等離子弧

等離子弧是通過以下三種壓縮作用獲得的：

1、機械壓縮，它利用水冷噴嘴孔道限制弧柱直徑，來提高弧柱的能量密度和溫度。

2、熱收縮，由于水冷噴嘴溫度較低，從而在噴嘴內(nèi)壁建立起一層冷氣膜，迫使弧柱導電端而進一步減小，電流密度進一步提高，弧柱這種收縮謂之“熱收縮”，也可叫做“熱壓縮”。

3、磁收縮，弧柱電流本身產(chǎn)生的磁場對弧柱有壓縮作用(即磁收縮效應)。電流密度愈大，磁收縮作用愈強。

等離子弧主要有以下三方面的應用：

1、等離子弧切割。用等離子弧作為熱源、借助高速熱離子氣體熔化和吹除熔化金屬而形成切口的熱切割。 　2、等離子弧焊接。是借助于水冷噴嘴對電弧的拘束作用，從而獲得較高能量密度的等離子弧進行焊接的方法。 　3、等離子弧噴涂。用等離子弧進行工件表面噴涂耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的高熔點金屬或非金屬涂層，還可以作為金屬表面熱處理的熱源。2100433B

等離子電弧是由等離子弧發(fā)生裝置產(chǎn)生的（圖1）。

當在鎢極和工件之間加上一個較高的電壓并經(jīng)過高頻振蕩器的激發(fā)，使氣體電離形成電弧。電弧在通過特殊孔型的噴嘴時，受到了機械壓縮，使截面積小。另外，當電弧通過用水冷卻的特種噴嘴內(nèi)，因受到外部不斷送來的冷氣流及導熱性很好的水冷噴嘴孔道壁的冷卻作用，使電弧柱外圍氣體受到了強烈冷卻。溫度降低，導電截面縮小，產(chǎn)生熱收縮效應，電弧進一步被壓縮，造成電弧電流只能從弧柱中心通過，這時的電弧電流密度急劇增加。由于電弧內(nèi)的帶電粒子在弧柱內(nèi)的運動自己產(chǎn)生磁場的電磁力，使它們之間相互吸引，也就是電磁收縮效應，結(jié)果使電弧再進一步被壓縮，這樣被壓縮后的電弧能量將高度集中，溫度也達到極高的程度（約1～2萬度），弧柱內(nèi)的氣體得到了高度的電離。當壓縮效應的作用與電弧內(nèi)部的熱擴散達到平衡后，這時的電弧便變成為穩(wěn)定的等離子弧。電弧發(fā)生在鎢極和工件之間，高溫的陽極斑點在工件上噴嘴附近最高溫度可達30000度。

按電源聯(lián)接方式，等離子弧有非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種形式（見圖2）：

等離子弧非轉(zhuǎn)移型離子弧

鎢極接電源負極，噴嘴接電源正極，等離子弧體產(chǎn)生在鎢極與噴嘴之間，在離子氣流壓送下，弧焰從噴嘴中噴出，形成等離子焰(圖2a)。

等離子弧轉(zhuǎn)移型等離子弧

鎢極接電源負極，工件接電源正極等離子弧體產(chǎn)生于鎢極與工件之間(圖2b)。轉(zhuǎn)移弧難以直接形成，必須先引燃非轉(zhuǎn)移弧，然后才能過渡到轉(zhuǎn)移弧，金屬焊接、切割幾乎都是采用轉(zhuǎn)移型弧，因為轉(zhuǎn)移弧能把更多的熱量傳遞給工件。

等離子弧聯(lián)合型等離子弧

工作時非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧同時并存，則稱之謂聯(lián)合型等離子弧(圖2c)。主要用于微束等離子弧焊和粉末堆焊等方面。

等離子弧焊是指利用等離子弧高能量密度束流作為焊接熱源的熔焊方法。等離子弧焊接具有能量集中、生產(chǎn)率高、焊接速度快、應力變形小、電孤穩(wěn)定且適宜焊接薄板和箱材等特點，特別適合于各種難熔、易氧化及熱敏感性強的金屬材料(如鎢、鉬、銅、鎳、鈦等) 的焊接。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解，在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩(wěn)定性、發(fā)熱量和溫度都高于一般電弧，因而具有較大的熔透力和焊接速度。形成等離子弧的氣體和它周圍的保護氣體一般用純氬。根據(jù)各種工件的材料性質(zhì)，也有使用氦、氮、氬或其中兩者混合的混合氣體的。

按電極的不同接法，等離子弧分為轉(zhuǎn)移型弧、非轉(zhuǎn)移型弧、聯(lián)合型弧三種。

電極接負極、噴嘴接正極產(chǎn)生的等離子弧稱為非轉(zhuǎn)移型弧。用于焊接或切割較薄的材料。

電極接負極、焊件接正極產(chǎn)生的等離子弧稱為轉(zhuǎn)移型弧。適用于焊接、堆焊或切割較厚的材料。

電極接負極、噴嘴和焊件同時接正極．則非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧同時存在，稱為聯(lián)合型弧。適用于微弧等離子焊接和粉末材料的噴焊。

