《焊接方法與設(shè)備》

第六單元

等離子弧焊接與切割學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)，要使學(xué)生明確等離子弧焊接與切割的基礎(chǔ)知識(shí)；掌握等離子弧的形成、特性及應(yīng)用；熟悉等離子弧焊接與切割的特點(diǎn)、工藝及設(shè)備；并對(duì)等離子弧堆焊與噴涂有一定的了解。

1．等離子弧借助水冷銅噴嘴的外部拘束作用，使弧柱的橫截面受到限制而不能自由擴(kuò)大時(shí)，就可使電弧的溫度、能量密度和等離子體流速都顯著增大。這種用外部拘束作用使弧柱受到壓縮的電弧就是通常所稱(chēng)的等離子弧。等離子弧是電弧的一種特殊形式，是自由電弧被壓縮后形成的。從本質(zhì)上講，它仍然是一種氣體放電的導(dǎo)電現(xiàn)象。一、等離子弧的形成模塊一等離子弧的形成及其特性2．等離子弧形成原理

目前廣泛采用的壓縮電弧的方法是將鎢極縮入噴嘴內(nèi)部，并且在水冷噴嘴中通以一定壓力和流量的離子氣，強(qiáng)迫電弧通過(guò)噴嘴孔道，以形成高溫、高能量密度的等離子弧。此時(shí)電弧受到下述三種壓縮作用：（1）機(jī)械壓縮效應(yīng)（2）熱收縮效應(yīng)（3）電磁收縮效應(yīng)

在上述三種壓縮效應(yīng)中，噴嘴孔徑的機(jī)械壓縮效應(yīng)是形成等離子弧的前提；熱收縮效應(yīng)則是電弧被壓縮的最主要的原因；電磁收縮效應(yīng)是必然存在的，它對(duì)電弧的壓縮也起到一定作用。

二、離子弧的特性1．溫度高、能量密度大普通鎢極氬弧的最高溫度為10000K～24000K，能量密度在104w／cm2以下。等離子弧的最高溫度可達(dá)24000～50000K，能量密度可達(dá)105～108w／cm2，且穩(wěn)定性好。等離子弧和鎢極氬弧的溫度比較如圖6-2所示，圖中左半部為鎢極氬弧，右半部為等離子弧。圖6-2等離子弧和鎢極氬弧的溫度分布

等離子弧由于弧柱被壓縮，橫截面減小，弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度明顯提高，因此等離子弧的最大壓降是在弧柱區(qū)，加熱金屬時(shí)利用的主要是弧柱區(qū)的熱功率，即利用弧柱等離子體的熱能。所以說(shuō)，等離子弧幾乎在整個(gè)弧長(zhǎng)上都具有高溫。這一點(diǎn)和鎢極氬弧是明顯不同的。2．等離子弧的能量分布均衡3．等離子弧的挺度好、沖力大

鎢極氬弧的形狀一；經(jīng)過(guò)壓縮后的等離子弧，其形般為圓錐形，擴(kuò)散角在45°左右態(tài)近似于圓柱形，電弧擴(kuò)散角很小，約為5°左右，因此挺度和指向性明顯提高。等離子弧和鎢極氬弧的擴(kuò)散角比較如圖6-3所示。圖6-3等離子弧和鎢極氬弧的擴(kuò)散角

等離子弧的電離度較鎢極氬弧更高，因此穩(wěn)定性好。外界氣流和磁場(chǎng)對(duì)等離子弧的影響較小，不易發(fā)生電弧偏吹和漂移現(xiàn)象。由于弧柱的橫截面受到限制，等離子弧的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，電弧電壓明顯提高，U形靜特性曲線上移且其平直區(qū)域明顯減小，如圖6-4所示。圖6-4等離子弧的靜特性4．等離子弧的穩(wěn)定性好三、等離子弧的類(lèi)型及應(yīng)用

等離子弧按電源的供電方式不同可分為非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型及混合型等離子弧三種類(lèi)型，如圖6-5所示，特殊情況下還將形成雙弧現(xiàn)象。圖6-5等離子弧的類(lèi)型a)非轉(zhuǎn)移型b）轉(zhuǎn)移型c）混合型

