等離子切割原理及工藝

1、1 球團(tuán)分公司球團(tuán)分公司 等離子切割原理及相關(guān)工藝等離子切割原理及相關(guān)工藝 2019年年2月月 等離子切割原理及相關(guān)工藝等離子切割原理及相關(guān)工藝 船體船體構(gòu)件的邊緣加工主要有以下三種方法：構(gòu)件的邊緣加工主要有以下三種方法： 一、機(jī)械剪切法一、機(jī)械剪切法 ( (一一) )機(jī)械剪切原理機(jī)械剪切原理 ( (二二) )機(jī)械剪切加工工藝機(jī)械剪切加工工藝 二、氣割方法二、氣割方法( (化學(xué)切割法化學(xué)切割法) ) ( (一一) ) 氣割原理氣割原理 ( (二二) ) 氣割工藝過(guò)程氣割工藝過(guò)程 三、數(shù)控等離子切割法三、數(shù)控等離子切割法 以下就主要介紹一下等離子切割的基本原理以下就主要介紹一下等離子切割的基本原

2、理 以及在造船中的應(yīng)用以及在造船中的應(yīng)用 等離子切割方法等離子切割方法 等離子切割過(guò)程與氣割原理有本質(zhì)的區(qū)別，它是等離子切割過(guò)程與氣割原理有本質(zhì)的區(qū)別，它是 一個(gè)一個(gè)物理切割的過(guò)程物理切割的過(guò)程 利用等離子弧的高溫將割縫處金屬熔化，并用高利用等離子弧的高溫將割縫處金屬熔化，并用高 速焰流將其吹走速焰流將其吹走 隨著割嘴的移動(dòng)從而形成狹窄縫隙把材料分開(kāi)隨著割嘴的移動(dòng)從而形成狹窄縫隙把材料分開(kāi) 等離子弧又稱(chēng)作壓縮電弧等離子弧又稱(chēng)作壓縮電弧 一種導(dǎo)電截面收縮的比較小，從而能量更加集中一種導(dǎo)電截面收縮的比較小，從而能量更加集中 的電弧的電弧 ( (一一) ) 等離子弧等離子弧切割切割原理原理 1. 1

3、. 等離子弧的產(chǎn)生等離子弧的產(chǎn)生 產(chǎn)生的原理與焊接用電弧基本相同產(chǎn)生的原理與焊接用電弧基本相同 電弧是一種電弧是一種穩(wěn)定的氣體放電形式穩(wěn)定的氣體放電形式，是電流通過(guò)氣，是電流通過(guò)氣 體的現(xiàn)象體的現(xiàn)象 通常情況下，氣體是良好的絕緣體通常情況下，氣體是良好的絕緣體 在外加能量作用下，氣體中一些原子放出電子而在外加能量作用下，氣體中一些原子放出電子而 變成正離子變成正離子電離電離 電弧產(chǎn)生的原理電弧產(chǎn)生的原理 外加能量的大小，用外加能量的大小，用電離電位電離電位表示表示 根據(jù)外界供給能量的方式，氣體電離可以分為三根據(jù)外界供給能量的方式，氣體電離可以分為三 種形式種形式 光電離、碰撞電離和熱電離光電離

4、、碰撞電離和熱電離 電弧中氣體的電離主要是熱電離電弧中氣體的電離主要是熱電離 氣體電離的程度用氣體電離的程度用電離度電離度表示：表示：離子或電子的密離子或電子的密 度與電離前中性粒子的密度之比度與電離前中性粒子的密度之比 電離度低于電離度低于0.1%0.1%的氣體被稱(chēng)作弱電離體，其性質(zhì)的氣體被稱(chēng)作弱電離體，其性質(zhì) 與未電離氣體接近與未電離氣體接近 電離氣體的性質(zhì)電離氣體的性質(zhì) 電離度達(dá)到電離度達(dá)到1%1%時(shí)，氣體導(dǎo)電性時(shí)，氣體導(dǎo)電性接近充分電離氣體接近充分電離氣體 等離子弧的溫度及電離度比普通焊接電弧有明顯的等離子弧的溫度及電離度比普通焊接電弧有明顯的 提高提高 等離子弧的導(dǎo)電性能沒(méi)有顯著變化

5、等離子弧的導(dǎo)電性能沒(méi)有顯著變化 等離子弧弧柱的截面尺寸比較小，它的電阻往往很等離子弧弧柱的截面尺寸比較小，它的電阻往往很 大大 決定氣體電離度的決定氣體電離度的主要因素是溫度主要因素是溫度 等離子體的定義等離子體的定義 在在3000030000K K時(shí)，各種氣體幾乎都變成離子，處于時(shí)，各種氣體幾乎都變成離子，處于完全完全 電離狀態(tài)電離狀態(tài) 處于完全電離狀態(tài)的氣體便是所謂的處于完全電離狀態(tài)的氣體便是所謂的“等離子體等離子體” 這種氣體完全由帶電粒子組成，具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能這種氣體完全由帶電粒子組成，具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能 力，呈現(xiàn)出明顯的電磁性能，但其力，呈現(xiàn)出明顯的電磁性能，但其整體卻保持著電整體卻保

