等離子切割技術(shù)

關(guān)于等離子切割技術(shù)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

目錄等離子弧的產(chǎn)生，特點(diǎn)和類(lèi)型01等離子氣體的作用和選擇02等離子切割規(guī)范03等離子切割的安全規(guī)范04第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子切割是利用高溫（13000-33000K）

，高速（300-1000m/s）等離子弧來(lái)切割金屬的方法，是將金屬局部迅速融化，同時(shí)利用壓縮氣流的機(jī)械沖刷力將融化金屬?zèng)_掉，形成切割的過(guò)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(yōu)點(diǎn)切割速度快，質(zhì)量好，熱影響區(qū)及變形小第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子電弧的產(chǎn)生與特點(diǎn)圖1.等離子弧發(fā)生裝置示意圖1.鎢極；2.進(jìn)氣管；3.4.進(jìn)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(chēng)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(duì)自由電弧強(qiáng)迫壓縮(壓縮效應(yīng))，使弧柱中的氣體幾乎達(dá)到全部電離狀態(tài)的電弧，稱(chēng)為等離子弧。等離子弧的產(chǎn)生原理如圖所示，即先通過(guò)高頻振蕩器激發(fā)氣體電離形成電弧，然后在壓縮效應(yīng)作用下，形成等離子弧。大約在1萬(wàn)度的時(shí)候，物質(zhì)可以完全電離而達(dá)到等離子態(tài)第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子切割分類(lèi)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?dú)馇懈畹入x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(zhì)的物、化性質(zhì)的差異，因而具有不同的應(yīng)用場(chǎng)合第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三種壓縮效應(yīng)機(jī)械壓縮效應(yīng)1

熱壓縮效應(yīng)2電磁壓縮效應(yīng)3第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五熱壓縮效應(yīng)在噴嘴細(xì)孔中電弧周?chē)ǔＳ懈邷氐母咚贇饬?，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(dǎo)電能力，這就迫使弧柱變細(xì)，這種效應(yīng)稱(chēng)為熱壓縮效應(yīng)第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五機(jī)械壓縮效應(yīng)強(qiáng)迫自由電弧通過(guò)噴嘴的細(xì)孔，使得弧柱直徑被迫縮小第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五電磁壓縮效應(yīng)弧柱中的帶電離子流看成是無(wú)數(shù)根平行的通電導(dǎo)體，導(dǎo)體自身的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的磁力使得導(dǎo)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(jī)械壓縮的弧柱由于這種相互吸引而進(jìn)一步收縮，這種壓縮稱(chēng)為電磁壓縮效應(yīng)第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

等離子弧的特點(diǎn)溫度高、能量高度集中等離子弧的導(dǎo)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(wěn)定自由電弧的擴(kuò)散角度約為45°，而等離子弧由于電離程度高，放電過(guò)程穩(wěn)定，在“壓縮效應(yīng)”作用下，其擴(kuò)散角僅為5°。故電弧挺度好，燃燒穩(wěn)定。具有很強(qiáng)的機(jī)械沖刷力

等離子弧發(fā)生裝置內(nèi)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(guò)噴嘴細(xì)通道噴出時(shí)，可達(dá)到很高的速度甚至可超過(guò)聲速，所以等離子弧有很強(qiáng)的機(jī)械沖刷力。第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)移型等離子?。ㄖ苯踊。?，電極接負(fù)極，工件接正極，等離子弧產(chǎn)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(zhuǎn)移性等離子?。ㄩg接?。?，連接與上面相反，等離子弧產(chǎn)生在電極和噴嘴之間。等離子弧的類(lèi)型第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五電離氣體的作用23541在弧柱與噴嘴孔內(nèi)壁之間起絕緣、絕熱作用作為電離介質(zhì)和電弧的導(dǎo)熱體，使金屬熔化利用氣壓的機(jī)械力吹掉熔化或其他物質(zhì)對(duì)電弧起熱壓縮作用對(duì)鎢極起冷卻作用第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五電離氣體的選擇原則保證電弧的穩(wěn)定性不得與噴嘴和電極發(fā)生反應(yīng)有較高的電離電位和較高的分解熱成本低，易制備，危險(xiǎn)性小一二三四第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子切割所用氣體的性質(zhì)，如電離勢(shì)，熱焓，導(dǎo)熱性已經(jīng)氣體密度等，對(duì)于等離子的穩(wěn)定和溫度影響極大。目前常用的氣體是氮?dú)?，氬氣，氫氣已?jīng)其他混合氣，其中用最多的是氮?dú)?，切割氮?dú)獾募兌炔坏陀?9.5%。如果其中含氧量及水分較多，會(huì)對(duì)鎢極起氧化作用，使之嚴(yán)重?zé)齻?，甚至?xí)龤娮?，同時(shí)還會(huì)引起規(guī)范參數(shù)不穩(wěn)定，使切口不光潔。第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五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(gè)電極，鎢極又直接發(fā)射電子，故容易燒毀。噴嘴的燒毀導(dǎo)致鎢極和噴嘴不同心時(shí)，氣流分布不均勻，破壞對(duì)噴嘴的冷卻作用，產(chǎn)生“雙弧”作用。第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子切割規(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第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五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。弧柱電壓往往通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量和加大電極內(nèi)縮量來(lái)達(dá)到，但弧柱電壓不能超過(guò)空載電壓的65%，否則會(huì)使等離子弧不穩(wěn)定。第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五切割電流及工作電壓這兩個(gè)參數(shù)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(huì)使等離子弧柱變粗、割縫寬度增加、電極壽命下降。第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五氣體流量增加氣體流量既能提高弧柱電壓，又能增強(qiáng)對(duì)弧柱的壓縮作用而使等離子弧能量更加集中、噴射力更強(qiáng)，因而可提高切割速度和質(zhì)量。但氣體流量過(guò)大，反而會(huì)使弧柱變短，損失熱量增加，使切割能力減弱，直至使切割過(guò)程不能正常進(jìn)行。

