等离子弧技术：原理、应用及操作规程

等离子弧技术：原理、应用及操作规程

等离子弧技术是一种先进的工业加工技术，广泛应用于金属切割、焊接等领域。本文将为您详细介绍等离子弧的原理、应用及操作规程，帮助您全面了解这一重要技术。

等离子弧切割工艺

等离子弧切割工艺适用于所有金属材料和部分非金属材料，是切割不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属的有效方法。最大切割厚度可达到180～200mm。目前，已用于切割厚度35mm以下的低碳钢和低合金结构钢。厚度25mm以下的碳钢板切割时，采用等离子弧切割比氧-乙炔切割快5倍左右；而对于大于25mm的板切割时，氧-乙炔切割速度快些。

气体选择

等离子弧切割工作气体既是等离子弧的导电介质，同时还要排除切口中的熔融金属，因此对等离子弧的切割特性以及切割质量和速度有明显的影响。常用的离子气体有N2、Ar、N 2+H2、N2+Ar，也有用压缩空气、氧气、水蒸气或水作为产生等离子弧的介质。离子气的种类决定切割时的弧压，弧压越高切割功率越大，切割速度及切割厚度都相应提高。但弧压越高，要求切割电源的空载电压也越高，否则难以引弧或电弧在切割过程中容易熄灭。

等离子弧的形成原理

等离子弧是指在高温和高电压的作用下，气体中的电子被激发并与分子或原子发生碰撞形成的离子化气体。在等离子弧中，气体分子或原子被强烈激发并被解离成离子和自由电子，形成等离子体（plasma）。等离子体具有电中性，但由于其中包含的正离子和自由电子数量相等，因此整体上呈电中性。等离子弧的形成需要高压和高温的条件。电弧是通过使电子在两个电极之间跳跃来产生的，而在等离子弧中，电子首先被激发并被加速到高速运动，当它们与气体分子或原子碰撞时，气体分子或原子会被电离和激发，从而产生更多的自由电子和离子，如此循环往复，等离子弧就会形成。

等离子弧焊类型、原理、优缺点、适用范围

等离子弧焊是一种高温、高能量的焊接方式，通过将两片材料加热到高温，让它们融合在一起，从而实现焊接。这种焊接方式可以用于各种材料，包括金属、塑料、陶瓷等等。等离子弧焊是利用高温的等离子弧来焊接用气焊和普通电弧焊所难以焊接的难熔金属的一种熔焊方法。离子弧焊利用气体在电弧中电离后，再经过热收缩效应、机械收缩效应、磁收缩效应而产生的一种超高温热源进行焊接，温度可达20000℃左右。

等离子弧的发生装置如图11-1所示。在钨极（-极）和焊件（+极）之间加上一个较高的电压，经过高频振荡器的激发，使气体电离形成电弧。此电弧在通过具有特殊孔型的喷嘴时，经过机械压缩、热收缩和磁场的收缩效应，弧柱被压缩到很细的范围内。这时的电弧能量高度集中，其能量密度可达10°～10°W/cm²，温度也达到极高程度，其弧柱中心温度可达16000～33000℃；弧柱内的气体得到了高度的电离，因此，等离子弧不仅被广泛用于焊接、喷涂、堆焊，而且可用于金属和非金属切割。

等离子弧类型及电源连接方式：

• 非转移型弧：钨极接电源负极，喷嘴接电源正极，等离子弧体产生于钨极和喷嘴内表面之间，工件本身不通电、而是被间接加热熔化，其热量的有效利用率不高，故不宜用于较厚材料的焊接和切割。
• 转移型弧：钨极接电源负极，焊件接电源正极，首先在钨极和喷嘴之间引燃小电弧后，随即接通钨极与焊件之间的电路，再切断喷嘴与钨极之间的电路，同时钨极与喷嘴间的电弧熄灭，电弧转移到钨极与焊件间直接燃烧，这类电弧称为转移型弧。这种等离子弧可以直接加热工件，提高了热量有效利用率，故可用于中等厚度以上工件的焊接与切割。
• 联合型弧：转移型弧和非转移型弧同时存在的等离子弧称为联合型弧。联合型弧的两个电弧分别由两个电源供电主电源加在钨极和焊件间产生等离子弧，是主要焊接热源。另一个电源加在钨极和喷嘴间产生小电弧，称为维持电弧。联合弧主要用于微弧等离子焊接和粉末材料的喷焊。

