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等离子弧切割原理

等离子弧切割是一种常用的金属与非金属材料切割工艺方法，

其切割原理与一般气割原理有本质的区别。它是利用高速、高温和

高能量的等离子焰流来加热、熔化被切割材料，并借助内部或外部

的高速气流或水流将熔化材料吹离其体，随着等离子弧割炬的移动

而形成切割，同时被高速焰流吹除而形成切口的过程。

等离子弧切割分为双气流等离子弧切割、水压缩等离子弧切割

和空气等离子弧切割三种。

图3-3所示为双气流等离子弧切割原理。在等离子弧周围通有

第二路气，中间的离子气通常为氮气。外围的第二路气根据切割工

件材料选用，可以是CO2、空气或氢气。第二路气可以使

等离子弧进一步压缩，提高能量密度。切割碳钢时，第二路气可选

用压缩空气以提高切割速度。

图3-4所示为水压缩等离子弧切割原理。高压水通入，

由喷嘴孔道喷出，与等离子弧直接接触。一方面强烈压缩等离子

弧，使其能量密度提高;另一方面是由于等离子弧的高温而分解成

氢和氧，构成切割气体的一部分。分解成的氧气对切割碳钢更有

利，加强了碳钢的燃烧。高速水流冲刷切割处，对工件有强烈冷却

作用。割口倾斜角度小，割口质量好。这种方法应用于水中切割工

件，可以大大降低切割噪声、烟尘和烟气。下部可用陶瓷加

工，减少双弧危险。

图3-3 双气流等离子弧切割原理 图3-4 水压缩等离子弧切割原理

在这里需要指出的是 “双弧”的危害。所谓 “双弧现象”是:

燃烧在钨极和工件之间的转移弧称为主弧，燃烧在钨极、喷嘴、工

件之间的串联旁弧称为副弧。主弧和副弧同时存在时称双弧现象，

如图3-5所示。双弧现象使主弧电流降低喷嘴过热，导致切割过程

被破坏，严重时将会导致喷嘴烧毁。

通入喷嘴，经电弧加热分解出氧，未分解的空气以高速冲刷割口。

分解出的氧与切割金属产生化学放热反应，加快了切割速度。充分

电离了的空气等离子体的热焓值高，因而电弧的能量大，其切割速

度大，特别适宜于切割厚30垃垃以下的碳钢，也可以切割铜、不锈

钢、铝及其他材料。但是这种切割方法的电极受到强烈的氧化腐蚀，

一般采用镶嵌式纯锆或纯铪电极，不能采用纯钨电极或氧化物钨电

极。即使采用锆、铪电极，它的工作寿命一般也只有5～10L。

等离子弧切割安全技术

等离子弧切割安全操作应注意以下几点。

(1)等离子弧切割用电源的空载电压较高，尤其是手工操作时

有击的危险。因此，设备应安放在干燥、清洁和通风良好的地

方。电源在使用时必须可靠接地 (或接零)，其枪体用手触摸部分

必须可靠绝缘。

(2)使用的压缩空气需设气水分离器，并应及时放掉积水。割

前应先通气3垃i九，以排除管道中凝结湿气，当压缩空气压力小于

0.3MP乱时，应能自动启动闭锁设备。

(3)等离子弧割炬应保持电极与喷嘴同轴，要求供气、供水系

统密封严，不漏气、不漏水。

(4)切割工作点应设有工作台，并采用有效的局部排烟和净化

装置，或设水浴工作台等。

(5)工件搁架应离地400垃垃，并应安装局部除尘装置。

(6)割炬控制按钮用电必须为36V的安全电压，电源引弧高

频发生器必须接地和屏蔽。

(7)严禁空载时随意压下手把开关，以免产生设备事故。

(8)引弧时不得将喷嘴与工件接触;不要触及设备带电部分，

更不能用双手同时接触带割枪的正、负两极，以免遭到

害。

五、碳弧气刨安全技术

碳弧气刨安全操作应注意以下几点。

(1)气刨时电流较大，应与焊机功率相匹配，连续使用时，应

注意防止焊机过载，以免烧毁焊机。

(2)尽量选用碳弧气刨*的碳棒，以免产生过多有害气体及

烟尘。

(3)气刨时烟尘大，由于碳棒是用沥青粘接而成，表面镀铜，

因此，烟尘中含有质量分数为1%～1.5%的铜，并在产生的有害

气体中含有毒性较大的苯并 『江』芘，所以，操作者宜佩戴送风式

面罩。作业场地必须采取排烟除尘措施，加强通风。为了控制烟尘

的污染，可应用水弧气刨。

水弧气刨是在原气刨设备基础上增加一个供水器和供水系统，

并对气刨枪稍微进行改动而成。水弧气刨时，通过合理的供水器获

得弥散的水雾，保证气刨枪喷出挺拔的水雾，达到消烟灭尘的

目的。

(4)气刨时大量高温液态金属及氧化物从电弧下被吹出，应严

防伤和火灾。

(5)气刨时噪声较大，操作者应戴耳塞。

(6)露天作业时，应顺风向操作，同时注意场地防火安全。

(7)在容器或舱室内操作时，空间不能过于狭小，应加强通

风、除尘措施。

(8)在刨削时，不允许中断压缩空气，以免烧损刨枪。

(9)刨削时碳棒伸出长度不得小于30mm。

(10)未切断电源前，不准使刨枪铜头与工件短接。