等离子弧焊实训心得

等离子弧焊实训心得篇一
《等离子弧焊》

等离子弧焊实训心得篇二
《等离子弧焊》

等离子弧加工

等离子弧加工是利用等离子弧的热能对金属或非金属进行切割、焊接和喷涂等的特种加

工方法。1955年，美国首先研究成功等离子弧切割。产生等离子弧的原理是：让连续通气

放电的电弧通过一个喷嘴孔，使其在孔道中产生机械压缩效应；同时，由于弧柱中心比其外

围温度高、电离度高、导电性能好，电流自然趋向弧柱中心，产生热收缩效应，同时加上弧

柱本身磁场的磁收缩效应。这3种效应对弧柱进行强烈压缩,在与弧柱内部膨胀压力保持平衡

的条件下，使弧柱中心气体达到高度的电离，而构成电子、离子以及部分原子和分子的混合

物，即等离子弧。

原理

等离子弧切割与焊接是现代科学领域中的一项新技术。它是利用温度高达

15000~30000℃的等离子弧来进行切割和焊接的工艺方法。这种新的工艺方法不仅能对一般

材料进行切割和焊接，而且还能切割和焊接一般工艺方法难以加工的材料。

等离子弧加工流程

电弧就是中性气体电离并维持放电的现象。若使气体完全电离，形成全部由带正电的正离子

和带负电的电子所组成的电离气体，就称为等离子体。 一般的焊接电弧是一种自由电

弧，弧柱的截面随功率的增加而增大，电弧中的气体电离不充分，其温度被限制在

5730~7730℃。若在提高电弧功率的同时，对自由电弧进行压缩，使其横截面减小，则电弧

中的电流密度就大大提高，电离度也随之增大，几乎达到全部等离子状态的电弧叫等离子弧。 对自由电弧进行的压缩作用称为压缩效应。压缩效应有如下三种形式：

1)、机械压缩效应 在钨极（负极）和焊件（正极）之间加上一个高电压，使气体

电离形成电弧，当弧柱通过特殊孔形的喷嘴的同时，又施以一定压力的工作气体，强迫弧柱

通过细孔，由于弧柱受到机械压缩使横截面积缩小，故称为机械压缩效应。

2）、热收缩效应 当电弧通过喷嘴时，在电弧的外围不断送入高速冷却气流（氮气

或氢气等）使弧柱外围受到强烈冷却，电离度大大降低，迫使电弧电流只能从弧柱中心通过，

导致导电截面进一步缩小，这时电弧的电流密度大大增加，这就是热收缩效应。

3）、磁收缩效应 由于电流方向相同，在电流自身产生的电磁力作用下，彼此互相

吸引，将产生一个从弧柱四周向中心压缩的力，使弧柱直径进一步缩小。这种因导体自身磁

场作用产生的压缩作用叫“磁收缩效应”。电弧电流越大，磁收缩效应越强。 自由电弧

在上述三种效应作用下被压缩得很细，在高度电离和高温条件下，电弧逐渐趋于稳定的等离

子弧。

分类

按电极的不同接法，等离子弧分为转移型弧、非转移型弧、联合型弧三种。 电极

接负极、喷嘴接正极产生的等离子弧称为非转移型弧。用于焊接或切割较薄的材料。 电

极接负极、焊件接正极产生的等离子弧称为转移型弧。适用于焊接、堆焊或切割较厚的材料。 电极接负极、喷嘴和焊件同时接正极．则非转移弧和转移弧同时存在，称为联合型弧。适用

于微弧等离子焊接和粉末材料的喷焊。

等离子弧按导电方式可分为非转移型、转移型和混合型3种（见图）。它们的区别主要

是：非转移型的电源正极接喷嘴，而转移型电源正极接工件（一般先按非转移型接线产生等

离子弧后再过渡到转移型）,混合型的电源正极同时接喷嘴和工件。这3种方式一般都使用

具有直流陡降外特性的电源。空载电压高低与使用的气体有关，若使用氩时，空载电压为

65～100伏，而使用氮或氢时为250～400伏。 转移型等离子弧温度高(10000～52000℃）,

有效热利用率高，主要用于切割、焊接(见等离子弧焊)和熔炼金属。切割的金属有铜、铝

及其合金、不锈钢、各种合金钢、低碳钢、铸铁、钼和钨等。常用的切割气体为氮或氢氩、

氢氮、氮氩混合气体。常用的电极为铈钨或钍钨电极，采用压缩空气切割时使用的电极为金

属锆或铪。使用的喷嘴材料一般为紫铜或锆铜。切割不锈钢、铝及其合金的厚度一般为 3～

100毫米，最大厚度可达250毫米。70年代后，又发展了双层气体等离子弧切割、笔式微束

等离子弧切割和水压缩等离子弧切割等，这些方法能减小工件的切缝宽度，提高切割质量。 非转移型等离子弧温度最高可达18000℃,主要用于工件表面喷涂耐高温、耐磨损、耐腐蚀的

高熔点金属或非金属涂层，也可以切割薄板金属材料，还可以作为金属表面热处理的热源。混合型等离子弧主要用于微束等离子弧焊接和粉末堆焊。

特点

（1）微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。

（2）具有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形。

（3）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，10～12mm厚度钢材可不开坡

口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。

（4）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。

应用

广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛

合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的导弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。

