等离子弧的形成、类型及特点详解

1.等离子弧的形成

等离子弧是自由电弧压缩而成的，具有很高的能量密度、温度及电弧力。等离子弧是通过下列三种压缩作用获得的。

（1）机械压缩 电弧通过水冷喷嘴的通道时，弧柱直径（原为自由电弧）受到孔道的限制，大大提高了弧柱的能量密度及温度，称为机械压缩。

（2）热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，迫使弧柱的导电截面进一步缩小，电流弧柱的能量密度及温度进一步增大，这就是所谓的热收缩，或称热压缩。

（3）磁压缩 由弧柱电流本身产生的磁场，对弧柱产生压缩作用，这种作用称为磁压缩效应。实践及试验证明，电流密度越大，磁压缩作用越强。

电弧经过水冷喷嘴孔道时，受到以上“三种压缩”的作用，弧柱截面减小，电流密度增大，弧内电离度提高，便形成为等离子弧。

2.等离子弧的类型

按电源供电方式不同，分为非转移型弧、转移型弧和联合型等离子弧。

（1）非转移型等离子弧 如图5-105a所示，电源负极端接电极（钨极），电源正极端接喷嘴，等离子弧在钨极和喷嘴之间燃烧，在离子气流压送下，弧焰从喷嘴高速喷出，形成等离子焰。等离子焰向工件传送热量，同时为形成转移弧创造条件。这种形式的等离子弧可用来对金属材料焊接，也可用来对非金属材料的焊接。

（2）转移型等离子弧 如图5-105b所示，电源负极端接电极（钨极），电源正极端接工件，等离子弧在钨极与工件之间燃烧。它可以直接将大量的热量传到工件上，这种类型的等离子弧称为转移型等离子弧。但是转移弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后才能过渡到转移弧，一旦形成转移弧时非转移弧就立即自行熄灭。转移型离子弧在金属焊接中应用较广泛，对较厚的工件进行等离子弧焊接时，一般采用转移型弧。

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图5-105 等离子弧的类型

a）非转移型等离子弧 b）转移型等离子弧 c）联合型等离子弧

（3）联合型等离子弧 如图5-105c所示，在焊接过程中既存在非转移弧，也存在转移弧，称为联合型等离子弧。它的特点是电弧稳定性好，主要应用于微束等离子弧焊和粉末堆焊。

3.等离子弧的特点

（1）温度高 等离子弧柱的截面积很小，一般小于3mm²，弧柱中心温度高达18000～24000℃，而自由状态的钨极氩弧弧柱中心温度为14000～18000℃。

（2）能量非常集中 等离子弧的能量密度可达10⁵～10⁶W/cm²时，而氩弧的能量密度则小于10⁵W/cm²。

（3）导电及导热性好 等离子弧的弧柱内，带电粒子常处于加速的电场中，具有高导电及导热性。能在较小的断面内通过较大的电流，传导较多的热量。

（4）电弧挺直度好 由于等离子弧电离度极高，放电过程稳定，弧柱成圆柱形，挺直度相当好。等离子弧的发散角为5°，而自由状态的钨极氩弧为45°，因此当弧长增加或减小时，工件加热面积的变化程度比钨极氩弧小8～10偌。

（5）具有很强的冲刷力 等离子弧在上述三种压缩效应的作用下从喷嘴喷出的速度可高达300m/s以上，因此具有很强的冲刷力。

（6）焊接参数调节性好 等离子弧的温度、电流、弧长、弧柱直径、冲击力等参数，均可根据需要进行调节，例如，调节成柔性弧，以减少冲击力。