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等离子弧焊的双弧现象

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何谓双弧,如何防止双弧?

何谓双弧,如何防止双弧?

何谓双弧,如何防止双弧？
佚名
【期刊名称】《电焊机》
【年(卷),期】2010(40)2
【摘要】等离子弧正常工作时，电弧应从钨极经喷嘴孔道到达工件。

双弧是指钨极与喷嘴之间有一个电弧，喷嘴与工件有一个电弧，钨极到工件间的电流通道有两个相串联的电弧。

出现双弧时，会造成工艺缺陷，严重时烧毁喷嘴，需要避免。

【总页数】1页(P41-41)
【关键词】等离子弧;电流通道;工艺缺陷;喷嘴;电弧;工作时;工件;钨极
【正文语种】中文
【中图分类】TG483;TN710.202
【相关文献】
1.双丝双弧埋弧焊不清根技术在焊接H型钢全熔透主焊缝作业中的应用 [J], 葛文亮;孙岩;范卫东;
2.中厚板箱形梁(柱)对接与角接组合焊缝双丝双弧埋弧焊工艺 [J], 宋统战;
3.70t箱形梁双丝双弧（CO<sub>2</sub>气体保护焊和埋弧焊）焊接工艺分析[J], 宋统战;李良海;姚鉴城;
4.百万机组锅炉钢结构双丝双弧埋弧焊接技术的应用 [J], 赵金鹏;仉健康;李新运;刘振辉;孔德状;朱卫东
5.中厚板粗丝双丝双弧埋弧焊船型角焊工艺研究 [J], 杨政;郑建明
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等离子弧焊

等离子弧焊

(6)控制喷嘴距工件的距离
（5）喷嘴材料和冷却 纯铜作喷嘴，直接水冷，喷嘴结构不合理式水冷 却不够是造成喷嘴损坏的直接原因，喷嘴内壁可 采用钨等高熔点材料做喷嘴孔内壁镶套的喷嘴， 但加工难、未推广。
（6)钨极及其结构
工程常用铈钨、锆钨等钨合金做电极材料，对钨电 极的冷却能力至关重要，大电流时一般采用镶嵌式 直接水冷结构(如图)，较小电流可采用间接水冷结 构。
注意以下几点： (1)钨极和喷嘴的同心度不好，造成冷气膜不均匀， 而局部减小，易于双弧。 (2)陡降外特性电源有利于避免双弧。 (3)喷嘴与工件距离要适合，过大易双弧，过小沾 污过多也易双弧。 (4)切割板的厚度增大时，也易导致双弧。
工程防止措施： （1)合理选择喷嘴结构及其相关参数 （2）保证钨极同心度 （3）改善喷嘴冷却能力 （4）正确选择电流和离子气流量 （5）采用陡降外特性电源
（二）产生双弧的因素 形成的因素很多，主要有： 1）喷嘴结构形状及参数对形成双弧有决定性作用。 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，电极内缩增加；易于形成双弧。 2）电流增大，等离子弧直径阔粗，冷气膜厚度减薄， 易于形成双弧。 3）离子气的成分和流量有明显的影响。 4）离子气对弧柱有较强的冷却作用，则热收缩增大 了冷气膜厚度，利于减小双弧，如Ar中加H；等离子 气流量增大，也增强对电弧的热压缩作用，冷气膜 厚度增大，减小双弧。
２、焊枪 实用焊枪的喷嘴结构可采用直接或间接水冷。 ３、割枪 除了保护气通道和保护气外罩，其余均类焊枪。 ４、粉末堆焊枪 采用直接水冷电极式结构和带有粉末通道。 ５、喷涂枪
(二)喷嘴
其结构对等离子弧性能具有决定性影响 1.主要结构参数
（2）喷嘴孔道长度Ｌ D给定，Ｌ增加则对电弧压缩作用增强。Ｌ ／Ｄ表示喷嘴的压缩特征，称孔道比。 （3）锥角又称压缩角 角减小对电弧的压缩作用增强，但影响小于 Ｄ和Ｌ，角的选取，主要不是从压缩电弧角 度，而是考虑跟电极端部形状的配合，有利 于阴极斑点稳定，位于电极顶端而不飘移。

2022年特种设备焊接作业《(JS)金属焊接》安全生产模拟考试题(五)

2022年特种设备焊接作业《(JS)金属焊接》安全生产模拟考试题(五)

2022年特种设备焊接作业《(JS)金属焊接》安全生产模拟考试题（一）姓名:_____________ 年级:____________ 学号:______________1、（判断题）手工钨极氩弧焊几乎可以焊接所有的金属材料。

A、正确B、错误正确答案：错误2、（判断题）低碳钢在碳弧气刨后，刨槽表面会有一渗碳层，这是由于处于高温的表面金属被急冷后所造成的。

A、正确B、错误正确答案：错误3、（判断题）《特种设备焊接操作人员焊绩记录表》应逐台逐日记录。

A、正确B、错误正确答案：错误4、（判断题）焊条电弧焊焊接镍基合金时，为了防止未熔合，焊接过程中应适当摆动焊条A、正确B、错误正确答案：错误5、（判断题）非转移等离子弧工作时靠等离子焰加热焊接件，加热能量和温度均较转移弧低，因此主要用于焊接较厚的金属。

