汽车车身修复-学习情景8-5等离子切割与焊接

主讲：朱明高级技师、经济师,工程师高级技能专业教师高级汽车维修考评员学习情景八：车身焊接5.等离子切割等离子弧焊接一、基本要求1、掌握等离子弧的产生原理及特点2、了解等离子弧发生器的结构3掌握等离子弧焊接的几种主要的工艺形式及特点三、重点1、等离子弧的热源特点、等离子弧的静特性；2、等离子弧的焊接工艺参数的选择；第一节等离子弧焊接特点一）、等离子弧的形成等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：1)机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这种拘束作用就是机械压缩；2)热压缩喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩；3)电磁压缩由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受到进一步的压缩，这就是电磁压缩。二）、等离子弧的类型（一）非转移型电弧非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。（二）转移型电弧转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊接较厚的金属。（三）联合型电弧转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄板的焊接。24--+315++-+非转移转移联合等离子焊与氩弧焊的比较:•通过水冷喷嘴压缩电弧电弧集中热影响区小3-10mm的板不用开坡口可以焊接穿空效应•焊接速度快，焊件变形小，焊缝成型美观•单面焊接无需打底，不需复杂的焊前准备三）、等离子弧焊的特点及应用（一）特点由于等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点：1)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；2)焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近圆柱形，且挺直度好，弧长变化对加热斑点面积的影响很小，易获得均匀的焊缝形状；3)钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不会与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象；4)等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接微型精密零件；5)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。等离子弧焊的缺点是：1)可焊厚度有限，一般在25mm以下；2)焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；3)焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。（二）应用可用钨极氩弧焊焊接的金属，比如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜、蒙耐尔合金等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。等离子弧生器一、分类：等离子弧焊枪、割枪、喷枪。二、组成主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。1、喷嘴如图1-7-4所示。分类•按喷嘴孔道的数量，可分为单孔型和三孔型两种。三孔型喷嘴除了中心主孔外，主孔左右还有两个小孔。从这两个小孔中喷出的等离子气对等离子弧有一附加压缩作用，使等离子弧的截面变为椭圆形。当椭圆的长轴平行于焊接方向时，可显著提高焊接速度，减小焊接热影响区的宽度。•按孔道的形状，可分为圆柱型及收敛扩散型等两种。通常采用圆柱形压缩孔道，而收敛扩散型压缩孔道有利于电弧的稳定。(－)(＋)10KM1(＋)(＋)(－)12(＋)3456789345678910KMKM221最重要的喷嘴形状参数为压缩孔径及压缩孔道长度。1)喷嘴孔径dn2)dn决定了等离子弧的直径及能量密度。通常应根据焊接电流大小及等离子气种类及流量来选择。直径越小，对电弧的压缩作用越大，但太小时，等离子弧的稳定性下降，甚至导致双弧现象，烧坏喷嘴。2)喷嘴孔道长度l0在一定的压缩孔径下，l0越长，对等离子弧的压缩作用越强，但l0太大时，等离子弧不稳定。通常要求孔道比l0/dn在一定的范围之内，3)锥角对等离子弧的压缩角影响不大，30180范围内均可，但最好与电极的端部形状配合，保证将阳极斑点稳定在电极的顶端。喷嘴类型6541232、电极等离子弧焊接一般采用钍钨极或铈钨极，有时也采用锆钨极或锆电极。钨极一般需要进行水冷，小电流时采用间接水冷方式，钨极为棒状电极；大电流时，采用直接水冷，钨极为镶嵌式结构。棒状电极端头一般磨成尖锥形或尖锥平台形，电流较大时还可磨成球形，以减少烧损。与TIG焊不同，等离子焊时，钨极一般内缩到压缩喷嘴之内，从喷嘴外表面至钨极尖端的距离被称为内缩长度lr。为了保证电弧稳定，不产生双弧，钨极应与喷嘴保持同心，而且钨极的内缩长度lr要合适（lr=l00.2mm）。