1.非轉(zhuǎn)移型等離子弧鎢極接電源的負(fù)極，噴嘴接電源的正極，工件不接電源，電弧是在鎢極與噴嘴孔壁之間燃燒的，在離子氣流的作用下電弧從噴嘴孔噴出，電弧受到壓縮而形成等離子弧，一般將這種等離子弧稱(chēng)為等離子焰，如圖6-5a所示。

2．轉(zhuǎn)移型等離子弧鎢極接電源的負(fù)極、工件接電源的正極，等離子弧燃燒于鎢極與工件之間，如圖6-5b所示。

3．混合型等離子弧在工作過(guò)程中非轉(zhuǎn)移型弧和轉(zhuǎn)移型弧同時(shí)存在，則稱(chēng)之為混合型（或聯(lián)合型）等離子弧，如圖6-5c所示。

1.非轉(zhuǎn)移型等離子弧

鎢極接電源的負(fù)極，噴嘴接電源的正極，焊件不接電源，電弧是在鎢極與噴嘴孔壁之間燃燒的，在離子氣流的作用下電弧從噴嘴孔噴出，電弧受到壓縮而形成等離子弧，一般將這種等離子弧稱(chēng)為等離子焰,如圖6-5a所示。由于焊件不接電源，工作時(shí)只靠等離子焰來(lái)加熱，故其溫度比轉(zhuǎn)移型等離子弧低，能量密度也沒(méi)有轉(zhuǎn)移型等離子弧高。噴嘴受熱較多，應(yīng)更好地冷卻，否則其壽命不長(zhǎng)。非轉(zhuǎn)移弧主要在等離子弧噴涂或焊接極薄材料時(shí)采用。2.轉(zhuǎn)移型等離子弧

鎢極接電源的負(fù)極、焊件接電源的正極，等離子弧燃燒于鎢極與焊件之間,如圖6-5b所示。但這種等離子弧不能直接產(chǎn)生，必須先在鎢極和噴嘴之間接通維弧電源，以引燃小電流的非轉(zhuǎn)移型弧，然后將非轉(zhuǎn)移型弧通過(guò)噴嘴過(guò)渡到工件表面，再引燃鎢極與焊件之間的轉(zhuǎn)移型等離子?。ㄖ骰。⒆詣?dòng)切斷維弧電源。采用轉(zhuǎn)移弧工作時(shí)，等離子弧溫度高、能量密度大，焊件上獲得的熱量多，熱的有效利用率高。常用于等離子弧切割、等離子弧焊接和等離子弧堆焊等工藝方法中。3．混合型等離子弧

在工作過(guò)程中非轉(zhuǎn)移型弧和轉(zhuǎn)移型弧同時(shí)存在，則稱(chēng)之為混合型（或聯(lián)合型）等離子弧，如圖6-5c所示。其中的轉(zhuǎn)移弧主要用來(lái)加熱母材(焊件)和填充金屬，非轉(zhuǎn)移弧用來(lái)協(xié)助轉(zhuǎn)移弧的穩(wěn)定燃燒(小電流時(shí))和對(duì)填充金屬進(jìn)行預(yù)熱(堆焊時(shí))?；旌闲偷入x子弧穩(wěn)定性好，電流很小時(shí)也能保持電弧穩(wěn)定，主要用在微束等離子弧焊接和粉末等離子弧堆焊等工藝方法中。

4．雙弧現(xiàn)象在使用轉(zhuǎn)移型等離子弧進(jìn)行焊接或切割過(guò)程中，當(dāng)?shù)入x子弧被過(guò)度壓縮，冷卻不夠時(shí)，就會(huì)在鎢極和噴嘴及噴嘴和工件之間產(chǎn)生與主弧并列的電弧，這種現(xiàn)象稱(chēng)為等離子弧的雙弧現(xiàn)象，如圖所示。在等離子弧焊接或切割過(guò)程中，一旦產(chǎn)生雙弧，就會(huì)減小主弧電流，破壞等離子弧的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒燒毀噴嘴，使焊接或切割工作無(wú)法進(jìn)行。圖6-6雙弧現(xiàn)象示意圖

