等離子切割技術

1、等離子切割技術等離子切割技術 等離子弧的產生，特點和類型等離子弧的產生，特點和類型 等離子氣體的作用和選擇等離子氣體的作用和選擇 等離子切割規(guī)范等離子切割規(guī)范 等離子切割的安全規(guī)范等離子切割的安全規(guī)范 等離子切割是利用高溫等離子切割是利用高溫（13000-33000K） ，高速（，高速（300-1000m/s）等離子弧來切割金）等離子弧來切割金 屬的方法，是將金屬局部迅速融化，同時屬的方法，是將金屬局部迅速融化，同時 利用壓縮氣流的機械沖刷力將融化金屬沖利用壓縮氣流的機械沖刷力將融化金屬沖 掉，形成切割的過程掉，形成切割的過程 等離子電弧的形成是由于特殊裝置將普通電弧壓 縮，使其能量高度集中而

2、形成。 主要優(yōu)點 切割速度快，質量好，熱影響區(qū)及變形小切割速度快，質量好，熱影響區(qū)及變形小 等離子電弧的產生與特點等離子電弧的產生與特點 圖1.等離子弧發(fā)生裝置示意圖 1.鎢極；2.進氣管；3.4.進出水口5. 割嘴；6.等離子??；7.工件；8.高 頻振蕩器. 一般的焊接電弧未受到外界 的壓縮，稱為自由電弧。自 由電弧中的氣體電離是不充 分的，能量不能高度集中。 如果對自由電弧強迫壓縮(壓壓 縮縮效效應應)，使弧柱中的氣體幾 乎達到全部電離狀態(tài)的電弧， 稱為等離子弧。等離子弧的 產生原理如圖所示，即先通 過高頻振蕩器激發(fā)氣體電離 形成電弧，然后在壓縮效應 作用下，形成等離子弧。大 約在1萬度的

3、時候，物質可 以完全電離而達到等離子態(tài) 等離子切割分類 按照等離子工作氣體的不同，可將等離子切割方法 分為： 等離子氧氣切割 等離子氮氣切割 等離子空氣切割 等離子氬氣-空氣切割 不同的切割方法由于其使用的工作介質的物、化性 質的差異，因而具有不同的應用場合 三種壓縮效應 機械壓縮效應 熱壓縮效應 電磁壓縮效應 熱壓縮效應熱壓縮效應 在噴嘴細孔中電弧周圍通常有高溫的高 速氣流，不斷地將弧柱的熱量帶走，使 得弧柱邊緣層的溫度下降，邊緣層的氣 體電離度也急劇下降，從而失去導電能 力，這就迫使弧柱變細，這種效應稱為 熱壓縮效應 機械壓縮效應 強迫自由 電弧通過 噴嘴的細 孔，使得 弧柱直徑 被迫縮小

4、 電磁壓縮效應電磁壓縮效應 弧柱中的帶電離子流看成是 無數根平行的通電導體，導 體自身的磁場所產生的磁力 使得導體相互吸引，由于弧 柱中心的電流密度很高，這 種作用十分顯著，已被機械 壓縮的弧柱由于這種相互吸 引而進一步收縮，這種壓縮 稱為電磁壓縮效應 等離子弧的特點等離子弧的特點 溫度高、能量高度集中溫度高、能量高度集中 等離子弧的導電 性高，承受的電流密度大，因此溫度極高（弧柱 中心溫度1800024000K），并且截面很小，能量 密度高度集中。 電弧挺度好、燃燒穩(wěn)定電弧挺度好、燃燒穩(wěn)定 自由電弧的擴散角 度約為45，而等離子弧由于電離程度高，放電過 程穩(wěn)定，在“壓縮效應”作用下，其擴散角

5、僅為 5。故電弧挺度好，燃燒穩(wěn)定。 具有很強的機械沖刷力具有很強的機械沖刷力 等離子弧發(fā)生裝 置內通入常溫壓縮氣體，由于受到電弧高溫加熱 而膨脹，使氣體壓力大大增加，高壓氣流通過噴 嘴細通道噴出時，可達到很高的速度甚至可超過 聲速，所以等離子弧有很強的機械沖刷力。 轉移型等離子?。ㄖ苯踊。┺D移型等離子?。ㄖ苯踊。?，電極接 負極，工件接正極，等離子弧產生在 電極和工件之間，工件所受溫度很高， 用于切割各種金屬的中厚板。 非轉移性等離子?。ㄩg接?。┓寝D移性等離子?。ㄩg接?。?，連接 與上面相反，等離子弧產生在電極和 噴嘴之間。 等離子弧的類型等離子弧的類型 2 3 5 4 1 在弧柱與噴嘴孔內壁之間

