關于等離子切割技術

目錄等離子弧的產生，特點和類型01等離子氣體的作用和選擇02等離子切割規范03等離子切割的安全規范04第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等離子切割是利用高溫（13000-33000K）

，高速（300-1000m/s）等離子弧來切割金屬的方法，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形成。主要優點切割速度快，質量好，熱影響區及變形小第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等離子電弧的產生與特點圖1.等離子弧發生裝置示意圖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(壓縮效應)，使弧柱中的氣體幾乎達到全部電離狀態的電弧，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1萬度的時候，物質可以完全電離而達到等離子態第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天三種壓縮效應機械壓縮效應1

熱壓縮效應2電磁壓縮效應3第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

等離子弧的特點溫度高、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18000～24000K），并且截面很小，能量密度高度集中。電弧挺度好、燃燒穩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，放電過程穩定，在“壓縮效應”作用下，其擴散角僅為5°。故電弧挺度好，燃燒穩定。具有很強的機械沖刷力

等離子弧發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。第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天轉移型等離子?。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。非轉移性等離子弧（間接?。B接與上面相反，等離子弧產生在電極和噴嘴之間。等離子弧的類型第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天電離氣體的作用23541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鎢極起冷卻作用第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天電離氣體的選擇原則保證電弧的穩定性不得與噴嘴和電極發生反應有較高的電離電位和較高的分解熱成本低，易制備，危險性小一二三四第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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，對于等離子的穩定和溫度影響極大。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，切割氮氣的純度不低于99.5%。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，甚至會燒毀噴嘴，同時還會引起規范參數不穩定，使切口不光潔。第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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，氣流分布不均勻，破壞對噴嘴的冷卻作用，產生“雙弧”作用。第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等離子切割規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第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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?；≈妷和ㄟ^調節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定。第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天切割電流及工作電壓這兩個參數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。第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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。

第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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的熱影響區域。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。第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天噴嘴到工件距離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，會使電極嚴重燒損、割嘴燒壞和切割能力下降。內縮量一般取8-11mm。第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天鎢極到割件的距離（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4~10mm。它與電極內縮量一樣，距離要合適才能充分發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。第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天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；采用釷鎢棒時的放射性釷的沾染第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等離子切割的安全防護技術防電擊防電弧光輻射防灰塵與煙氣防噪聲防高頻第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

防電擊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。一第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天防電弧光輻射

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，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。二第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

防灰塵與煙氣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。三第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天防噪聲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和神經系統非常有害。其噪聲能量集中在2000～8000Hz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。四第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天防高頻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。五第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天等離子弧切割技術的開發方向

【1】研制用于氧化性工作氣體的新型電極材料，替代目前使

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；【3】開發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30mm的碳素鋼速度低于氧氣切割，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，

適應切割薄金屬和某些非金屬材料的要求。第30頁,共32頁，2024年2月25日，星期天結語

21世紀是一個倡導綠色環保的時代，由于我國經濟的迅速崛起和制造業的蓬勃發展，必然對切割技術提出更高的要求。等離子切割技術具有諸多與綠色相符的特征，因而發展等離子切割技術具有與時俱進的優勢。國內的企業、科研院所要加大科研力度