切割用枪无保护气体2及保护气罩6。压缩喷嘴5是等离子枪的关键部件，一般需用水

冷。喷嘴孔径dn及孔道长度l0是压缩喷嘴的两个主要尺寸。喷嘴内通的气体称离子气。中

性的离子气在喷嘴内电离后使喷嘴内压力增加，所以喷嘴内壁与电极4之间的空间称增压

室。电离了的离子气从喷嘴流出时受到孔径限制，使弧柱截面变小，该孔径对弧柱的压缩作

用称机械压缩。水冷喷嘴内壁表面有一层冷气膜，电弧经过孔道时，冷气膜一方面使喷嘴与

弧柱绝缘，另一方面使弧柱有效截面进一步收缩，这种收缩称热收缩。弧柱电流自身磁场对

弧柱的压缩作用称磁收缩。在机械压缩与热收缩的作用下，弧柱电流密度增加，磁收缩随之

增强，如电流不变，弧柱电场强度及弧压降都随电流密度增加而增加，所以等离子弧（也称

压缩电弧）的电弧功率及温度明显高于自由电弧。图2a所示的对比中，等离子弧的电弧温

度比自由电弧高30％，电弧功率高100％。 由于电离后的离子气仍具有流体的性质，

受到压缩从喷嘴孔径喷射出的电弧带电质点的运动速度明显提高（可达 300m／s），所以等

离子弧具有较小的扩散角及较大的电弧挺度，这也是等离子弧最突出的优点。电弧挺度是指

电弧沿电极轴线的挺直程度。 等离子弧具有的电弧力、能量密度及电弧挺度等与加工

有关的物理性能取决于下列五个参数： 1）电流； 2）喷嘴孔径的几何尺寸； 3）

离子气种类； 4）离子气流量； 5）保护气种类； 调整以上五个参数可使等

离子弧适应不同的加工工艺。如在切割工艺中，应选择大电流、小喷嘴孔径、大离子气量及

导热好的离子气，以便使等离子弧具有高度集中的热量及高的焰流速度。而在焊接工艺中，

为防止焊穿工件则应选择小的离子气量及较大的喷嘴孔径。

电流极性

（1）切割用等离子弧切割时只采用直流正接的电流极性，即工件接电源的正极。切割

电流范围：30~1000A。 （2）焊接 1）直流正接 大多数焊接工艺采用直流正接极

性电流，如焊合金钢、不锈钢、钛合金及镍基合金等。电流范围：0.1~500A。 2）直流

反接 电极接电源正极的反接极性电流用于焊接铝合金。由于这种方法钨极烧损严重且熔深

浅，仅限于焊接薄件，电流不超过100A。 3）正弦交流 正弦交流电流用来焊铝镁合金，

利用正接极性电流获得较大的熔深而用反接极性电流清理工件表面的氧化膜，电流范围：

10~100A。为防止反接极性电弧熄灭，焊接设备需有稳弧装置，由于存在焊缝深宽比小及钨

极烧损等问题，这种方法趋于被方波交流电流取代。 4）变极性方波交流 变极性方波

交流电流是正反接极性电流及正、负半周时间均可调的交流方形波电流。用变极性方波交流等离子弧焊铝、镁合金时可获得较大的焊缝深宽比及较少的钨极烧损。

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。

焊接材料

1、母材凡氩弧焊能够焊接的材料均可用等离子弧焊接，如碳钢、耐热钢、蒙乃力<合

金、可伐合金、钛合金、铜合金、铝合金以及镁合金等。 除铝、镁及其合金外，其余

材料均采用直流正接法焊接：铝、镁及其合金采用交流或直流反接法焊接。直流正接等离子

弧单道可焊材料厚度范围一般为0.3—6.4mm。交流变极性等离子弧单道可焊铝合金厚度可

达12.7mm(小孔法)。 等离子弧焊接的冶金过程与氩弧焊相同，只是由等离子弧具有较

小的弧柱直径，焊接时母材熔化量少，所以焊缝深宽比大、热影响区窄。每一种母材金属焊

接时对预热、后热以及气体保护等工艺要求与氩弧焊相同。

2、填充金属与氩弧焊一样，等离子弧焊工艺可以使用填充金属。填充金属一般制成光

焊丝或者光焊条。自动焊使用光焊丝作填充金属，手工焊则用光焊条作填充金属。填充金属

的主要成分与被焊母材相同。

3、气体等离子焊枪有两层气体，即从喷嘴流出的离子气及从保护气罩流出的保护气。

有时为了增强保护，还需使用保护拖罩及通气的背面垫板以扩大保护气的保护范围。对钨极

应该是惰性的；以免钨极烧；护气对母材一般是惰性的，但如果类取决于被焊金属，可供选

择的气体有：

1)Ar气Ar气用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属，如钛、钽及锆合金。焊接这些金属

所用的气体中，即使含有极小量的H，也可能导致焊缝产生气孔、裂纹或降低力学性能。 Ar-H2混合气焊接奥氏体不锈钢、镍合金及铜镍合金时，允许使用Ar-H2混合气体。 Ar

气中填加H2气可提高电弧温度及电弧电场强度，能够更有效地将电弧热量传递给工件，在

给定的电流条件下可以得到较高的焊接速度。同时，H2具有还原性，使用Ar-H2混合气体

可以获得更光亮的焊缝外观。但H2含量过多焊缝易出现气孔及裂纹，一般φ(H2)限制在7.5％

以下。然而，在小孔焊接工艺中，由于气体以充分逸出，加φ(H2)范围为5％一15％，工件

越薄，允许H2的比例越大。如小孔法焊6.4mm不锈钢时，加φ(H2)为5%；而进行3.8mm

不锈钢管道高速焊时，允许加φ(H2)达15%。”使用Ar-H2混合气体作离。混合气体作离子

气时，由于电弧温度较高，应降低喷嘴孔径的额定电流。

(3)Ar-He混合气He气也是—种惰性气体，当被焊工件不允许使用Ar-H2混合气时，可考虑

使用Ar-He混合气。在Ar-He混合气体中，φ甲(He)超过40%以上电弧热量才能有明显的变

化。φ(He)超过75%时，其性能基本与纯He相同，通常在Ar气中加入φ(He)=50％～75％进

行钛、铝及其合金的小孔焊及在所有金属材料上熔敷焊道。 4)He气采用纯He作离子

气时，由于弧柱温度较高，会降低喷嘴的热负载，会降低喷嘴的使用寿命及承载电流的能力，

另外He气密度较小，在合理的离子气流量下难以形成小孔。所以，纯He仅用于熔透法焊

接，如焊接铜。 5)Ar-C02混合气由于保护气体不与钨极接触，在小电流焊接低碳钢及

低合金钢时，允许在保护气中添加适性气体，其流量在10~15L/min之内。如在Ar中加甲(C02)

