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等離子切割的基本原理

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Copyright,2003所有用戶在進行金屬切割時基本上都在尋求同一個目標:理想的切割效果.以下的因素是鑒定理想切割效果的標準低運營成本高切割速度無金屬熱變化垂直的角度優(yōu)異的公差范圍割縫的尺寸穩(wěn)定的重復(fù)性理想的切割所有用戶在進行金屬切割時基本上都在尋求同一個目標:理想的切割所有的金屬切割方式各有其優(yōu)缺點.基本上,當今在市場上使用的切割方式分為以下幾種:機械切割化學切割熱切割化學/熱切割金屬切割方式所有的金屬切割方式各有其優(yōu)缺點.基本上,當今在市場上使用的切化學切割方法是通過化學反應(yīng)來切斷金屬.典型的化學切割例子就是火焰切割.使用可燃性氣體(丙烷,乙炔..)來產(chǎn)生火焰,在整個化學反應(yīng)過程中氧氣作為輔助氣體.注意:在化學切割過程中是氣體的化學反應(yīng)切割金屬而不是熱能.由于鋁和不銹鋼與氧氣不能很好地產(chǎn)生化學反應(yīng),所以這兩種常見的金屬不能用火焰進行切割.化學方法

化學切割方法是通過化學反應(yīng)來切斷金屬.典型的化學切割例子就是例子:火焰切割優(yōu)點:良好的切割質(zhì)量(6MM以上的板材)較低的設(shè)備投入資金缺點:較大的熱影響區(qū)域較低的切割速度只應(yīng)用于碳鋼切割化學方法例子:優(yōu)點:化學方法1983年之前,很多的等離子切割都采用熱能的方式(即空氣等離子).在1983年,美國海別得公司成功的在熱能切割方式中引入了氧氣.熱能與化學反應(yīng)的有效結(jié)合是等離子切割技術(shù)的飛越.現(xiàn)在可以利用高溫能源和氧氣化學反應(yīng)的特性,有效的把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來,應(yīng)用到同一切割過程中.熱能/化學方法1983年之前,很多的等離子切割都采用熱能的方式(即空氣等離例子:氧氣激光氧氣等離子優(yōu)點:極佳的薄板切割質(zhì)量切割速度高缺點:有金屬化學反應(yīng)的特性高額的設(shè)備投入資金熱能/化學反應(yīng)方法例子:優(yōu)點:熱能/化學反應(yīng)方法等離子的形成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)等離子的形成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)物質(zhì)的狀態(tài)生活中常見的三種物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)的狀態(tài)生活中常見的三種物質(zhì)狀態(tài)分子的運動=熱能固態(tài):分子運動速度慢多數(shù)為晶體狀的結(jié)構(gòu)單一的分子無移動能力分子的運動=熱能固態(tài):分子運動=熱能液態(tài):分子以中等速度運動單一的分子基本可以自由的運動分子運動=熱能液態(tài):分子運動=熱能氣態(tài):分子以較高的速度運動單一的分子基本可以自由的移動分子運動=熱能氣態(tài):等離子:“物質(zhì)的第四種狀態(tài)”等離子:從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具平衡的原子是不受外部磁場的影響工件從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具平衡的原子是不受外部磁場的影響從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具自由電子在電磁場的作用下由負極向正極運動工件從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具自由電子在電磁場的作用下由負從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具正離子在電磁場的作用下由正極向負性運動工件從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具正離子在電磁場的作用下由正極從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子子狀態(tài)割具在外部能量的作用下平衡的原子會發(fā)生可能性的碰撞工件從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子子狀態(tài)割具在外部能量的作用下平衡的原子會發(fā)從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具原子間相互的碰撞分離出自由的電子和離子,這樣周而復(fù)始而產(chǎn)生更多的碰撞工件從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具原子間相互的碰撞分離出自由的電子和由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具只要有足夠的電能和氣體的能量,就會形成足夠的離子流工件由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)割具只要有足夠的電能和氣體的能量,就會等離子的定義具有高速運動,和20,000°C的高溫+-等離子的定義具有高速運動,和+-等離子的定義:氣體離子化后,在氣體原子中產(chǎn)生了帶負電荷的電子和正電荷的離子.

