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8—3等离子弧焊的双弧现象
8—3等离子弧焊的双弧现象;一双弧的危害
焊接过程中产生双弧,可观察到电弧弧态发虚且飘忽不定,焊接的电规范参数也发生变化,弧压降低,而焊接电流增大,双弧带来的不良影响主要表现在:
1. 破坏了等离子弧的稳定性,使焊接过程不稳并会恶化焊缝成型。
2.由于出现双弧,在钨极和焊件之间形成两条并联的导电通路,故通过主弧的电流反而比原来的焊接电流值减小,且弧压也降低了,固而降低了主弧的电功率,使对焊件的熔透能力减弱。
3.双弧现象一旦发生,喷嘴就成为并联弧的电极并通过并联弧电流,且主弧和喷嘴孔内壁之间的冷气膜位障遭受破坏,使喷嘴受到强烈加热,易引起喷嘴烧损。;二 双弧形成过程和产生的机理
双弧形成过程是这样的:首先是在喷嘴孔出口处和弧柱之间的冷气膜位障被击穿而出现并联弧,然后并联弧游动扩展到喷嘴端面上。
双弧产生的机理:等离子弧稳定燃烧时,在弧柱和喷嘴孔壁之间存在着一层冷气膜位障。这层冷气膜位障相对于弧柱具有很低的温度与电离度,在靠近喷嘴孔道壁处,由于气流呈层流状态,对弧柱向喷嘴的传热和导电具有较强的阻滞作用。因此,冷气膜的存在一方面对等离子弧柱有较好的热收缩效应,相当于造成一个位障,使喷嘴避免过热或烧坏。另一方面在喷嘴孔道中建立的冷气膜位障,相当于一个绝缘套筒,对保障等离子弧稳定性和防止出现双弧起着重要作用。只有当冷气膜位障被击穿并遭到破坏时,双弧才能形成。; 实测证明:
由图8—9所示,显然等离子弧电流越大,冷气膜的厚度越小,喷嘴电流就越大,当喷嘴电流足够大时,很容易形成双弧。; 正常燃烧的等离子弧,只在钨极与工件间形成主弧。
形成双弧时,有从钨极——喷嘴——工件旁路串列电弧电压 .
显然,要形成双弧必须穿透冷气膜的隔离作用,因此:
若主弧与旁弧的弧柱电场强度相同,则将上式整理得:
上式即为焊接等离子弧产生双弧的条件。;三 影响产生双弧的因素
1.焊接规范参数对产生双合的影响
①焊接电流的影响
电流增大,等离子弧直径扩粗,冷气膜厚度减薄,易于形成双弧。对于一定形状和尺寸的喷嘴,避免出现双弧的最大许用电流有一个极限值,称为喷嘴的临界电流。只要焊接时选定的电流值低于临界电流值,一般就可避免出现双弧。
②等离子气的成分和流量的影响
离子气成分不同,对弧柱的冷却作用、热收缩作用也不同,产生双弧的倾向也不一样,例如Ar+H2混合气体做离子气时,引起双弧的临界电流将会升高。
; 等离子气流量增大,也增强对电弧的热压缩作用,使弧柱截面减小和增大冷气膜的厚度,提高喷嘴的临界电流值,减小形成双弧的可能性。
钨极和喷嘴的同心度不好,会造成冷气膜不均匀,使局部冷气膜厚度减小,易于导致产生双弧。
③ 喷嘴端面到焊件表面距离的影响
喷嘴与工件距离增加,易导致双弧;但距离过小,喷嘴端面沾粘飞溅粒子较多,也易致双弧,一般取5~12mm。
2.喷嘴的结构尺寸及传热条件的影响
①喷嘴的结构参数对形成有决定性作用
收敛型喷嘴较扩散型喷嘴更易形成双弧,喷嘴孔径减小、孔道长增加,电极内缩增大,易于形成双弧。;② 喷嘴水冷却效果的影响
其它条件不变,改变喷嘴的水冷槽壁厚,即改变冷却水对喷嘴的冷却作用,显然,壁厚增大,削弱冷却作用,使冷气膜的平均温度升高和壁厚减薄,从而使喷嘴的临界电流值下降。
3.其它因素对形成双弧的影响
① 喷嘴表面有氧化物粘污,或金属飞溅物沾粘形成垂瘤凸起物时,或保护气中含有氧化性气体时,会降低喷嘴的临界电流值。
② 采用陡降外特性可以获得比较大的不发生双弧的等离子弧电流。
等离子弧焊时形成双弧的因素是很多的,但只要按具体情况采用有针对性的措施,防止产生双弧是完全可以做到的。;8—4 等离子弧焊接; 具有下降或陡降外特性的硅整流电源或弧焊发电机都可作为等离子弧焊的电源。用纯氩作离子气时,电源空载电压只需65~80V;用氢与氩混合气体时,空载电压需要110~120V,若无合适的专用等离子弧焊电源,可用两台普通弧焊直流电源串联使用。
大电流等离子弧焊接都采用转移型弧,先用高频引燃非转移弧,然后再转成转移弧。一般采用一个电源,用串联电阻得到非转移弧所需的较小电流,如图8—10a所示。
30A以下的小电流微束等离子弧焊接,采用联合型弧(图8—10b),用高频或接触短路回抽引弧。 一般采用两个独立的电源。维弧电源的空载电压为100一150V,电流为l~5A;转移弧电源的空载电压为80V左右,电流为5~30A,是焊接的主要能源。;
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