PLASMA 的工作原理和维修
谢瑞林
珠海福尼斯焊接技术有限公司
技术中心
珠海市吉大园林路
信海大厦12楼
目录
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●等离子焊接设备的示意图等离子焊接设备的基本构成等离子焊接设备的原理框图等离子焊接设备的工作原理等离子焊接设备的特点及优点钨极和等离子喷嘴离子气和保护气
等离子焊接设备的示意图
等离子焊接设备的基本构成01
全数字化等离子发生器●旧式等离子发生器焊枪
●
水箱
等离子焊接设备的原理框图
等离子弧的形成
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●机械压缩：利用水冷喷嘴孔道限制弧柱的直径，来提高弧柱的能量密度和温度热收缩：由于水冷喷嘴的温度较低，从而在喷嘴内壁建立一层冷气膜，迫使弧柱断面进一步减小，电流密度进一步提高，这种方式叫“热收缩”。磁收缩：弧柱电流本身产生磁场对弧柱有压缩作用（磁收缩效应）。电流密度越大，磁场收缩越强。
等离子焊接设备的工作原理
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●在焊接领域内，等离子工艺是其电弧通过钨极上端铜的水冷等离子喷嘴强制压缩，形成比TIG 工艺高的多的能量密度的电弧。电弧温度比较：4000 到10,000 °C (TIG电弧) 10,000 到30,000°C (等离子弧) 在等离子焊接中，一个电弧是在钨极和等离子喷嘴内壁之间（非转移弧），另一个电弧在钨极和工件之间（转移弧）。保护气既可以用惰性气体（氩气或氦气），或者活性气体（氢气），也可以是惰性气体和活性气体的混合气体。等离子焊接是一种熔化焊工艺，常用来焊接和喷涂。可以焊接大多数10mm 以下的金属。置于铝合金，最初在焊接时遇到些问题，使用特殊的焊枪现在可以焊接5mm 以下的铝，然而由于焊枪结构非常复杂，这种独特的焊接方法并不常用。在钨极与等离子喷嘴之间利用高频产生引导弧。
->等离子焰
然后，焊接过程通过启动焊接主电源开始。●
等离子焊接设备的特点及优点
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●在小孔型等离子焊接中，电弧由水冷的中心喷嘴机械压缩，焊接厚板角接焊缝（3—10mm）只有很小的热影响区（小孔型焊接）更窄的热影响区更集中的能量使得利用率大大提高在熔入型等离子焊接中，如果焊枪与工件之间的距离在焊接过程中有变化，等离子弧不象TIG 电弧一样随之变化，这就保证了焊接的稳定性等离子弧对边缘效应不敏感提高了焊接速度（50—500cm/min，根据不同的材料及厚度）配合TIG 或非穿孔的热丝等离子，减少大厚板焊接时的焊接层数由于引导弧及钨极得到良好的保护而大大延长了钨极的使用寿命小电流时电弧非常稳定极好的焊缝质量焊接变形很小甚至没变形极好的焊缝成型可实现单面焊接, 不需多层焊(小孔型) 通过填充焊材, 使得正反两面的焊缝成型极佳(缩短焊后处理时间) 利用与脉冲电流同步的等离子气, 可以实现全位置焊接引弧(转移弧) 非常可考, 且不需要高频
钨极和等离子喷嘴01
钨极
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●钨极的形状, 更重要的是钨极在焊枪内的位置对焊接效果有相当大的影响。通常采用直流正接法，钨极端部磨尖；但在交流或直流反接时，钨极尖端为半圆型，并根据电流大小、等离子喷嘴直径及应用场合选择相应的直径。在大多数场合, 钨极由等离子喷嘴内一陶瓷中心环自动对中。但有的焊枪上钨极的对中是通过焊枪上的一调节螺杆来调整。钨极与离子喷嘴之间的距离由与焊枪配套的量具来调整。在直流正接的等离子焊中，镧钨的性能最好，但其它类型的钨极也可使用。在交流或直流反接的等离子焊中，任何类型的钨极都可使用。所有的钨极在使用时都有一铜轴连接的或是冷却佷好的铜夹头夹持住，以承受大的电流。
