第七章等离子弧焊接与切割 (PAW PAC)
第七章 等离子弧焊接与切割 （PAW & PAC）
本章重点： （空气)等离子弧切割 本章难点： ①等离子弧的获得； ②（穿透型）等离子弧焊接。 学习建议： ①等离子弧焊接成本高，设备、工艺复杂，仅用于一些特殊场合的 焊接，故本章不作为重点内容，不作详细讨论； 。②将来工作接触最多的为空气等离子弧切割，因此本章内容以空气 等离子弧切割为重点； ③有关（空气）等离子弧切割，还可以参考“松下焊接教程一等 离子弧切割的内容
本章重点： （空气）等离子弧切割 本章难点： ①等离子弧的获得； ②（穿透型）等离子弧焊接。 学习建议： ①等离子弧焊接成本高，设备、工艺复杂，仅用于一些特殊场合的 焊接，故本章不作为重点内容，不作详细讨论； ②将来工作接触最多的为空气等离子弧切割，因此本章内容以空气 等离子弧切割为重点； ③ 有关（空气）等离子弧切割，还可以参考“松下焊接教程——等 离子弧切割”的内容
第一节等离子狐的形成及其特性 一、等离子孤的形成 等离子体：物质存在的一种状态（右图） 等离子态及其形成过程（下图） HEAT INPUT HEAT INPUT Tonization ⊙⊙ PLASMA STATE H2 N2 2H2N加H NEUTRAL GAS NEUTRAL GAS 有关等离子体更详细的情况，可参看 http://www.plasmas.org/
一、等离子弧的形成 第一节 等离子弧的形成及其特性 等离子体：物质存在的一种状态(右图） 有关等离子体更详细的情况，可参看 http://www.plasmas.org/ 等离子态及其形成过程（下图）
1、等离子弧(P1 asma arc) 是一种压缩电弧（相对于自由电弧如TG电弧而言） 自由电弧一电流增大，弧柱直径增大，二者不能 独立调节，所以电流密度、能量密度和温度的增加受限。 压缩电弧一电流增大，但弧柱直径不能相应增大， 则能量密度、温度、等离子体流速显著增大
1、等离子弧（Plasma arc） 是一种压缩电弧（相对于自由电弧如TIG电弧而言） 自由电弧——电流增大，弧柱直径增大，二者不能 独立调节，所以电流密度、能量密度和温度的增加受限。 压缩电弧——电流增大，但弧柱直径不能相应增大， 则能量密度、温度、等离子体流速显著增大
2、等离子弧的形成原理 如何压缩？ 途径：将电极内缩于导电喷 嘴内部，产生三种压缩作用 ·电弧通过小孔—机械压缩（前提） ·离子气冷却一 热收缩（主因） ·电磁收缩 使弧柱变得更细 Tungsten electrode 结果：电弧直径变小、温度升高、 。能量密度增大 Cooling water 应用：焊接、切割、堆焊、 喷涂、治金 sma qa ieldingg
应用：焊接、切割、堆焊、 喷涂、冶金 2、等离子弧的形成原理 如何压缩？ 途径：将电极内缩于导电喷 嘴内部，产生三种压缩作用 • 电弧通过小孔——机械压缩（前提） • 离子气冷却——热收缩（主因） • 电磁收缩——使弧柱变得更细 结果：电弧直径变小、温度升高、 能量密度增大
on of the TIG/GTAW (left)and Plasma(right) 3、等离子狐的影响因素 电流一电流越大，压缩程度越高 喷嘴孔道形状和尺寸 喷嘴孔径 孔道比 压缩角电弧类型 形状：圆柱形（常用） 0.61.2 2.0-6.025~45联合型 喇叭形（喷涂多用） 1.6-3.5 1.0-1.26090 转移型 梅花形（切割多用） 尺喷嘴孔径d,及孔道长度1是压缩喷嘴的两个重要尺寸。 孔径越小、孔道越长，压缩程度越大。它们之间的配 合关系见上表