为25％作保护气焊接铁心叠片。

等离子弧焊实训心得篇三
《等离子弧焊论文》

设备构成等离子弧焊设备分为手工焊和机械化焊两大类。手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。机械化焊设备由焊接电源、焊枪、焊接小车(或转动胎具）、控制电路、气路及水路等部分组成。 按照焊接电流的大小，等离子弧设备可分为大电流等离子弧设备和微束等离子弧设备两大类。 大电流等离子弧的引燃方法是在焊接回路中叠加一个高频振荡器，依靠高频火花在钨极与喷嘴之间引燃非转移弧。 微束等离子弧的引燃方法有两种：一种是借助焊枪上的钨极移动机构向前推进钨极，直至钨极端部与压缩喷嘴相接触，然后回抽钨极引燃非转移弧；另一种是采用高频振荡器。 等离子弧焊机的型号有：自动等离子弧焊机LH-300、熔化极气体保护等离子弧焊机LUR2-400；微束等离子弧焊机LH6、LH-16A、LH-20、LH-30。

等离子焊优点

等离子是指在标准大气压下温度超过3000℃的气体，在温度谱上可以把其看作为继固 态、液态、气态之后的第四种物质状态。等离子是由被激活的高子、电子、原子或分子组 成。例如：它可通过自然界中的闪电产生。从1960年以后，等离子这个词获得了新的含义， 那就是电弧通过涡流环或喷嘴压缩而形成的高能量状态，此原理现在被广泛用于钢铁、化工 及机械工程工业。

等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种焊接方法·。钨极氩弧焊使用的热 源是常压状态下的自由电弧，简称自由钨弧。等离子弧焊用的热源则是将自由钨弧压缩强化 之后而获得电离度更高的电弧等离子体，称等离子弧，又称压缩电弧。两者在物理本质上没 有区别，仅是弧柱中电离程度上的不同。经压缩的电弧其能量密度更为集中，温度更高。

等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显；增 大的缘故。因此，等离子弧焊主要是利用弧柱等离子体热来加热金属，而自由钨弧是利用两 电极区产生的热来加热母材和电极金属。

等离子弧的特性

等离子弧能量密度可达10000--100000W／cm2，比自由钨弧(约10000W／cm2以下)高，其 温度可达18000～24000K，也高于自由钨弧(约5000～8000K)很多。 等离子弧的挺直度非常好。由于等离子弧是自由钨弧经压缩而成，故其挺度比自由钨弧 好，焰流速度大，可达300m／s以上，因而指向性好，喷射有力，其熔透能力强。

由于等离子弧的压缩效应及热电离充分，所以电弧工作稳定，特别当联合型等离子弧在 小电流(0．1A)焊时，仍具有较平的静特性,配用恒流(垂降)电源，能保证焊接过程 非常稳定，故可以焊接超薄构件。 由于钨极内缩到喷嘴孔道里，可以避免钨极与工件接触，消除了焊缝夹钨缺陷。同时喷 嘴至工件距离可以变长，焊丝进入熔池容易。 采用小孔焊接技术，能实现单面焊双面成形焊接工艺。

借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行

焊接的方法，叫等离子弧焊。

等离子弧焊是钨极氩弧焊的继续延伸。所用电极仍是铈钨极和钍钨极，一般均采用直流正接，电源外特性为下降或垂直下降特性，焊接电流上限一般不超过1000A，但下限可减小至1~2A以下。为了焊接

铝及铝合金等有色金属，可以采用变极性的方波交流电源。 与钨极氩弧焊相比较，等离子弧焊具有如下特点：

1、弧柱温度高，能量密度大，加热集中，熔透能力强，可以

高速施焊，生产率高。

2、等离子弧工作稳定，焊接参数调节范围宽，可焊接极薄的

金属。但当金属厚度超过8~9mm时，成本较高。

3、热影响区窄，焊接变形小。

4、由于钨极内缩至喷嘴内，不与焊件接触，所以在焊缝内产

生夹钨。

缺点是电源及电气控制线路较复杂，设备费用约为钨极氩弧焊

的2~5倍，焊接参数的调节匹配较复杂，喷嘴的使用寿命短。

等离子弧焊设备可以当作氩弧焊设备使用吗?

【摘要】：正可以。用等离子弧设备实施氩弧焊工艺时,只需将焊枪喷嘴孔径开得大于钨极直径,让钨极尖端伸出喷嘴之外。当电弧引燃后,便不再受喷嘴的压缩,成为自由电弧,就与氩弧焊的电弧相同了。应该指出,用等离子设备实施氩弧焊工艺是不经济

1 何谓等离子弧？

等离子弧是利用等离子枪将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的电弧。等离子枪的作用有些像消防水管前端的喷头，如没有这个喷头，喷出的水流速低，扬程小，加上喷头便极大地增大水的流速与扬程。等离子弧可用于焊接、喷涂、堆焊和切割。

2 等离子弧是如何产生的？

钨极氩弧焊所使用的电弧为自由电弧，利用等离子枪将自由电弧进一步压缩便形成等离子弧。焊枪的组成部分及术语如图1所示。图1中压缩喷嘴是等离子弧焊枪的关键部件，一般需要水冷。喷嘴内通的气体为离子气。一旦电弧引燃，中性的离子气便被电离。电离了的离子气从喷嘴孔径流出时受到喷嘴孔径的限制，使弧柱截面变小，电流密度增加。如电流不变，弧柱电场强度及电弧压降都随电流密度增加而增加，所以等离子弧的电弧功率及温度明显高于自由电弧。在如图2所示的对比中，等离子弧的电弧温度比自由电弧高30%，电弧功率高100%。

3 有几种类型的等离子弧？

等离子弧按电源的供电方式有3种类型，分别是非转移型弧、转移型弧及联合型弧，这3种电弧见图3a，b，c。其中非转移型弧和转移型弧是基本的等离子弧形式。

非转移型弧建立在电极与喷嘴之间，离子气强迫等离子弧从喷嘴孔径喷出，也称等离子焰。非转移型弧用于非金属材料的焊接与切割，也用于等离子喷涂。

转移型弧建立在电极与工件之间。一般要先引燃非转移弧，然后再将电弧转移到电极与工件之间，这时工作成为另一个电极，所以转移型弧能把较多的热量传递给工件。金属材料的焊接与切割一般多采用转移型弧。