6、持著電 中性中性 物質(zhì)存在的第四態(tài)物質(zhì)存在的第四態(tài) 2. 2. 等離子弧發(fā)生裝置的原理等離子弧發(fā)生裝置的原理 熱收縮效應(yīng)熱收縮效應(yīng)(1)(1) 電弧通過(guò)噴嘴孔道在鎢電弧通過(guò)噴嘴孔道在鎢 極和被切割金屬之間燃極和被切割金屬之間燃 燒燒 弧柱弧柱受冷氣流及水冷噴受冷氣流及水冷噴 嘴孔道壁的嘴孔道壁的冷卻作用冷卻作用 促使電弧的弧柱導(dǎo)電截面縮小，電流密度增加促使電弧的弧柱導(dǎo)電截面縮小，電流密度增加 整個(gè)弧柱的能量集中在中心區(qū)域整個(gè)弧柱的能量集中在中心區(qū)域 熱收縮效應(yīng)熱收縮效應(yīng)(2)(2) 冷卻氣體的這種作用被冷卻氣體的這種作用被 稱(chēng)為稱(chēng)為“熱收縮效應(yīng)熱收縮效應(yīng)” 在已縮小的截面上通過(guò)在已縮小的截面上

7、通過(guò) 同樣的電流，須提高供同樣的電流，須提高供 給電壓給電壓 這時(shí)，弧柱的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)提高這時(shí)，弧柱的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)提高 其值在很大程度上反映了電弧所受到的壓縮程其值在很大程度上反映了電弧所受到的壓縮程 度度 磁收縮效應(yīng)磁收縮效應(yīng) 等離子弧電流達(dá)到相當(dāng)數(shù)值時(shí)，等離子弧電流達(dá)到相當(dāng)數(shù)值時(shí)，弧柱電流產(chǎn)生弧柱電流產(chǎn)生 的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)對(duì)弧柱截面積對(duì)弧柱截面積進(jìn)一步壓縮進(jìn)一步壓縮 這種作用稱(chēng)為這種作用稱(chēng)為“磁收縮效應(yīng)磁收縮效應(yīng)” 自由燃燒電弧也存在磁收縮效應(yīng)自由燃燒電弧也存在磁收縮效應(yīng) 等離子弧有較高的電流密度，而且以熱收縮做等離子弧有較高的電流密度，而且以熱收縮做 前提，所以前提，所以磁收縮效應(yīng)更強(qiáng)磁收縮效應(yīng)

8、更強(qiáng) 機(jī)械收縮效應(yīng)機(jī)械收縮效應(yīng) 噴嘴孔道噴嘴孔道的孔徑對(duì)弧的孔徑對(duì)弧 柱產(chǎn)生柱產(chǎn)生強(qiáng)制壓縮作用強(qiáng)制壓縮作用 電弧周?chē)膲嚎s氣流電弧周?chē)膲嚎s氣流 或水流或水流也對(duì)弧柱產(chǎn)生也對(duì)弧柱產(chǎn)生 強(qiáng)制壓縮作用強(qiáng)制壓縮作用 這種對(duì)電弧的壓縮被稱(chēng)為這種對(duì)電弧的壓縮被稱(chēng)為“機(jī)械收縮效應(yīng)機(jī)械收縮效應(yīng)” 等離子切割的實(shí)現(xiàn)等離子切割的實(shí)現(xiàn) 三種收縮效應(yīng)的壓力與等離子弧內(nèi)部的熱擴(kuò)散作用三種收縮效應(yīng)的壓力與等離子弧內(nèi)部的熱擴(kuò)散作用 達(dá)到平衡達(dá)到平衡 形成高速高溫等離子流，從噴嘴孔噴出形成高速高溫等離子流，從噴嘴孔噴出 等離子流遇到低溫金屬便等離子流遇到低溫金屬便復(fù)合成原子或分子并放出復(fù)合成原子或分子并放出 能量能量，使割