按焊縫成形原理，等離子弧焊有下列三種基本方法：穿透型等離子弧焊；熔透型等離子弧焊；微束等離子弧焊。此外，還有一些派生類(lèi)型，如脈沖等離子弧焊、交流等離子弧焊等。一、等離子弧焊的基本方法及應(yīng)用模塊二等離子弧焊圖6-7穿孔型等離子弧焊1．穿透型等離子弧焊

利用等離子弧直徑小、溫度高、能量密度大、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)條件下實(shí)現(xiàn)的。

焊接時(shí)，采用轉(zhuǎn)移型等離子弧把焊件完全熔透，在等離子流力作用下形成一個(gè)穿透焊件的小孔。熔化金屬被排擠在小孔周?chē)?，依靠表面張力的承托而不?huì)流失。隨著焊槍向前移動(dòng)，小孔也跟著焊槍移動(dòng)，熔池中的液態(tài)金屬在電弧吹力、表面張力作用下沿熔池壁向熔池尾部流動(dòng)，并逐漸收口、凝固，形成完全熔透的正反面都有波紋的焊縫，這就是所謂的小孔效應(yīng)。

利用這種小孔效應(yīng)，不用襯墊就可實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。焊接時(shí)一般不加填充金屬，目前大電流（100～500A）等離子弧焊通常采用這種方法進(jìn)行焊接。

小孔效應(yīng)只有在足夠的能量密度條件下才能形成。板厚增加時(shí)所需的能量密度也增加，而等離子弧的能量密度難以再進(jìn)一步提高。因此，穿孔型焊接法只能在一定的板厚條件下才能實(shí)現(xiàn)。

此法在應(yīng)用上最適于焊接3～8mm不銹鋼、12mm以下鈦合金、2～6mm低碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼以及銅、黃銅、鎳及鎳合金的對(duì)接焊。在上述厚度范圍內(nèi)可在不開(kāi)坡口、不加填充金屬、不用襯墊的條件下實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。當(dāng)厚度大于上述范圍時(shí)，需開(kāi)V形坡口進(jìn)行多層焊。

熔透型等離子弧焊是采用較小的焊接電流(30～100A)和較低的離子氣流量，采用混合型等離子弧焊接的方法。液態(tài)金屬熔池在弧柱的下面，靠熔池金屬的熱傳導(dǎo)作用熔透母材，實(shí)現(xiàn)焊接。熔透型等離子弧焊基本焊法與鎢極氬弧焊相似。焊接時(shí)可加填充金屬，也可不加填充金屬。它主要用于薄板(0.5～2.5mm)的焊接、多層焊封底焊道以后各層的焊接以及角焊縫的焊接。2．熔透型等離子弧焊

焊接電流在30A以下的等離子弧焊通常稱(chēng)為微束等離子弧焊。有時(shí)也把焊接電流稍大的等離子弧焊歸為此類(lèi)。這種方法使用很小的噴嘴孔徑(ф0.5mm～ф1.5mm)，得到針狀細(xì)小的等離子弧，主要用于焊接厚度lmm以下的超薄、超小、精密的工件。微束等離子弧焊通常采用混合型等離子弧，采用兩個(gè)獨(dú)立焊接電源。其一向鎢極與噴嘴之間的非轉(zhuǎn)移弧供電，這個(gè)電弧稱(chēng)為維弧，其供電電源為維弧電源。另一個(gè)電源向鎢極與工件間的轉(zhuǎn)移弧(主弧)供電，以進(jìn)行焊接。焊接過(guò)程中兩個(gè)電弧同時(shí)工作。當(dāng)維弧電流大于2A時(shí)，轉(zhuǎn)移型等離子弧在小至0.1A焊接電流下仍可穩(wěn)定燃燒，因此小電流時(shí)微束等離子弧十分穩(wěn)定。3．微束等離子弧焊

