等离子切割技术

1、等离子切割技术等离子切割技术 等离子弧的产生，特点和类型等离子弧的产生，特点和类型 等离子气体的作用和选择等离子气体的作用和选择 等离子切割规范等离子切割规范 等离子切割的安全规范等离子切割的安全规范 等离子切割是利用高温等离子切割是利用高温（13000-33000K） ，高速（，高速（300-1000m/s）等离子弧来切割金）等离子弧来切割金 属的方法，是将金属局部迅速融化，同时属的方法，是将金属局部迅速融化，同时 利用压缩气流的机械冲刷力将融化金属冲利用压缩气流的机械冲刷力将融化金属冲 掉，形成切割的过程掉，形成切割的过程 等离子电弧的形成是由于特殊装置将普通电弧压 缩，使其能量高度集中而

2、形成。 主要优点 切割速度快，质量好，热影响区及变形小切割速度快，质量好，热影响区及变形小 等离子电弧的产生与特点等离子电弧的产生与特点 图1.等离子弧发生装置示意图 1.钨极；2.进气管；3.4.进出水口5. 割嘴；6.等离子弧；7.工件；8.高 频振荡器. 一般的焊接电弧未受到外界 的压缩，称为自由电弧。自 由电弧中的气体电离是不充 分的，能量不能高度集中。 如果对自由电弧强迫压缩(压压 缩缩效效应应)，使弧柱中的气体几 乎达到全部电离状态的电弧， 称为等离子弧。等离子弧的 产生原理如图所示，即先通 过高频振荡器激发气体电离 形成电弧，然后在压缩效应 作用下，形成等离子弧。大 约在1万度的

3、时候，物质可 以完全电离而达到等离子态 等离子切割分类 按照等离子工作气体的不同，可将等离子切割方法 分为： 等离子氧气切割 等离子氮气切割 等离子空气切割 等离子氩气-空气切割 不同的切割方法由于其使用的工作介质的物、化性 质的差异，因而具有不同的应用场合 三种压缩效应 机械压缩效应 热压缩效应 电磁压缩效应 热压缩效应热压缩效应 在喷嘴细孔中电弧周围通常有高温的高 速气流，不断地将弧柱的热量带走，使 得弧柱边缘层的温度下降，边缘层的气 体电离度也急剧下降，从而失去导电能 力，这就迫使弧柱变细，这种效应称为 热压缩效应 机械压缩效应 强迫自由 电弧通过 喷嘴的细 孔，使得 弧柱直径 被迫缩小

4、 电磁压缩效应电磁压缩效应 弧柱中的带电离子流看成是 无数根平行的通电导体，导 体自身的磁场所产生的磁力 使得导体相互吸引，由于弧 柱中心的电流密度很高，这 种作用十分显著，已被机械 压缩的弧柱由于这种相互吸 引而进一步收缩，这种压缩 称为电磁压缩效应 等离子弧的特点等离子弧的特点 温度高、能量高度集中温度高、能量高度集中 等离子弧的导电 性高，承受的电流密度大，因此温度极高（弧柱 中心温度1800024000K），并且截面很小，能量 密度高度集中。 电弧挺度好、燃烧稳定电弧挺度好、燃烧稳定 自由电弧的扩散角 度约为45，而等离子弧由于电离程度高，放电过 程稳定，在“压缩效应”作用下，其扩散角

5、仅为 5。故电弧挺度好，燃烧稳定。 具有很强的机械冲刷力具有很强的机械冲刷力 等离子弧发生装 置内通入常温压缩气体，由于受到电弧高温加热 而膨胀，使气体压力大大增加，高压气流通过喷 嘴细通道喷出时，可达到很高的速度甚至可超过 声速，所以等离子弧有很强的机械冲刷力。 转移型等离子弧（直接弧）转移型等离子弧（直接弧），电极接 负极，工件接正极，等离子弧产生在 电极和工件之间，工件所受温度很高， 用于切割各种金属的中厚板。 非转移性等离子弧（间接弧）非转移性等离子弧（间接弧），连接 与上面相反，等离子弧产生在电极和 喷嘴之间。 等离子弧的类型等离子弧的类型 2 3 5 4 1 在弧柱与喷嘴孔内壁之间