9、縫處金屬溫度迅速升高而熔化使割縫處金屬溫度迅速升高而熔化 等離子流較強(qiáng)的機(jī)械沖力，將被熔化的金屬?zèng)_走而等離子流較強(qiáng)的機(jī)械沖力，將被熔化的金屬?zèng)_走而 實(shí)現(xiàn)切割實(shí)現(xiàn)切割 水射流等離子發(fā)生裝置水射流等離子發(fā)生裝置 圖示為一種圖示為一種水射流水射流 等離子發(fā)生裝置的等離子發(fā)生裝置的 切割示意圖切割示意圖 與一般等離子弧切與一般等離子弧切 割的區(qū)別主要在于割的區(qū)別主要在于 噴嘴結(jié)構(gòu)上的不同噴嘴結(jié)構(gòu)上的不同 水射流等離子發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)水射流等離子發(fā)生裝置結(jié)構(gòu) 在噴嘴的弧柱出口處，增加在噴嘴的弧柱出口處，增加 一圈水射流孔一圈水射流孔 水射流從四周射向電弧，加水射流從四周射向電弧，加 大熱收縮效應(yīng)大熱收縮效應(yīng)

10、 弧柱經(jīng)水冷卻被進(jìn)一步收縮弧柱經(jīng)水冷卻被進(jìn)一步收縮 電弧的能量密度更為集中，從而進(jìn)一步提高切電弧的能量密度更為集中，從而進(jìn)一步提高切 割速度割速度 等離子弧的類(lèi)型等離子弧的類(lèi)型 等離子弧的發(fā)生裝置是在等離子弧的發(fā)生裝置是在鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊的實(shí)踐基的實(shí)踐基 礎(chǔ)上形成的礎(chǔ)上形成的 由電源的連接方式，等離子弧可分為由電源的連接方式，等離子弧可分為轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型、 非轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型非轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種三種 轉(zhuǎn)移型等離子弧的發(fā)生轉(zhuǎn)移型等離子弧的發(fā)生 電極接負(fù)極電極接負(fù)極，工件接正，工件接正 極極 電弧首先在電弧首先在電極與噴嘴電極與噴嘴 間形成間形成 然后在電極與工件加一然后在電極與工件加一 較高電

11、壓較高電壓 等離子弧轉(zhuǎn)移到電極與等離子弧轉(zhuǎn)移到電極與 工件間工件間 轉(zhuǎn)移型等離子弧的應(yīng)用轉(zhuǎn)移型等離子弧的應(yīng)用 轉(zhuǎn)移型等離子弧的陰極斑點(diǎn)和陽(yáng)極斑點(diǎn)分別落轉(zhuǎn)移型等離子弧的陰極斑點(diǎn)和陽(yáng)極斑點(diǎn)分別落 在在電極和工件電極和工件上上 產(chǎn)生的熱量多而且集中產(chǎn)生的熱量多而且集中 可以用于切割，可以用于切割，也可用來(lái)進(jìn)行焊接也可用來(lái)進(jìn)行焊接 這種類(lèi)型的等離子弧發(fā)生在電極和工件間，所這種類(lèi)型的等離子弧發(fā)生在電極和工件間，所 以以要求工件必須是導(dǎo)體要求工件必須是導(dǎo)體 非轉(zhuǎn)移型等離子弧非轉(zhuǎn)移型等離子弧 只是噴嘴接正極只是噴嘴接正極 等離子弧產(chǎn)生于等離子弧產(chǎn)生于電極與噴電極與噴 嘴之間嘴之間 高溫焰流經(jīng)噴嘴噴出高溫焰流

12、經(jīng)噴嘴噴出 陽(yáng)極斑點(diǎn)在噴嘴上陽(yáng)極斑點(diǎn)在噴嘴上，熱量，熱量 損失較多導(dǎo)致等離子弧的損失較多導(dǎo)致等離子弧的 溫度降低溫度降低 適用于薄板的切割和焊接適用于薄板的切割和焊接 可以切割金屬材料和非金屬材料可以切割金屬材料和非金屬材料 聯(lián)合型聯(lián)合型等離子弧等離子弧 轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn) 移型等離子弧同時(shí)存在移型等離子弧同時(shí)存在 這種類(lèi)型的等離子弧主這種類(lèi)型的等離子弧主 要用于要用于 微弧焊微弧焊 粉末材料的噴焊粉末材料的噴焊 1. 1. 等離子弧的物理特性等離子弧的物理特性 (1)(1) 等離子弧的熱特性等離子弧的熱特性 熱特性是一個(gè)熱源的重要特性熱特性是一個(gè)熱源的重要特性 等離子弧

