激光焊接产生等离子的原理

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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10

5W/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

2 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。

激光焊原理、特点、应用范围及分类

一、原理

激光是利用原子受辐射的原理，使工作物质受激而产生的一种单色性高、方

向性强、亮度高的光束，经聚焦后把光束聚焦到焦点上可获得极高的能量密度，

利用它与被焊工件相互作用，使金属发生蒸发、熔化、结晶、凝固而形成焊缝。

二、特点

① 由于激光束的频谱宽度窄 ，经汇聚后的光斑直径可小到0.01mm，功率

密度可达109W/cm2，它和电子束焊同属于高能焊。可焊0.1～50mm厚的工件。

② 脉冲激光焊加热过程短、焊点小、热影响区小。

③ 与电子束焊相比，激光焊不需要真空，也不存在X射线防护问题。

④ 能对难以接近的部位进行焊接，能透过玻璃或其他透明物体进行焊接。

⑤ 激光不受电磁场的影响。

⑥ 激光的电光转换效率低（约为0.1％～0.3％）。工件的加工和组装精度

要求高，夹具要求精密，因此焊接成本高。

三、应用范围

① 用脉冲激光焊能够焊接铜、铁、锆、钽、铝、钛、铌等金属及其合金。

用连续激光焊，除铜、铝合金难焊外，其他金属与合金都能焊接。

② 用脉冲激光焊可把金属丝或薄板焊接在一起。

③ 主要应用于电子工业领域，如微电器件外壳及精密传感器外壳的封焊、

精密热电偶的焊接、波导元件的定位焊接。

④ 也可用来焊接石英、玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料。

四、激光焊分类

按激光器输出能量方式的不同，激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊（包括

高频脉冲连续激光焊）；按激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分为传

热焊和深熔焊。

1. 传热焊

采用的激光光斑功率密度小于105W/cm2时，激光将金属表面加热到熔点与沸

点之间，焊接时，金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能，使金属表面温度

升高而熔化，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，使熔化区逐渐扩大，凝

固后形成焊点或焊缝，其熔深轮廓近似为半球形。这种焊接机理称为传热焊，它

类似于TIG电弧焊过程，如图1(a)所示。

传热焊的主要特点是激光光斑的功率密度小，很大一部分光被金属表面所反

等离子电弧

简介

等离子电弧（Plasma Arc）是一种高温、离子化的气体电弧，常用于加热、切割、焊接和材料表面改性等工业和科研领域。等离子电弧的产生需要高温和高电压，通过电弧放电，气体被电离形成等离子体。

等离子体是一种高度激活的气体，其中的原子和分子失去了一部分或全部的电子，形成离子和自由电子。等离子体的特性使其有许多独特的性质，可以应用于许多行业。

等离子电弧的产生

等离子电弧的产生可以通过两种常见的方法实现：直流电弧和交流电弧。

直流电弧

直流电弧是使用直流电源产生的电弧。直流电源将正极连接到工件上，负极连接到电极上。工件和电极之间的间隙充满了气体，当两极之间施加足够的电压时，气体被电离并形成等离子体。

直流电弧常用于焊接和切割金属材料。由于直流电弧的热量集中在电极上，电极往往会耗损较快，需要定期更换。

交流电弧

交流电弧是使用交流电源产生的电弧。交流电源提供的电压周期性变化，可以使电弧自行维持。交流电弧使用两种电极：工作电极和反工作电极。两种电极的位置定期地交换，以保持电弧的稳定。

交流电弧常用于高压的切割和焊接应用。交流电弧的优点是可以在不同的材料上工作，并且电极的耗损较低。

等离子电弧的应用

等离子电弧有广泛的应用领域，以下是其中的几个主要应用：

焊接

等离子电弧可以用于金属焊接。电弧产生的高温可以使金属材料熔化，并在冷却后形成强固的焊缝。等离子焊接常用于高要求的焊接任务，如航空航天和汽车工业。 切割

等离子电弧可用于金属的切割。电弧产生的高温可以将金属材料加热到熔点，然后使用气体流将熔化的金属吹散。等离子切割可用于切割各种厚度和类型的金属。

表面改性

等离子电弧可用于改良材料的表面性质。通过在材料表面产生等离子体，可以使表面发生化学和物理变化，如增强附着力、改善耐蚀性和提高涂层性能等。

污染净化

等离子电弧可以用于处理废气和废水中的污染物。等离子体的高能量可以将污染物分解为无害的物质，并排出系统。这种方法被广泛应用于环境保护领域。

等离子弧焊

等离子弧焊成品

等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。根据各种工件的材料性质，也有使用氦或氩氦、氩氢等混合气体的。

目录

基本信息

工作方式

过程特点

应用

等离子弧焊接和切割

各种焊接方法及设备

等离子弧焊设备

国外焊接技术最新进展

等离子弧焊的工艺参数

等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究

等离子焊优点 等离子弧的特性

合金材料的等离子弧焊

• 超薄壁管子的微束等离子弧焊

安全防护技术

基本信息

缩写abbr. ：PAW.

[军] Plasma-Arc Welding, 等离子弧焊

——简明英汉词典

工作方式

等离子弧有两种工作方式。一种是“非转移弧”，电弧在钨极与喷嘴之间燃烧，主要用於等离子喷镀或加热非导电材料；另一种是“转移弧”，电弧由辅助电极高频引弧后，电弧燃烧在钨极与工件之间，用於焊接。形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。前一种形式的等离子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用於0.8～3毫米厚的板材焊接；后一种形式的等离子弧只熔穿板材，形成钥匙孔形的熔池，多用於 3～12毫米厚的板材焊接。此外，还有小电流的微束等离子弧焊，特别适合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。等离子弧焊接属于高质量焊接方法。焊缝的深/宽比大，热影响区窄，工件变形小，可焊材料种类多。特别是脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展，更扩大了等离子弧焊的使用范围。

过程特点

操作方式

等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：