6、起绝缘、绝热作用在弧柱与喷嘴孔内壁之间起绝缘、绝热作用 作为电离介质和电弧的导热体，使金属熔化作为电离介质和电弧的导热体，使金属熔化 利用气压的机械力吹掉熔化或其他物质利用气压的机械力吹掉熔化或其他物质 对电弧起热压缩作用对电弧起热压缩作用 对钨极起冷却作用对钨极起冷却作用 保证电弧的稳定性 不得与喷嘴和电极发生反应 有较高的电离电位和较高的分解热 成本低，易制备，危险性小 一 二 三 四 等离子切割所用气体的性质，如电离势，热焓，等离子切割所用气体的性质，如电离势，热焓， 导热性已经气体密度等，对于等离子的稳定和温导热性已经气体密度等，对于等离子的稳定和温 度影响极大。目前常用的气体是氮气，

7、氩气，氢度影响极大。目前常用的气体是氮气，氩气，氢 气已经其他混合气，其中用最多的是氮气，切割气已经其他混合气，其中用最多的是氮气，切割 氮气的纯度不低于氮气的纯度不低于99.5%。如果其中含氧量及水分如果其中含氧量及水分 较多，会对钨极起氧化作用，使之严重烧伤，甚较多，会对钨极起氧化作用，使之严重烧伤，甚 至会烧毁喷嘴，同时还会引起规范参数不稳定，至会烧毁喷嘴，同时还会引起规范参数不稳定， 使切口不光洁。使切口不光洁。 钨极和喷嘴的烧损 等离子弧是钨极和喷嘴之间形成的， 由于钨极和喷嘴是等离子弧的两个电 极，钨极又直接发射电子，故容易烧 毁。 喷嘴的烧毁导致钨极和喷嘴不同心时， 气流分布不均

8、匀，破坏对喷嘴的冷却 作用，产生“双弧”作用。 等离子切割规范等离子切割规范 空载电压和弧柱电压 切割电流及工作电压 气体流量 切割速度 喷嘴到工件距离 钨极到割件的距离 空载电压和弧柱电压空载电压和弧柱电压 等离子切割电源，必须具有足够高的 空载电压，才能容易引弧和使等离子 弧稳定燃烧。空载电压一般为120- 600V，而弧柱电压一般为空载电压的 一半。提高弧柱电压，能明显地增加 等离子弧的功率，因而能提高切割速 度和切割更大厚度的金属板材。弧柱 电压往往通过调节气体流量和加大电 极内缩量来达到，但弧柱电压不能超 过空载电压的65%，否则会使等离子 弧不稳定。 切割电流及工作电压 这两个参数

9、决定着等离子电弧的功率，提高功率能够 提高切割速度和切割厚度. 增加切割电流同样能提高等离子弧的功率，但它受到 最大允许电流的限制，否则会使等离子弧柱变粗、割 缝宽度增加、电极寿命下降。 气体流量气体流量 增加气体流量既能提高弧柱电压，又能 增强对弧柱的压缩作用而使等离子弧能 量更加集中、喷射力更强，因而可提高 切割速度和质量。但气体流量过大，反 而会使弧柱变短，损失热量增加，使切 割能力减弱，直至使切割过程不能正常 进行。 切割速度 各种因素直接影响等离子弧的压缩效应，也就是 影响等离子弧的温度和能量密度，而等离子弧的 高温、高能量决定着切割速度，所以以上的各种 因素均与切割速度有关。在保证

10、切割质量的前提 下，应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产 率，而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热 影响区域。若切割速度不合适，其效果相反，而 且会使粘渣增加，切割质量下降。 喷嘴到工件距离 电极到割嘴端面的距离，合适的距离可以电极到割嘴端面的距离，合适的距离可以 使电弧在割嘴内得到良好的压缩，获得能使电弧在割嘴内得到良好的压缩，获得能 量集中、温度高的等离子弧而进行有效的量集中、温度高的等离子弧而进行有效的 切割。距离过大或过小，会使电极严重烧切割。距离过大或过小，会使电极严重烧 损、割嘴烧坏和切割能力下降。内缩量一损、割嘴烧坏和切割能力下降。内缩量一 般取般取8-11mm。 Page