第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五切割速度各種因素直接影響等離子弧的壓縮效應(yīng)，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(guān)。在保證切割質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能的提高切割速度。這不僅提高生產(chǎn)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(huì)使粘渣增加，切割質(zhì)量下降。第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五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(nèi)得到良好的壓縮，獲得能量集中、溫度高的等離子弧而進(jìn)行有效的切割。距離過(guò)大或過(guò)小，會(huì)使電極嚴(yán)重?zé)龘p、割嘴燒壞和切割能力下降。內(nèi)縮量一般取8-11mm。第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鎢極到割件的距離（內(nèi)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(nèi)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(huì)使切割效率和切割質(zhì)量下降或使割嘴燒壞。第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五切割的安全技術(shù)在等離子切割過(guò)程中會(huì)產(chǎn)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(yīng)對(duì)策，采取勞動(dòng)保護(hù)，這些有害影響是可以避免的。等離子切割過(guò)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(qiáng)光源的紅外線(xiàn)，可是光線(xiàn)和紫外線(xiàn)光輻射；高頻電磁場(chǎng)；采用釷鎢棒時(shí)的放射性釷的沾染第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子切割的安全防護(hù)技術(shù)防電擊防電弧光輻射防灰塵與煙氣防噪聲防高頻第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

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(shí)，有電擊的危險(xiǎn)。因此，電源在使用時(shí)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(zhuǎn)移弧后再接通較高電壓的轉(zhuǎn)移弧回路。如果啟動(dòng)開(kāi)關(guān)裝在手把上，必須對(duì)外露開(kāi)關(guān)套上絕緣橡膠套管，避免手直接接觸開(kāi)關(guān)。盡可能采用自動(dòng)操作方法。一第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五防電弧光輻射

電弧光輻射強(qiáng)度大，它主要由紫外線(xiàn)輻射、可見(jiàn)光輻射與紅外線(xiàn)輻射組成。等離子弧較其它電弧的光輻射強(qiáng)度更大，尤其是紫外線(xiàn)強(qiáng)度，故對(duì)皮膚損傷嚴(yán)重，操作者在焊接或切割時(shí)必須帶上良好的面罩、手套，最好加上吸收紫外線(xiàn)的鏡片。自動(dòng)操作時(shí)，可在操作者與操作區(qū)設(shè)置防護(hù)屏。等離子弧切割時(shí)，可采用水中切割方法，利用水來(lái)吸收光輻射。二第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

防灰塵與煙氣等離子弧焊接與切割過(guò)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(shí)，由于氣體流量大，致使工作場(chǎng)地上的灰塵大量揚(yáng)起，這些煙氣與灰塵對(duì)操作工人的呼吸道、肺等產(chǎn)生嚴(yán)重影響。切割時(shí)，在柵格工作臺(tái)下方還可以安置排風(fēng)裝置，也可以采取水中切割方法。三第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五防噪聲等離子弧會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度、高頻率的噪聲，尤其采用大功率等離子弧切割時(shí)，其噪聲更大，這對(duì)操作者的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)非常有害。其噪聲能量集中在2000～8000Hz范圍內(nèi)。要求操作者必須戴耳塞。在可能的條件下，盡量采用自動(dòng)化切割，使操作者在隔音良好的操作室內(nèi)工作，也可以采取水中切割方法，利用水來(lái)吸收噪聲。四第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五防高頻等離子弧焊接和切割采用高頻振高器引弧，高頻對(duì)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(zhuǎn)移弧引燃后，立即可靠地切斷高頻振蕩器電源。五第29頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等離子弧切割技術(shù)的開(kāi)發(fā)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(shù)，加強(qiáng)工作氣體和噴嘴對(duì)等離子弧的壓縮作用，使從噴嘴射出的等離子弧更細(xì)、更挺直有力，達(dá)到切口寬度更小、切割精度更高、切割垂直好的切割質(zhì)量；【3】開(kāi)發(fā)切割碳素鋼厚板的等離子弧切割技術(shù)（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(shù)和設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)，

適應(yīng)切割薄金屬和某些非金屬材料的要求。第30頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)是一個(gè)倡導(dǎo)綠色環(huán)保的時(shí)代，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速崛起和制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，必然對(duì)切割技術(shù)提出更高的要求。等離子切割技術(shù)具有諸多與綠色相符的特征，因而發(fā)展等離子切割技術(shù)具有與時(shí)俱進(jìn)的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)的企業(yè)、科研院所要