等离子操作规程及工艺Word文档格式.docx

等离子操作规程及工艺Word文档格式.docx

《等离子操作规程及工艺Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等离子操作规程及工艺Word文档格式.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

考虑到实际生产中焊接速度的重要性，我们选取了焊接速度做为定量，重点对离子气，电流，喷嘴孔径做实验对象。

为了减小对焊接工艺的影响因数，对实验设备和板材做如下要求：

设备：

HPT400等离子焊枪、HPT500等离子焊枪、TETRIX400电源、406控制箱、RC-4水箱、HL2000纵缝焊机。

板材：

304焊丝308焊丝直径：

Φ0.8，Φ1.0，Φ1.2

厚度3~8mm对接形式：

I型间隙≤0.5mm错边量≤0.5mm

　HPT400等离子枪的焊接参数

　　HPT400等离子枪的焊接参数如下表所示。

板厚

（mm）

离子气（L/min）

电流

（A）

速度

（mm/min）

弧压

（V）

送丝速度

喷嘴

（mm）

3

2.0-3.0

135-145

300

23.5-24.5

1800

2.5

4

2.8-3.5

155-165

280

25-26

1900

2.8

5

3.0-4．2

160~180

220

21.5~23

3.2

6

4.5-5.5

180~190

200

28.0~28.5

3.2/3.5

8

6.5-7.5

200-215

160

30~30.5

3.5/4.0

　HPT500等离子枪的焊接参数

　　HPT500等离子枪的焊接参数如下表所示。

送丝比

（‰）

2.0~3.0

110~120

380~400

26.5~27

330~360

2.0

3.0~4.0

150~160

580~600

2.5~3.5

280~300

27.5~28

680~700

4.3~4.8

260~270

420~440

6~6.5

190-205

195~205

400~420

等离子焊接操作

要进行自动等离子焊接时，正确的操作是十分关键的，错误操作可能导致意想不道严重的后果。

在一套等离子自动焊接系统中，从开机到最后的关气，有一定的先后顺序：

1.在进行等离子焊接之前，要先磨好钨极，根据电流的大小来选择合适的钨极形状。

然后装好钨极，并调节好钨极内缩量及钨极与喷嘴压缩孔同心。

同心度的调节情况要看高频火花的分布情况来决定，一般要看到高频火花均匀的分布在钨极的四周就可。

图15调节好的等离子焊枪

2.打开各种保护气的调节器及压缩空气气阀。

3.检查等离子水箱中是否有加水，而且加入的水必须为蒸馏水。

在加入水之后打开水箱稳压器，开水箱，打开焊接电源及控制电源。

注：

打开水箱之后，在水流量计中会有流量显示，如果没有显示，要关电检查原因。

图16水箱界面图17气体及水流量计

4.调节输入合适的工艺参数到控制电源中。

焊接参数包括送气时间、焊接电流、焊接速度、送丝速度、横摆及弧压跟踪等

5.模拟焊接

，观察小车的行走方向，是否送丝，调节好各种保护气的流量等。

图18控制面板

6.打开维弧，装好工件，调节工件对接

缝的中心在成型槽的正上方，并和等离子焰

中心在一条直线上。

7.调节好喷嘴的高度，并保证等离子焰在对接缝中心，将焊枪移到引弧板上。

图19维弧装置

8.将控制器的开关拨到焊接位置

，按下启动开关

开始焊接，在焊接的过程中，要观察电弧的中心是否对接缝偏离，如有偏离，用线控器