11、22 钨极到割件的距离（内缩量）钨极到割件的距离（内缩量） 割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面 的距离。该距离一般为410mm。它与 电极内缩量一样，距离要合适才能充分 发挥等离子弧的切割效率，否则会使切 割效率和切割质量下降或使割嘴烧坏。 切割的安全技术切割的安全技术 在等离子切割过程中会产生一些有害的因素，影响操作人员的 健康，但是只要采取相应对策，采取劳动保护，这些有害影响 是可以避免的。 等离子切割过程中的有害因素有：有害气体臭氧，氮氧化有害气体臭氧，氮氧化 物，金属烟尘；等离子弧强光源的红外线，物，金属烟尘；等离子弧强光源的红外线， 可是光线和紫外线光辐射；高频电磁场；采可是光线和紫

12、外线光辐射；高频电磁场；采 用钍钨棒时的放射性钍的沾染用钍钨棒时的放射性钍的沾染 等离子弧焊接和切割用电源的空载电压较高，尤其在 手工操作时，有电击的危险。因此，电源在使用时必须 可靠接地，焊枪枪体或割枪枪体与手触摸部分必须可靠 绝缘。可以采用较低电压引燃非转移弧后再接通较高电 压的转移弧回路。如果启动开关装在手把上，必须对外 露开关套上绝缘橡胶套管，避免手直接接触开关。尽可 能采用自动操作方法。 一 电弧光辐射强度大，它主要由紫外线辐射、 可见光辐射与红外线辐射组成。等离子弧 较其它电弧的光辐射强度更大，尤其是紫 外线强度，故对皮肤损伤严重，操作者在 焊接或切割时必须带上良好的面罩、手套 ，

13、最好加上吸收紫外线的镜片。自动操作 时，可在操作者与操作区设置防护屏。等 离子弧切割时，可采用水中切割方法，利 用水来吸收光辐射。 二 Your site here LOGO v等离子弧焊接与切割过程中伴随有大量 汽化的金属蒸气、臭氧、氮化物等。尤 其切割时，由于气体流量大，致使工作 场地上的灰尘大量扬起，这些烟气与灰 尘对操作工人的呼吸道、肺等产生严重 影响。切割时，在栅格工作台下方还可 以安置排风装置，也可以采取水中切割 方法。 三 等离子弧会产生高强度、高频率的噪声，尤其采 用大功率等离子弧切割时，其噪声更大，这对操 作者的听觉系统和神经系统非常有害。其噪声能 量集中在20008000H

14、z范围内。要求操作者必须 戴耳塞。在可能的条件下，尽量采用自动化切割， 使操作者在隔音良好的操作室内工作，也可以采 取水中切割方法，利用水来吸收噪声。 四 等离子弧焊接和切割采用高频振高器引弧，高 频对人体有一定的危害。引弧频率选择在20 60kHz较为合适。还要求工件接地可靠，转移 弧引燃后，立即可靠地切断高频振荡器电源。 五 等离子弧切割技术的开发等离子弧切割技术的开发方向方向 【1】研制用于氧化性工作气体的新型电极材料，替代目前使研制用于氧化性工作气体的新型电极材料，替代目前使 用的锆和铪，提高电极的使用寿命，降低成本；用的锆和铪，提高电极的使用寿命，降低成本； 【2】研究高精度等离子弧

15、切割技术，加强工作气体和喷嘴对研究高精度等离子弧切割技术，加强工作气体和喷嘴对 等离子弧的压缩作用，使从喷嘴射出的等离子弧更细、更挺等离子弧的压缩作用，使从喷嘴射出的等离子弧更细、更挺 直有力，达到切口宽度更小、切割精度更高、切割垂直好的直有力，达到切口宽度更小、切割精度更高、切割垂直好的 切割质量；切割质量； 【3】开发切割碳素钢厚板的等离子弧切割技术（目前，大电流开发切割碳素钢厚板的等离子弧切割技术（目前，大电流 空气等离子弧切割板厚大于空气等离子弧切割板厚大于30mm的碳素钢速度低于氧气切的碳素钢速度低于氧气切 割，且切割面倾角大）割，且切割面倾角大） 【4】等离子弧焰流流切割技术和设备的研究和开发等离子弧焰流流切割技术和设备的研究和开发， 适应切割薄金属和某些非金属材料的要求。适应切割薄金属和某些非金属材料的要求。 结语结语 2