13、的溫度、熱功率及熱效率等離子弧的溫度、熱功率及熱效率 等離子弧的溫度等離子弧的溫度 等離子弧溫度主要是指弧柱的溫度等離子弧溫度主要是指弧柱的溫度 弧柱溫度一般與弧柱溫度一般與電弧功率，氣體、電極材料電弧功率，氣體、電極材料及及 其它工作條件有關(guān)其它工作條件有關(guān) 氣體電離電位對(duì)氣體電離電位對(duì)溫度的影響溫度的影響 空間氣體成分空間氣體成分對(duì)弧柱溫度影響很大對(duì)弧柱溫度影響很大 氣體的電離電位高，弧柱溫度也高氣體的電離電位高，弧柱溫度也高 電極材料的蒸汽的電離電位較低時(shí)，對(duì)弧柱溫度電極材料的蒸汽的電離電位較低時(shí)，對(duì)弧柱溫度 有很大影響有很大影響 熔化的金屬極電弧產(chǎn)生電離電位很低的金屬蒸汽，熔化的金屬極

14、電弧產(chǎn)生電離電位很低的金屬蒸汽， 溫度僅在溫度僅在50005000K K6000K6000K 等離子發(fā)生裝置等離子發(fā)生裝置后電極常用鎢極后電極常用鎢極，很少蒸發(fā)，很少蒸發(fā) 等離子弧的溫度等離子弧的溫度 等離子弧的弧柱溫度可達(dá)等離子弧的弧柱溫度可達(dá)1500015000K K50000K50000K，而且而且 從焰心到邊緣的溫度梯度極大從焰心到邊緣的溫度梯度極大 轉(zhuǎn)移型等離子弧較另兩種類(lèi)型等離子弧具有更高轉(zhuǎn)移型等離子弧較另兩種類(lèi)型等離子弧具有更高 的溫度的溫度 工作氣體用氮?dú)?，工作氣體用氮?dú)猓琁=300AI=300A、U=250VU=250V、噴嘴孔徑噴嘴孔徑 d=2.8mmd=2.8mm和氣體流

15、量和氣體流量Q=50Q=50l/min/min條件下條件下 噴嘴附近最大溫度噴嘴附近最大溫度Tmax=30000Tmax=30000 當(dāng)當(dāng)I=1500AI=1500A，d=2.5mmd=2.5mm時(shí)，時(shí)，Tmax=52000Tmax=52000，能量集能量集 中程度達(dá)到中程度達(dá)到1.11.110109 9W W/cm/cm2 2 離子弧的熱功率離子弧的熱功率 熱源溫度高，加熱能力不一定越大熱源溫度高，加熱能力不一定越大 熱源的加熱能力取決于它的熱功率，即熱源的加熱能力取決于它的熱功率，即單位時(shí)間單位時(shí)間 內(nèi)能傳遞多少熱能內(nèi)能傳遞多少熱能 電弧的熱功率是單位時(shí)間內(nèi)電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牧?，電弧的熱功?/p>

16、是單位時(shí)間內(nèi)電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牧浚?即耗電率即耗電率 單位時(shí)間內(nèi)電弧產(chǎn)生的熱量單位時(shí)間內(nèi)電弧產(chǎn)生的熱量 0hh q =0.24I U (cal/s) 等離子弧熱功率的計(jì)算等離子弧熱功率的計(jì)算 U Uh h等離子弧工作電壓等離子弧工作電壓( (V)V) I Ih h等離子弧工作電流等離子弧工作電流( (A)A) 等離子弧具有較高的電壓，所以有較大的熱功等離子弧具有較高的電壓，所以有較大的熱功 率率 等離子弧的熱功率可以通過(guò)很多參數(shù)對(duì)其進(jìn)行等離子弧的熱功率可以通過(guò)很多參數(shù)對(duì)其進(jìn)行 調(diào)整調(diào)整 0hh q =0.24I U (cal/s) 熱功率的影響參數(shù)熱功率的影響參數(shù) 等離子弧工作電流等離子弧工作電

17、流 噴嘴的幾何形狀和尺寸噴嘴的幾何形狀和尺寸 工作氣體的成分和流量工作氣體的成分和流量 電極材料電極材料 氣體成分的影響對(duì)選用工作氣體有一定的指導(dǎo)意氣體成分的影響對(duì)選用工作氣體有一定的指導(dǎo)意 義義 等離子弧作為熱源時(shí)，等離子弧作為熱源時(shí)，氣體傳遞了相當(dāng)一部分熱氣體傳遞了相當(dāng)一部分熱 量量 等離子弧的工作氣體等離子弧的工作氣體 氣體在弧柱加熱、分解、電離的過(guò)程中吸收熱量，氣體在弧柱加熱、分解、電離的過(guò)程中吸收熱量， 并達(dá)到很高的溫度并達(dá)到很高的溫度 氣體熱分解、電離以及溫度升高時(shí)，吸收的熱量越氣體熱分解、電離以及溫度升高時(shí)，吸收的熱量越 多，傳遞熱量的能力越大多，傳遞熱量的能力越大 從加熱分解的