（二）焊接电流焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选定。焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大。但电流过大会引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性，而且，熔池金属会因小孔直径过大而坠落。因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。（三）等离子气等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采用相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。表8-2列出了大电流等离子弧焊焊接各种金属时所采用的典型气体。小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。这是因为氩气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。1212DF1DF2DF3DF4DF54444475776DF6保护气背面保护离子气泄入大气773金属厚度/mm焊接技术穿孔法熔透法碳钢（铝镇静钢）3.2ArAr3.2Ar25%Ar+75%He低合金钢3.2ArAr3.2Ar25%Ar+75%He不锈钢3.2Ar或92.5%Ar+7.5%H2Ar3.2Ar或95%Ar+5%H225%Ar+75%He3.2Ar或95%Ar+5%H225%Ar+75%He活性金属6.4ArAr6.4Ar+（50%70%）He25%Ar+75%He离子气流量直接决定了等离子流力和熔透能力。等离子气的流量越大，熔透能力越大。但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。利用熔入法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。（四）焊接速度焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。其它条件一定时，如果焊速增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失。如果焊速太低，母材过热，熔池金属容易坠落。因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。（五）喷嘴离工件的距离距离过大，熔透能力降低；距离过小则造成喷嘴堵塞。一般取3~8mm。和钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。（六）保护气体流量保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。在一定的离子气流量下，保护气体流量太大会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果。而保护气流量太小，保护效果也不好，因此，保护气体流量应与等离子气流量保持适当的比例。小孔型焊接保护气体流量一般在15~30L/min范围内。金属厚度/mm焊接工艺穿孔法熔透法铝1.6不推荐Ar或He1.6HeHe碳钢（铝镇静钢）1.6不推荐Ar或75%Ar+25%He1.6Ar或25%Ar+75%HeAr或25%Ar+75%He低合金钢1.6不推荐Ar，He或Ar+（1%5%）H21.625%Ar+75%He或Ar+（1%5%）H2Ar，He或Ar+（1%5%）H2不锈钢所有厚度Ar，25%Ar+75%He或Ar+（1%5%）H2Ar，He或Ar+（1%5%）H2（五）引弧及收弧利用穿孔法焊接厚板时，引弧及熄弧处容易产生气孔、下凹等缺陷。•对于直缝，采用引弧板及熄弧板来，先在引弧板上形成小孔，然后再过渡到工件上去；最后将小孔闭合在熄弧板上。•但环缝无法用引弧板及熄弧板，必须采用焊接电流、离子气流量递增控制法在工件上起弧，利用电流和离子气流量衰减法来闭合小孔。三）、焊接缺陷等离子弧焊的常见缺陷如表8-4所示焊接速度氩气流量（L/min）8642010离子气焊接停止开始电流开始焊接时间0246810120246810开始及焊接时间（s）终止时间（s）9.5mm低碳钢环缝小孔焊接50403020100焊接速度（cm/min）（小孔）表8-4常见缺陷及消除措施缺陷类型产生原因预防措施单侧咬边1.焊炬偏向焊缝一侧2.电极与喷嘴不同心3.两铺助孔编斜4.接头错边量太大5.磁偏吹1．改正焊炬对中位置2．调整同心度3．调整辅助孔位置4．加填充丝5．改变地线位置两侧咬边1.焊接速度太快2.焊接电流太小1．降低焊接速度2．加大焊接电流气孔1.焊前清理不当2.焊丝不干净3.焊接电流太小4.填充丝送进太快5.焊接速度太快1．除净焊接区的油锈及污物2．清洗焊丝3．加大焊接电流4．降低送丝速度5．降低焊接速度热裂纹1.焊材或母材含硫量太高2.焊缝熔深、熔宽较大，熔池太长3．工件刚度太大1．选用含硫低的焊丝2．调整焊接工艺参数3．预热、缓冷平特性电源654下降特性电源平特性电源下降特性电源高频87978465312123等离子弧其他切割方法等离子弧粉末堆焊原理2019/8/1426等离子弧喷涂原理2019/8/1427等离子弧其他切割方法等离子弧堆焊原理2019/8/1429