等离子弧的形成机制探析

等离子弧的形成如图4-26所示。

等离子电弧是一种受约束的电弧，它是借助于三种压缩效应形成的。

（1）机械压缩效应 在工件和电极之间加一个高压，经高频振荡使气体电离后形成电弧。当电弧通过小孔径喷嘴（孔径为0.6～2.5mm）喷出时，弧柱被强迫压缩，称之为机械压缩效应，如图4-27a所示。

（2）热压缩效应 热压缩效应也称为流体压缩效应。流体压缩来自三个方面；首先是保护气体从侧向进入到电极室，气流沿着内孔表面流动，产生旋转，使电弧向中心压缩，如图4-27b所示；其次是高压离子电流沿轴进入，高速送入的气流被喷嘴收敛后沿喷嘴表面形成冷气层，对电弧进行进一步压缩，如图4-27c所示；第三是冷却水强烈冷却，电弧得到进一步压缩，使离子流向中心集中，这种压缩称之为热压缩效应，如图4-27d所示。

（3）电磁压缩效应 这种压缩效应来自于弧柱自身的磁场。带电离子流在弧柱中心运动，可视为一束平行载流导线中流向相同的电流。它们产生的电磁力是相互吸引的，使电弧再一步压缩，这种压缩称为电磁压缩效应。

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图4-26 等离子弧的形成

图4-27 等离子弧的热压缩方式

a）单纯采用壁压缩 b）旋转气流冷却和稳弧 c）大气流压缩 d）水流旋转压缩 1、3—铜喷嘴 2—稳定室

有了以上三种压缩效应，将电弧压缩得像针一样细。电流密度很大，离子弧更挺直，穿透力更强。带电质点速度最高可达300m/s。普通钨极氩弧焊的温度为10000～24000K，能量密度小于10⁴W/cm²。等离子弧的温度可达24000～50000K，能量密度可达10⁵～10⁶W/cm²。氩弧焊加热工件的热量来源于阳极斑点产生的热量，而等离子弧焊加热工件的热量，主要来源于弧柱。