18、角度，只有從加熱分解的角度，只有分子態(tài)氣體才可能分解分子態(tài)氣體才可能分解 等離子弧的工作氣體有：等離子弧的工作氣體有：H H2 2、N N2 2、空氣、水蒸氣和空氣、水蒸氣和 氬氣氬氣等等 等離子弧燃燒時(shí)所用氣體的熱焓隨溫度的升高而增等離子弧燃燒時(shí)所用氣體的熱焓隨溫度的升高而增 大大 等離子弧的熱效率等離子弧的熱效率 電能在等離子槍中轉(zhuǎn)變成熱能，并沒(méi)有全部用于電能在等離子槍中轉(zhuǎn)變成熱能，并沒(méi)有全部用于 加熱工件加熱工件 冷卻水帶走、輻射等冷卻水帶走、輻射等 轉(zhuǎn)移型弧熱損失少些，轉(zhuǎn)移型弧熱損失少些，工件可以得到工件可以得到60%60%的熱能的熱能 工件實(shí)際得到的熱能為工件實(shí)際得到的熱能為等離子弧

19、有效熱功率等離子弧有效熱功率 e0 q = q (2)(2)等離子弧焰流速度等離子弧焰流速度 等離子弧焰流速度極快，可達(dá)到音速甚至超音速等離子弧焰流速度極快，可達(dá)到音速甚至超音速 (300(30010001000m/s)m/s) 具有極強(qiáng)的吹力具有極強(qiáng)的吹力 工件氣體在噴嘴孔道被加熱，體積急劇膨脹，噴工件氣體在噴嘴孔道被加熱，體積急劇膨脹，噴 出速度快出速度快( (熱力加速熱力加速) ) 切割工藝中，焰流速度快、沖力大的等離子弧被切割工藝中，焰流速度快、沖力大的等離子弧被 稱(chēng)為剛性弧稱(chēng)為剛性弧 小孔徑噴嘴和大流量工作氣體容易獲得剛性弧小孔徑噴嘴和大流量工作氣體容易獲得剛性弧 (3)(3)等離子

20、弧的電特性等離子弧的電特性 等離子弧的靜態(tài)伏安特性等離子弧的靜態(tài)伏安特性, ,即靜特性即靜特性 等離子弧等離子弧靜靜特性特性 噴嘴限制了等離子弧柱截面積增大噴嘴限制了等離子弧柱截面積增大 等離子弧相對(duì)等離子弧相對(duì)普通電弧靜特性普通電弧靜特性的差別表示在兩的差別表示在兩 個(gè)方面?zhèn)€方面 具有較高的電壓具有較高的電壓 容易形成平特性或上升特性容易形成平特性或上升特性 等離子弧等離子弧靜靜特性與特性與工作氣體種類(lèi)工作氣體種類(lèi)和和流量、噴嘴流量、噴嘴 尺寸尺寸及及電極間距電極間距等有關(guān)等有關(guān) (4)(4)等離子弧燃燒穩(wěn)定性等離子弧燃燒穩(wěn)定性 使用使用轉(zhuǎn)移型等離子弧轉(zhuǎn)移型等離子弧時(shí)，時(shí)， 會(huì)出現(xiàn)一種破壞電

21、弧燃會(huì)出現(xiàn)一種破壞電弧燃 燒穩(wěn)定性的現(xiàn)象燒穩(wěn)定性的現(xiàn)象 雙弧現(xiàn)象雙弧現(xiàn)象 破壞切割工藝的正常破壞切割工藝的正常 進(jìn)行進(jìn)行 引起噴嘴燒損引起噴嘴燒損 雙弧現(xiàn)象雙弧現(xiàn)象 在一定的電流及外界條件下，電弧的電壓總是力在一定的電流及外界條件下，電弧的電壓總是力 圖維持最小數(shù)值圖維持最小數(shù)值 這是電弧物理中的一個(gè)重要規(guī)律，叫做這是電弧物理中的一個(gè)重要規(guī)律，叫做最小電壓最小電壓 原理原理 出現(xiàn)雙弧時(shí)，出現(xiàn)雙弧時(shí)，A A1 1+A+A2 2的電壓小于等離子弧的電壓的電壓小于等離子弧的電壓 所以所以噴嘴管道中的電壓降噴嘴管道中的電壓降與雙弧現(xiàn)象由直接聯(lián)系與雙弧現(xiàn)象由直接聯(lián)系 雙弧與等離子弧的電壓雙弧與等離子弧的