按操作方式不同，等離子弧焊設(shè)備可分為手工焊機(jī)和自動(dòng)焊機(jī)兩大類(lèi)。手工焊機(jī)主要由焊接電源、焊槍、控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)等部分組成，如圖6-8所示。自動(dòng)焊機(jī)除上述部分外，還有焊接小車(chē)和送絲機(jī)構(gòu)（焊接時(shí)需要加填充金屬）。

圖6-8手工等離子弧焊機(jī)示意圖二、等離子弧焊設(shè)備

等離子弧焊機(jī)一般采用具有陡降或垂直下降外特性的直流弧焊電源。電源空載電壓根據(jù)離子氣的種類(lèi)而定，如用純氬氣或氬氣加氫氣(

(H2)＜7％)作離子氣時(shí)，電源空載電壓只需80V左右；而用氦氣或其它混合氣體作離子氣時(shí)，為了可靠地引弧，則空載電壓還需更高一些，可達(dá)110～120V。1．焊接電源

與氬弧焊或CO2氣體保護(hù)電弧焊相比，等離子弧焊機(jī)的供氣系統(tǒng)比較復(fù)雜。供氣系統(tǒng)包括離子氣、保護(hù)氣兩條氣路。為避免保護(hù)氣對(duì)離子氣的干擾，保護(hù)氣和離子氣最好由獨(dú)立氣路分開(kāi)供給。為延長(zhǎng)噴嘴及電極的使用壽命，以及對(duì)等離子弧產(chǎn)生良好的熱收縮效應(yīng)，等離子弧焊機(jī)必須具有合適的水冷系統(tǒng)對(duì)焊槍進(jìn)行良好的冷卻。2．氣路和水冷系統(tǒng)3．焊槍

等離子弧焊槍的設(shè)計(jì)應(yīng)保證等離子弧燃燒穩(wěn)定，引弧及轉(zhuǎn)弧可靠，電弧壓縮性好，絕緣、通氣及冷卻可靠，更換電極方便，噴嘴和電極對(duì)中好。焊槍主要由電極、噴嘴、上、下槍體、保護(hù)罩、水路、氣路、饋電體等組成，如圖6-9所示。圖6-9等離子弧焊槍示意圖1）能提前輸送和滯后停止保護(hù)氣。2）能實(shí)現(xiàn)離子氣流的遞增和衰減。3）能可靠地引弧及轉(zhuǎn)換。4）能實(shí)現(xiàn)引弧電流遞增，熄弧電流遞減。5）無(wú)冷卻水時(shí)不能開(kāi)機(jī)。6）發(fā)生故障及時(shí)停機(jī)。4．控制系統(tǒng)

等離子弧焊設(shè)備的控制系統(tǒng)一般包括高頻引弧電路、拖動(dòng)控制電路、延時(shí)電路和程序控制電路等部分。控制系統(tǒng)一般應(yīng)具備如下功能：三、等離子弧焊工藝1．等離子弧焊的工藝特點(diǎn)

l）由于等離子弧的溫度高、能量密度大，因此等離子弧焊熔透能力強(qiáng)。這不僅提高了焊接生產(chǎn)率，而且可減小熔寬、增大熔深，因而可減小熱影響區(qū)寬度和焊接變形。2）由于等離子弧的形態(tài)近似圓柱形，挺度好，因此當(dāng)弧長(zhǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)對(duì)焊縫成形的影響較小，容易得到均勻的焊縫成形。3）由于等離子弧的穩(wěn)定性好，使用很小的焊接電流也能保證電弧的穩(wěn)定，故可以焊接超薄件。4）由于鎢極內(nèi)縮在噴嘴里面，焊接時(shí)鎢極與焊件不接觸，因此可減少鎢極燒損和防止焊縫金屬夾鎢。2．等離子弧焊工藝（1）接頭形式