當這一過程形成以后,氣體開始具有導電性并且有攜帶電流的能力，這就形成了等離子體,宇宙中最充足的物質(zhì).等離子的定義:氣體離子化后,在氣體原子中產(chǎn)生了帶負電荷的電等離子具有導電的能力引導弧狀態(tài)無電流流通 在100A電流的切割狀態(tài)

等離子具有導電的能力引導弧狀態(tài)無電流流通 在11950s60s70s2000s90s80s1962:Thermal氮氣雙氣流等離子等離子的發(fā)展歷史等離子技術(shù)發(fā)展過程1957:Linde專利的氮氣等離子工藝60年代中期:在歐洲,俄羅斯,以及日本使用的手持空氣等離子1983:Thermal開始發(fā)行手持空氣等離子1968:海別得高溫水射流等離子1985:海別得第一臺手持等離子系統(tǒng)1983:HT400氧氣等離子1992:HT2000氧氣長壽命技術(shù)HD1070精細等離子2003:高性能等離子2001:G3手持系統(tǒng)1999:同軸斜噴技術(shù)1950s60s70s2000s90s80s1962:Th生活中常見的等離子現(xiàn)象高空中的閃電.靜電感應(yīng)生活中常見的等離子現(xiàn)象高空中的閃電等離子切割系統(tǒng)概述等離子切割系統(tǒng)概述產(chǎn)生等離子的3項條件氣體電源動力點火裝置產(chǎn)生等離子的3項條件氣體電源動力點火裝置等離子基本結(jié)構(gòu)圖電能,氣體與割炬的有效組合電流控制氣源氣體控制單元交流輸入直流等離子基本結(jié)構(gòu)圖電能,氣體與割炬的有效組合電流控制氣源氣體控等離子切割是利用優(yōu)化設(shè)計的噴嘴,產(chǎn)生經(jīng)壓縮的高溫等離子流來熔化,切斷被切割的導電金屬.(+)(-)等離子割炬工件等離子切割的基本定義等離子切割是利用優(yōu)化設(shè)計的噴嘴,產(chǎn)生經(jīng)壓縮的高溫等離子流來熔

等離子割炬將由電源產(chǎn)生的能量通過等離子流傳導到要切割的金屬體上

割炬作為一些易損件(如電極,噴嘴等)的載體,并且通過氣體或者水對易損件進行冷卻.

噴嘴和電極壓縮并保持等離子射流.等離子切割割炬的工作方式

等離子割炬將由電源產(chǎn)生的能量通過等離子流傳導到要切割機用等離子割炬噴嘴固定帽渦流環(huán)電極割炬本體機用等離子割炬噴嘴固定帽渦流環(huán)電極割炬本體手持等離子割炬渦流環(huán)固定帽保護帽電極活塞噴嘴手持等離子割炬渦流環(huán)固定帽保護帽電極活塞噴嘴從割炬噴射出的離子流等離子流存在于旋轉(zhuǎn)的氣流中.氣體提供了可以被離子化的原子,那些沒有被離子化的低溫氣流包圍在離子流的外部,將熔化的金屬從割縫中吹掉.從割炬噴射出的離子流等離子流存在于旋轉(zhuǎn)的氣流中.氣體提供了切割弧的形狀就是切割面的形狀氣體流量一般而言氣體流量越高,弧越窄Ingeneralthehigherthegasflowthemoreconstrictedthearc.低氣體流量導致易損件的過度磨損isaresultofconsumablewear.正確的氣體流量氣體流量過低切割弧的形狀就是切割面的形狀氣體流量正確的氣體流量氣體流量過操作步驟操作步驟啟動信號加到等離子電源,同時產(chǎn)生開路電壓,氣體流通.280伏直流_+高頻閉關(guān)氣體流通開路電壓&氣體流通啟動信號加到等離子電源,同時產(chǎn)生開路電壓,氣體流通.280伏氣體流通穩(wěn)定后,高頻電路工作,割炬內(nèi)部噴嘴和電極之間的氣體離子化后產(chǎn)生高頻弧,并形成電路回路.280伏直流_+高頻開啟5-10KV2MHz高頻氣體流通高頻電路氣體流通穩(wěn)定后,高頻電路工作,割炬內(nèi)部噴嘴和電極之間的氣體離增強的電能和離子能使高頻弧轉(zhuǎn)變成引導弧,然后從噴嘴噴出射向待加工的金屬.280伏直流_+高頻開啟5-10KV2MHz氣體流通引導弧引導弧增強的電能和離子能使高頻弧轉(zhuǎn)變成引導弧,然后從噴嘴噴出射向待280伏直流_+高頻關(guān)閉氣體流通等離子弧當引導弧接觸到金屬后,將會附加并轉(zhuǎn)移到金屬上.載有電流的等離子氣流產(chǎn)生能夠熔化金屬的熱能,同時高流速的氣體將熔化的金屬吹掉.電流傳感器弧轉(zhuǎn)移280伏直流_+高頻關(guān)閉氣體流通等離子弧當引導弧接觸到金屬后3種不同狀態(tài)的等離子弧咯高頻弧引導弧切割弧3種不同狀態(tài)的等離子弧咯高頻弧引導弧切割弧等離子氣的3項作用提供電子產(chǎn)生了離子弧清潔割縫電極空氣工件電極