A、正确B、错误正确答案：错误6、（判断题）等离子弧焊时的双弧现象，可以大大地提高等离子弧燃烧的稳定性。

A、正确B、错误正确答案：错误7、（判断题）等离子弧焊接时，在其他条件不变的条件下，增加等离子弧电流，弧柱直径不变；A、正确B、错误正确答案：错误8、（判断题）铜与铜合金埋弧焊时可采用焊接低碳钢所用的焊剂。

A、正确B、错误正确答案：错误9、（判断题）气电立焊通常采用特制的药芯焊丝，采用CO₂气体作保护气体。

A、正确B、错误正确答案：错误10、（判断题）镍及镍合金具有晶间腐蚀要求时，应采用氩弧焊等热输入较小的焊接方法A、正确B、错误正确答案：错误11、（判断题）气焊时，焊嘴孔径越大，火焰能率也就越大。

A、正确B、错误正确答案：错误12、（判断题）定位焊缝由于只起装配和固定焊件的作用，所以可以选质量较差的焊条。

A、正确B、错误正确答案：错误13、（判断题）怀疑可燃气瓶漏气，则在可疑处用明火试验，若能点燃，则表明漏气。

A、正确B、错误正确答案：错误14、（判断题）电渣焊电源的负载持续率必须是100%。

A、正确B、错误正确答案：错误15、（判断题）《中华人民共和国特种设备安全法》规定，负责特种设备安全监督管理的部门应当加强特种设备质量宣传教育，普及特种设备质量知识，增强社会公众的特种设备质量意识。

(完整版)等离子焊接理论、操作与故障处理

(完整版)等离子焊接理论、操作与故障处理

一、等离子弧焊接方法及工艺特点1.等离子焊接原理等离子态是除固态、液态、气态之外的第四种物质存在形态。

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，受到压缩，从而导致电弧的截面积变小，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（5000-8000K）很多。

因此，等离子电弧挺度比自由电弧好，指向性好，喷射有力，熔透能力强，可比自由电弧一次焊透更厚的金属。

因此，等离子电弧焊接与电子束（能量密度105W/mm2）、激光束（能量密度105W/mm2）焊接一同被称为高能密度焊接。

等离子焊接示意图如下图：等离子焊接原理示意图2.等离子电弧的种类等离子电弧主要分为三种类型：◆非转移型等离子电弧主要用于非金属材料的焊接。

◆转移型等离子电弧主要用于金属材料的焊接。

◆联合型等离子电弧主要用于微束等离子的焊接。

3.等离子基本焊接方法按焊缝成型原理，等离子焊接有两种基本的焊接方法：熔透型和小孔型等离子焊接。

◆熔透型等离子焊接在焊接过程中离子气较小，弧柱的压缩程度较弱，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子焊接方法。

其焊缝成型原理与氩弧焊类似，主要用于薄板焊接及厚板多层焊。

◆小孔型等离子焊接利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔型等离子焊接。

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，如下图所示。

小孔效应示意图小孔效应的优点在于可以单道焊接厚板，一次焊透双面成型。

双弧现象

双弧现象

B'
-3-
双弧的形成机理
在一定的电流及外界条件下，电弧电压 在一定的电流及外界条件下， 总是力图维持最小值， 总是力图维持最小值，这是电弧在燃烧过程 中遵循的一个很重要的规律， 电压最小原理。 中遵循的一个很重要的规律，即电压最小原理。
-4-
一般认为，在等离子弧焊接时 一般认为，在等离子弧焊接时，等离子 弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形 弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形 成的冷气膜。这层冷气膜由于铜喷嘴的冷却 成的冷气膜。 作用，具有比较低的温度和电离度， 作用，具有比较低的温度和电离度，对弧柱 向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。 向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。 当冷气膜的阻滞作用被击穿时， 当冷气膜的阻滞作用被击穿时，绝热和绝缘 作用消失，产生了双弧现象 作用消失，产生了双弧现象。
-5-
正常工作
UAB=Uc,W+UAa+Uab+UbB+Uaj 实践表明， 实践表明，隔着冷气膜与等离 子弧柱接触的喷嘴是带电的 UAB= U1 + U2 U1 ≠ 0，说明冷气膜中有少量 ， 带电粒子， 带电粒子，所以钨极与喷嘴之 间存在一定的电流， 间存在一定的电流，叫做喷嘴电流 Id。 。
-6-
当增大到足够大时，冷气膜中的离子增多， 当增大到足够大时，冷气膜中的离子增多， 很容易被迅速击穿而形成双弧。 很容易被迅速击穿而形成双弧。 U'AB=Uc,W+UAc+Ua,Cu+Ucd+ Uc,Cu+UdB+Uaj 形成双弧时， 形成双弧时，由最小电压原理 UAB ≥ U'AB + UT
-7-
假设主弧和旁路电弧的电场强度相等 则 UAa=UAc UbB=Ud个方面： 在下列几个方面： 1）破坏等离子弧的稳定性。 破坏等离子弧的稳定性。 双弧同时存在， 2）双弧同时存在， 减小了主弧电流， 减小了主弧电流， 降低了主弧的功率。 降低了主弧的功率。 喷嘴受到强烈加热， 3）喷嘴受到强烈加热， 容易烧坏喷嘴。 容易烧坏喷嘴。