钨极和等离子喷嘴02
由于等离子喷嘴压缩电弧而承受的热量很大，喷嘴要么直接要么间接的需要水冷却。
●直接水冷效果较好，然而，在更换喷嘴时，水可能会流到焊枪内，或者损坏密封面和密封圈导致焊枪漏水。
●等离子喷嘴主要由铜或铜合金制成。
●等离子喷嘴的直径主要由电流大小和等离子气的流量及所需焊接的板厚来决定。如果电流太大，等离子气太小，就会损坏喷嘴。这也是为什么焊枪生产厂家在操作说明书上都标明了允许使用的最大最小值的原因。●
离子气和保护气01
等离子气
●由于良好的起弧和电离性能，纯氩是最常用的等离子气。●等离子焊接中，等离子气的流量是重要参数之一。●当等离子气设得太大，而其它参数又都不变，焊接熔池的压力就会增加，这将会导致熔化的金属从熔池中吹出，从而产生熔合不好或焊漏。
●如果流量太小，相反会影响小孔的形成，导致焊不透或背面成型不好，也可能导致等离子喷嘴烧损烧坏过程的加快。
气阀故障离子气和保护气02
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●保护气由于等离子气不能充分保护焊缝区域，所以需要附加的保护气，这是为了充分地保护焊接熔池。氩气、氦气和这两种气体的混合气体（Ar/H2和Ar/CO2）可以作为保护气。不同的保护气使得等离子弧具有不同的特性，使用纯Ar 会加宽影响区，例如H2电弧比He/H2电弧要稍微宽一点，这将增大焊缝熔深和加快焊接速度。氢保护气在焊接中能减小熔池表面的张力减少焊缝咬边的可能。由于氢的收缩作用，只要气体充分覆盖在焊缝表面，焊缝就不会氧化。然而，过多的氢会导致焊缝变脆和气孔增加。由于这个原因，Ar/H2 混合气中氢的比例不能超过10%。对于非合金及低合金钢，也可以用Ar/CO2混合气作为保护气。因为使用He 或He 的混合气，大大增加了成本，也使得起弧比较困难。
等离子焊接注意事项
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●在起小弧时，必需将水冷系统开启，确保水循环系统正常。等离子气体、喷嘴、钨极安装有很严格的要求。离子气的大小直接影响离子弧能量的大小。喷嘴的孔径太大则不能压缩电弧。钨极太里，则小弧出不来，太外很可能引起钨针和喷嘴短路。离子气体的控制要求相当精确稳定。我们通常说的小弧指的是维弧，即维持等离子弧稳定之意。维弧时产生在等离子枪内喷嘴与钨极之间，电流比较小，我们现在用的等离子发生器电流时10A. 当维弧的工作气体（离子气）--（通常氩气）气流加大时，维弧的弧柱被气流拉长吹出喷嘴之外，形成维弧外焰，可达5-10mm, 这对等离子弧的转移和引燃大有好处。焊接弧是钨极和工件之间发生的电弧，一般有两种产生方式，一是：维弧外焰与工件短路产生焊接弧，另一种是从辅助弧过渡，这种引弧方式极其容易。因为辅助弧时钨极和工件之间产生，是有主弧电源的高频引燃。维弧（等离子小弧）的引燃并保持稳定必须满足三个条件：1、有足够稳定的离子气流2、有一定
空载电压的直流电源3、有合理的引弧条件（高频电火花、高压脉冲电火花、电极短路接触引弧）
等离子焊接
等离子喷嘴（压缩喷嘴），其结构类型和尺寸对等离子弧起决定性作用，喷嘴有两个主要的尺寸：喷嘴孔径和孔道长度。
1、孔径的大小决定等离子弧的直径和能量的密度，应根据电流和离子气流量来决定，太大起步到压缩电弧的作用。
2、孔道的长度增大对压缩电弧有增大效果，但是超过一定的孔道比会产生电弧不稳定的现象。
等离子故障的排除●
