等离子弧焊接考试习题

等离子弧焊接考试习题

熔透法自动焊接应用广泛，特别是用微束等离子弧焊接小型精密元件如医疗设备元件，光学仪器元件，精密仪器元件，膜盒或波纹管等。而氩弧焊只适合焊接板厚0.2mm以上的工件，在使用氩弧焊焊接环缝超薄件时，引弧与收弧技术比等离子工艺复杂得多。

用等离子弧焊代替氩弧焊进行厚板焊接时，可以提高焊接速度或减少焊接道数。用穿透型等离子弧焊接工艺可以一次焊透1.6～8mm的工件，而氩弧焊电弧穿透力小，厚度超过3mm就要采用多道焊。

等离子弧温度高，能量集中，在焊高熔点材料，如焊耐热合金时，铁液流动性好，焊缝成形美观。而使用氩弧焊时，铁液发粘，焊接速度慢，焊缝表面不如等离子弧焊缝光亮。 等离子弧焊具有电弧刚性大，穿透力强，热量集中，电弧温度高等特点。所以等离子弧焊是最容易实现单面焊双面成形的弧焊方法。熔透法与氩弧焊相比，焊缝深宽 比大，热影响区窄，焊缝两侧的金属更容易托住熔池，有利于形成背面焊缝。穿透型等离子弧焊本身就是单面焊背面成形的焊接方法。

20 用等离子弧进行环缝焊接时，应注意哪些问题？

环缝分为全位置焊接工艺及转动口（焊枪固定不动，工件旋转，相当于平焊）工艺。进行全位置焊接时，最好采用熔透法；而在转动口工艺中，既可以采用穿透法，也可以采用熔透法。

在环缝焊接过程中，应控制好引弧及收弧技术，所用的焊接电源应具有电流递增及电流衰减功能。在用小孔法进行焊接时，需采用焊接电流、离子气流量递增控制起 弧，即引弧时逐渐增加电流及离子气流量，平缓地在工件上挖掘小孔。在收弧过程中，如采用熔透法，环缝首尾应相搭一段后再衰减电流熄灭电弧。如采用穿透法， 收弧时逐渐减小电流及离子气流量来闭合小孔。

21 用微束等离子弧焊接超薄件时，应注意哪些问题？

微束等离子弧焊的电流范围从0.1～30A。由于微束等离子弧采用联合弧，电弧燃烧很稳定。但仅有好的焊机还是不够的，还应采取合理的接头形式及夹具才能获得优质的焊接接头。

焊接厚度在0.05～1.0mm之间，常用的接头形式如图。厚度小于0.25mm的工件，建议使用端接接头，端接接头是焊金属箔片较方便的接头形式。

焊接壁厚为0.1～0.2mm的金属箔片时，焊口附近微小的热量波动都可能使熔化焊道分离，以致无法得到连续的焊缝。因此要求夹具在整个焊接过程中与工件 紧密接触，利用夹具对焊件的良好的散热作用稳定焊缝成形以及降低焊接变形。如普通夹具紧箔件效果不好，可考虑使用气动琴键夹具或弹簧琴键夹具。

另外，焊接超薄件时对双弧极为敏感，双弧出现的次数与焊接缺陷有明显的对应关系。焊超薄件时较为简单有效的防止双弧的方法是降低焊接速度。

22 用等离子弧能够焊接哪些金属材料？

凡氩弧焊能焊的材料均可用等离子弧焊接，如碳钢、耐热钢、蒙乃尔合金、可伐合金、钛合金、铜合金、铝合金以及镁合金等。

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除铝、镁及其合金外，其余材料均采用直流正极性接法焊接；铝、镁及其合金采用交流或直流反极性接法焊接。用直流正极性等离子弧焊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达12mm(穿透法)。

等离子弧焊接的冶金过程与氩弧焊相同，只是由于等离子弧有较小的电弧直径，焊接时母材熔化量少，所以焊缝深宽比大，热影响区窄。焊接时对每一种母材的预热、后热以及气体保护等工艺要求与氩弧焊相同。

23 能够焊接铝、镁及其合金的等离子弧焊接设备有何特点？

由于铝、镁及其合金表面有坚硬、高熔点的氧化膜，在焊接过程中必须将这层氧化膜清除才能实现工件之间的焊合。当焊接电流的正极是钨极，负极是工件时，工件 表面的氧化膜可以被有效地清除，这种利用工件为电流负极清除氧化膜的方式称做“阴极清理”或“阴极雾化”。工件接电源负极的连接方式称直流反极性接法。用 直流电源，采用直流反极性接法虽然可以有效的清除氧化膜，但钨极烧损严重，焊缝深宽比小，所以直流反极性接法仅限于焊薄件，电流不大于70A。现在焊接 铝、镁及其合金大多采用交流方波电源，这种交流电源输出的正半周电流持续时间及负半周电流持续时间是可以调整的，利用正极性电流获得大的熔深，用反极性电 流清除氧化膜。还有一种专为穿透法设计的变极性交流方波电源，这种交流电源输出的正极性电流及反极性电流的幅值也是可以调节的。