或手动微调。

9.当焊枪焊到收弧板上时，按下停止按钮

，收弧，焊枪抬升到一定高度，移走工件。

10.当焊接任务结束后，要先关维弧按钮

，关掉维弧，然后关焊接电源，控制电源，最后在通一段离子气和水之后（冷却喷嘴，保护钨极），关气，关水箱，关掉总电源。

影响等离子焊接的几点重要因素

由于等离子焊接可以大大提高焊接质量和生产效率，所以这种高能焊接方法在国内得到迅速发展。

了解等离子焊接原理及影响其焊接的因数已经变得非常重要了。

本文就等离子焊接的基本原理和影响起焊接的几点重要因数做浅显的介绍。

关键词：

等离子焊接喷嘴电流离子气速度

等离子弧产生原理

等离子焊接是从钨级氩弧焊的基础上发展起来的一种高能焊接方法。

钨级氩弧焊是自由电弧，而等离子电弧是压缩电弧。

等离子弧是离子气被电离产生高温离子化气体，并经过水冷喷嘴。

这样电弧就受到2个压缩效应即喷嘴的机械压缩和离子气冷气流的热收缩。

从而导致电弧的截面积小，电流密度增大，电弧温度增高。

等离子电弧能量密度可达105-106W/cm2，比自由电弧（约105W/cm2以下）高，其温度可达18000-24000K，也高于自由电弧（5000-8000）很多。

等离子电弧焊接原理见图1

影响等离子焊接效果的因素比较多。

在等离子焊接过程中主要的参数有焊接电流、等离子气流量、焊接速度、正保气流量和喷嘴的距离，其中最主要的是离子气流量和焊接电流以及焊接速度。

图1

等离子基本焊接方法

按焊逢成型原理，等离子焊接可分为两种基本焊接方法：

小孔型等离子弧焊和熔透型等离子弧焊。

小孔型等离子弧焊：

由于等离子具有能量集中﹑电弧力强的特点，在适当的参数条件下，等离子弧可以直接穿透被焊工件，形成一个贯穿工件厚度方向的小孔，小孔周围的液体金属在电弧力﹑液态金属表面张力以及重力左右下保持平衡，随着等离子弧在焊接方向移动，熔化金属沿着等离子弧周围熔池壁向熔池后方流动，并逐渐凝固形成焊逢，小孔也跟着等离子弧向前移动。

其原理见图2熔透型等离子弧焊：

当等离子弧受压缩程度较弱时，在焊接过程中只熔化工件，而不产生小孔，其原理与钨极氩弧焊类似。

等离子焊枪

等离子焊接时产生等离子电弧并用以进行焊接的工具称为等离子焊枪。

焊枪的冷却能力是衡量等离子焊枪的重要标准，由于等离子弧温度高，冷却效果直接影响到焊接过程中的能量稳定性，从而影响焊接效果。

因此焊枪的喷嘴和钨极夹必须得到充分的冷却。

等离子焊枪喷嘴的尺寸，孔径大小，结构形式是影响焊接效果的重要因数。

下面从喷嘴开始介绍影响等离子焊接的因数。

图2

喷嘴是等离子焊枪中重要的部分，它对电弧直接起到机械压缩的作用，压缩喷嘴的结构，类型和尺寸对等离子性能起决定作用，压缩喷嘴孔径d及孔道长度l是压缩喷嘴的关键尺寸参数。

见图3

图3

孔径d决定了等离子弧直径大小，即等离子弧受压缩程度，应根据焊接电流和离子气流量确定，对于给定的电流和离子气流量，孔径d越小，则压缩作用越小，而孔径d过小呢则可能产生双弧，破坏等离子弧的稳定性。

孔径d与等离子弧电流有个想匹配的关系见表1

喷嘴孔径d（mm）

0．8

1．6

2．1

2．5

3．2

4．8

等离子弧电流

1-25

20-75

40-100

100-200

150-300

200-500

表1

孔径d确定后，孔道长度l增加，对等离子弧的压缩作用增强，同时也容易引起双弧。

等离子弧常用压缩喷嘴结构有单孔，三孔，收敛，扩散型。

对于三孔型喷嘴，焊接时等离子弧受到较大直径的中心孔道压缩，部分离子气从中心孔道流出，其他离子气则通过两旁较小的孔道，从这两个孔道喷出的离子气流可将等离子弧产生的圆柱形热场变为椭圆形，当三个孔道中心的连线与焊道垂直时，椭圆形热场。