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●确认故障是外围问题还是系统问题确定焊枪是否被烧，如：枪头是否短路、绝缘层是否烧坏，影响气体的分配和流通。检查离子气体是否正确检查回路是否正常检查焊机故障
PERFECT WELDING
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等离子焊接设备的基本构成01
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水箱
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等离子弧的形成
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●机械压缩：利用水冷喷嘴孔道限制弧柱的直径，来提高弧柱的能量密度和温度热收缩：由于水冷喷嘴的温度较低，从而在喷嘴内壁建立一层冷气膜，迫使弧柱断面进一步减小，电流密度进一步提高，这种方式叫“热收缩”。磁收缩：弧柱电流本身产生磁场对弧柱有压缩作用（磁收缩效应）。电流密度越大，磁场收缩越强。
等离子焊接设备的工作原理
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●在焊接领域内，等离子工艺是其电弧通过钨极上端铜的水冷等离子喷嘴强制压缩，形成比TIG 工艺高的多的能量密度的电弧。电弧温度比较：4000 到10,000 °C (TIG电弧) 10,000 到30,000°C (等离子弧) 在等离子焊接中，一个电弧是在钨极和等离子喷嘴内壁之间（非转移弧），另一个电弧在钨极和工件之间（转移弧）。保护气既可以用惰性气体（氩气或氦气），或者活性气体（氢气），也可以是惰性气体和活性气体的混合气体。等离子焊接是一种熔化焊工艺，常用来焊接和喷涂。可以焊接大多数10mm 以下的金属。置于铝合金，最初在焊接时遇到些问题，使用特殊的焊枪现在可以焊接5mm 以下的铝，然而由于焊枪结构非常复杂，这种独特的焊接方法并不常用。在钨极与等离子喷嘴之间利用高频产生引导弧。
->等离子焰
然后，焊接过程通过启动焊接主电源开始。●
等离子焊接设备的特点及优点
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●在小孔型等离子焊接中，电弧由水冷的中心喷嘴机械压缩，焊接厚板角接焊缝（3—10mm）只有很小的热影响区（小孔型焊接）更窄的热影响区更集中的能量使得利用率大大提高在熔入型等离子焊接中，如果焊枪与工件之间的距离在焊接过程中有变化，等离子弧不象TIG 电弧一样随之变化，这就保证了焊接的稳定性等离子弧对边缘效应不敏感提高了焊接速度（50—500cm/min，根据不同的材料及厚度）配合TIG 或非穿孔的热丝等离子，减少大厚板焊接时的焊接层数由于引导弧及钨极得到良好的保护而大大延长了钨极的使用寿命小电流时电弧非常稳定极好的焊缝质量焊接变形很小甚至没变形极好的焊缝成型可实现单面焊接, 不需多层焊(小孔型) 通过填充焊材, 使得正反两面的焊缝成型极佳(缩短焊后处理时间) 利用与脉冲电流同步的等离子气, 可以实现全位置焊接引弧(转移弧) 非常可考, 且不需要高频
钨极和等离子喷嘴01
钨极
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●钨极的形状, 更重要的是钨极在焊枪内的位置对焊接效果有相当大的影响。通常采用直流正接法，钨极端部磨尖；但在交流或直流反接时，钨极尖端为半圆型，并根据电流大小、等离子喷嘴直径及应用场合选择相应的直径。在大多数场合, 钨极由等离子喷嘴内一陶瓷中心环自动对中。但有的焊枪上钨极的对中是通过焊枪上的一调节螺杆来调整。钨极与离子喷嘴之间的距离由与焊枪配套的量具来调整。在直流正接的等离子焊中，镧钨的性能最好，但其它类型的钨极也可使用。在交流或直流反接的等离子焊中，任何类型的钨极都可使用。所有的钨极在使用时都有一铜轴连接的或是冷却佷好的铜夹头夹持住，以承受大的电流。