等離子弧按導電方式可分為非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和混合型3種（見圖1）。它們的區(qū)別主要是：非轉(zhuǎn)移型的電源正極接噴嘴，而轉(zhuǎn)移型電源正極接工件（一般先按非轉(zhuǎn)移型接線產(chǎn)生等離子弧后再過渡到轉(zhuǎn)移型）,混合型的電源正極同時接噴嘴和工件。這3種方式一般都使用具有直流陡降外特性的電源。空載電壓高低與使用的氣體有關(guān)，若使用氬時，空載電壓為65～100伏，而使用氮或氫時為250～400伏。

轉(zhuǎn)移型等離子弧溫度高(10000～52000℃）,有效熱利用率高，主要用于切割、焊接(見等離子弧焊)和熔煉金屬。切割的金屬有銅、鋁及其合金、不銹鋼、各種合金鋼、低碳鋼、鑄鐵、鉬和鎢等。常用的切割氣體為氮或氫氬、氫氮、氮氬混合氣體。常用的電極為鈰鎢或釷鎢電極，采用壓縮空氣切割時使用的電極為金屬鋯或鉿。使用的噴嘴材料一般為紫銅或鋯銅。切割不銹鋼、鋁及其合金的厚度一般為 3～100毫米，最大厚度可達250毫米。70年代后，又發(fā)展了雙層氣體等離子弧切割、筆式微束等離子弧切割和水壓縮等離子弧切割等，這些方法能減小工件的切縫寬度，提高切割質(zhì)量。

非轉(zhuǎn)移型等離子弧溫度最高可達18000℃,主要用于工件表面噴涂耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的高熔點金屬或非金屬涂層，也可以切割薄板金屬材料，還可以作為金屬表面熱處理的熱源。混合型等離子弧主要用于微束等離子弧焊接和粉末堆焊。

廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，特別是航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術(shù)所用的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接，如鈦合金的導彈殼體，飛機上的一些薄壁容器等。

等離子弧的類型

按電源連接方式的不同，等離子弧有非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種形式見圖23。

（1）非轉(zhuǎn)移型等離子弧 鎢極接電源負端，噴嘴接電源正端，等離子弧體產(chǎn)生在鎢極與噴嘴之間，在等離子氣體壓送下，弧柱從噴嘴中噴出，形成等離子焰。

（2）轉(zhuǎn)移型等離子弧 鎢極接電流負端，焊件接電流正端，等離子弧產(chǎn)生在鎢極和焊件之間。因為轉(zhuǎn)移弧能把更多的熱量傳遞給焊件，所以金屬焊接、切割幾乎都是采用轉(zhuǎn)移型等離子弧。

（3）聯(lián)合型等離子弧 工作時非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧同時并存，故稱為聯(lián)合型等離子弧。非轉(zhuǎn)移弧起穩(wěn)定電弧和補充加熱的作用，轉(zhuǎn)移弧直接加熱焊件，使之熔化進行焊接。主要用于微束等離子弧焊和粉末堆焊。

轉(zhuǎn)移型等離子弧

為建立轉(zhuǎn)移型等離子弧，應將鎢極接電源負極，噴嘴和焊件同時接正極，轉(zhuǎn)移型弧示意圖見圖24。首先接通鎢極與噴嘴之間的電路，引燃鎢極與噴嘴之間的電弧，接著迅速接通鎢極和焊件之間的電路，使電弧轉(zhuǎn)移到鎢極和焊件之間直接燃燒，同時切斷鎢極和噴嘴之間的電路，轉(zhuǎn)移型等離子弧就正式建立。

在正常工作狀態(tài)下，噴嘴不帶電，在開始引燃時產(chǎn)生的等離子弧，只是作為建立轉(zhuǎn)移弧的中間媒介。

弧焊方法

常用的等離子弧焊基本方法有小孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊和微束等離子弧焊三種。

（1）小孔型等離子弧焊 使用較大的焊接電流，通常為50～500A，轉(zhuǎn)移型弧。施焊時，壓縮的等離子焰流速度較快，電弧細長而有力，為熔池前端穿透焊件而形成一個小孔，焰流穿過母材而噴出，稱為 “小孔效應”。隨著焊槍的前移，小孔也隨著向前移動，后面的熔化金屬凝固成焊縫。由于等離子弧能量密度的提高有一定限制，因此小孔型等離子弧焊只能在有限厚板內(nèi)進行焊。

（2）熔透型等離子弧焊 當?shù)入x子氣流量較小、弧柱壓縮程度較弱時，此種等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產(chǎn)生小孔效應，焊縫成形原理與鎢極氬弧焊相似，稱為熔透型等離子弧焊，主要用于厚度小于2～3mm的薄板單面焊雙面成形及厚板的多層焊。

（3）微束等離子弧焊 焊接電流30A以下熔透型焊接稱為微束等離子弧焊。采用小孔徑壓縮噴嘴（ф0.6mm～ф1.2mm）及聯(lián)合型弧，當焊接電流小至1A以下，電弧仍能穩(wěn)定地燃燒，能夠焊接細絲和箔材 。