当孔径d和孔道长度l一定时，钨极的内缩量也会影响电弧的穿透力。

当内缩量增大时，电弧角度更小，受压缩效果增强。

电弧的能量密度增大从而穿透力增强。

反之内缩量减小时，穿透力减弱。

当钨极伸出喷嘴时候，电弧则变为自由电弧，无压缩效果和钨极氩弧焊一样。

等离子焊接工艺

离子气流量：

离子气是控制电弧穿透力的一个重要因数。

其他条件一定时，离子气流量增加，等离子流力和电弧穿透能力增强，为了形成稳定的小孔，必须要有足够的离子气流量，而离子气流量过小有可能引起双弧。

焊接电流：

焊接电流是控制输入焊逢能量的重要因数，在其他焊接参数一定时，焊接电流增加。

等离子弧穿透能力提高，同其他弧焊方法一样，焊接电流总是根据板厚或熔深要求首先选定的，电流过小，小孔直接减小或根本不能形成穿孔。

电流过大又将因小孔直径过大而使熔池金属坠落，甚至是双弧。

焊接速度：

焊接速度是控制输入线能量的因数，其他条件给定时，焊接速度增加，焊逢热输入减少，小孔直径也随之2减小甚至小孔消失。

反之如果焊接速度过低，背面焊逢会出现下陷甚至焊漏。

不锈钢焊接中厚板等离子焊接的主要影响因数为离子气流量，焊接电流，焊接速度。

为了获得稳定的小孔等离子弧焊，离子气流量，焊接电流，焊接速度三个参数要保持适当的匹配，随着焊接速度的提高，必须提高焊接电流或离子气流量，如果焊接电流一定，增大离子气流量的同时就要增大焊接速度，若焊接速度一定时，增加离子气流量，应相应减少焊接电流。

不锈钢焊接中厚板等离子焊接工艺如表2

离子气流量

（L/min）

焊接电流

焊接速度

3.5-4.5

120-150

300-400

4.0-5.0

140-170

5.0-6.0

170-200

200-300

5.5-7.0

180-220

6.5-8.0

200-2240

150-200

表2

此外气体的选择也会影响焊接质量。

等离子焊接时气体主要有：

离子气，正面保护气，背面保护气。

Ar：

氩气适用于所有等离子弧焊可以焊接的材料，既可以作为离子气，也可以作为保护气体。

通常情况下选用氩气作为离子气，而保护气体成分则要根据被焊接材料选择。

He：

若选用纯氦气作为离子气，由于弧柱温度较高，会降低喷嘴的使用寿命和承载电流能力，而且氦气密度小，在合理的离子气流量下难以形成小孔。

Ar+H2：

氩气中添加氢气可提高电弧强度及电场强度，能够更有效地将电弧热量传递给工件，同时，氢气的含量过多，焊逢易出现气孔及裂纹，一般限制在7.5%以内。

Ar+H2可做离子气，也可作为保护气体。

，但是作为离子气时。

由于氢气电离电压很低。

引弧比较困难。

因此Ar+H2作为保护气较多。

He+Ar：

在氦氢混合气体中，氦气的含量达到40%以上。

等离子弧的热量才有明显的变化，含量超过70%时，其性能基本与纯Ar相同。

等离子弧焊接离子气与保护气的选择如表3

被焊材料

离子气

保护气

低碳钢

Ar

Ar或者75%He+25%Ar

低合金钢

奥氏体不锈钢

Ar或者Ar+（2%-5%）H2或He

镍及镍合金

Ar或者Ar+（2%-5%）H2

钛及钛合金

铝及铝合金

Ar或者He

铜及铜合金

表3

从以上的介绍不难发现影响等离子焊接的工艺参数很多，焊接电流﹑焊接速度﹑离子气流量﹑喷嘴孔道比﹑喷嘴孔径﹑钨极形状尺寸﹑钨极内缩量﹑正面保护气﹑背面保护气甚至冷却水温度﹑环境温度都会不同程度的影响等离子焊接质量。