非转移型弧与转移型弧同时存在的等离子弧称联合型弧。联合型弧需用两个独立电源供电，主要用于30A以下的微束等离子弧焊接。

4 有几种等离子弧焊接方法？

按焊缝成形原理，等离子弧有两种基本焊接方法：穿透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，穿透型等离子弧焊也称小孔型等离子弧焊。进行穿透型等离子弧焊时电弧在熔池前将工件穿透形成一个小孔，随着热源移动在小孔后形成焊道，主要用于厚度1.6～9mm工件的单道焊接。熔透法焊接成形原理与氩弧焊类似，主要用于薄板焊接及厚板多层焊。

5 何谓穿透型焊接，其应用特点是什么？

利用小孔效应实现等离子弧焊的方法称穿透型等离子焊接，亦称小孔焊接法。其原理是：焊接时适当地配合电流、离子气流及焊接速度3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，焊枪前进时，在小孔后边并逐渐凝固成焊缝，如图4所示。穿透型等离子弧焊的主要优点在于可以单道焊接厚板，板厚范围：1.6～9mm。穿透型等离子弧焊一般仅限于平焊，然而，对于某种类型的材料，采取必要的工艺措施，用穿透型等离子弧焊可以实现全位置焊接。

6 穿透型等离子弧焊接的主要优缺点是什么？

优点是：

1）气孔少。

2）由于穿透型等离子弧焊产生较为对称的焊缝，焊接横向变形小。

3）由于电弧穿透能力强，对厚板可实现单道焊接。

4）不开坡口实现对接焊，焊前对工件坡口加工量减少。

缺点是：

1）焊接可变参数多，参数区间窄。

2）厚板焊接是运载操作者的技术水平要求较高，并且穿透型等离子弧焊仅限于自动焊接。

3）焊枪对焊接质量影响大，喷嘴寿命短。

4）除铝合金外，大多数穿透型等离子弧焊仍限于平焊位置。

7 何谓熔透型焊接，其应用特点是什么？

焊接过程中，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。熔透法要比穿透型等离子弧焊容易掌握，当离子气流量较小，弧柱压缩较弱时，等离子弧的穿透能力下降，弧柱只能熔化工件而不能产生小孔效应，焊缝盛开过程与氩弧焊类似，但焊接质量及焊接速度要优于氩弧焊。熔透法主要用于薄板焊接及厚板多层焊。

8 进行等离子弧焊接时需要配备哪些设备？

按操作方式，等离子弧焊接工艺可分为手工操作及自动操作两类。进行手工操作时需配备等离子弧焊机、供气装置及冷却循环水装置。等离子弧焊机包括电源及焊枪。等离子弧焊机是以电流划分等级的，如20A、63A、200A等，用户可根据需要从市场购买。供气装置需为等离子弧焊枪提供离子气及保护气，在大多数焊接情况下，离子气与保护气的成分及流量不同，所以供气装置需有两套独立的供气系统，分别提供离子气及保护气。现多采用瓶装的高压气体作为供气气源。高压气源出口接减压流量计，将减压后的气体经气管输送到焊枪，调节流量计的旋钮可控制气流量的大小。减压流量计采用医用氧气减压流量计即可。冷却循环水装置为焊枪提供冷却水，由水泵及蓄水箱组成，为防止焊枪被水垢堵塞，最好采用去离子水（蒸馏水）。有的焊机自备冷却水装置，无须用户另行配备。手工操作设备输出电流范围是0.1～225A。由于大电流焊接时弧光很强，焊枪也很烫，所以大电流焊接时需使用自动操作设备，自动操作设备的许用电流可高达500A。自动操作与手工操作的区别在于焊枪不是人工操作而是将其固定在焊枪支架或者行走小车之上。如焊缝有填丝要求，自动操作设备还应增加送丝机。图5是手工操作等离子弧焊接用的典型设备，其焊枪也可以固定在焊枪支架或者行走小车之上进行自动操作。

9 大电流等离子弧焊设备与微束等离子弧焊设备有何区别？

按照焊接电流大小，等离子弧焊设备又可分为大电流等离子弧焊设备和微束等离子弧焊设备。大电流等离子弧焊设备常采用转移弧，设备中只有一套电源供电，而微束等离子弧焊设备常采用联合弧，需两套电源供电。图6及图7分别为大电流等离子及微束等离子弧焊接系统示意图。

10 如何挑选等离子弧焊接设备？

挑选等离子弧焊接设备应从以下几个方面考虑：

被焊材料的性质。如被焊材料不是铝、镁及其合金，应选择直流等离子弧焊机。直流等离子弧焊机是指焊机的电源是直流的，焊接时电流的正极接工件，负极接焊枪中的钨电极，这种接法称直流正极性接法，是焊接工艺中应用最多的一种接线方法。

如果被焊材料是铝、镁及其合金，最好选用交流等离子弧焊机，交流等离子弧焊机的输出电流时交变的。当输出电流的正极与钨极相连，负极与工件相连时，此时的极性称为反极性。反极性电流能够有效地清除铝、镁及其合金表面的氧化膜，只是焊缝熔深较浅。当输出电流转为正极性时，熔缝熔深增大。所以，使用交流等离子弧焊接铝、镁及其合金的目的是：利用正极性电流获得大熔深，利用反极性电流清除工件表面氧化膜。如使用直流等离子弧焊机采用直流反极性电流焊接铝、镁及其合金也是可以的，只是焊接时钨极烧损严重，焊缝成形差（熔深浅，熔宽大），所以只限于焊接薄板，电流不超过70A。

11 如何正确使用等离子弧焊接设备？

在购进等离子弧焊机时，应先仔细阅读厂商提供的使用说明书，按说明书的要求正确地连接电路、气路及水路。

电路包括焊机与电网的连线及焊机与焊枪的连线。在与电网连接时，应注意焊机的输入电压是380V还是220V，接错电网电压很容易烧毁焊机。使用大电流等离子弧焊机时，焊枪上的导线一端与钨极连接，另一端与焊机连接，如果是直流焊机，采用直流正极性工艺时应与焊机的负极连接。使用直流微束等离子弧焊机时，焊枪上有两根导线，其中一根导线与焊枪喷嘴连接，该导线的另一端与焊机维弧电源连接；而另一根导线的连接方式与大电流等离子弧焊机相同。

等离子弧焊接需要两路气，离子气及保护气，气路要将这两路气的气源与焊枪接通。由于焊机中有电磁阀控制气路的通断，所以在高压气瓶的减压阀与焊机的进气口之间以及焊机的出气口与焊枪之间要分别接通输气管。