22、電壓 為提高電弧的壓縮程度，總希望減小噴嘴孔徑，為提高電弧的壓縮程度，總希望減小噴嘴孔徑， 拉長(zhǎng)等離子弧長(zhǎng)度拉長(zhǎng)等離子弧長(zhǎng)度 提高等離子弧的電壓和磁收縮效應(yīng)提高等離子弧的電壓和磁收縮效應(yīng) 電壓與弧長(zhǎng)成正比電壓與弧長(zhǎng)成正比 從防止雙弧現(xiàn)象的角度，應(yīng)該限制弧長(zhǎng)的過(guò)度從防止雙弧現(xiàn)象的角度，應(yīng)該限制弧長(zhǎng)的過(guò)度 增加增加 對(duì)雙弧現(xiàn)象的影響還有一些因素對(duì)雙弧現(xiàn)象的影響還有一些因素 ( (二二) )等離子弧切割設(shè)備與工藝等離子弧切割設(shè)備與工藝 1. 1.等離子弧電源等離子弧電源 電源輸出電流與電電源輸出電流與電 源兩端電壓之間的源兩端電壓之間的 關(guān)系為關(guān)系為電源外特性電源外特性 等離子弧要求電源等離子弧要求

23、電源 具有具有陡降的外特性陡降的外特性 電源的空載電壓電源的空載電壓U U0 0 為易于引燃等離子弧并使其穩(wěn)定燃燒，對(duì)電源的為易于引燃等離子弧并使其穩(wěn)定燃燒，對(duì)電源的 U U0 0要求較高要求較高 焊接、噴焊等要求焊接、噴焊等要求U U0 080V80V即可即可 而切割和噴涂則要求而切割和噴涂則要求U U0 0180V180V 空載電壓的高低主要取決于被切割材料的厚度空載電壓的高低主要取決于被切割材料的厚度 切割大厚度材料需要更高的空載電壓切割大厚度材料需要更高的空載電壓 等離子弧切割等離子弧切割的電源的電源 常用的電源多數(shù)是常用的電源多數(shù)是具有陡降外特性具有陡降外特性的的直流弧焊電源直流弧焊

24、電源， 有專(zhuān)門(mén)的型號(hào)有專(zhuān)門(mén)的型號(hào) 有時(shí)為了某種工藝或材料而使用有時(shí)為了某種工藝或材料而使用交流電源交流電源，常見(jiàn)于，常見(jiàn)于 等離子弧焊等離子弧焊 也有用一般弧焊機(jī)代替，將也有用一般弧焊機(jī)代替，將幾幾臺(tái)相同電流種類(lèi)臺(tái)相同電流種類(lèi)和和外外 特性的焊機(jī)串聯(lián)特性的焊機(jī)串聯(lián) 國(guó)產(chǎn)等離子弧切割機(jī)的空載電壓一般為國(guó)產(chǎn)等離子弧切割機(jī)的空載電壓一般為120120V V300V300V， 工作電流為工作電流為320320A A500A500A，工作電壓為工作電壓為6060V V150V150V 2. 2.等離子弧電極材料等離子弧電極材料 后電極材料與后電極材料與TIGTIG的電極材料相同，有的電極材料相同，有鎢極

25、、釷鎢鎢極、釷鎢 極和鈰鎢極極和鈰鎢極 純鎢的熔點(diǎn)純鎢的熔點(diǎn)34003400，沸點(diǎn)，沸點(diǎn)50005000，基本能滿(mǎn)足要求，基本能滿(mǎn)足要求 純鎢應(yīng)很好給予冷卻，以減少燒損純鎢應(yīng)很好給予冷卻，以減少燒損 在純鎢中加入在純鎢中加入1 12%2%的氧化釷，即為釷鎢極，的氧化釷，即為釷鎢極，比鎢極比鎢極 發(fā)射電子能力強(qiáng)發(fā)射電子能力強(qiáng) 在相同的電極直徑情況下，在相同的電極直徑情況下，釷鎢極釷鎢極可采用大電流而可采用大電流而 且燒損也較慢且燒損也較慢 鈰鎢極和鋯鉿電極鈰鎢極和鋯鉿電極 釷鎢極具有放射性，對(duì)健康有危害釷鎢極具有放射性，對(duì)健康有危害 在純鎢中加入在純鎢中加入2%2%的鈰即為的鈰即為鈰鎢極鈰鎢極

26、可減輕放射性污染，而且進(jìn)一步提高了電子發(fā)射可減輕放射性污染，而且進(jìn)一步提高了電子發(fā)射 能力和工藝性能能力和工藝性能 降低電極燒損率，是較為降低電極燒損率，是較為理想的后電極材料理想的后電極材料 鋯鉿電極，可用空氣作為工作氣體鋯鉿電極，可用空氣作為工作氣體 在在N N2 2+H+H2 2混合氣體中工作，壽命接近釷鎢極混合氣體中工作，壽命接近釷鎢極 3.3.等離子弧工作氣體等離子弧工作氣體 常用的工作氣體是常用的工作氣體是氮?dú)獾獨(dú)? (N N2 2) )、氬氣氬氣( (Ar)Ar)、氫氣氫氣( (H H2 2) ) 或他們的或他們的混合氣體混合氣體 N N2 2的熱焓比較高，化學(xué)性能較穩(wěn)定，危險(xiǎn)性