用于等離子弧焊接的通用接頭形式為I形對(duì)接接頭、開(kāi)單面V形和雙面V形坡口的對(duì)接接頭以及開(kāi)單面U形和雙面U形坡口的對(duì)接接頭。除此之外，也可用角接接頭和T形接頭。常用接頭形式如圖6-10所示。圖6-10等離子弧焊焊接接頭形式（2）焊接參數(shù)的選擇

等離子弧焊焊接時(shí)，焊透母材的方式主要有穿透焊和熔透焊（包括微束等離子弧焊）兩種。在采用穿透型等離子弧焊時(shí)，焊接過(guò)程中確保小孔的穩(wěn)定，是獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的前提。影響小孔穩(wěn)定的主要焊接參數(shù)有以下幾個(gè)。1）噴嘴孔徑噴嘴孔徑直接決定對(duì)等離子弧的壓縮程度，是選擇其它參數(shù)的前提。一般應(yīng)按工件厚度和所需電流值確定噴嘴孔徑。2）焊接電流當(dāng)其它條件不變時(shí)，焊接電流增加，等離子弧的熱功率也增加，熔透能力增強(qiáng)。因此，應(yīng)根據(jù)被焊焊件的材質(zhì)和厚度確定焊接電流。3）離子氣種類(lèi)及流量目前應(yīng)用最廣的離子氣是氬氣，適用于所有金屬。為提高焊接生產(chǎn)效率和改善接頭質(zhì)量，針對(duì)不同金屬可在氬氣中加入其它氣體。當(dāng)其它條件不變時(shí)，離子氣流量增加，等離子弧的沖力和穿透能力都增大。因此，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的穿孔法焊接過(guò)程，必須要有足夠的離子氣流量；但離子氣流量太大時(shí)，會(huì)使等離子弧的沖力過(guò)大將熔池金屬?zèng)_掉，同樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)穿孔法焊接。4）焊接速度當(dāng)其它條件不變時(shí)，提高焊接速度，則輸入到焊縫的熱量減少，在穿孔法焊接時(shí)，小孔直徑將減小；如果焊速太高，則不能形成小孔，故不能實(shí)現(xiàn)穿孔法焊接。焊接速度的確定，取決于焊接電流和離子氣流量。5）噴嘴高度噴嘴端面至工件表面的距離為噴嘴高度。生產(chǎn)實(shí)踐證明噴嘴高度應(yīng)保持在3～8mm較為合適。6）保護(hù)氣成分及流量等離子弧焊時(shí)，除向焊槍輸入離子氣外，還要輸入保護(hù)氣，以充分保護(hù)熔池不受大氣污染。大電流等離子弧焊時(shí)保護(hù)氣與離子氣成分應(yīng)相同，否則會(huì)影響等離子弧的穩(wěn)定性。保護(hù)氣一般采用氬氣，穿孔法焊接時(shí)，保護(hù)氣流量一般選擇15～30L／min。

等離子弧堆焊可使堆焊層獲得與其基體金屬呈冶金結(jié)合的堆焊層，用以提高工件的耐磨性、耐蝕性、耐高溫性能，或用以彌補(bǔ)已磨損工件的尺寸、被腐蝕工件表面的蝕坑、麻點(diǎn)，達(dá)到修舊利廢的目的。目前在石油、冶金，造船、軍工、化工、礦山機(jī)械、閥門(mén)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.等離子弧堆焊四、等離子弧堆焊與噴涂介紹

按照堆焊材料的不同形態(tài)，等離子弧堆焊主要分為粉末等離子弧堆焊和熱絲等離子弧堆焊兩種，其中以粉末堆焊應(yīng)用較多。粉末等離子弧堆焊是將合金粉末裝入送粉器中，堆焊時(shí)用氬氣將合金粉末送入堆焊槍體的噴嘴中，利用等離子弧的熱能將其熔敷到工件表面形成堆焊層的方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是：合金粉末既容易制得，其成分又容易調(diào)整，生產(chǎn)率高(熔敷率高)，堆焊層的質(zhì)量好(稀釋率低)，便于實(shí)現(xiàn)堆焊過(guò)程自動(dòng)化等。（1）粉末等離子弧堆焊

