等离子焊工作原理:根据电源的要求,主电路包括2个部分:一是在切割工作模式下为割炬提供0-200 V电压、0-30A电流,或在焊接工作模式下为焊枪提供0-80V电压、0-60V电流的直流电源电路;二是为触发电路和控制电路提供+15V、-15V、+24V 和+5V 电压的直流电源电路。其中第一部分包含变压、整流、滤波、高频引弧、保护回路等几个子电路;在第二部分中包含了变压、整流、滤波、稳压等子电路,其中整流输出主要由7815、7915、7824和7805三端集成稳压器实现主电路工作时,380V三相交流电经过隔离变压器(电源变压器)由2个抽头分别得到切割抽头(148V)和焊接抽头(60V)的交流电,然后经过晶闸管可控桥式整流电路、滤波电路后得到直流电。空载时切割电压为200V,焊接电压为80V;工作时在高频引弧电路中产生250kHz/2500V的高频电压耦合到割炬或焊枪,电离空气,进行切割或焊接。当主机申请响应后输出信号使继电器闭合接通带电,接通高频回路,高频振荡器产生的高频高压信号耦合到割矩或焊枪上,从而击穿空气形成等离子弧。当切割或焊接完毕后,回路电流为零,电流传感器输出0信号,在程序的控制下电路延时几十秒后自动断开气阀;压力控制器触点断开,主接触器断电停止工作,主电路输出电压为零。 等离子焊优点:由于等离子电弧具有较高的能量密度,温度及刚直性(能量密度可达10000到100000w/平方厘米,弧柱中心温度可达18000—24000K以上,焰流速度可达300m/s以上),因此与一般电弧焊相比,等离子电弧具有下列优点:1.能量密度大,电弧方向性强,融透能力强,在不开坡口,不加填充焊丝的情况下可一次焊透8至10mm厚的不锈钢板,与钨极氩弧焊相比,在相同的焊缝熔深情况下,等离子焊接速度要快得多。2.焊缝质量对弧长的变化不敏感。这是由于等离子弧的形态接近圆柱形,发散角很小(约5度),且挺直性好,弧长变化对加热斑点的面积影响很小,因此容易获得均匀的焊缝形状。若按钨极氩弧焊的扩散角为90度,等离子焊扩散角为5度计算,电弧断面变化20%时,钨极氩弧焊的焊炬高度只允许变化±0.12mm,而等离子焊则可变化±1.2mm,这对保证焊缝成形和焊缝均匀性都十分有益。3.钨极缩在水冷铜喷嘴内部,不可能与工件接触,因此可有效避免焊缝金属产生夹钨现象。另外,电弧搅动性好,熔池温度高,有利于熔池内气体的释放。4.等离子电弧由于压缩效应及热电离度较高,电流较小时仍很稳定。配用新型的电子电源,焊接电流可以小到0.1A,这样小的电流也能达到电弧稳定燃烧,因此特别适合焊接微型紧密零件。5.焊缝的深宽比大,热影响区小,适合焊接某些可焊性差的材料和双金属等。6.可以产生稳定的小孔效应,通过小孔效应,正面施焊的时候可以获得良好的单面焊双面成型。7.焊接成本低,与一般氩弧焊相比,可省电1/3~1/2,省气1/2~2/3,且在焊接厚度较小的情况下,无需填丝。 钛及钛合金的等离子弧焊接:等离子弧焊能量密度高、线能量大、效率高。厚度2.5~15mm的钛及钛合金板材采用"小孔型"方法可一次焊透,并可有效地防止产生气孔,"熔透型"方法适于各种板厚,但一次焊透的厚度较小,3mm以上一般需开坡口。 钛的弹性模量仅相当于铁的1/2,因此在应力相同的条件下,钛及钛合金焊接接头将发生比较显著的变形。等离子弧的能量密度介于钨极氩弧和电子束之间,用等离子弧焊接钛及钛合金时,热影响区较窄,焊接变形也较易控制。目前微束等离子弧焊已经成功地应用于薄板的焊接。采用3~10A的焊接电流可以焊接厚度为0.08~0.6mm的板材。 由于液态钛的密度较小,表面张力较大,利用等离子弧的小孔效应可以单道焊接厚度较大的钛和钛合金,保证不致发生熔池坍塌,焊缝成形良好。通常单道钨极氩弧焊时工件的最大厚度不超过3mm,并且因为钨极距离熔池较近,可能发生钨极熔蚀,使焊缝渗入钨夹杂物。等离子弧焊接时,不开坡口就可焊透厚度达15mm的接头,不可能出现焊缝渗钨现象。 钛板等离子弧焊接的工艺参数见表1-4。TC4钛合金等离子弧焊和TIG焊接接头的力学性能见表1-5。 焊接航天工程中应用的TC4钛合金高压气瓶的研究结果表明,等离子弧焊接头强度与氩弧焊相当,强度系数均为90%,但塑性指标比氩弧焊接头高,可达到母材的75%。根据30万吨合成氨成套设备的生产经验,用等离子弧焊接厚度10mm的TAl工业纯钛板材,生产率可比钨极氩弧焊提高5~6倍,对操作的熟练程度要求也较低。 纯钛等离子弧焊的气体保护方式与钨极氩弧焊相似,可采用氩弧焊拖罩,但随着板厚的增加、焊速的提高,拖罩要加长,使处于350℃以上的金属得到良好保护。背面垫板上的沟槽尺寸一般宽度和深度各为2.0~3.0mm,同时背面保护气体的流量也要增加。厚度15mm以上的钛板焊接时,开6~8mm钝边的V形或U形坡口,用"小孔型"等离子弧焊封底,然后用"熔透型"等离子弧填满坡口。用等离子弧封底可以减少焊道层数,减少填丝量和焊接角变形,提高生产率。"熔透型"多用于厚度3mm以下薄件的焊接,比钨极氩弧焊容易保证焊接质量。 银与铂的微束等离子弧焊接:银与铂都属于贵金属,价格昂贵。银与铂可制成板材、带材、线材等常用于微电子,仪器仪表、医药等特殊产品或军工产品。 银与铂电子器件的微束等离子弧接的工艺要点如下:1)焊前将银与铂的接头处清理干净; 2)将两种金属预热到400~500℃,3)采用微束脉冲等离子弧,维弧电流为24A;4)保护气体流量为6L/min,离子气流量为0.5L/min。 1、焊接方法的分类 3、最小电压原理 9、埋弧焊 10、等离子焊 11、电子束焊接 12、电渣焊工艺 13、氩弧焊 14、钨极氩弧焊工艺及参数选择 16、CO2气体保护焊 |
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