27、小，同的熱焓比較高，化學(xué)性能較穩(wěn)定，危險(xiǎn)性小，同 時(shí)成本低，是用的較廣泛的工作氣體時(shí)成本低，是用的較廣泛的工作氣體 氮會(huì)溶于鋼中形成氮化鐵，引起強(qiáng)度增高，塑性降氮會(huì)溶于鋼中形成氮化鐵，引起強(qiáng)度增高，塑性降 低低 氮的純度應(yīng)不低于氮的純度應(yīng)不低于99.5%99.5%，若其中含，若其中含O O2 2或水較多時(shí)，或水較多時(shí)， 會(huì)使鎢極嚴(yán)重?zé)龘p會(huì)使鎢極嚴(yán)重?zé)龘p 工作氣體工作氣體氬氣氬氣 ArAr的熱焓較低，等離子弧電壓也低的熱焓較低，等離子弧電壓也低 ArAr是單原子氣體，在高溫下不分解也沒(méi)有吸熱作用是單原子氣體，在高溫下不分解也沒(méi)有吸熱作用 比熱容和熱傳導(dǎo)值都很小，因此在氬氣中燃燒電弧比熱容和熱傳導(dǎo)

28、值都很小，因此在氬氣中燃燒電弧 其熱能損失最小其熱能損失最小 由于由于A(yíng)rAr的電離電位較高，的電離電位較高，引弧和燃弧都需要較高的引弧和燃弧都需要較高的 能量能量 應(yīng)采取特殊的引弧措施應(yīng)采取特殊的引弧措施以解決燃弧困難的問(wèn)題以解決燃弧困難的問(wèn)題 工作氣體工作氣體氬氣氬氣 ArAr是惰性氣體，即不與各種金屬起化學(xué)反應(yīng)也不溶是惰性氣體，即不與各種金屬起化學(xué)反應(yīng)也不溶 于金屬于金屬 對(duì)切割化學(xué)性能甚為活潑的金屬來(lái)說(shuō)，高純度的對(duì)切割化學(xué)性能甚為活潑的金屬來(lái)說(shuō)，高純度的ArAr 是良好的保護(hù)介質(zhì)是良好的保護(hù)介質(zhì) 氬氣比空氣重，在空氣中的含量約氬氣比空氣重，在空氣中的含量約1%1%，提取成本高，提取成本

29、高 氬氣通常為制氧過(guò)程中的副產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)工業(yè)純氬已氬氣通常為制氧過(guò)程中的副產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)工業(yè)純氬已 達(dá)達(dá)99.99%99.99% 工作氣體工作氣體氫氣氫氣 H H2 2是熱焓及導(dǎo)熱率最高的氣體，具有最大的傳遞熱是熱焓及導(dǎo)熱率最高的氣體，具有最大的傳遞熱 能的能力能的能力 工作氣體中混入工作氣體中混入H H2 2，會(huì)明顯提高等離子弧的熱功率會(huì)明顯提高等離子弧的熱功率 對(duì)難熔材料的噴涂及大厚度工件切割時(shí)，常用對(duì)難熔材料的噴涂及大厚度工件切割時(shí)，常用H H2 2作作 為工作氣體為工作氣體 對(duì)絕大多數(shù)金屬材料來(lái)說(shuō)，對(duì)絕大多數(shù)金屬材料來(lái)說(shuō)，H H2 2是還原性氣體，可有是還原性氣體，可有 效防止材料的氧化效防

30、止材料的氧化 工作氣體工作氣體氫氣、空氣氫氣、空氣 H H2 2是一種可燃?xì)怏w與空氣混合后易燃燒和爆炸是一種可燃?xì)怏w與空氣混合后易燃燒和爆炸 高溫下氫可溶于很多熔化金屬中高溫下氫可溶于很多熔化金屬中 有時(shí)影響工藝性，而且侵入鋼中的氫容易發(fā)生氫脆有時(shí)影響工藝性，而且侵入鋼中的氫容易發(fā)生氫脆 現(xiàn)象現(xiàn)象 空氣作為工作氣體傳遞熱量的能力也相當(dāng)高空氣作為工作氣體傳遞熱量的能力也相當(dāng)高 使用壓縮空氣便宜方便使用壓縮空氣便宜方便 工作氣體工作氣體混合氣體混合氣體 除鋯極用空氣外，鎢極也可用空氣作為工作氣體除鋯極用空氣外，鎢極也可用空氣作為工作氣體 鎢極使用空氣時(shí)，要用雙層氣流等離子槍?zhuān)瑑?nèi)層鎢極使用空氣時(shí)，要