粉末等離子弧堆焊一般多采用混合型等離子弧，需要兩臺(tái)垂直陡降或下降特性的直流電源獨(dú)立供電，如圖6-11所示。圖6-11粉末等離子弧堆焊示意圖非轉(zhuǎn)移弧作為輔助熱源使合金粉末預(yù)先在弧柱中加熱熔化。轉(zhuǎn)移弧是等離子弧堆焊的主要熱源，其作用一是加熱工件，在工件表面形成熔池；二是熔化合金粉末。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移弧的電流，可以控制熔池的溫度和熱量，從而達(dá)到控制堆焊層質(zhì)量的目的。堆焊時(shí)所用的焊槍與焊接時(shí)所用的焊槍不同，除有離子氣和保護(hù)氣兩條氣路外，還有第三條送粉氣路。由于堆焊時(shí)母材熔深不能太大，以利于減小堆焊層的稀釋率，故堆焊時(shí)一般采用柔性弧，即采用較小的離子氣流量和較小的孔道比。（2）熱絲等離子弧堆焊

熱絲等離子弧堆焊如圖6-12所示。通常采用轉(zhuǎn)移弧，用直流正極性堆焊，離子氣和保護(hù)氣均為氬氣。

這種方法的特點(diǎn)是，除依靠等離子弧加熱熔化母材和填充焊絲并形成熔池外，填充焊絲中還通以交流電流以提高熔敷率和降低稀釋率。采用交流電流既可節(jié)省用電成本，又可避免磁場(chǎng)的影響。圖6-12熱絲等離子弧堆焊示意圖

由于事先對(duì)焊絲進(jìn)行了預(yù)熱，進(jìn)入電弧區(qū)后只需較少的熱量便能使焊絲熔化進(jìn)行堆焊因此送絲速度可以提高，熔敷速度大大增加。這就大大提高了堆焊的生產(chǎn)率。2.等離子弧噴涂等離子弧噴涂是利用等離子弧的高溫、高速焰流，將粉末噴涂材料加熱和加速后再?lài)娚?，沉積到工件表面上形成特殊涂層的一種熱噴涂方法。等離子弧噴涂方法有絲極噴涂和粉末噴涂?jī)煞N，粉末等離子弧噴涂是其中應(yīng)用最廣泛的方法。圖6-13粉末等離子弧噴涂原理

粉末等離子弧噴涂在很多地方與粉末等離子弧堆焊相似。但噴涂時(shí)一般采用非轉(zhuǎn)移型等離子弧，將合金粉末熔化并從噴嘴孔中噴出，形成霧狀顆粒，撞擊工件表面后顆粒與清潔而粗糙的工件表面結(jié)合形成涂層。由于噴涂時(shí)使用非轉(zhuǎn)移型等離子弧，工件不接電源，因此，可對(duì)金屬和非金屬工件進(jìn)行噴涂；另外，還可噴涂金屬涂層和非金屬涂層(如碳化物、氧化物、氮化物、硼化物)等，且有涂層質(zhì)量好、生產(chǎn)率高、工件不變形、工件金相組織不變化等優(yōu)點(diǎn)。粉末等離子弧噴涂的缺點(diǎn)是：涂層與工件表面呈機(jī)械結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度不高；涂層的使用性能取決于噴涂的粉末材料。另外，等離子弧噴涂工藝也較等離子弧堆焊復(fù)雜，工件噴涂前要經(jīng)過(guò)清理、粗化、預(yù)熱等表面預(yù)處理工序；工件噴涂后，涂層還要經(jīng)過(guò)熱處理浸滲、精整等噴后處理工序才能滿足使用要求。氣門(mén)噴涂（耐磨）發(fā)動(dòng)機(jī)葉片（耐高溫）絲極噴涂軋輥（耐磨）手工噴涂螺旋桿（耐磨）模塊三等離子弧切割模塊三等離子弧切割一、等離子弧切割原理及特點(diǎn)

