http://www.wordwendang.com 图5—4 等离子弧的类型
1—钨极 2—喷嘴 3—转移弧 4—非转移弧 5—工件 6—冷却水 7—弧焰 8—离子气
(一)非转移型等离子弧
钨极接电源负极，喷嘴接电源正极，等离子弧体产生在钨极和喷嘴之间，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰。 (二)转移型等离子弧
钨极接电源负极，工件接电源正极，等离子弧体产生于钨极与工件之间。转移弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后才能过渡到转移弧。金属焊接、切割几乎均采用转移型弧。
(三)联合型等离子弧
工作时，非转移型弧和转移弧同时存在，称为联合型等离子弧。主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊等。
四、等离子弧焊接
(一)等离子弧焊基本方法
按焊缝成形原理，等离子弧焊有三种基本方法：小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊。
1．小孔型等离子弧焊
小孔型焊又称穿孔、锁孔或穿透焊。利用等离子弧能量密度大和等离子流力强的特点，将工件完全熔透并产生一个贯穿工件的小孔。被熔化的金属在电弧吸力、液体金属重力与表面张力相互作用下保持平衡。焊枪前进时，小孔在电弧后方锁闭，形成完全熔透的焊缝。 穿孔效应只有在足够的能量密度条件下才能形成。板厚增加所需能量密度也增加。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板厚内进行。 2．熔透型等离子弧焊 当离子气流量较小、弧抗压缩程度较弱时，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。焊缝成形原理和钨极氩弧焊类似，此种方法也称熔入型或熔触法等离子弧焊。主要用于薄板加单面焊双面成形及厚板的多层焊。 3．微束等离子弧焊
15～30A以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接。由于喷嘴的拘束作用和维弧电流的同时存在，使小电流的等离子弧可以十分稳定，目前已成为焊接金属薄箔的有效方法。为保证焊接质量，应采用精密的装焊夹具保证装配质量和防止焊接变形。工件表面的清洁程度应给予特别重视。为了便于观察，可采用光学放大观察系统。 (二)等离子弧焊设备
1．等离子弧焊设备的组成
和钨极氩弧焊一样，按操作方式，等离子弧焊设备可分为手工焊和自动焊两类。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(或转动夹具)、控制电路、气路及水路等部分组成。
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下降或垂直下降特性的整流电源或弧焊发电机均可作为等离子弧焊接电源。用纯氩作为离子气时，电源空载电压只需65～80V；用氢、氩混合气时，空载电压需110～120V。 大电流等离子弧都采用等离子弧，用高频引燃非转移弧，然后转移成转移弧。 30A以下的小电流微束等离子弧焊接采用混合型弧，用高频或接触短路回抽引弧。由于非转移弧在非常焊接过程中不能切除因此一般要用两个独立的电源。 3．气路系统
等离子弧焊机供气系统应能分别供给可调节离子气、保护气、背面保护气。为保证引弧和熄弧处的焊接质量，离子气可分两路供给，其中一路可经气阀放空，以实现离子气流衰减控制。
4．控制系统
手工等离子弧焊机的控制系统比较简单，只要能保证先通离子气和保护气，然后引弧即可。自动化等离子弧焊机控制系统通常由高频发生器，小车行走。填充焊口逆进拖动电路及程控电路组成。程控电路应能满足提前送气、高频引弧和转弧、离子气递增、延迟行走、电流和气流衰减熄弧。延迟停气等控制要求。
五、等离子弧焊接工艺参数
小孔型等离子弧焊接时，焊接过程中确保小孔的稳定，是获得优质焊缝的前提。影响小孔稳定性的主要工艺参数有：离子气流量、焊接电流及焊接速度，其次为喷嘴距离和保护气体流量。