工件

噴嘴氣體等離子氣的3項作用提供電子電極空氣工件電極工件保護帽的作用在機用割炬切割時:通過提高噴嘴的使用壽命來降低運營成本使用壽命提高的同時,切割質(zhì)量的穩(wěn)定性也得到了改善提高了穿孔能力割炬保護技術(shù)保護帽的作用割炬保護技術(shù)無保護帽引發(fā)的問題雙弧

在穿孔過程中由于熔化濺起的金屬顆粒,使鐵板和噴嘴之間導通而產(chǎn)生雙弧,嚴重地損壞了噴嘴的噴口.割炬保護技術(shù)電極渦流環(huán)噴嘴工件保護帽無保護帽引發(fā)的問題割炬保護技術(shù)電極渦流環(huán)噴嘴工件保護帽保護部分

使用帶絕緣能力的保護帽對噴嘴進行保護,在很大程度上減少了雙弧的發(fā)生率,延長了易損件的壽命.

可以貼在金屬板材上,依據(jù)模板進行拖拉切割割炬保護技術(shù)電極渦流環(huán)噴嘴工件絕緣保護帽保護部分割炬保護技術(shù)電極渦流環(huán)噴嘴工件絕緣保護帽帶保護帽的優(yōu)點減小噴嘴損壞的概率

在穿孔的過程中熔化的金屬接觸到的是鐵板和絕緣的保護帽,所以噴嘴得到保護.正常l橢圓割炬保護技術(shù)電極渦流環(huán)噴嘴工件保護帽帶保護帽的優(yōu)點正常l橢圓割炬保護技術(shù)電極渦流環(huán)噴嘴工件保護帽等離子工藝單氣體單一氣體輸入(通常是壓縮空氣)最大電流為100A相同的氣體用于切割,保護和冷卻電極噴嘴工件等離子工藝單氣體電極噴嘴工等離子工藝雙氣體雙重輸入氣體電源能量50A-400A使用氣體或水進行冷卻因為增加了冷卻,噴嘴的使用壽命得到了提高薄板切割的變形現(xiàn)象得到了改善干式等離子與水射流相比,溶渣少,光潔度高電極噴嘴保護帽切割氣保護氣工件等離子工藝雙氣體電極噴嘴保護帽等離子工藝雙氣體可以根據(jù)不同的加工材料來選擇氣體,可以有效地控制板材切割后的金屬化學反應(yīng)切割速度快于傳統(tǒng)的空氣切割工藝保護氣可以有效地降低飛射弧損壞噴嘴電極噴嘴保護帽切割氣保護氣工件等離子工藝雙氣體電極噴嘴保護帽等離子技術(shù)水射流(HT4001)水對經(jīng)內(nèi)噴嘴壓縮后的等離子弧進行2次輔助壓縮水工作方法:渦流式/發(fā)散式等離子切割弧密度高,速度快電極電極切割氣

射流水外噴嘴工件等離子技術(shù)水射流(HT4001)電極電極等離子技術(shù)水射流(HT4001)易損件的壽命得到提高碳鋼切割范圍6MM-30MM不銹鋼和鋁材的切割范圍75MM電極噴嘴切割氣射流水外噴嘴工件等離子技術(shù)水射流(HT4001)電極等離子工藝(同軸噴射技術(shù))高密度(高精度等離子)等離子弧密度高,流速快,流量低切割后的工件:公差范圍好割縫窄切割面質(zhì)量高溶渣少薄板的垂直度得到了提高海別得專利等離子技術(shù)等離子氣排放口等離子氣輸入電極工件保護氣輸入高速旋轉(zhuǎn)式噴嘴海別得保護帽技術(shù)等離子工藝(同軸噴射技術(shù))高密度(高精度等離子)海別得專利等等離子切割使用的不同氣體空氣傳統(tǒng)等離子切割工藝中最常用的氣體空氣中的氧氣成份,使熔化后的金屬在熱釋放過程中產(chǎn)生了額外的能量與傳統(tǒng)的切割工藝(火焰切割)相比切割速度快切割不銹鋼或鋁的材料,切割面有較明顯的氧化部分普通等離子切割工藝等離子切割使用的不同氣體空氣生產(chǎn)氣體的變化氮氣多數(shù)使用此氣體切割有色金屬與空氣,氧氣作為等離子氣相比,電極的使用壽命有很大的提高在切割碳鋼時,如果使用氮氣作為等離子氣,會產(chǎn)生較多的溶渣,在切割后的金屬邊緣就會氮化并且變硬生產(chǎn)氣體的變化氮氣生產(chǎn)氣體的變化氧氣在碳鋼切割時,可以在低電流的情況下,就可以實現(xiàn)高速度切割切割面的金屬熱影響區(qū)域小切割溶渣少