等离子弧的挺直度二、等离子弧焊的工艺特点和适用范围（一）工艺特点等离子弧焊目前在不锈钢、钛及其合金和薄板焊接中代替了TIG焊。与TIG焊比有如下特点：1）等离子弧弧柱温度高，能量密度大，因而对焊件加热集中，熔透能力强，一次可焊透厚度大，在同样熔深下其焊接

3、速度比TIG焊高，故可提高焊接生产率。此外，等离子弧对焊件的热输入量少，焊缝截面形状较窄，深宽比大，热影响区窄，其焊接变形也小。2）等离子弧的形态近似圆柱形，挺度好，因此当弧长发生波动时熔池表面的加热面积不大，对焊缝成形的影响较小，容易得到均匀的焊缝成形。3）等离子弧的稳定性好，使用小的焊接电流也能保证等离子弧的稳定，故可焊超薄件。4）钨极内缩在喷嘴里面，焊接时钨极与工件不接触，因此可减少钨极烧损和防止焊缝金属夹钨。（二）适用范围1.操作方式等离子弧焊适于手工和自动两种操作，可以焊接连续或断续的焊缝。焊接时可添加或不添加填充金属。2.被焊金属一般TIG能焊

4、接的大多数金属，均可用等离子弧焊接，如碳钢、低合金钢、不锈钢、铜合金、镍及其合金、钛及其合金等。低熔点和沸点的金属如铅、锌等，不适于等离子弧焊。3.焊接位置手工等离子弧焊可全位置焊接、自动等离子弧焊通常是在平焊和横焊位置上进行。4.可焊厚度等离子弧焊很适合焊接薄板，最薄的可焊0.01mm金属薄片。超过8mm的金属，从经济上考虑不宜用等离子弧焊。通常是在质量要求较高的厚板，并要求单面焊反面成形的封底焊缝的焊接时采用。其余各层焊缝仍宜采用熔敷率更高更经济的焊接方法。三、等离子弧焊的分类按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：1.穿透型等离子弧焊穿透型等离

5、子弧焊（穿孔型焊接法），即大电流焊接法。该方法是利用等离子弧直径小、温度高、能量密度大、穿透力强的特点，在适当的参数条件下实现的。焊接时，等离子弧把工件完全穿透并在等离子流力作用下形成一个穿透工件的小孔（在小孔背面露出等离子弧），熔化金属被排挤在小孔周围。随着焊枪向前移动，熔池中的液态金属在电弧吹力、表面张力作用下沿熔池壁向熔池后方移动，于是小孔也跟着焊枪向前移动，形成完全熔透的正反面都有波纹的焊缝——小孔效应。焊接时一般不加填充金属。目前大电流（100～300A）等离子弧焊接通常采用这种方法。小孔效应只有在足够的能量密度下才能形成。板厚增加时所需的能量密

6、度也增加，而等离子弧的能量密度难以再进一步提高，因此，穿透型等离子弧焊接只能在有限板厚范围内进行。2.熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊（熔入型等离子弧焊接法），它是采用较小的焊接电流（15～100A）和较小的离子气流量，等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应。基本焊法与钨极氩弧焊相似。焊接时可添加填充金属，也可不加填充金属。主要用于薄板（0.5～2.5mm以下）的焊接、多层焊时第二层及以后各层的焊接。3.微束等离子弧焊焊接电流在30A以下的熔透型等离子弧焊。为保证小电流时等离子弧的稳定性，一般采用混合型等离子弧。此时维弧电流始终存在，因此小电流时等

7、离子弧也十分稳定。主要用于超薄件的焊接。上述三种方法均可采用脉冲电流，借以提高焊接过程稳定性，此时称为脉冲等离子弧焊。此法适于全位置焊接，并且焊接热影响区和焊接变形都较小。四、等离子弧焊设备按操作方式不同，等离子弧焊设备可分为手工焊设备和自动焊设备。1）手工焊设备主要由焊接电源、焊枪、控制系统、气路系统和水路系统等部分组成；2）自动焊设备除上述之外，还有焊接小车和送丝机构（焊接时需要添加填充金属）。1.焊接电源为保证收弧处的焊缝质量，不会留下弧坑，等离子弧焊接一般采用电流衰减法熄弧，应具有电流衰减装置。2.气路系统等离子弧焊接设备的供气系统应能分别供给自立

8、气、保护气。为了保证引弧处和熄弧处的焊缝质量，自立气应分成两路供给