等离子弧焊接原理及设备

等离子弧焊接原理及设备

第4章等离子弧焊接等离子弧焊接设备4.1 等离子弧的产生及其特性1. 等离子弧的产生1）等离子弧概念等离子电弧的形成及电弧形态比较等离子弧是通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩形成的电弧。

通常情况下的GTA和GMA电弧，为自由电弧，除受到电弧自身磁场拘束和周围环境的冷却拘束外，不受其他条件束缚，电弧相同相对比较扩展，电弧能量密度和温度较低。

若把自由电弧缩进到喷嘴里，喷嘴的孔径小，电弧通过时，弧柱截面积受到限制，不能自由扩展，产生了外部拘束作用，电弧在径向上被强烈压缩，形成等离子弧。

2）等离子弧的工作方式①转移型等离子弧。

(a)等离子弧方式在喷嘴内电极与被加工工件间产生等离子弧。

由于电极到工件的距离较长，引燃电弧时，首先在电极和喷嘴内壁间引燃一个小电弧，称作“引燃弧”，电极被加热，空间温度升高，高温气流从喷嘴孔道中流出，喷射到工件表面，在电极与工件间有了高温气层，随后在主电源较高的空载电压下，电弧能够自动的转移到电极与工件之间燃烧，称为“主弧”或“转移弧”。

②等离子焰流在钨电极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧。

由于保护气通过电弧区被加热，流出喷嘴时带出高温等离子焰流，堆被加工工件进行加热，称作“等离子焰流”。

电极与喷嘴内壁间的电弧，其电流值较小，电弧温度低，故等离子焰流的温度也明显低于电弧，指向性不如等离子弧。

等离子焰流方式③混合型等离子弧当电弧引燃并形成转移电弧后仍然能保持引燃弧的存在，即形成两个电弧同时燃烧的局面，效果是转移弧的燃烧更为稳定。

2. 等离子弧特性及用途1）电弧静特性与TIG电弧相比，等离子弧的静特性的特点：①受到水冷喷嘴孔道壁的拘束，弧柱截面积小，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，从大范围电流变化看，静特性曲线中平特性区不明显，上升特性区斜率增加。

等离子弧静特性变化特点(a)等离子弧与TIG电弧静特性(b)小弧电流对等离子弧静特性影响②混合式等离子弧中的小弧电流对转移弧特性有明显影响，小弧电流值增加，有利于降低转移弧电压。

双弧现象

双弧现象

UAB ≥U'AB+UT 得 Uab ≥Ua,Cu+Uc,Cu+UT 即为双弧形成的条件
-8-
B'
-3-
双弧的形成机理
在一定的电流及外界条件下，电弧电压 在一定的电流及外界条件下， 总是力图维持最小值， 总是力图维持最小值，这是电弧在燃烧过程 中遵循的一个很重要的规律， 电压最小原理。 中遵循的一个很重要的规律，即电压最小原理。
-4-
一般认为，在等离子弧焊接时 一般认为，在等离子弧焊接时，等离子 弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形 弧弧柱与喷嘴孔壁之间存在着由离子气所形 成的冷气膜。这层冷气膜由于铜喷嘴的冷却 成的冷气膜。 作用，具有比较低的温度和电离度， 作用，具有比较低的温度和电离度，对弧柱 向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。 向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用。 当冷气膜的阻滞作用被击穿时， 当冷气膜的阻滞作用被击穿时，绝热和绝缘 作用消失，产生了双弧现象 作用消失，产生了双弧现象。
-2-
双弧带来的危害主要表现 在下列几个方面： 在下列几个方面： 1）破坏等离子弧的稳定性。 破坏等离子弧的稳定性。 双弧同时存在， 2）双弧同时存在， 减小了主弧电流， 减小了主弧电流， 降低了主弧的功率。 降低了主弧的功率。 喷嘴受到强烈加热， 3）喷嘴受到强烈加热， 容易烧坏喷嘴。 容易烧坏喷嘴。
当增大到足够大时，冷气膜中的离子增多， 当增大到足够大时，冷气膜中的离子增多， 很容易被迅速击穿而形成双弧。 很容易被迅速击穿而形成双弧。 U'AB=Uc,W+UAc+Ua,Cu+Ucd+ Uc,Cu+UdB+Uaj 形成双弧时， 形成双弧时，由最小电压原理 UAB ≥ U'AB + UT

等离子弧焊接与切割

等离子弧焊接与切割

2．熔透型等离子弧焊
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（1）原理
采用较小的焊接 电流和较低的离 子气流量，采用 混合型等离子弧 焊接的方法。 在焊接过程中不 形成小孔效应。