(一)离子气流量 离子气流量增加，可使等离子流力和熔透能力增大。在其它条件不变时，为了形成小孔，必须要有足够的离子气流量。但是离子气流量过大也不好，会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。喷嘴孔径确定后，离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，即离子气流量、焊接电流和焊接速度三者之间要有适当匹配。 (二)焊接电流
焊接电流增加，等离子弧穿透能力增加。和其它电弧焊方法一样，焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选定的。电流过小，不能形成小孔。电流过大，又将因小孔直经过大而使熔池金属坠落。此外，电流过大还可能引起双弧现象。为此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能被限定在某一个合适的范围内，而且这个范围与离子气的流量有关。
(三)焊接速度
焊接速度也是影响小孔效应的一个重要参数。其它条件一定时，焊速增加，焊缝热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失。反之，如果焊速过低，因材过热，背面焊缝会出现下陷甚至熔池泄漏等缺陷。焊接速度的确定，取决于离子气流量和焊接电流。 (四)焊嘴距离
距离过大，熔透能力降低，因为距离过大时，造成喷嘴被飞溅物粘污，一般取3～8mm距离合适。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。 (3-)保护气体流量
保护气流量应与离子气流量有一个适当的比例，离子气流量不大而保护气体流量过大时会导致气流的紊乱，将影响电弧稳定性和保护效果。小孔型焊接保护气体流量一般在15～30L／min范围内。
熔透型等离子弧焊的工艺参数项目和小孔型等离子弧焊基本相同。工件熔化和焊缝成形过程则和钨极氩弧焊相似。中、小电流(0．2～100A)熔透型等离子弧焊通常采用联合型弧。由于非转移弧(维弧)的存在，使得主弧在很小电流下(1A以下)也能稳定燃烧。维弧的阳极斑点位于喷嘴孔壁上，维弧电流过大容易损坏喷嘴，一般选用2～5A。 小孔型、熔透型等离子弧焊也可以采用脉冲电流焊接，借以控制全位置焊接时的焊缝成形、减小热影响区宽度和焊接变形，脉冲频率在15Hz以下。脉冲电源结构形式基本上和钨极脉冲氩弧焊的相似。
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六、安全防护技术 (一)防电击
等离子弧焊接和等离子切割机用电源的空载电压较高，尤其在手工操作时，有电击的危险。因此，电源在使用时必须可靠接地，焊枪枪体或割枪枪体与手触摸部分必须可靠绝缘。可以采用较低电压引燃非转移弧后再接通较高电压的转移弧回路。如果启动开关装在手把上，必须对外露开关套上绝缘橡胶套管，避免手直接接触开关。尽可能采用自动操作方法。 (二)防电弧光辐射
电弧光辐射强度大，它主要由紫外线辐射、可见光辐射与红外线辐射组成。等离子弧较其它电弧的光辐射强度更大，尤其是紫外线强度，故对皮肤损伤严重，操作者在焊接或切割时必须带上良好的面罩、手套，最好加上吸收紫外线的镜片。自动操作时，可在操作者与操作区设置防护屏。等离子弧切割时，可采用水中切割方法，利用水来吸收光辐射。 (三)防灰尘与烟气
等离子弧焊接与切割过程中伴随有大量汽化的金属蒸气、臭氧、氮化物等。尤其切割时，由于气体流量大，致使工作场地上的灰尘大量扬起，这些烟气与灰尘对操作工人的呼吸道、肺等产生严重影响。切割时，在栅格工作台下方还可以安置排风装置，也可以采取水中切割方法。
(四)防噪声
等离子弧会产生高强度、高频率的噪声，尤其采用大功率等离子弧切割时，其噪声更大，这对操作者的听觉系统和神经系统非常有害。其噪声能量集中在2000～8000Hz范围内。要求操作者必须戴耳塞。在可能的条件下，尽量采用自动化切割，使操作者在隔音良好的操作室内工作，也可以采取水中切割方法，利用水来吸收噪声。 (五)防高频
等离子弧焊接和切割采用高频振高器引弧，高频对人体有一定的危害。引弧频率选择在20～60kHz较为合适。还要求工件接地可靠，转移弧引燃后，立即可靠地切断高频振荡器电源。
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等离子弧焊原理及操作安全