1．等離子弧切割原理等離子弧切割的原理與氧氣的切割原理有著本質(zhì)的不同。氧氣切割主要是靠氧與部分金屬的化合燃燒和氧氣流的吹力，使燃燒的金屬氧化物熔渣脫離基體而形成切口的。因此氧氣切割不能切割燃點(diǎn)高于熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性好、氧化物熔點(diǎn)高和粘滯性大的材料。等離子弧切割過(guò)程不是依靠氧化反應(yīng)，而是靠熔化來(lái)切割工件的。

圖6-14等離子弧切割原理

等離子弧切割原理見(jiàn)圖6-14，其中圖6-14a采用轉(zhuǎn)移弧，適用于金屬材料切割，圖6-14b采用非轉(zhuǎn)移弧，既可用于非金屬材料切割，也可用于金屬材料切割，但由于工件不接電源，電弧挺度差，故能切割的金屬材料厚度較小。（1）切割速度快，生產(chǎn)率高它是目前常用的切割方法中切割速度最快的。（2）切口質(zhì)量好等離子弧切割切口窄而平整，產(chǎn)生的熱影響區(qū)和變形都比較小，所以切割邊可直接用于裝配焊接。（3）應(yīng)用面廣由于等離子弧的溫度高、能量集中，所以能切割大部分金屬材料，如不銹鋼、鑄鐵、鋁、銅等。在使用非轉(zhuǎn)移型等離子弧時(shí)還能切割非金屬材料，如石塊、耐火磚、水泥塊等。2．等離子弧切割特點(diǎn)二、等離子弧切割設(shè)備

等離子弧切割設(shè)備與等離子弧焊接設(shè)備大致相同，主要由電源、割槍、控制系統(tǒng)、氣路和水冷系統(tǒng)等組成。如果是自動(dòng)切割，還要有切割小車(chē)。主要不同之處是切割時(shí)所用的電壓、電流和離子氣流量都比焊接時(shí)高，而且全部是離子氣，不需要保護(hù)氣（沒(méi)有外噴嘴）。1.等離子弧切割電源

等離子弧切割一般采用陡降外特性的直流電源。為提高切割電壓，要求切割電源具有比等離子弧焊更高的空載電壓(通常為150～400V)。一般等離子弧切割設(shè)備都有配套使用的專(zhuān)用電源。與LG-400-1型等離子弧切割機(jī)配套的電源是ZXG2-400型硅整流電源，其空載電壓較高，分180V和300V兩擋。在沒(méi)有專(zhuān)用切割電源的情況下，也可采用普通的直流電源串聯(lián)使用。串聯(lián)臺(tái)數(shù)根據(jù)切割厚度而定。但需要注意的是：串聯(lián)使用時(shí)，切割電流不應(yīng)超過(guò)每臺(tái)電源的額定電流，以免電源過(guò)載。2.割槍

等離子弧割槍與等離子弧焊槍的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，如圖6-15所示，也由電極、噴嘴、冷卻水套、中間絕緣體、上槍體、下槍體、氣室、水路、氣路、饋電體等組成。其關(guān)鍵是電極與噴嘴須有嚴(yán)格的同軸度，噴嘴孔徑也比等離子弧焊槍的大。噴嘴尺寸與選用的進(jìn)氣方式有關(guān)，在相同功率下，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣式不易燒損噴嘴，軸向進(jìn)氣式易燒損噴嘴，但切割板材的厚度要大些。

圖6-15等離子弧割槍示意圖3.氣路和水冷系統(tǒng)

等離子弧切割設(shè)備的供氣系統(tǒng)比等離子弧焊接的供氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不用保護(hù)氣體和氣流衰減回路。在割槍中通入離子氣除了起壓縮電弧和產(chǎn)生電弧沖力的作用外，還可減少鎢極的氧化燒損，因此切割時(shí)必須保證氣路暢通。