（2）熔透型等离子弧焊的特点 30~100A混合弧。材料、板厚、接头形式不
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限，可单面焊双面成形、多层多道焊，对参数的
要求不严格，易于实现，与TIG焊类似。
3）0.025～1.6mm焊件，通常采用微束等离子弧焊 常用接头形式如图。 焊接时要采用可靠 的焊接夹具，以保 证工件的装配质量。 装配间隙和错边量 越小越好。
(2)焊接工艺参数的选择
穿透型等离子弧焊，影响小孔稳定性的主要焊接参数：
喷嘴孔径
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焊接电流
过大过小都不能实现穿透法焊接，过大还会引起双弧
10
1．双弧现象及危害
在使用转移型等离子 弧进行焊接或切割过程中 ，由于某些原因在钨极和 喷嘴及喷嘴和焊件之间产 生与主弧并列的电弧，这 种现象就称为等离子弧的 双弧现象。
双弧的危害
破坏等离子弧的 稳定性
焊接或切割过程不能稳定地进行，恶 化焊缝成形和切口质量。 产生双弧时，在钨极和工件之间同时 形成两条并列的导电通路，减小了主 弧电流，降低了主弧的电功率。
如何压缩？ 途径：将电极内缩于导电喷嘴内部， 产生三种压缩作用
机械压缩（前提） 热收缩（主因） 电磁收缩 电弧通过小孔 离子气冷却 通电导体间相互 吸引力产生，使 弧柱变得更细。
4
结果：电弧直径变小、温度升高、能量 密度增大
3、等离子弧的影响因素
等离子弧是压缩电弧，其压缩程度直接影响等离子弧的 温度、能量密度、弧柱挺度和电弧压力。
21
主弧电源
向钨极—焊件间的转移弧(主弧)供电，以进行焊接。

等离子弧焊任务一 认识等离子弧焊接

等离子弧焊任务一 认识等离子弧焊接
任务一 认识等离子弧

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项目任务

掌握等离子弧产生的原理、特点、类型 及应用，并且掌握双弧现象产生的原因 及防止办法。
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等离子弧的简介


等离子弧的特点
等离子弧类型及应用 等离子弧的双弧现象
等离子弧的简介
等离子弧：完全是由带正电的正 离子和带负电的电子所组成的等 离子体状态的电弧，即等离子弧。 等离子弧是一种压缩电弧。 等离子弧的三种压缩作用： 1.机械压缩作用：（前提） 水冷铜喷嘴限制电弧的扩展 2.热收缩作用：（主要原因） 气体使电弧收缩 3.电磁收缩作用： 电磁收缩力使电弧进一步收缩
2.转移型：常用于焊接、切割及堆焊
3.混合型：主要用于微束等离子弧焊接和粉末堆焊等
等离子弧的双弧现象及防止

双弧现象
形成双弧的原因
双弧现象的危害
防止双弧的措施
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双弧现象

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双弧现象：在使用转移型等离子 弧进行焊接或切割过程中，正常 的等离子弧应稳定的在钨极与焊 件之间燃烧，但由于某些原因往 往还会在钨极和喷嘴及喷嘴和工 件之间产生与主弧并列的电弧， 如图所示，这种现象则为双弧现 象。
图4-4 双弧现象 1-主弧 2,3-并列弧
形成双弧的原因
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双弧形成的原因：等离子弧与喷嘴孔壁之间存
在着由离子气所形成的冷气膜，冷气膜对弧柱 向喷嘴的传热和导电都具有较强的阻滞作用， 当这层冷气膜的阻滞作用被击穿时，就会产生 双弧现象。
双弧现象的危害
危害： 1.破坏电弧的稳定性
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2.减小了主弧电流，降低主弧功率
3.易烧坏喷嘴

等离子焊接理论、操作与故障处理

等离子焊接理论、操作与故障处理

一、等离子弧焊接方法及工艺特点1.等离子焊接原理等离子态是除固态、液态、气态之外的第四种物质存在形态。

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，受到压缩，从而导致电弧的截面积变小，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（5000-8000K）很多。

因此，等离子电弧挺度比自由电弧好，指向性好，喷射有力，熔透能力强，可比自由电弧一次焊透更厚的金属。

因此，等离子电弧焊接与电子束（能量密度105W/mm2）、激光束（能量密度105W/mm2）焊接一同被称为高能密度焊接。

等离子焊接示意图如下图：等离子焊接原理示意图2.等离子电弧的种类等离子电弧主要分为三种类型：◆非转移型等离子电弧主要用于非金属材料的焊接。

◆转移型等离子电弧主要用于金属材料的焊接。

◆联合型等离子电弧主要用于微束等离子的焊接。

3.等离子基本焊接方法按焊缝成型原理，等离子焊接有两种基本的焊接方法：熔透型和小孔型等离子焊接。

◆熔透型等离子焊接在焊接过程中离子气较小，弧柱的压缩程度较弱，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子焊接方法。