焊接检验

为了保证焊接质量,使产品符合相关技术标准和使用性能,我们必须加强对产品进行质量检验。

1、焊接检验方法分类

（1）破坏性检验：

检验过程须破坏被检验对象，包括力学性能试验、化学分析与试验、金相与断口分析试验。

（2）非破坏性检验：

检验过程中不破坏被检验对象的结构和材料，包括外观检验、强度试验、致密性试验、无损检测试验。

（3）工艺性检验：

在产品制造过程中为了保证工艺的正确性而进行的检验，包括材料焊接性试验、焊接工艺评定试验、预热、后热及焊后热处理检验等。

2、焊缝金属及焊接接头力学性能试验

主要包括拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、断裂韧度COD试验、疲劳试验。

3、压力试验

压力试验又称耐压试验，它包括水压或气压试验，用于评定锅炉、压力容器、管道等焊接构件的整体强度性能，变形量大小及无渗漏现象。

水压试验一般为设计压力的1.5倍。

4、主要无损检测方法的适用性和特点

序号

检测方法

缩写

适用的缺陷类型

基本特点

1

超声波探伤法

UT

表面与内部缺陷

速度快、平面型缺陷灵敏度高

2

射线探伤法

RT

内部缺陷

直观、体积型缺陷灵敏度高

磁粉探伤法

MT

表面缺陷

仅适于铁磁性材料的构件

渗透探伤法

PT

表面开口缺陷

操作简单

涡流伤法

ET

表层缺陷

适用导体材料的构件

声发射检测法

AE

缺陷的萌生与扩展

动态检测与监测

射线探伤缺陷性质分四级：

Ⅰ级：

焊接内应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣。

Ⅱ级：

焊缝内应无裂纹、未熔合和未焊透。

Ⅲ级：

焊缝内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透。

不加垫板的单面焊中的未焊透允许长度按条状夹渣长度的Ⅲ级评定。

Ⅳ级：

焊缝缺陷超过Ⅲ级者。

5、受压元件一般检验步骤

在锅炉、压力容器制造中，首先进行焊接工艺评定，编写焊接工艺规程，产品制造完之后，一般进行如下检验步骤：

（1）外观检查。

（2）合格后进行射线探伤。

（3）合格后进行水压或气压试验。

（4）合格后出具检验报告。

等离子焊接缺陷分析及解决办法

等离子相当于TIG的压缩电弧，焊接熔池都在惰性气体保护下，所以焊缝质量是非常好的，但是如果在操作、参数、功能等方面有所欠缺时，也会产生焊接缺陷。

具体缺陷种类、产生原因及解决办法间表2。

问题

原因

解决方法

1.

气孔

1.离子气或保护气漏气

2.工件及焊丝清理不干净

1.检查气体回路并修理

2.清理工件及焊丝上的油，水，锈等杂质

2.

咬边

1.焊接速度过快

2.送丝量不够

3.焊接电流过大

4.钨极与喷嘴不同心

1.减小焊接速度

2.适当加大送丝量

3.减小焊接电流

4.关掉电弧重新对中钨极

3.

未焊透

1.离子气回路漏气

2.离子气小，电弧穿透力不足

3.焊接电流小

4.焊接速度过快

1.检查并维修离子气回路

2.加大离子气流量

3.适当加大焊接电流

4.减慢焊接速度

4.

保护不好

1.保护气不纯

2.保护气回路漏气

3.未加拖罩

4.有拖罩但是和工件的间隙过大

1.更换保护气

2.检查保护气回路并修理

3.根据实际要求看是否要加拖罩

4.调整拖罩和工件间的距离

5.

薄板间断焊穿

1.送丝量不够

2.焊接速度过快

4.喷嘴口径选择不正确

1.加大送丝量

2.减慢焊接速度

4.更换小一号喷嘴

成形不均匀一致

1．焊接过程中弧长不一致

2．焊接不锈钢时，保护气成分不正确

3．送丝角度不正确

4．焊接参数设置不正确

1．采用弧长跟踪功能，或将工装调整好

2．更换合格的保护气

3调整送丝角度，让熔滴均匀过渡

4．通过试验，调整合适参数

7

环缝焊收弧有小孔

1．没有离子气衰减和电流衰减功能

2、焊接参数设置不正确

1、增加该功能

2、重新调整焊接参数。

◆针对3-8mm不锈钢能实现不开坡口，单面焊双面成型，内外成型美观；

◆大大提高生产效率，达到MAG焊效率，比如4.5mm不锈钢，焊接速度达到260-400mm/min，比原来提高1.5倍；

◆焊接过程重现性提高，能实现稳定的正、背面成型，即有良好的焊接质量，X射线合格率100%；

◆大大减少焊接变形；

◆自动化程度高。

1.焊接缺陷的补焊有严格的要求，一般规定同一处缺陷不允许补焊超过3次。

2.由于焊接应力和变形的存在，会导致焊接构件发生低应力脆断，降低材料的疲劳极限，会改变构件形状及尺寸稳定性，在有腐蚀介质时还会导致应力腐蚀开裂等，因此我们要加强预防措施和矫正。