焊枪需要循环水冷却，水路连通水源与焊枪，焊枪上有两根水管，分别接循环水的进水和出水。焊枪在不通冷却水的条件下容易被烧毁，所以有的焊机中有水流量控制开关，当水流量不足时禁止通电

等离子弧焊枪是焊机的一个重要组成部分。焊枪上钨极与喷嘴是易损部件，需要定期检查，及时更换。由于喷嘴的几何尺寸与形状与焊接工艺有较大关系，而等离子弧焊机的制造厂商能够提供的喷嘴种类及数量有限，所以等离子弧焊机的使用者最好能熟悉焊枪的原理及结构，能加工等离子弧焊枪的喷嘴或等离子弧焊枪。

由于等离子弧电源空载电压高，使用等离子弧焊机时应注意防止触电，特别是在更换钨极或喷嘴时，应切断电源。

12 对等离子弧焊枪结构有何要求？

等离子弧焊枪在结构上应达到：

——能固定钨极与喷嘴之间的相对位置，并要求钨极与喷嘴孔径同心。

——能够水冷钨极及喷嘴，20A以下焊枪可以不水冷钨极，但必须冷却喷嘴。

——喷嘴要与钨极绝缘，以便在钨极与喷嘴间产生非转移弧。

——采用两路独立的气路分别导入离子气与保护气。

——等离子弧焊枪按其操作方式分为手工焊枪及自动焊枪。手工焊枪结构见图8。 13 如何设计等离子弧焊枪上的喷嘴？

压缩喷嘴是等离子弧焊枪中产生等离子弧的关键零件，它对电弧直接起机械压缩作用，而电弧形态影响焊缝质量及焊接效率，不同的焊接工艺对喷嘴形状及尺寸也不尽相同，所以要求工艺人员能够挑选或设计焊枪喷嘴。

图1中，喷嘴孔径dn及孔道长度lo是压缩喷嘴的两个重要尺寸。孔径决定等离子弧直径和能量密度，应根据电流和离子气流量来决定。对于给定的电流和离子气流量，增加dn则降低喷嘴对电弧的压缩作用，弧压也随之降低，而减少dn易出现双弧，破坏等离子弧的稳定性。表1列出常用等离子弧电流与喷嘴孔径之间的关系。

孔径确定后，孔道长lo增大则对等离子弧的压缩作用增大，同时也易出现双弧，常以lo/dn表示喷嘴孔道的压缩特征，称孔道比。孔道比的推荐值见表2。

等离子弧焊常用的压缩喷嘴类型如图9所示,图9a、b中的喷嘴，其压缩孔道为圆柱形，应用最广。如图9c、d、e中的喷嘴，其压缩孔道为收敛扩散型，减弱了对等离子弧的压缩作用，但这种喷嘴可以采用更大的焊接电流而不产生（或很少产生）双弧，所以收敛扩散型

喷嘴适用于大电流、厚板焊接。

图9b、d、e均有大小孔三个，属三孔型喷嘴，三孔型喷嘴除了中心孔外，其在左右各有一个对称的小孔。采用三孔道喷嘴焊接时，电弧及部分离子气经较大的中心孔流出，而其他离子气则通过两旁较小的孔道。从这两个小孔流出的离子气可将等离子弧产生的圆形热场变成椭圆形。当三个孔中心的连线与焊道垂直时，椭圆形热场平行于焊接方向，这将有助于提高焊速及降低焊缝宽度。

压缩角α对等离子弧压缩作用不大，一般取60°。

最通用的喷嘴材料是纯铜。正常焊接时，喷嘴内部电弧弧柱被一层冷气膜包围，如喷嘴冷却效果不好，冷气膜便容易被击穿形成双弧，破坏正常的焊接过程。大电流喷嘴必须采用直接水冷，为提高冷却效果，喷嘴壁厚一般不大于2～2.5mm。

14 如何挑选钨极？

等离子弧焊枪所采用的电极材料与钨极氩弧焊相同，目前国内主要采用钍钨和铈钨电极。使用钨极时应正确选择钨极直径，表3列出了钍钨电极的正极性（钨极接电源负极）许用电流，也可供铈钨电极参考。由于等离子弧焊枪对钨极的冷却效果优于氩弧焊枪，所以钨极烧损程度较氩弧焊轻。

为了便于引弧和提高电弧稳定性,电极前端都要磨成20°至60°的夹角，如图5-10a、b、c所示。在直流大电流工艺中，为保持电极端部形状及降低钨极烧损程度，电极端部要磨成锥球形或球形，如图10d、e、f所示。在交流焊接工艺中，常将钨极磨成尖锥状后，再用电弧烧成一个圆球，如图10f所示。由于直流反极性会严重烧损钨极，必须降低钨电极的许用电流。

15 进行等离子弧焊接时应注意调节哪些工艺参数。

工艺参数包括焊接电流、电弧电场强度、焊接速度、保护气成分及流量以及离子气成分及流量。

焊接电流是通过焊机上的电流调节旋钮调节，电流的大小主要根据被焊材料的板厚确定。 电弧电场强度与压缩喷嘴孔道比、离子气成分及流量、保护气成分及流量有关。压缩喷嘴以及气体成分及流量确定之后，电弧电场强度也随之确定，电弧电场强度通过测量电弧电压间接测量。电弧长度确定之后，电场强度与电弧电压成正比。电弧电场强度主要根据被焊材料的板厚及材质确定。被焊材料熔点越高，厚度越大，应选择较高的电弧电场强度。应注意高的电弧电场强度容易引起双弧，破坏等离子电弧的稳定性。焊接用等离子电弧电压一般为18～30V。

焊接速度与焊接效率、电弧稳定性及焊缝成形稳定性有关，高的焊接速度容易引起双弧。 保护气及离子气气体成分及流量根据被焊材料及焊接工艺选择。进行小孔焊时，合理的离子气气体成分及流量是稳定形成小孔的重要条件。

16 如何选择等离子弧焊接用的气体？

等离子弧焊接需要两层气体，即从喷嘴流出的离子气及从保护气罩流出的保护气。有时为了增强保护，还需使用保护拖罩及通气的背面垫板扩大保护气的保护范围。等离子弧焊接用的气体种类取决于被焊金属。