其焊缝成型原理与氩弧焊类似，主要用于薄板焊接及厚板多层焊。

◆小孔型等离子焊接利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔型等离子焊接。

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，如下图所示。

小孔效应示意图小孔效应的优点在于可以单道焊接厚板，一次焊透双面成型。

8—3等离子弧焊的双弧现象

8—3等离子弧焊的双弧现象

常用的接头形式如图8—15所示。
（四）熔化极等离子弧焊接 这种方法可以看作是等离子弧焊接和熔化极气体保护焊的组 合，这里的等离子弧在非熔化极与工件之间形成，如图8—16所示。
而通过焊丝的电流仍然决定着熔滴过渡的特点，焊丝电流小 于某一临界值为大滴过渡，但这时飞溅很小，大于临界值时呈旋转 射流过渡，前者适用于厚板深熔焊接或薄板高速焊接，后者适用于 堆焊。
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。
二 等离子弧焊接方法 （一）穿孔型等离子弧焊接 1.基本特点 利用等离子弧把工件完全熔透，并在等离子流力作用下在熔 池头部形一个穿透工件的小孔，在 孔的下方露出弧焰(图8--11)，熔化 金属被排挤在小孔的周围。随着电 弧的移动，熔化金属沿电弧周围熔 池壁向熔池后方移动，小孔随电弧 移动，熔化金厩不断填满小孔，冷 凝后形成焊缝，这就是穿孔型焊接法。

第一节等离子弧焊接的特点及应用详解

第一节等离子弧焊接的特点及应用详解

一）、等离子弧的形成
等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密 度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：
1) 机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这 种拘束作用就是机械压缩；
2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层 冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高 了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能 量密度进一步提高的作用就是热压缩；
3) 钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不会与工件接触，因此可避免 焊缝金属产生夹钨现象；
4) 等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接 微型精密零件；
5) 可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获 得良好的单面焊双面成形。
等离子弧焊的缺点是：
1) 可焊厚度有限，一般在25mm以下； 2) 焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很 低； 3) 焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平 要求较高。
3．焊枪
• 等离子弧焊枪的设计应保证 等离子弧燃烧稳定，引弧及 转弧可靠，电弧压缩性好， 绝缘、通气及冷却可靠，更 换电极方便，喷嘴和电极对 中好。焊枪主要由电极、喷 嘴、上、下枪体、保护罩、 水路、气路、馈电体等组成， 如图
等离子弧生器
一、分类：等离子弧焊枪、割枪、喷枪。 二、组成 主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下 枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。 1、 喷嘴。 分类 •按喷嘴孔道的数量，可分为单孔型和三孔型两种。
第七章 等离子弧焊接与切割
第一节 等离子弧焊接的基本原理及设备
• 等离子弧 • 借助水冷铜喷嘴的外部
拘束作用，使弧柱的横截面 受到限制而不能自由扩大时， 就可使电弧的温度、能量密 度和等离子体流速都显著增 大。这种用外部拘束作用使 弧柱受到压缩的电弧就是通 常所称的等离子弧。等离子 弧是电弧的一种特殊形式， 是自由电弧被压缩后形成的。 从本质上讲，它仍然是一种 气体放电的导电现象。

2022年特种设备焊接作业《承压焊》安全生产模拟考试题(一)

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2022年特种设备焊接作业《承压焊》安全生产模拟考试题（一）姓名:_____________ 年级:____________ 学号:______________1、（判断题）焊接检验员应在焊接过程中，现场巡视、监督检查焊工执行工艺纪律情况、上岗人员持证情况。