24 等离子弧焊接时有哪些常见的焊接缺陷？

等离子弧焊常见的焊接缺陷有咬边及气孔。咬边是指由于焊接参数选择不当或操作方式不正确，沿着焊缝表面与母材交界处的母材部位产生的沟槽或凹陷。气孔是焊接时熔池中的气体在金属凝固之前未能来得及逸出，而在焊缝金属中（内部或表面）残留下来所形成的孔穴。

出现咬边的主要原因有：

1）电流过大。焊接时采用大电流是为了提高焊接速度，但焊接速度的上限应以不出现咬边为基准。

2）焊枪喷嘴轴线与焊缝的对中性不好，即焊枪向焊缝一侧倾斜。等离子弧柱细，电弧刚度大，焊缝成形对弧长不敏感，但对电弧对中性敏感，所以要求焊枪能够更严格地对准焊缝。 3）装配错边。坡口两侧边缘高低不平，则高位置一侧出现咬边。

出现气孔的主要原因有： 1）焊接速度过快。

2）焊前工件或填充丝表面没有清理干净。焊铝合金时，焊前应严格清洗工件及填充丝，否则很容易再现气孔。

3）使用的气体成分不合适。氩氢混合气体是焊接奥氏体不锈钢或耐热合金的常用气体，但氢含量过多会产生气孔。熔透法焊接时，φ（H2）≤7%。而穿透型等离子弧焊时，一般应控制φ（H2）在10%以下。

25 直流等离子弧焊电源有何特点？

等离子弧供电的电源应具有陡降或垂降特性，电源的空载电压应是等离子弧压的2.5倍以上，这种要求是为了稳定电弧。按电流等级等离子弧焊电源可分为微束等离子弧焊电源和大电流等离子电源。

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微束等离子电源采用联合弧，需要两套电源。主弧电源空载电压一般为60V以上，输出电流为0.1～30A。维弧电源的空载电压超过100V，电流为2～5A。

大电流等离子电源采用转移弧，转移弧是指焊接时将电极及喷嘴之间的电弧转移到工件上去，一般只需一套电源。大电流等离子电源输出电流可达500A。由于大电流等离子弧压高，电源空载电压超过80V。

电源最好具有电流递增或电流递减功能，以满足引弧及收弧的要求，这种功能对焊接环缝特别重要。

26 等离子弧焊接工艺也可以使用脉冲电流吗？

可以使用脉冲电流，脉冲频率一般为0.1～10Hz。等离子脉冲电源与氩弧焊脉冲电源相似，，输出电流在脉冲电流和基值电流 之间转换。使用脉冲等离子弧焊的目的是控制熔池，通常是一个脉冲形成一个熔池。与氩弧焊相似，脉冲电流期间，母材熔化，基值电流期间，熔池金属凝固成焊 缝。脉冲焊接法可以降低焊缝热输入，控制焊缝成形，减少热影响区宽度及焊接变形。脉冲焊适合焊薄件、热敏感性高的材料以及全位置焊。脉冲焊的缺点是焊接速 度低。

27 穿透型等离子弧焊接铝、镁及其合金最好使用何种电源？

最好使用变极性交流方波电源。这种电源输出的是正、反极性电源幅值及正、反极性电流持续时间均可调节的交流矩形波电流。

在铝、镁及其合金的穿透型等离子弧焊工艺中，焊前处理包括表面除油及清除氧化膜，一般可采用弱碱溶液清除表面油垢而用机械法清除氧化膜。但如使用变极性电 源，由于反极性半周的电流具有较强的清理氧化膜的功能，焊接大多数种类的铝、镁合金时，无需用机械法清除氧化膜，简化了焊前处理工艺。

28 等离子弧焊设备可以当作氩弧焊设备使用吗？

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的，因为等离子设备价格贵，电源空载电压高，所以不但设备投资大，而且运行费 用也高。

29 为什么焊接可伐合金时会出现气孔？

可伐合金是镍铜合金，对氢气孔敏感，所以保护气及离子气都不能添加氢气。可伐合金常用来做传感器的膜片，焊接时需采用微束等离子工艺，离子气使用氩气，保护气使用氦气。

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)。

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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。 2)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。

典型大电流焊接及小电流焊接条件下的气体选择分别见表1及表2。 表1 大电流等离子弧焊接用气体选择

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表2 小电流等离子弧焊接用气体选择

焊接工装

(1)接头形式用于等离子弧焊接的通用接头形式为：I形坡口、单面V形和U形坡口以及双面V形和U形坡口。这些坡口形式用于从一侧或两侧进行对接接头的单道焊或多道焊，除对接接头外，等离子弧焊也适合于焊接角焊缝和T形接头，而且具有良好的熔透性。 厚度大于1.6mm但小于表3所列厚度值的工件，可不开坡口，采用小孔法单面一次焊成。

对于厚度较大的工件，需要开坡口对接焊时，与钨极氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。第一道焊缝采用小孔法焊接，填充焊道则采用熔透法完成。图1为两种焊接方法所需V形坡口几何形状的比较。