6、起絕緣、絕熱作用在弧柱與噴嘴孔內壁之間起絕緣、絕熱作用 作為電離介質和電弧的導熱體，使金屬熔化作為電離介質和電弧的導熱體，使金屬熔化 利用氣壓的機械力吹掉熔化或其他物質利用氣壓的機械力吹掉熔化或其他物質 對電弧起熱壓縮作用對電弧起熱壓縮作用 對鎢極起冷卻作用對鎢極起冷卻作用 保證電弧的穩(wěn)定性 不得與噴嘴和電極發(fā)生反應 有較高的電離電位和較高的分解熱 成本低，易制備，危險性小 一 二 三 四 等離子切割所用氣體的性質，如電離勢，熱焓，等離子切割所用氣體的性質，如電離勢，熱焓， 導熱性已經氣體密度等，對于等離子的穩(wěn)定和溫導熱性已經氣體密度等，對于等離子的穩(wěn)定和溫 度影響極大。目前常用的氣體是氮氣，

7、氬氣，氫度影響極大。目前常用的氣體是氮氣，氬氣，氫 氣已經其他混合氣，其中用最多的是氮氣，切割氣已經其他混合氣，其中用最多的是氮氣，切割 氮氣的純度不低于氮氣的純度不低于99.5%。如果其中含氧量及水分如果其中含氧量及水分 較多，會對鎢極起氧化作用，使之嚴重燒傷，甚較多，會對鎢極起氧化作用，使之嚴重燒傷，甚 至會燒毀噴嘴，同時還會引起規(guī)范參數不穩(wěn)定，至會燒毀噴嘴，同時還會引起規(guī)范參數不穩(wěn)定， 使切口不光潔。使切口不光潔。 鎢極和噴嘴的燒損 等離子弧是鎢極和噴嘴之間形成的， 由于鎢極和噴嘴是等離子弧的兩個電 極，鎢極又直接發(fā)射電子，故容易燒 毀。 噴嘴的燒毀導致鎢極和噴嘴不同心時， 氣流分布不均

8、勻，破壞對噴嘴的冷卻 作用，產生“雙弧”作用。 等離子切割規(guī)范等離子切割規(guī)范 空載電壓和弧柱電壓 切割電流及工作電壓 氣體流量 切割速度 噴嘴到工件距離 鎢極到割件的距離 空載電壓和弧柱電壓空載電壓和弧柱電壓 等離子切割電源，必須具有足夠高的 空載電壓，才能容易引弧和使等離子 弧穩(wěn)定燃燒?？蛰d電壓一般為120- 600V，而弧柱電壓一般為空載電壓的 一半。提高弧柱電壓，能明顯地增加 等離子弧的功率，因而能提高切割速 度和切割更大厚度的金屬板材?；≈?電壓往往通過調節(jié)氣體流量和加大電 極內縮量來達到，但弧柱電壓不能超 過空載電壓的65%，否則會使等離子 弧不穩(wěn)定。 切割電流及工作電壓 這兩個參數

9、決定著等離子電弧的功率，提高功率能夠 提高切割速度和切割厚度. 增加切割電流同樣能提高等離子弧的功率，但它受到 最大允許電流的限制，否則會使等離子弧柱變粗、割 縫寬度增加、電極壽命下降。 氣體流量氣體流量 增加氣體流量既能提高弧柱電壓，又能 增強對弧柱的壓縮作用而使等離子弧能 量更加集中、噴射力更強，因而可提高 切割速度和質量。但氣體流量過大，反 而會使弧柱變短，損失熱量增加，使切 割能力減弱，直至使切割過程不能正常 進行。 切割速度 各種因素直接影響等離子弧的壓縮效應，也就是 影響等離子弧的溫度和能量密度，而等離子弧的 高溫、高能量決定著切割速度，所以以上的各種 因素均與切割速度有關。在保證

10、切割質量的前提 下，應盡可能的提高切割速度。這不僅提高生產 率，而且能減少被割零件的變形量和割縫區(qū)的熱 影響區(qū)域。若切割速度不合適，其效果相反，而 且會使粘渣增加，切割質量下降。 噴嘴到工件距離 電極到割嘴端面的距離，合適的距離可以電極到割嘴端面的距離，合適的距離可以 使電弧在割嘴內得到良好的壓縮，獲得能使電弧在割嘴內得到良好的壓縮，獲得能 量集中、溫度高的等離子弧而進行有效的量集中、溫度高的等離子弧而進行有效的 切割。距離過大或過小，會使電極嚴重燒切割。距離過大或過小，會使電極嚴重燒 損、割嘴燒壞和切割能力下降。內縮量一損、割嘴燒壞和切割能力下降。內縮量一 般取般取8-11mm。 Page