A、正确B、错误正确答案：正确2、（判断题）制定《中华人民共和国特种设备安全法》作用之一，就是明确特种设备生产、使用单位在特种设备安全方面的义务和法律责任。

A、正确B、错误正确答案：正确3、（判断题）等离子气流量增加提高等离子弧的穿透能力，过大时对焊缝成型影响也不大。

A、正确B、错误正确答案：错误4、（判断题）由于紫铜的熔点低，所以气焊时，火焰能率应比焊低碳钢低。

A、正确B、错误正确答案：错误5、（判断题）V型坡口的形状上大下小，运条方便，视野清楚，所以对于厚度＞16mm的管子焊条电弧焊时，常采用这种坡口形式。

A、正确B、错误正确答案：错误6、（判断题）等离子弧焊是一种不熔化极电弧焊，是利用电极和焊件之间的压缩电弧（转移电弧）来实现焊接的。

A、正确B、错误正确答案：正确7、（判断题）低氢型药皮的焊条只能选用直流弧焊电源。

A、正确B、错误正确答案：错误8、（判断题）动持性是用来表示弧焊电源对负载瞬变的快速反应能力。

A、正确B、错误正确答案：正确9、（判断题）等离子弧的温度之所以高，是因为使用了较大的焊接电流。

A、正确B、错误正确答案：错误10、（判断题）联合弧、转移弧和非转移弧三种形态的等离子弧钨极都是接在焊接电源的负极。

A、正确B、错误正确答案：正确11、（判断题）CO₂焊时会产生CO有毒气体。

A、正确B、错误正确答案：正确12、（判断题）等离子弧的弧柱区存在大量的中性粒子、电子和气体分子。

A、正确B、错误正确答案：错误13、（判断题）等离子弧焊时的双弧现象，可以大大地提高等离子弧燃烧的未定型。

A、正确B、错误正确答案：错误14、（判断题）气电立焊的线能量大，所以焊接质量好。

等离子弧焊

等离子弧焊
❖正确选择焊接电流和离子气种类及流量。 ❖正确选择喷嘴。 ❖电极与喷嘴尽可能同心。
❖正确选择喷嘴与工件之间的距离。 ❖坚强对喷嘴和电弧之间的冷却，保持喷嘴端面清洁， 采用切向进气的焊枪也可防止双弧现象。
小结
1、了解等离子弧焊的形成原理。 2、理解和掌握等离子弧的特征及应用。 3、掌握等离子弧的类型及应用。
子弧，也称为压缩电弧。 强迫压缩电弧通过喷嘴孔道，对自由电弧的弧柱强迫压 缩作用——“压缩效应”。常见的有三种形式。 机械压缩效应
即受喷嘴孔径的限制被压缩,使弧柱直径不能扩大。 热收缩效应
水冷铜喷嘴→导热性好→ 紧贴喷嘴孔道壁的“边界层” →
气温↓ →电离度和导电性降低→ 迫使带电粒子向 温度更高、导电性更好的弧柱中心集中，相当外围 的冷空气流层迫使弧柱进一步收缩。 电磁的收缩效应
❖能量分布均衡：等离子弧几乎在整弧长上都是高温，这一 点和钨极氩弧是明显不同的。
❖等离子弧的形态——近似于圆柱形。 故电弧度好，电弧的发散角小，而钨极氩弧焊的形态是
圆锥形的电弧发散角比较大
❖自由电弧的发散角为45° ❖等离子弧的发散角仅为５°。
三、等离子弧焊的类型和应用
等离子弧焊按电源供电方式不同可分为下列三种类型：
弧柱本身所产的 磁场对弧柱本身也有一 定的压缩作用。
电弧在以上三种压缩作用下，弧柱截面很细，温 度极高，弧柱内气体也得到了高度电离，从而形成了 稳定的等离子弧。
电弧被压缩的程度主要与气体的成分、气体流量、 喷嘴孔道形状和尺寸及电弧电流大小有关
二、等离子弧的特性
静特性——接近“U”形 E↑ 、V焊↑——“Ｕ”曲线的平直区下降。
❖等离子气种类和流量不同，弧柱的电场也不同， 流量或热导率高的气体都使弧柱电场强度↑ ，V焊↑， 则 Vo 应根据等离子种类及流量来确定。

9-等离子弧焊接

9-等离子弧焊接

3、双弧的形成机理
比较一致的假设是冷气膜的位障理论。
等离子弧稳定燃烧时在弧柱和喷嘴孔壁之间存在
一层冷气膜，相当于一个绝缘气套筒，只有当冷
气膜被击穿遭到破坏时，双弧才能形成，这就是 所谓冷气膜位障理论。
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等离子弧焊接 Plasma-Lichtbogen-(WPL)Schweißen
4、影响双弧形成的因素及防止措施
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等离子弧焊接 Plasma-Lichtbogen-(WPL)Schweißen
等离子弧焊接示意图
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等离子弧焊接 Plasma-Lichtbogen-(WPL)Schweißen
三、等离子弧的分类
1、非转移型等离子弧
如图a所示，电极接电源的负极，喷嘴接电源正极， 电弧在电极与喷嘴之间产生，工件不接电。非转 移型等离子弧又称为等离子焰，其温度和能量密
度较高的喷嘴中心集中，取得压缩电弧的效果。
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等离子弧焊接 Plasma-Lichtbogen-(WPL)Schweißen
流体压缩的另一种方法直接用水流对电弧进行压
缩，其压缩效果更为强烈，可以得到具有极高温
度和能量密度的等离子弧。 这种利用气流或水流的冷却作用使电弧得到压缩 的效应称为热压缩效应。
度都较低，常用于喷涂、焊接，以及切割薄的金
属或者是对非导电材料进行加热等。
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等离子弧焊接 Plasma-Lichtbogen-(WPL)Schweißen
2、转移型等离子弧
如图b所示，电极接电源的负极，工件接电源的 正极，等离子弧在电极与工件之间燃烧。
转移型等离子弧很难直接形成，需要先引燃非转 移型等离子弧，然后使电弧从喷嘴转移到工件上， 转移型等离子弧也因此得名。