离子气对钨极应该是惰性的，以免钨极烧损过快。小电流焊接时，离子气一律作用纯氩，大电流焊接时根据被焊材料的性质可选用纯氩、纯氦、氩氢混合气、氩氦混合气及氩二氧化碳混合气。

保护气对母材一般应是惰性的，但如活性气体不影响焊缝性能，允许在保护气中添加活性气体。大电流焊接时，保护气成分与离子气相同；小电流焊接时，可选用的气体有纯氩、纯氦、氩氢混合气及氩氦混合气。

19 在何种焊接条件下，应优先选用等离子弧焊接工艺？

等离子弧焊接工艺是在氩弧焊工艺的基本上发展起来的，凡是用氩弧焊能够实现的焊接工艺，用等离子弧焊都可以完成。但是等离子弧焊接设备较贵，工艺过程（特别是穿透法等离子弧焊工艺）复杂，所以要根据具体的焊接条件决定是否选用等离子弧焊。

与氩弧焊一样，等离子弧焊也可分为手工操作及自动操作，小孔法只能采用自动操作，而熔透法可以采用手工操作及自动操作两种方式。

手工熔透法等离子弧焊接的最佳电流范围是0.1～50A，当电流超过50A时，使用手工氩弧焊更为经济。微束等离子弧焊机使用联合弧，如一段时间内需焊接多段焊缝或多个焊点，

等离子弧焊实训心得篇四
《等离子弧焊》

等离子弧焊实训心得篇五
《等离子弧焊》

等离子弧焊实训心得篇六
《焊接实训》

等离子弧焊实训心得篇七
《焊接工艺评定实训总结》

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焊接工艺评定实训总结

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完成时间： 2013 年 10 月 25 日

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等离子弧焊实训心得篇八
《等离子弧焊》

等离子弧焊接（WP 15）

一、 等离子弧焊原理及方法分类

1. 等离子弧：

是等离子体组成。自由电弧被强迫压缩后，电流密度增加，导致电弧温度升高，电离度增大，中性气体充分电离，就形成等离子弧。

2. 等离子弧产生的三要素

（1） 机械压缩作用：

利用水冷喷嘴孔道限制弧柱直径，提高弧柱的能量密度和温度。

（2） 热收缩作用：

由于水冷喷嘴，在喷嘴内壁建立一层冷气膜，迫使弧柱导电断面进一

步减小，电流密度进一步提高。这叫热收缩，也叫热压缩。

（3） 磁收缩作用：

弧柱电流本身产生的磁场对弧柱再压缩作用。也叫磁收缩效应。电流

密度越大，磁收缩作用越强。

3. 等离子弧的特点

（1）能量集中 （能量密度105~6 W/cm² TIG自由电弧<10 4 W/cm²）。

（2）温度高 （18000K～24000K）。

图1 自由电弧和等离子弧的比较图

4. 等离子弧的三种基本形式

（1）非转移型等离子弧

钨极为负，喷嘴为正，钨极与喷嘴之间产生等离子弧。（等离子束焊接）

图2 非转移型等离子弧示意图

（2） 转移型等离子弧

钨极为负，工件为正，钨极与喷嘴之间先引弧后，转移到钨极与工件之 间产生等离子弧。（等离子弧焊接）

图3 转移型等离子弧示意

（3）联合型等离子弧

非转移型和转移型弧同时并存。主要用于微束等离子弧焊、粉末堆焊 等方面。

图4 联合型等离子弧示意图

5. 等离子弧焊基本方法

（1）小孔型等离子弧焊（穿孔、锁孔、穿透焊）

利用能量密度大和等离子流力大的特 点，将工件完全熔透并产生一个贯穿工件的 小孔，熔化金属被排挤在小孔的周围，沿着 电弧周围的熔池壁向熔池后方移动，使小孔 跟着等离子弧向前移动，形成完全熔透的焊 缝。

一般大电流等离子弧（100～300安培） 时采用该方法。

图5 小孔型等离子弧焊焊缝成形原理

（2） 熔透型等离子弧焊

特点：

离子气流量小， 弧柱压缩程度较弱时， 工件只熔化而不产生 小孔效应。

用途：

薄板单面焊双面 成形，厚板多层焊。

图6 熔透型等离子弧焊焊缝成形原理

（3） 微弧（束）等离子弧焊

30安培以下熔透型焊接方法为微弧（束）等离子弧焊。

用途： 焊细丝、箔材、不锈钢0.025mm的薄板。

二、等离子弧焊设备及电源特性

设备组成：

由焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统、水路系统等组成。

图7 等离子弧焊设备构造简图

可分为：

大电流等离子弧焊接设备——采用转移型电弧。

微束等离子弧焊接设备——30安培以下采用联合型电弧。

1. 焊接电源：

由于等离子弧工作在特性曲线的平特性段，所以电源一般采用下降或恒流特性外特性。

图 8 自由电弧和压缩电弧特性曲线简图

需要较高的空载电压。 纯Ar时 65～80伏

Ar+H2混合气时 110～120伏 一般采用直流正接（负极型）， 焊Al、Mg、铝青铜时采用交流。

2. 气路：

离子气——分三路供给，其中一路调节气路衰减时间。

保护气——Ar

背面保护气——Ar

3. 控制系统：

高频引弧器、行走小车、填充焊丝拖动控制、衰减控制、程序控制电路等组成。

图9 等离子弧焊工作程序循环图

等离子弧焊实训心得篇九
《手工焊实训总结》

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手工焊实训总结

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完成时间： 2013 年 9 月 1 日

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等离子弧焊实训心得篇十
《等离子弧焊》

等离子弧焊

目录·等离子弧焊（PAW）简介

·等离子弧焊接和切割

·各种焊接方法及设备(等离子弧焊)

·国外焊接技术最新进展情况（等离子弧焊）

·等离子弧焊的工艺参数

·等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究

·等离子焊优点

·合金材料的等离子弧焊

·超薄壁管子的微束等离子弧焊

缩写abbr. ：PAW.

