等离子切割原理及相关工艺

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1、等离子切割原理及相关工艺主讲：xiaomingtt船体构件的边缘加工主要有以下三种方法：一、机械剪切法(一)机械剪切原理(二)机械剪切加工工艺二、气割方法(化学切割法)(一)气割原理(二)气割工艺过程三、数控等离子切割法以下就主要介绍一下等离子切割的基本原理以及在造船中的应用三、等离子切割方法等离子切割过程与气割原理有本质的区别，它是一个物理切割的过程利用等离子弧的高温将割缝处金属熔化，并用高速焰流将其吹走随着割嘴的移动从而形成狭窄缝隙把材料分开等离子弧又称作压缩电弧一种导电截面收缩的比较小，从而能量更加集中的电弧(一)等离子弧切割原理1.等离子弧的产生产生的原理与焊接用

2、电弧基本相同电弧是一种稳定的气体放电形式，是电流通过气体的现象通常情况下，气体是良好的绝缘体在外加能量作用下，气体中一些原子放出电子而变成正离子——电离电弧产生的原理外加能量的大小，用电离电位表示根据外界供给能量的方式，气体电离可以分为三种形式光电离、碰撞电离和热电离电弧中气体的电离主要是热电离气体电离的程度用电离度表示：离子或电子的密度与电离前中性粒子的密度之比电离度低于0.1%的气体被称作弱电离体，其性质与未电离气体接近电离气体的性质电离度达到1%时，气体导电性接近充分电离气体等离子弧的温度及电离度比普通焊接电弧有明显的提高等离子弧的导电性能没有显著变化等离子弧弧柱的

3、截面尺寸比较小，它的电阻往往很大决定气体电离度的主要因素是温度等离子体的定义在30000K时，各种气体几乎都变成离子，处于完全电离状态处于完全电离状态的气体便是所谓的“等离子体”这种气体完全由带电粒子组成，具有很强的导电能力，呈现出明显的电磁性能，但其整体却保持着电中性物质存在的第四态2.等离子弧发生装置的原理热收缩效应(1)电弧通过喷嘴孔道在钨极和被切割金属之间燃烧弧柱受冷气流及水冷喷嘴孔道壁的冷却作用促使电弧的弧柱导电截面缩小，电流密度增加整个弧柱的能量集中在中心区域热收缩效应(2)冷却气体的这种作用被称为“热收缩效应”在已缩小的截面上通过同样的电流，须提高供给电压这

4、时，弧柱的电场强度会提高其值在很大程度上反映了电弧所受到的压缩程度磁收缩效应等离子弧电流达到相当数值时，弧柱电流产生的磁场对弧柱截面积进一步压缩这种作用称为“磁收缩效应”自由燃烧电弧也存在磁收缩效应等离子弧有较高的电流密度，而且以热收缩做前提，所以磁收缩效应更强机械收缩效应喷嘴孔道的孔径对弧柱产生强制压缩作用电弧周围的压缩气流或水流也对弧柱产生强制压缩作用这种对电弧的压缩被称为“机械收缩效应”等离子切割的实现三种收缩效应的压力与等离子弧内部的热扩散作用达到平衡形成高速高温等离子流，从喷嘴孔喷出等离子流遇到低温金属便复合成原子或分子并放出能量，使割缝处金属温度迅速升高而熔化

5、等离子流较强的机械冲力，将被熔化的金属冲走而实现切割水射流等离子发生装置图示为一种水射流等离子发生装置的切割示意图与一般等离子弧切割的区别主要在于喷嘴结构上的不同水射流等离子发生装置结构在喷嘴的弧柱出口处，增加一圈水射流孔水射流从四周射向电弧，加大热收缩效应弧柱经水冷却被进一步收缩电弧的能量密度更为集中，从而进一步提高切割速度等离子弧的类型等离子弧的发生装置是在钨极氩弧焊的实践基础上形成的由电源的连接方式，等离子弧可分为转移型、非转移型和联合型三种转移型等离子弧的发生电极接负极，工件接正极电弧首先在电极与喷嘴间形成然后在电极与工件加一较高电压等离子弧转移到电极与工件间转移

6、型等离子弧的应用转移型等离子弧的阴极斑点和阳极斑点分别落在电极和工件上产生的热量多而且集中可以用于切割，也可用来进行焊接这种类型的等离子弧发生在电极和工件间，所以要求工件必须是导体非转移型等离子弧只是喷嘴接正极等离子弧产生于电极与喷嘴之间高温焰流经喷嘴喷出阳极斑点在喷嘴上，热量损失较多导致等离子弧的温度降低适用于薄板的切割和焊接可以切割金属材料和非金属材料联合型等离子弧转移型等离子弧和非转移型等离子弧同时存在这种类型的等离子弧主要用于微弧焊粉末材料的喷焊1.等离子弧的物理特性(1)等离子弧的热特性热特性是一个热源的重要特性等离子弧的温度、热功率及热效率①等离子弧的温度等离

7、子弧温度主要是指弧柱的温度弧柱温度一般与电弧功率，气体、电极材料及其它工作条件有关气体电离电位对温度的影响空间气体成分对弧柱温度影响很大气体的电离电位高，弧柱温度也高电极材料的蒸汽的电离电位较低时，对弧柱温度有很大影响熔化的金属极电弧产生电离电位很低的金属蒸汽，温度仅在5000K~6000K等离子发生装置后电极常用钨极，很少蒸发等离子弧的温度等离子弧的弧柱温度可达15000K~50000K，而且从焰心到边缘的温度梯度极大转移型等离子弧较另两种类型等离子弧具有更高的温度工作气体用氮气，I=300A、U=250V、喷嘴孔径d=2.