第八章 等离子弧焊

第八章 等离子弧焊
（2）对喷嘴和电极能进行有效的冷却．
（3）喷嘴与电极之间要绝缘――便于在钨极和喷咀间产生非转移弧
（4）能导入离子气流和保护气流。
(５)便于加工和装配，特别是喷嘴要易于更换。
（6）尽可能轻巧并使用时便于观察。
２、焊枪、割枪、粉末堆焊枪、喷堆枪结构
３、喷咀
喷嘴是等离子弧发生器中的关键零件，其结构是否合理，对等离子弧的应用性能具有决定性的作用。
厚度大于上述范围，可采用V形坡口，但钝边可↑5㎜，是一种值得推广的厚板单面焊打底方法
※不锈钢及钛合金焊接要加背面保护
※穿孔等离子弧焊接时装配间隙和错边要严加控制。
第三节等离子弧切割
一、基本方法和参数选择
等离子弧切割:利用高温、高速的等离子弧射流，把切口金屈局部熔化，并随即吹除而形成狭窄切口。
1．离子气种类与流量
电压↑－切割厚度↑但一般超过空载电压的2／3时，电弧的稳定性↓
3．切割速度功率不变，切割速度↑－切口变窄，热影响区HAZ↓。
但切割速度过快时，不能割穿工件；
切割速度太慢――生产率低，切口表面粗糙不平、底部熔瘤增
多、清除困难，HAZ和切口宽度↑
在保证切透的前提下尽量选择大的切割速度。
4．喷咀高度8－12mm
过高时：电弧电压↑――使电弧功率↑，但弧柱散热量↑，有效热量不会提高――等离子流力↓――切口底部熔瘤增多；
过低时：导致喷咀过热和短路
P237，表8－6不同材料等离子切割的工艺参数
二、提高切割质量的途径
1．切口宽度和平（垂）直度
小电流等离子弧切割切口和平直度质量较高
2．切口熔瘤消除方法
不锈钢切割时，熔化金属的流动性差，切口熔渣不易从切口中排除;导热性差，切口底部易过热使切口内残留的熔化金属和切口底部熔合成一体，冷却后难以除去熔瘤或毛刺，成为不锈钢等离子弧切割时的一个关键难题

等离子弧焊接-7-1

等离子弧焊接-7-1

等离子弧焊和TIG的复合焊接
等离子弧用于熔化整个接头，TIG焊接带有摆动和送丝， 用来盖面。
优点： 1. 单道焊接过程, 降低填 充金属量，高速焊接， 低变形 2. 热影响区窄，高质量， 焊缝外观好，降低坡口 准备时间。
应用：
作业：

等离子电弧是如何形成的？分哪几种？ 与自由电弧相比，等离子电弧有哪些特点？ 什么是双弧现象，危害如何？ 等离子弧焊有哪些基本方法，适用范围如何？
小孔型PAW－填丝

冷
热丝
等离子弧焊接

熔入型焊接(传导型)－等离子气流量减小，穿孔效
应消失
厚度小于3mm；15-200A 熔池与TIG相似，电流 小，薄板
等 ＊离 ＊子 熔弧 入焊 型接 焊 接
微束等离子弧焊接




焊接电流15-30A以下的熔入型等离子弧焊通常 称微束等离子弧焊。 使用很小的喷嘴孔径 得到针状 细小的等离子电弧 用于焊接厚度1mm以下的超薄．超小精密的 焊件． 微束离子弧焊通常采用混合型等离子弧，采用 二个独立焊接电源；
焊接方法
按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法 小孔型PAW－－穿透型等离子焊接 熔入型等离子焊接 微束等离子弧焊 上述三种等离子弧焊方法均可采用脉冲电流－－脉冲等离 子弧焊
1.
2.
3. 4.
提高焊接过程的稳定性。 脉冲等离子弧焊易于控制热输入和熔池，适于全位置焊接． 并且其焊接热影响区和焊接变形都更小。 尤其是脉冲微束等离子狐焊，特点更突出，因面应用较广。
先进焊接技术

变极性等离子弧焊VPPA 等离子弧焊和TIG的复合焊接

变极性焊接研究
随着交流方波电源的发展，可以 在电流反向的瞬间得到一个很大 的电压和电流维弧和稳弧 交流方波反极性优缺点

第9章等离子弧

第9章等离子弧

应用范围： 低C钢2-8mm 不锈钢3-12mm ─┐ Ｔi合金3-14mm Ｃu合金2-6mm ─┤不开坡口 Ｎi合金2-6mm ─┘ 当厚度超过上述范围，可采用Ｖ型坡口。 等离子弧焊比TIG焊坡口、深度和层数应小些。 小孔焊接，要求工件装配精度严格，否则出现熔 化金属堕落，成型不良 当厚度较大时： 在起弧时，Ｉ和离子气流递增环节。 收 递减 。
四、双弧现象及其防止
１.双弧现象及其危害 两种：①串联 ②并联 概念：正常转移型弧或联合弧Ｗ极与工件间产生 电弧，而有时某种原因出现Ｗ极－喷咀－工件产 生串联电弧为—。 第一种双弧：金属成为电弧导体的一部分，Ｗ极 与工件间，主弧在电极与喷咀，再由喷咀到工件 间发生电弧。 第二种双弧：Ｗ极与工件间产生（主弧），喷咀 与工件间。
第9章 等离子弧焊接与切割
目的要求: 了解等离子弧概念掌握等离子弧特点. 双弧产生及防止措施。 重点难点: 等离子弧产生原理, 双弧产生及防止。
6.１ 等离子弧及等离子弧发生器
一、等离子弧
１、自由电弧： 未经过外界拘束的电弧为----。也称分散电弧 如（焊条电弧，气电焊，Ａr弧焊电弧等） ２、压缩电弧： 一般的电弧能量是与Ｉ、Ｕ成正比，于截面Ｓ成反比， 电弧能量在一定条件下，可增加电弧功率来提高。 一般情况弧柱直径d与Ｉ、Ｕ成正比，自由电弧中最大 电流强度近似为常数，温度限制在5000～8000℃左右 （电弧体积大，能量不集中，温度不高）如果在提高功率 （Ｕ.Ｉ）Ｐ↑.弧柱能量↑的同时,设法使弧柱直径d↓， 则温 度就会急剧↑，电弧被大大强化,即：电弧被强行压缩（温 度↑，电离程度↑）这种自由电弧经过人为压缩强化使Ｔ↑， 能量密度↑，流速↑，则为 —。也称等离子弧（压缩电弧）
二、中等电流等离子弧焊接（熔入型）