喷嘴孔道形状和尺寸—— 形状：圆柱形（常用） 喇叭形（喷涂多用） 梅花形（切割多用） 尺寸：喷嘴孔径dn及孔道长度ln是压缩喷嘴的两个重要尺寸。 孔径越小、孔道越长，压缩程度越大。它们之间的配 合关系见上表。 喷嘴孔径 孔道比 压缩角 电弧类型 0.6~1.2 2.0~6.0 25~45 联合型 1.6~3.5 1.0~1.2 60~90 转移型 3、等离子弧的影响因素 电流——电流越大，压缩程度越高
内缩度（影响压缩程度）和同心度（影响电弧稳定性） 内缩长度L,一般取L,L。±0.2mm。 安装电极时应注意电极与喷嘴应保持同心。一般焊接 时要求高频火花布满圆周75%80%以上（可根据电极和喷 嘴之间的高频火花在电极四周的分布情况检查)。 离子气体种类及流量一一在一定范围内，气体的携热 性越强、流量越大，压缩程度越高，也有利于电弧的稳 定
内缩度（影响压缩程度）和同心度（影响电弧稳定性） 内缩长度Lr一般取Lr =Lo + 0.2mm。 安装电极时应注意电极与喷嘴应保持同心。一般焊接 时要求高频火花布满圆周75%~80%以上（可根据电极和喷 嘴之间的高频火花在电极四周的分布情况检查 ）。 离子气体种类及流量－－在一定范围内，气体的携热 性越强、流量越大，压缩程度越高，也有利于电弧的稳 定
喷嘴孔径、电流大小、气体流量的配合可参见下表。 喷嘴孔径mm 电流A 离子气流量 L/min 0.8 125 0.24 1.6 20~70 0.47 2.1 40~100 0.94 2.5 100~200 1.89 3.2 150~300 2.36 4.8 200~500 2.83
喷嘴孔径、电流大小、气体流量的配合可参见下表。 喷嘴孔径mm 电流A 离子气流量 L/min 0.8 1~25 0.24 1.6 20 ~ 70 0.47 2.1 40 ~ 100 0.94 2.5 100 ~ 200 1.89 3.2 150 ~ 300 2.36 4.8 200 ~ 500 2.83
二、等离子孤的特性： 1.温度高、能量密度大：24000~50000K、 105~108W/cm2(TIG电弧相应为10000-24000K、<104w) TG weld 。 24.000'+K 18-24.000+K 14-18.000+K 10-14,000+K0 lasma weld 2. 能量分布均衡：在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热 3挺度好、冲力大：扩散角小，对弧长波动不敏感 4.稳定性好：电流小至0.1A电弧仍稳定燃烧
二、等离子弧的特性： 1. 温度高 、 能 量 密 度 大 ： 24000~50000K 、 105~108W/cm2（TIG电弧相应为10000~24000K、<104w） 2. 能量分布均衡：在整个弧长上温度均衡，靠弧柱加热 3. 挺度好、冲力大：扩散角小，对弧长波动不敏感 4. 稳定性好：电流小至0.1A电弧仍稳定燃烧
三、等离子弧的类型及应用 非转移型（如图右）：电弧在钨极和喷嘴之间形成 后，在高速气流作用下冲出喷嘴（也叫等离子焰） 转移型（如图左）：电弧先在钨极和导电喷嘴 间引燃，转移到工件上形成新的导电回路后，切断钨 极与导电嘴之间的电弧。 Plasma Gas Transterred Non-Transferred
三、等离子弧的类型及应用 非转移型(如图右)：电弧在钨极和喷嘴之间形成 后，在高速气流作用下冲出喷嘴（也叫等离子焰） 转移型 （如图左） ：电弧先在钨极和导电喷嘴 间引燃，转移到工件上形成新的导电回路后，切断钨 极与导电嘴之间的电弧