预防措施有设计和工艺两方面，如选择合适的坡口型式及尺寸、选择合理的焊接顺序，采取焊前预热，焊后均匀缓冷，采用热处理工艺等。

矫正焊接变形常用的方法有机械械方法、加热方法等

等离子焊枪是最终输出焊接能量的重要装置，焊枪主要由电极、水冷枪体、喷嘴、保护罩等功能部件所组成。

钨极要有很好的对中性，枪体及等离子喷嘴要有良好的冷却水通道和流量，流量至少要求在7L/min，喷嘴的压缩效果要好，要有良好的气体通道，保护罩确保焊缝保护效果。

等离子焊枪的好坏由以下三个方面衡量：

◆钨极与喷嘴对中性能好

◆焊枪冷却效果好

◆喷嘴的压缩效果好

在等离子焊接过程中，和其他电弧焊接一样，焊接电流增加，等离子弧穿透能力增加。

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，又会因为小孔直径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【2】。

因此，在焊枪及喷嘴结构选定后，电流只能限定在一定的范围之内，而这个范围和其他焊接参数如等离子气流量和焊接速度等参数有关，在其他参数选定之后，焊接电流和另一可变参数的关系为：

焊接速度增加，相应的焊接电流也要加大；

焊接速度降低，焊接电流要减小。

等离子气流量增加，焊接电流要减小；

等离子气流量减小，焊接电流要增加。

等离子气流量

在等离子焊接过程中，等离子气成分及流量是一个重要的焊接参数，因为等离子焊接与TIG焊不同之处在于获得了压缩过的等离子气流，利用电离化气体发射一种能贯穿电弧的气体流，从而产生等离子，所以电弧的穿透力大小与之有着密切关系。

等离子气流量增加，可使等离子流力和穿透力增大，在其他条件不变的条件下，为了形成小孔，必须需要足够的离子气流量，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型【2】。

在喷嘴孔径确定之后，等离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，三者之间存在适当的匹配关系。

焊接速度也是影响小孔效应的一个重要参数。

在其他条件一定时，焊接速度增加，焊缝的热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失。

反之，如果焊速太低，母材会过热，背面焊缝会出现下陷甚至熔池泄漏等缺陷。

焊接速度和焊接电流以及等离子气流量之间是相互影响的，它们之间的关系就不在赘述。

喷嘴距离

喷嘴和工件之间的距离对其它参数的影响与TIG焊相比不是很敏感，因为等离子电弧的挺度好，TIG焊的扩散角是45º

，而等离子焊接的为5º

，基本上是圆柱形。

距离过大，熔透能力降低；

距离过小则造成喷嘴被飞溅物粘污，一般取4～8mm【2】。

正面保护气流量

正面保护气流量应与等离子气流量有一个适当的比例，离子气流量过小而保护气流量太大会导致气流紊乱，将影响电弧的稳定性和保护效果。

正面保护气一般取15～30L/min。

喷嘴规格

等离子喷嘴是一个铜质的水冷喷嘴，根据被焊工件材料、厚度，应选择不同规格的喷嘴，喷嘴在设计时要考虑选材，一般选用铬锆铜；

另外要考虑压缩角、孔径、孔道比（0.9-1.2）、冷却面积等【2】。

常用孔径在￠2.0-￠4.0mm,原则是工件厚度越厚，选用的孔径越大。

此外，喷嘴还分单孔、三孔和收敛型、扩散型、收敛扩散型等【2】，这也要根据具体焊接工艺定

钨极种类及直径

钨极一般选用铈钨极，该钨极具有发射能力强，电弧稳定，载流能力强等特点。

等离子焊接时要根据电流大小选择钨极直径和端部形状【2】。

等离子焊接电流一般在140～300A之间，200A以下用￠3.2钨极，200A以上用￠4.0钨极。

等离子焊接钨极比普通焊要求有更高的直线度和同心度，所以钨极需要用专用机加设备进行