焊工工艺学 第九章 等离子弧焊接与切割

焊工工艺学 第九章 等离子弧焊接与切割
等离子弧焊一般采用直流正接， 焊接镁、铝薄件 时可采用直流反接， 焊接镁、铝厚件时可采用交流电
源。 等离子弧焊的电极材料一般采用铈钨极或钍钨极。
等离子弧焊的工作气体分为离子气和保护气，均为氩、
氮或其与氢的混合气体。
3. 等离子弧焊接方法
（1）穿透型等离子弧焊
（2）熔透型等离子弧焊 焊接过程中只熔透焊件，但不产生小孔效应的等 离子弧焊接方法， 称为熔透型焊接法， 简称熔透法。 它采用较小的焊接电流（30 ~100Ａ）和较低的离子气 流量，主要用于薄板（厚度为0.5~ 2.5mm）焊接及厚 板多层焊盖面等。
四、空气等离子弧切割
1. 空气等离子弧切割的特点
（1）用压缩空气作为工作气体， 来源广， 价格低廉， 可大大降低成本。
（2）空气等离子弧能量大，切割速度快，生产率高。
（3）压缩空气中的氧极易使电极氧化烧损，使电极 寿命大大缩短，故不能采用纯钨极或含氧化物的钨极。
2. 空气等离子弧切割设备
空气等离子弧切割机及切割设备 ａ) 切割机 ｂ) 切割设备 1—电源 2—空气压缩机 3—割炬 4—工件 5—接工件电缆 6—电源开关 7—过滤减压阀
1. 电极与工作气体
等离子弧切割的电极材料一般采用铈钨极，空气等 离子弧切割一般采用纯锆或纯铪电极，等离子弧切割 的工作气体是氮、氩、氢以及它们的混合气体。
2. 切割参数
（1）切割电流和切割电压 （2）切割速度 （3）气体流量 （4）喷嘴与割件的距离
（5）电极端部与喷嘴的距离
电极内缩量示意图 １—电极 ２—喷嘴 ３—割件 H—喷嘴与割件的距离 Ly—电极内缩量
进行有效的水冷却。冷却水的流量应不小于3 L/min，
水压不小于0.15~ 0.2MPa，水路中应设有水压开关， 在水压达不到要求时，切断供电回路。
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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。
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
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的等离子弧电流。
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
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二 等离子弧焊接方法 （一）穿孔型等离子弧焊接 1.基本特点
利用等离子弧把工件完全熔透，并在等离子流力作用下在熔 池头部形一个穿透工件的小孔，在 孔的下方露出弧焰(图8--11)，熔化 金属被排挤在小孔的周围。随着电 弧的移动，熔化金属沿电弧周围熔 池壁向熔池后方移动，小孔随电弧 移动，熔化金厩不断填满小孔，冷 凝后形成焊缝，这就是穿孔型焊接法。
为了等离子弧焊接能顺利开始和圆满收弧填弧坑，通常还应 配置焊接电流递增一衰减装置。
2.气路系统 等离子弧焊机供气系统，应能供给可调节的离子气，正面保护
气、背面保护气。 离子气是氩气，加入少量的氢气可提高其穿透 能力，保护气一般采用纯氩气。 3.控制系统
等离子弧焊机控制系统一般采用由高频引弧器、行走小车 和填充焊丝拖动电路、程序控制电路组成。程控电路应包括提前送 保护气，高频引弧和转弧，等离子气递增，延迟行走，电流衰减或 气流衰减熄弧，延迟停气等环节。
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。
等离子弧焊接的应用 主要应用于焊接不锈钢、高强度钢、耐热钢、铜合金以 及钛合金、钨、钼、钴等难熔和特种金属材料。 一 设备 1.电源
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。
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
等离子弧焊接的特点： 1.能量密度集中、电弧温度高、稳定性好、穿透性强。 2.可焊接超薄板，I=0.1A时。可焊接0.01mm的金属箔。 3.调节性能好，弧柱的粗细、长短、刚柔及温度均可调节。
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
8—3等离子弧焊的双弧现象
正常的转移型等离子弧应稳定地在钨极与工件之间燃烧。由于 某些原因，有时除了钨极与工件间存在等离子弧(称主弧)外，在喷 嘴与工件之间还出现与主弧并 列的电弧，即两个电孤同时燃 烧，这就是双弧现象，
如图8—8 所示。
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，
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。
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。