11、22 鎢極到割件的距離（內縮量）鎢極到割件的距離（內縮量） 割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面 的距離。該距離一般為410mm。它與 電極內縮量一樣，距離要合適才能充分 發(fā)揮等離子弧的切割效率，否則會使切 割效率和切割質量下降或使割嘴燒壞。 切割的安全技術切割的安全技術 在等離子切割過程中會產生一些有害的因素，影響操作人員的 健康，但是只要采取相應對策，采取勞動保護，這些有害影響 是可以避免的。 等離子切割過程中的有害因素有：有害氣體臭氧，氮氧化有害氣體臭氧，氮氧化 物，金屬煙塵；等離子弧強光源的紅外線，物，金屬煙塵；等離子弧強光源的紅外線， 可是光線和紫外線光輻射；高頻電磁場；采可是光線和紫

12、外線光輻射；高頻電磁場；采 用釷鎢棒時的放射性釷的沾染用釷鎢棒時的放射性釷的沾染 等離子弧焊接和切割用電源的空載電壓較高，尤其在 手工操作時，有電擊的危險。因此，電源在使用時必須 可靠接地，焊槍槍體或割槍槍體與手觸摸部分必須可靠 絕緣?？梢圆捎幂^低電壓引燃非轉移弧后再接通較高電 壓的轉移弧回路。如果啟動開關裝在手把上，必須對外 露開關套上絕緣橡膠套管，避免手直接接觸開關。盡可 能采用自動操作方法。 一 電弧光輻射強度大，它主要由紫外線輻射、 可見光輻射與紅外線輻射組成。等離子弧 較其它電弧的光輻射強度更大，尤其是紫 外線強度，故對皮膚損傷嚴重，操作者在 焊接或切割時必須帶上良好的面罩、手套 ，

13、最好加上吸收紫外線的鏡片。自動操作 時，可在操作者與操作區(qū)設置防護屏。等 離子弧切割時，可采用水中切割方法，利 用水來吸收光輻射。 二 Your site here LOGO v等離子弧焊接與切割過程中伴隨有大量 汽化的金屬蒸氣、臭氧、氮化物等。尤 其切割時，由于氣體流量大，致使工作 場地上的灰塵大量揚起，這些煙氣與灰 塵對操作工人的呼吸道、肺等產生嚴重 影響。切割時，在柵格工作臺下方還可 以安置排風裝置，也可以采取水中切割 方法。 三 等離子弧會產生高強度、高頻率的噪聲，尤其采 用大功率等離子弧切割時，其噪聲更大，這對操 作者的聽覺系統(tǒng)和神經系統(tǒng)非常有害。其噪聲能 量集中在20008000H

14、z范圍內。要求操作者必須 戴耳塞。在可能的條件下，盡量采用自動化切割， 使操作者在隔音良好的操作室內工作，也可以采 取水中切割方法，利用水來吸收噪聲。 四 等離子弧焊接和切割采用高頻振高器引弧，高 頻對人體有一定的危害。引弧頻率選擇在20 60kHz較為合適。還要求工件接地可靠，轉移 弧引燃后，立即可靠地切斷高頻振蕩器電源。 五 等離子弧切割技術的開發(fā)等離子弧切割技術的開發(fā)方向方向 【1】研制用于氧化性工作氣體的新型電極材料，替代目前使研制用于氧化性工作氣體的新型電極材料，替代目前使 用的鋯和鉿，提高電極的使用壽命，降低成本；用的鋯和鉿，提高電極的使用壽命，降低成本； 【2】研究高精度等離子弧

15、切割技術，加強工作氣體和噴嘴對研究高精度等離子弧切割技術，加強工作氣體和噴嘴對 等離子弧的壓縮作用，使從噴嘴射出的等離子弧更細、更挺等離子弧的壓縮作用，使從噴嘴射出的等離子弧更細、更挺 直有力，達到切口寬度更小、切割精度更高、切割垂直好的直有力，達到切口寬度更小、切割精度更高、切割垂直好的 切割質量；切割質量； 【3】開發(fā)切割碳素鋼厚板的等離子弧切割技術（目前，大電流開發(fā)切割碳素鋼厚板的等離子弧切割技術（目前，大電流 空氣等離子弧切割板厚大于空氣等離子弧切割板厚大于30mm的碳素鋼速度低于氧氣切的碳素鋼速度低于氧氣切 割，且切割面傾角大）割，且切割面傾角大） 【4】等離子弧焰流流切割技術和設備的研究和開發(fā)等離子弧焰流流切割技術和設備的研究和開發(fā)， 適應切割薄金屬和某些非金屬材料的要求。適應切割薄金屬和某些非金屬材料的要求。 結語結語 2