等离子切割原理及其应用

等离子切割是利用高能量密度的等离子弧和高速的等离子流，在10000～14000℃的高温下，将切口处的金属熔化和蒸发，并将熔化的金属从切口吹走。

等离子弧是利用等离子枪将阴极（如钨极）和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的电弧，如图6-4-1所示。当电极接负极，工件接正极并加以适当的电压时，接负极的电极向接正极的工件发射电子，同时经喷嘴通入工作气体，在高速飞越的电子流的撞击下，中性气体的分子和原子得到很大能量而被电离，产生带负电的电子和带正电的离子。已形成的电子、离子以及尚未电离的中性气体分子和原子相互碰撞，加上已电离的原子产生的热和光的作用，又使气体进一步电离。如此循环往复，造成雪崩式电离，形成等离子弧。

图6-4-1 等离子弧切割原理(www.xing528.com)

1—电极 2—喷嘴（铜） 3—水 4—喷嘴（陶瓷） 5—水射流 6—工件 7—工作气体

由于喷嘴缩口的作用，对弧柱构成“机械压缩效应”，提高了弧柱的能量密度；而由于弧柱本身磁场作用产生的“磁收缩效应”，也使高温等离子弧的直径变细，能量密度增大，气体电离充分；又由于高温电弧使伴随的高速流动水束迅速汽化，汽化层在等离子弧外围形成一个温度梯度很大的“汽套”，进一步加强了“热收缩效应”，使电弧能量密度大大提高，形成温度极高，挺度好且流速大的等离子弧。部分水在高温下分解成H₂和O₂，它们与工作气体共同组成切割气体，使等离子弧具有更高的能量。所用的工作气体主要是氧、氮和空气。

喷射水不仅起到压缩弧柱使其变细的作用，同时冷却喷嘴和工件，减少一氧化氮的产生，提高喷嘴寿命，减小工件热影响区。喷射水应经过软化处理。