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工作原理
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等离子弧的切割原理
       利用等离子弧的热能实现被切割材熔化的方法称等离子弧切割,其切割原理如图所示,利用高速、高温和高能的等离子体来迅速加热熔化被切割的材料,并借助内部或外部的高速气(水)流。将熔化的材料排开,直至等离子气流束穿透工件背面而形成切口,从而达到切割的目的。
       等离子弧柱的温度极高,可达10000℃~30000℃,远远超过了所有金属或非金属材料的熔点,因此等离子弧的切割过程不是依靠氧化反应,而是靠熔化来切割材料的。因而其切割的适用范围比氧切割大得多,几乎能切割所有的金属、非金属、多层及复合材料。且其切口窄(中薄板材),切割面的质量好,切割速度快,切割厚度可达160mm。由于等离子弧的高温、高速的特点,所以在切割薄板(≤O.5mm)也不会变形。特别是在切割不锈钢、钛合金及有色金属材料领域,选用等离子切割非但能达到满意的切割质量,还能获得比原工艺增加数以十倍计的经济效益,因此等离子切割已得到各行各业越来越广泛的应用。
       随着等离子技术的不断发展提高,我公司已将等离子技术扩展应用于难熔金属的熔融,等离子喷涂和纳米材料的制取等行业,取得了良好的社会经济效益。
 
等离子弧的切割种类   
按等离子弧的类形可以分为转移弧切割和非转移弧切割两大类。转移弧大多应用于金属材料的切割,非转移弧一般可用于非金属材料的切割;
       按切割形式可分为接触式切割和非接触式切割两种,接触式切割时可将割炬(也称割枪)中的喷嘴直接与工件接触起弧进行切割.特点是操纵简单、方便灵活,缺点是仅局限于小电流的(≤80A,因电流大时容易损坏喷嘴)手动切割。在切割电流大于100A时均采用非接触式切割的形式,其在切割时喷嘴与工件离开一定的距离,引弧时利用非转移弧过度到转移弧的形式,所以能适用于大电流的手动、半自动、自动切割。
       按对电弧压缩情况可分为一般等离子弧切割(电弧经过机械、热、和电磁压缩)和水再压缩等离子弧切割两类;
       一般等离子弧切割(目前国内大都采用这种切割办法)以其使用离子气体的种类可分为空气等离子切割、混合保护性气体切割两类:
       1.空气等离子切割是利用压缩空气作为离子气和吹离被切溶化材料的气流。其工作原理是压缩空气在电弧中加热后分解和电离,生成的氧与切割材料产生化学热反应,为此提供附加热量,促使能加快切割速度,充分电离了的空气等离子体,热焓值高,因而电弧能量大。此法特别适用于切割电流在250A以内,切割厚度在≤50mm的碳素钢、低合金钢,也可切割不锈钢、铜、铝、复合材料等。空气等离子切割由于压缩空气来源方便且成本低,尤其在切割碳钢合合金钢的中、薄板,具有切割速度快、切割面质量好、热变形小等特点。缺点是由于电极受氧化性气体的强烈氧化,所以不
宜采用廉价的钨或铈钨作为电极材料,现在大都采用价格高昂的纯铪做成镶嵌式电极(我公司采用的铪材料均从美国进口,使用寿命是国内的1.5~2倍)。在切割不锈钢、铝合金时,由于氧与上述材料中的铬反应生成高熔点氧化物,因此切面较为粗糙。
       2.混合保护性气体等离子切割是为了提高电极的使用寿命,分别使用一种或两种掘合的气体作为离子气(如N2 、Ar+N1、Ar+H2等),目的是为防止电极氧化,而不与电极接触的冷却气可以采用空气,这样一方面利用压缩空气在切割需区的化学反应来提高切割速度,又可以防止氧与电极直接接触,电极材料可以使用纯钨、铈钨等材料制成,大大地延长了电极的使用寿命。这种形式的切割
需要两套供气系统(如我公司生产的PC200割枪)。由于其使用较单—供气复杂,国内在进行大功率等离子切割时大多采用单一保护性气体切割的方式。
 
水再压缩等离子弧切割
       是利用高压在喷嘴的孔道中形成的水幕对等离子弧进行再压缩,其原理为由于高温电弧使部分水迅速气化,这—气化层在等离子弧外围形成一个温度梯度很大的“套筒”进一步加强了等离子弧的收缩效应,提高了等离子弧的电流密度,加强了等离子弧的的挺度。部分水在高下分解成H2和O2,与工作气体共同组成切割气体,使等离子弧有更高的能量,从而提高了切割的质量。由于这种割枪结构较复杂,制造中的精度要求较高,因此其价格昂贵,不适用手动和半自动切割,现主要来源依靠进口用于数控切割。

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