等离子弧的主要结构及工艺参数详解

图7.4-3 喷嘴结构的主要参数

7.4.2.1 喷嘴

喷嘴是等离子弧发生器中的关键部分，喷嘴的结构对等离子电弧的性能起决定性的作用。喷嘴结构的主要参数有三个，即喷嘴孔径d、孔长l和锥角α，如图7.4-3所示。喷嘴孔径d决定了等离子电弧柱的直径，在电流和离子气流量一定时，孔径越大，压缩作用越小。但孔径过小，则会使等离子电弧不稳定或引起双弧。孔径大小还与电流有关，电流小则喷嘴孔径也应小，一般电流在1～400A时，孔径为0.5～5mm。喷嘴孔长l越长，压缩作用越强，但过长则损耗增大。孔长与孔径之比l/d来表示喷嘴孔道的特征，一般切割时取l/d为1.5～2.5，喷涂时取l/d为5～6。锥角α称为压缩角，一般取30°～60°，喷嘴一般采用导热性好的材料（如纯铜）；功率大时必须采取冷却水直接冷却，并保证冷却水有足够的流量和压力，最好配备有高压专用水源（压强0.5～0.8MPa），为了提高冷却效果，喷嘴壁厚一般不宜大于2～2.5mm。

7.4.2.2 电极

国内生产的电极材料一般采用钍钨或铈钨，国外还有采用w（Zr）为0.15%～0.40%的锆钨电极或锆电极。电极的直径与电流大小有关，当电流为1～400A时，电极直径为0.25～4mm。为了便于点燃电弧和增加电弧的稳定性，钨极端部一般磨成30°～60°的锥角，如图7.4-4a所示。电流小或钨棒直径较大时，锥角可以取小值。电流大或钨棒直径小时，常磨成圆台形、圆台尖锥形、锥球形或球形等，以减慢烧损，如图7.4-4b～图7.4-4e所示。

钨棒安装位置所确定的电极内缩长度l_g（见图7.4-5）是影响等离子弧性能的一个重要参数，l_g增大时，压缩程度提高，但l_g过大会引起双弧。焊接时l_g一般取（1±0.2）mm，切割时l_g取1+（2～3）mm。钨棒与喷嘴的同轴度也是一个很重要的参数，两者的同轴度误差将使等离子弧偏斜，焊接时则影响焊缝偏移，切割时则影响切口的平直性，甚至还会造成双弧。一般用钨棒与喷嘴锥孔周围所能产生的高频火花来检查其同轴度，要求火花应布满圆环面积的75%～80%，切割时要求可稍低些。

图7.4-4 电极端部形状

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图7.4-5 钨棒与喷嘴的相对位置

1—喷嘴 2—钨棒

7.4.2.3 工作气体及其流量

工作气体的种类较多，常用的有氮气、氩气、氢气几种，表7.4-4给出了几种工作气体的物理性质及其特点。

表7.4-4 工作气体的物理性质及其特点

（续）

氮气、氢气、氩气中任选两种气体混合使用，它们之间可相互取长补短，发挥各自的优点，达到较好的效果。此外，适当增大气体的流量，可以增加电弧的热压缩效应，使等离子弧更加集中；同时，气体流量的增加，加工电压也会随之增加，这在一定范围内有利于加工质量和加工能力的提高。但气体流量过大，则气流带走的热量增多，反而使加工能力下降，电弧燃烧不稳定，甚至使加工无法进行。一般气体流量通过气压来控制，常用气压为2～5Pa。