等离子弧切割技术

等离子弧切割主要是利用等离子弧的热能实现切割的方法。在切割时，等离子弧将割件熔化，同时借助离子流的冲击力将熔化金属排除，从而形成切口。

图5-26 微束等离子弧焊系统示意图

1—焊接电源 2—维弧电源 3—钨极 4—离子气体 5—冷却水 6—保护气体 7—喷嘴 8—保护气罩 9—等离子弧 10—焊件 KM—接触器触头

1.等离子弧切割的原理

一般等离子弧切割如图5-27所示，在切割时不用保护气体，工作气体与切割气体从同一喷嘴中喷出。在引弧时，喷出小气流离子气体作为电极介质；在切割时，一同喷出大气流气体用来排除熔化金属。图5-28所示为双气流等离子弧切割的原理图，在等离子弧的周围通有第二路气体，中间的离子气体通常为氮气。外圈的第二路气体通常根据焊件的材料选用，可以是CO₂气体、空气、氩气或氢气等。第二路气体可以增加离子孤的能量密度，使得离子弧更加稳定，且可以利用该气体与金属的燃烧热来提高切割生产率。图5-29所示为单一空气等离子弧切割原理图，它是利用空气压缩机提供的压缩空气，作为工作气体与排除熔化金属的气流。气体来源方便，成本较低，离子弧的能量较大，切割速度快，主要适合于切割30mm以下的碳钢，也可以切割不锈钢、铜及其合金和其他材料。图5-30所示为复合式空气等离子弧切割原理图，它采用内外两层喷嘴，内喷嘴内通入常用的工作气体，外喷嘴内通入压缩空气。这样既可以利用压缩空气在切割区的化学放热反应来提高切割速度，又能避免空气和电极的直接接触，因而可以采用纯钨电极或氧化物钨电极，简化了电极结构。

图5-27 一般等离子弧切割原理图

1—气体 2—电极 3—喷嘴 4—冷却水 5—电弧 6—焊件

图5-28 双气流等离子弧切割原理图

1—电极 2—等离子气通道 3—压缩喷嘴 4—焊件 5—保护气体 6—保护气喷嘴 7—等离子弧周围的第二保护气体

图5-29 单一空气等离子弧切割原理图

1—电极冷却水 2—电极 3—压缩空气 4—镶嵌式压缩喷嘴 5—压缩喷嘴冷却水 6—离子弧 7—焊件

图5-30 复合式空气等离子弧切割原理图

1—电极冷却水 2—电极 3—压缩空气 4—镶嵌式压缩喷嘴 5—压缩喷嘴冷却水 6—离子弧 7—焊件 8—外喷嘴 9—工作气体

2.等离子弧的切割电源、工作气体及电极

等离子弧切割需要具有陡降外特性的直流电源，且空载电压为150～400V；采用的工作气体是氩气和氮气的混合气；电极材料为钍钨极、铈钨极或锆电极。

3.等离子切割设备组成(www.xing528.com)

等离子切割设备主要包括电源、控制箱、水路系统、气路系统与割炬等几部分，其设备组成示意图如图5-31所示。

4.切割注意事项

图5-31 等离子切割设备组成示意图

1—电源 2—气源 3—调压表 4—气路控制 5—控制箱 6—程序控制 7—高频发生器 8—割炬 9—水源 10—进水管 11—出水管 12—焊件

（1）切割时割枪的角度 在整个切割过程中，割枪应当与切口平面保持一致，一般可将割枪在切口平面内向后倾斜一定角度，如图5-32所示。后倾的角度由焊件的厚度确定，当焊件较薄时，后倾角可大些，当焊件厚度较大时，倾角要小些。

（2）等离子弧切割时切口底部的焊瘤 当切割不锈钢时，切口底部容易产生焊瘤或毛刺，如图5-33所示。这些焊瘤十分坚韧，割后不易去除，所以应当掌握正确的等离子切割工艺，以消除焊瘤。具体措施是：保证钨极与喷嘴的同心度；确保等离子孤有足够功率；选择合适的气体流量和切割速度。

图5-32 切割时割枪角度

（3）双弧现象 “双弧”是指在已存在的等离子弧外，又在喷嘴和焊件之间产生电弧的现象。为防止双弧产生，除有合理的喷嘴外，还应当正确选择切割工艺参数，特别是要保证切割电流、气流及切割速度匹配得当，同时，还应当选择合适的喷嘴和焊件间的距离，双弧现象如图5-34所示。

图5-33 等离子弧切割时切口底部的焊瘤

图5-34 双弧现象

本章小结及综述

本章主要讲述了埋弧焊的操作技术、等离子弧焊与切割技术。

埋弧焊（简称SAW）是将颗粒状焊剂作为金属熔池的覆盖层，焊丝自动送入焊接区，电弧在焊剂层下燃烧并熔化焊丝与母材形成焊缝的一种焊接方法。焊剂靠近熔池处熔融且覆盖在熔池上将空气隔绝使其无法侵入熔池。

等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，从而得到较高能量密度的等离子弧，而进行焊接的方法。

等离子弧切割是利用等离子弧的热能实现切割的方法。

通过本章的学习，读者能够掌握埋弧焊的操作技术、等离子弧焊与切割技术。