钨极和等离子喷嘴02
由于等离子喷嘴压缩电弧而承受的热量很大，喷嘴要么直接要么间接的需要水冷却。
●直接水冷效果较好，然而，在更换喷嘴时，水可能会流到焊枪内，或者损坏密封面和密封圈导致焊枪漏水。
●等离子喷嘴主要由铜或铜合金制成。
●等离子喷嘴的直径主要由电流大小和等离子气的流量及所需焊接的板厚来决定。如果电流太大，等离子气太小，就会损坏喷嘴。这也是为什么焊枪生产厂家在操作说明书上都标明了允许使用的最大最小值的原因。●
离子气和保护气01
等离子气
●由于良好的起弧和电离性能，纯氩是最常用的等离子气。●等离子焊接中，等离子气的流量是重要参数之一。●当等离子气设得太大，而其它参数又都不变，焊接熔池的压力就会增加，这将会导致熔化的金属从熔池中吹出，从而产生熔合不好或焊漏。
●如果流量太小，相反会影响小孔的形成，导致焊不透或背面成型不好，也可能导致等离子喷嘴烧损烧坏过程的加快。
气阀故障离子气和保护气02
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●保护气由于等离子气不能充分保护焊缝区域，所以需要附加的保护气，这是为了充分地保护焊接熔池。氩气、氦气和这两种气体的混合气体（Ar/H2和Ar/CO2）可以作为保护气。不同的保护气使得等离子弧具有不同的特性，使用纯Ar 会加宽影响区，例如H2电弧比He/H2电弧要稍微宽一点，这将增大焊缝熔深和加快焊接速度。氢保护气在焊接中能减小熔池表面的张力减少焊缝咬边的可能。由于氢的收缩作用，只要气体充分覆盖在焊缝表面，焊缝就不会氧化。然而，过多的氢会导致焊缝变脆和气孔增加。由于这个原因，Ar/H2 混合气中氢的比例不能超过10%。对于非合金及低合金钢，也可以用Ar/CO2混合气作为保护气。因为使用He 或He 的混合气，大大增加了成本，也使得起弧比较困难。
等离子焊接注意事项
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●在起小弧时，必需将水冷系统开启，确保水循环系统正常。等离子气体、喷嘴、钨极安装有很严格的要求。离子气的大小直接影响离子弧能量的大小。喷嘴的孔径太大则不能压缩电弧。钨极太里，则小弧出不来，太外很可能引起钨针和喷嘴短路。离子气体的控制要求相当精确稳定。我们通常说的小弧指的是维弧，即维持等离子弧稳定之意。维弧时产生在等离子枪内喷嘴与钨极之间，电流比较小，我们现在用的等离子发生器电流时10A. 当维弧的工作气体（离子气）--（通常氩气）气流加大时，维弧的弧柱被气流拉长吹出喷嘴之外，形成维弧外焰，可达5-10mm, 这对等离子弧的转移和引燃大有好处。焊接弧是钨极和工件之间发生的电弧，一般有两种产生方式，一是：维弧外焰与工件短路产生焊接弧，另一种是从辅助弧过渡，这种引弧方式极其容易。因为辅助弧时钨极和工件之间产生，是有主弧电源的高频引燃。维弧（等离子小弧）的引燃并保持稳定必须满足三个条件：1、有足够稳定的离子气流2、有一定
空载电压的直流电源3、有合理的引弧条件（高频电火花、高压脉冲电火花、电极短路接触引弧）
等离子焊接
等离子喷嘴（压缩喷嘴），其结构类型和尺寸对等离子弧起决定性作用，喷嘴有两个主要的尺寸：喷嘴孔径和孔道长度。
1、孔径的大小决定等离子弧的直径和能量的密度，应根据电流和离子气流量来决定，太大起步到压缩电弧的作用。
2、孔道的长度增大对压缩电弧有增大效果，但是超过一定的孔道比会产生电弧不稳定的现象。
等离子故障的排除●
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