31、用雙層氣流等離子槍?zhuān)瑑?nèi)層 氣流使用氣流使用ArAr、N N2 2等氣體保護(hù)鎢極不受空氣的氧化等氣體保護(hù)鎢極不受空氣的氧化 比較常用的工作氣體是氮?dú)浠旌蠚怏w、氬氫混合比較常用的工作氣體是氮?dú)浠旌蠚怏w、氬氫混合 氣體氣體 綜合了兩種氣體的優(yōu)點(diǎn)綜合了兩種氣體的優(yōu)點(diǎn) 混合氣體的注意混合氣體的注意 混合比例問(wèn)題混合比例問(wèn)題 影響切割速度、切口質(zhì)量及噴嘴壽命影響切割速度、切口質(zhì)量及噴嘴壽命 H H2 2: :ArAr =(20 =(2040)%40)%: :(80(8060)%60)% H H2 2:N:N2 2=(10=(1025)%:(9025)%:(9075)%75)% 起弧問(wèn)題起弧問(wèn)題 在含有大量

32、雙原子氣中起弧困難在含有大量雙原子氣中起弧困難 一般可在純一般可在純ArAr或純或純N N2 2中起弧中起弧 4. 4.等離子弧切割工藝等離子弧切割工藝 等離子弧工藝參數(shù)有等離子弧工藝參數(shù)有 空載電壓空載電壓U0 0 切割電流 切割電流I 工作電壓工作電壓U氣體流量氣體流量Q 切割速度切割速度v 噴嘴到工件的距離噴嘴到工件的距離h 鎢極到噴嘴端面的距離鎢極到噴嘴端面的距離l 噴嘴孔徑尺寸噴嘴孔徑尺寸d (1)(1)空載電壓空載電壓U U0 0 為使等離子弧易于引燃和穩(wěn)定燃燒，要電源的為使等離子弧易于引燃和穩(wěn)定燃燒，要電源的U0 0 150150V 在切割較厚材料時(shí)在切割較厚材料時(shí)(200(20

33、0mmmm以上以上) )，U0 0200200V 切割厚材料時(shí)，切割厚材料時(shí)，U0 0=300=300400400V 由于空載電壓由于空載電壓U0 0高，需注意安全高，需注意安全 (2)(2)切割電流和工作電壓切割電流和工作電壓 切割電流和工作電壓切割電流和工作電壓決定了等離子弧的功率決定了等離子弧的功率 加大切割電流和工作電壓可以增加等離子弧的熱功加大切割電流和工作電壓可以增加等離子弧的熱功 率率 提高被切割工件厚度和切割速度提高被切割工件厚度和切割速度 切割速度隨切割電流的增加而顯著增加切割速度隨切割電流的增加而顯著增加 隨被切割金屬厚度的增加，切割電流隨被切割金屬厚度的增加，切割電流I

34、I對(duì)切割速度對(duì)切割速度v v 的影響效果變小的影響效果變小 提高功率的有效途徑提高功率的有效途徑 增大電流的同時(shí)會(huì)使弧柱變粗，切口寬度增加，鎢增大電流的同時(shí)會(huì)使弧柱變粗，切口寬度增加，鎢 極噴嘴容易燒損極噴嘴容易燒損 增高電壓是提高等離子弧功率的有效途徑，特別在增高電壓是提高等離子弧功率的有效途徑，特別在 切割大厚度材料時(shí)切割大厚度材料時(shí) 工作電壓工作電壓U與氣體成分和氣體流量有關(guān)與氣體成分和氣體流量有關(guān) N2 2的的UAr的的U H2 2散熱能力強(qiáng)，也需要提高散熱能力強(qiáng)，也需要提高U 等離子弧工作電壓等離子弧工作電壓 當(dāng)當(dāng)U0.65U0時(shí)，等離子弧會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)，等離子弧會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象雙雙 弧現(xiàn)象弧現(xiàn)象 在增加等離子弧工作電壓的同時(shí)必須提高電源的在增加等離子弧工作電壓的同時(shí)必須提高電源的 空載電壓空載電壓 U還與噴嘴的幾何形狀有關(guān)，特別是噴嘴孔徑還與噴嘴的幾何形狀有關(guān)，特別是噴嘴孔徑d (3)(3)氣體流量氣體流量Q Q 在其它條件相同時(shí)，在其它條件相同時(shí)， Q Q的增加使的增加使弧柱熱弧柱熱收收縮縮效應(yīng)效應(yīng) 增強(qiáng)，能量更集中增強(qiáng)，能量更集中 隨隨Q Q的增加的增加，U U增高增高電弧功率電弧功率提高提高，弧柱，弧柱T T升高升高， v v增加增加 同時(shí)電弧噴射速度加快，沖力提高，同時(shí)電弧噴