為防止割槍的噴嘴被燒壞，切割時(shí)必須對(duì)割炬進(jìn)行通水強(qiáng)制冷卻。供水系統(tǒng)與等離子弧焊接的供水系統(tǒng)相同。冷卻水一般可采用自來(lái)水，但當(dāng)水壓小于0.098MPa時(shí)，必須安裝專(zhuān)用液壓泵供水，以提高水壓，保證冷卻效果。4.控制系統(tǒng)

等離子弧切割時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求:1）能提前送氣和滯后停氣，離子氣流量有遞增過(guò)程。2）采用高頻引弧，在等離子弧引燃后高頻振蕩器應(yīng)能自動(dòng)斷開(kāi)。3）無(wú)冷卻水時(shí)切割機(jī)應(yīng)不能起動(dòng)；若切割過(guò)程中斷水，切割機(jī)應(yīng)能自動(dòng)停止工作。4）在切割結(jié)束或切割過(guò)程斷弧時(shí)，控制線路應(yīng)能自動(dòng)斷開(kāi)。

三、等離子弧切割參數(shù)

等離子弧切割參數(shù)較多，主要有離子氣的種類(lèi)和流量、噴嘴孔徑、空載電壓、切割電流和切割電壓、切割速度等。

（l）氣體的種類(lèi)和流量

等離子弧切割時(shí)，離子氣的作用是壓縮電弧，防止鎢極氧化，吹掉割縫中的熔化金屬，保護(hù)噴嘴不被燒壞。離子氣的種類(lèi)和流量對(duì)上述作用有直接影響，從而影響切割質(zhì)量。一般切割100mm以下的不銹鋼、鋁等材料時(shí)，可以使用純氮?dú)饣蜻m當(dāng)加些氬氣，既經(jīng)濟(jì)又能保證切割質(zhì)量。切割厚度小于100mm的不銹鋼時(shí)，氣體流量一般為2500～3500L／h；切割厚度大于100mm的不銹鋼時(shí)，氣體流量一般為4000L／h。

三、等離子弧切割參數(shù)

等離子弧切割參數(shù)較多，主要有離子氣的種類(lèi)和流量、噴嘴孔徑、空載電壓、切割電流和切割電壓、切割速度等。

（l）氣體的種類(lèi)和流量

等離子弧切割時(shí)，離子氣的作用是壓縮電弧，防止鎢極氧化，吹掉割縫中的熔化金屬，保護(hù)噴嘴不被燒壞。離子氣的種類(lèi)和流量對(duì)上述作用有直接影響，從而影響切割質(zhì)量。一般切割100mm以下的不銹鋼、鋁等材料時(shí)，可以使用純氮?dú)饣蜻m當(dāng)加些氬氣，既經(jīng)濟(jì)又能保證切割質(zhì)量。切割厚度小于100mm的不銹鋼時(shí)，氣體流量一般為2500～3500L／h；切割厚度大于100mm的不銹鋼時(shí)，氣體流量一般為4000L／h。

（2）噴嘴孔徑噴嘴孔徑的大小應(yīng)根據(jù)切割工件厚度和選用的氣體種類(lèi)確定。切割厚度較大時(shí)，要求噴嘴孔徑也要相應(yīng)增大；使用Ar+N2混合氣體時(shí)，噴嘴孔徑可適當(dāng)小一些，使用N2時(shí)應(yīng)大一些。

（3）空載電壓等離子弧切割要求電源有較高的空載電壓(一般不低于150V)，因空載電壓低將使切割電壓的提高受到限制，不利于厚件的切割。切割厚度大的工件空載電壓必須在220V以上，最高可達(dá)400V。由于等離子弧切割空載電壓較高，操作時(shí)必須注意安全。

（4）切割電流和切割電壓

切割電流和切割電壓是決定切割電弧功率的兩個(gè)重要參數(shù)。選擇切割電流I應(yīng)根據(jù)選用的噴嘴孔徑d的大小而定，其相互關(guān)系大致為I=(30～100)d。

電流增大會(huì)使弧柱變粗，切口加寬，且易燒損噴嘴；對(duì)于一定的噴嘴孔徑存在一個(gè)最大許