[军] Plasma-Arc Welding, 等离子弧焊

——简明英汉词典

利用等离子弧作为热源的焊接方法（见图 等离子弧焊（穿孔式）） 。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高於一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。根据各种工件的材料性质，也有使用氦或氩氦、氩氢等混合气体的。等离子弧有两种工作方式。一种是“非转移弧”，电弧在钨极与喷嘴之间燃烧，主要用於等离子喷镀或加热非导电材料；另一种是“转移弧”，电弧由辅助电极高频引弧后，电弧燃烧在钨极与工件之间，用於焊接。形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。前一种形式的等离子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用於0.8～3毫米厚的板材焊接；后一种形式的等离子弧只熔穿板材，形成钥匙孔形的熔池，多用於 3～12毫米厚的板材焊接。此外，还有小电流的微束等离子弧焊，特别适合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。等离子弧焊接属於高质量焊接方法。焊缝的深/宽比大，热影响区窄，工件变形小，可焊材料种类多。特别是脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展，更扩大了等离子弧焊的使用范围。

等离子弧焊（PAW）简介

★过程特点

等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：

1、微束等离子：0.1～15A

在很低的焊接电流下，材苁褂梦⑹壤胱踊 ＜词乖诨〕け浠怀?0mm时，柱状弧仍能保持稳定。

2、中等电流：15～200A

在较大的15～200A电流下，等离子弧的过程特点与TIG弧相似，但由于等离子被压缩过，弧更加挺直。虽然可提高等离子气流速度来增加焊接熔池的度深，但会造成在紊乱的保护气流中，混入空气和保护气体的风险。

3、小孔型等离子：大于

100A

通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产生强有力的等离子束，与激光或电子束焊接一样，它能够在材料上形成充分的熔深。焊接时，随着焊接熔池的流动，金属穿过小孔被切割后在表面张力作用下形成焊道。单道焊时，该过程可用于焊接较厚的材料（厚度不超过10mm的不锈钢）。

★电源

使用等离子弧焊时，通常采用直流电流和垂降特性电源。由于从特别的焊炬排列方式和各自分离的等离子、保护气流中获得了独特的操作特性，可在等离子控制台上增加一个普通的TIG电源，还可以使用特别组建的等离子系统。采用正弦波交流电时，不容易使等离子弧稳定。当电极和工件间距较长且等离子被压缩时，等离子弧很难发挥作用，而且，在正半周期内，过热的电极会使导电嘴变成球形，从而干扰弧的稳定。

可使用专用的直流开关电源。通过调节波形的平衡来减少电极正极的持续时间，使电极得到充分冷却，以维护尖头导电嘴形状，并形成稳定的弧。

★起弧

虽然等离子弧是通过采用高频产生的，但它首先是在电极和等离子喷嘴之间形成的。该维弧被装在焊炬中，需要焊接时，再将它转移到工件上。与在焊缝间保持的维弧相同，维弧系统能确保稳定的起弧，这避免了对产生电子干涉的高频的需要。

★电极

用于等离子过程使用的是含2%氧化钍的钨电极和铜的等离子喷嘴。与TIG焊使用的导电嘴不同，在等离子过程中，对电极导电嘴的直径要求不那么严格，但压缩角须保持在30°～60°左右。等离子喷嘴孔的直径是很重要的，在相同的电流强度和等离子气流速度下，孔直径太小会导致喷嘴被过度腐蚀甚至熔化。在工作电流下，需要谨慎使用直径过大的等离子喷嘴。

注：孔的直径过大，可能会对弧的稳定及孔的维护造成困难。

★等离子和保护气体

通常等离子气体的组合气体是氩气，并含有2%～5%的氩气作为保护气体。氦气也能用做等离子气体，但由于它温度较高，会降低喷嘴的电流上升率。氢气含量越少，进行小孔型等离子焊接就越困难。

★应用

☆微束离子焊接

微束离子通常用于焊接薄板材（厚度为0.1mm）、焊丝和网孔部分。针型挺直的弧能将弧的偏离和变形减到最小。虽然等效的TIG 弧更扩散，但更新的晶体管化的（TIG）电源能在低电流下产生非常稳定的弧。

☆中等电流焊接

在熔化方式下可选择该方法进行传统的TIG焊。 它的优点是能产生较深的熔深（愿于较高的等离子气流），能容许包括药皮（焊炬中的焊条）在内的较大的表面污染。主要缺点是焊炬笨重，使手工焊接比较困难。在机械化焊接中，应该更加注意焊炬的维护以保证稳定的性能。

☆小孔型焊接

可用的几点优势是：熔深较深、焊接速度快。与TIG 弧相比，它能焊透厚度达10mm的板材，但使

用单道焊接技术时，通常将板材厚度限制在6mm内。通常的方法是使用有填充物的小孔，以确保焊道断面的光滑（无齿边）。由于厚度达到了15mm，要使用6mm厚的钝边进行V型接头准备。也可使用双道焊技术，在熔化方式下通过添加填充焊丝，自动生成第一和第二条焊道。

必须精确地平衡焊接参数、等离子气流速度和填充焊丝的添加量（填入小孔）以维护孔和焊接熔池的稳定，这一技术只适用于机械化焊接。虽然通过使用脉冲电流，该技术能用于位置焊接，但它通常是用于对较厚的板材材料（超过3mm）进行高速平焊。进行管道焊接时，必须精确地控制溢出电流和等离子气流速度以确保小孔关闭。

本文引用地址：

等离子弧焊接和切割

等离子弧焊接和切割：

1.1 等离子弧的产生：

（1）等离子弧的概念：

自由电弧：未受到外界约束的电弧，如一般电弧焊产生的电弧。

等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。

自由电弧弧区内的气体尚未完全电离，能量未高度集中，而等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达105~106W/cm2，电弧温度可高达24000～5000K（一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000～20000K，能量密度在104W/cm2以下）能迅速熔化金属材料，可用来焊接和切割。

（2）等离子弧的产生

等离子弧发生装置如图6-4-1所示。

在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。

①机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。 ②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。

③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。

电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。

当小直径喷嘴，大的气体流量和增大电流时，等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲击力，这种等离子弧称为“刚性弧”，主要用于切割金属。反之，若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时，该等离子弧称为“柔性弧”，主要用于焊接。

1.2 等离子弧焊接

1.2.1 基本知识

用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。

焊接时离子气（形成离子弧）和保护气（保护熔池和焊缝不受空气的有害作用）均为氩气。

等离子弧焊所用电极一般为钨极（与钨极氩弧焊相同，国内主要采用钍钨极和铈钨极，国外还采用锆钨极和锆极），有时还需填充金属（焊丝）。一般均采用直流正接法（钨棒接负极）。故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。

1.2.2 等离子弧焊接的分类：

等离子弧焊可分为大电流等离子弧焊和微束等离子弧焊等

（1）大电流等离子孤焊：

有两种工艺：一种为穿孔型等离子弧焊，一种为熔入型等离子弧焊。

①穿孔型等离子弧焊：

在等离子能量密度足够和等离子流力够大等条件下焊接，产生穿透小孔，熔化金属被排挤在小孔周围和后方，随着等离子弧前移，小孔也前移，该现象叫小孔效应。该焊接工艺方法称为穿孔型等离子弧焊。 穿孔型离子弧焊可保证完全焊透，一般大电流等离子弧焊（100～300A）大都采用此方法。但穿孔效应只有在足够的能量密度条件下形成，且能量密度的提高受到限制，故该方法只能在有限板厚内进行——目前生产应用的板厚范围为：

碳钢7mm，不锈钢8～10mm，钛10～12mm。

该方法最适合于焊接3～8mm不锈钢，12mm以下钛合金，2～6mm低碳或低合金结构钢，以及铜、黄铜、镍及镍基合金的对接缝。

②熔入型等离子弧焊——当离子气流量减小，穿孔效应消失时采用。

该方法同一般钨极氩弧焊相似。

该方法适用于薄板，多层焊缝的盖面及角焊缝，可填加或不填加焊丝，其优点为焊速较快。

（2）微束等离子弧焊：指15A～30A以下的熔入型等离子弧焊

微束等离子弧焊的等离子弧喷射速度和能量密度较小，比较柔和，可用于焊接0.025～2.5mm的箔材及薄板。

1.2.3 等离子弧焊接的特点及应用：

特点：

（1）微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。

（2）具有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形。

（3）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，10～12mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。

（4）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。

应用：广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的导弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。

本文引用地址：

各种焊接方法及设备(等离子弧焊)

什么是等离子弧焊？试述等离子弧的产生方法。

借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高能量浓度的等离子弧进行焊接的方法称为等离子弧焊。 等离子弧是自由电弧压缩而成，它是通过以下三种压缩作用获得的，机械压缩效应示意图见图22。

（1）机械压缩 将电弧强制通过具有小孔径喷嘴的孔道,使电弧受到压缩。

（2）热压缩当等离子气体 （Ar、N气）以一定的速度和流量经喷嘴时，靠近电弧一侧的气体通过弧柱，吸收大量热量而电离，成为等离子弧的一个组成部分。但是靠近喷嘴内壁的气体，由于受到喷嘴强烈的冷却作用，形成一个冷气套，迫使弧柱截面进一步缩小称为热压缩。

（3）磁压缩 弧柱电流是一束平行的同向电流线，必然产生往内的收缩力。当电弧受到机械压缩和热压缩之后，截面缩小，因而电流密度增大，由此产生的电磁收缩力必然增大，形成磁压缩。

试述等离子弧的类型。

按电源连接方式的不同，等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式见图23。

（1）非转移型等离子弧 钨极接电源负端，焊件接电源正端，等离子弧体产生在钨极与喷嘴之间，在等离子气体压送下，弧柱从喷嘴中喷出，形成等离子焰。

（2）转移型等离子弧 钨极接电流负端，焊件接电流正端，等离子弧产生的钨极和焊件之间。因为转移弧能把更多的热量传递给焊件，所以金属焊接、切割几乎都是采用转移型等离子弧。

（3）联合型等离子弧 工作时非转移弧和转移弧同时并存，故称为联合型等离子弧。非转移弧起稳定电弧和补充加热的作用，转移弧直接加热焊件，使之熔化进行焊接。主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊。

试述转移型等离子弧的产生方法。

为建立转移型等离子弧，应将钨极接电源负极，喷嘴和焊件同时接正极，转移型弧示意图见图24。首先接通钨极与喷嘴之间的电路，引燃钨极与喷嘴之间的电弧，接着迅速接通钨极和焊件之间的电路，使电弧转移到钨极和焊件之间直接燃烧，同时切断钨极和喷嘴之间的电路，转移型等离子弧就正式建立。

在正常工作状态下，喷嘴不带电，在开始引燃时产生的等离子弧，只是作为建立转移弧的中间媒介。

试述常用等离子弧焊的基本方法。

常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。

（1）小孔型等离子弧焊 使用较大的焊接电流，通常为50～500A，转移型弧。施焊时，压缩的等离子焰流速度较快，电弧细长而有力，为熔池前端穿透焊件而形成一个小孔，焰流穿过母材而喷出，称为 “小孔效应”，其示意图见图25。随着焊枪的前移，小孔也随着向前移动，后面的熔化金属凝固成焊缝。由于等离子弧能量密度的提高有一定限制，因此小孔型等离子弧焊只能在有限厚板内进行焊接，见表2。

表2 小孔型等离子弧焊一次焊透厚度 （mm）

不锈钢 ≤8

钛及钛合金 ≤12

镍及镍合金 ≤6

低合金钢 ≤7

低碳钢 ≤8

（2）熔透型等离子弧焊 当等离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时，此种等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应，焊缝成形原理与钨极氩弧焊相似，称为熔透型等离子弧焊，主要用于厚度小于2～3mm的薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。

（3）微束等离子弧焊 焊接电流30A以下熔透型焊接称为微束等离子弧焊。采用小孔径压缩喷嘴

（ф0.6mm～ф1.2mm）及联合型弧，当焊接电流小至1A以下，电弧仍能稳定地燃烧，能够焊接细丝和箔材。

试述等离子弧焊设备的组成。

等离子弧焊设备分为手工焊和自动焊两大类。手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。自动焊设备则由焊接电源、焊枪、焊接小车（或转动胎具）、控制电路、气路及小路等部分组成。 按照焊接电流的大小，等离子弧焊接设备又可分为大电流等离子弧焊设备和微束等离子弧焊设备两大类。 大电流等离子弧和微束等离子弧的焊接系统，见图26。