等离子引弧频率20～60kHz

在工业生产过程中，等离子引弧频率20-60kHz作为一项重要的技术应用，在材料处理、表面处理和焊接等领域发挥着重要作用。当电弧频率处于20-60kHz时，电弧通常会呈现出稳定且快速振荡的状态，这样的电弧具有较高的能量密度和热输入，可以更好地控制焊接过程和焊接成形，为焊接工艺的精细化和自动化提供了技术保障。

材料的等离子弧焊接

材料的等离子弧焊接是用等离子体将两个材料融合在一起的焊接方式。当我们将气体加热到高温时，气体就会变成离子态，这就是等离子体。等离子弧焊接是将这个等离子体聚焦在一起，通过高能量将材料融合在一起。这种焊接方式可以焊接各种材料，包括金属、塑料、陶瓷等等。其不足之处在于设备成本较高，对操作人员的要求较高，以及可能会产生变形和裂纹。

等离子弧焊接

等离子弧焊用的热源是将自由钨极氩弧压缩强化之后获得点 力度更高的等离子体，成为等离子弧，又称压缩电弧。等离子 弧与钨极氩弧焊的自由电弧在物理上没有本质的区别，仅是弧 柱中电离程度上的不同。等离子弧焊的接头形式通常为I型对接接头、开单面V型和 双面V型坡口的对接接头以及开单面U型坡口的对接接头。焊接参数的选择主要包括喷嘴孔径和焊接电流。在焊接过程中，当焊件厚度增大时，焊接电流也应增大，但不能超过喷嘴的最大许用电流。如果电流过小，可能会造成无法焊透焊件，焊接速度慢；如果电流过大 ，可能会造成焊穿，甚至可能会引起双弧现象。

等离子弧的三种工作形式

等离子弧可以分为直流等离子弧、交流等离子弧和脉冲等离子弧三种工作形式。直流等离子弧采用直流电源供电，具有稳定性好、能量密度高的特点。交流等离子弧采用交流电源供电，其特点是电流方向周期性变化。脉冲等离子弧是一种间歇性供电的等离子弧，其特点是电流和电压的瞬间变化。脉冲等离子弧具有高峰值电流和短脉冲duration，能够在短时间内实现高速切割和焊接。然而，脉冲等离子弧的稳定性相对较差，适用于对加工质量要求较高的场合。

空气等离子弧切割

空气等离子弧切割是一种高效、精准的金属加工方式。它将高压气体通过电弧击穿，产生高温等离子气体，利用气体流将金属材料进行熔化、蒸发，并在气流作用下将其熔融物体吹掉，从而实现对金属材料的非接触式切割。空气等离子弧切割可应用于钢、钢材、铁、铝合金、铜等金属的切割加工。与传统机械切割相比，空气等离子弧切割速度快，精度高。同时，空气等离子弧切割不会产生有害气体和废弃物，环境友好。

联合型等离子弧

联合型等离子弧是近几年新兴的微束技术，其主要原理是将等离子体和气体复
合在一起形成混合体，通过电场产生出增强等离子体作用的微束。联合型等离子体弧技术，具有排列结构简单、程序控制方便等优点，在固态绝缘材料分散凝固机电合金等行业应用有着广泛的前景。联合型等离子弧的使用方便，可以实现软件控制从而大大减少工人操作难度，从而提高工作效率。其次，联合型等离子弧的功率比较大，可以制备的材料比较多，可以满足不同行业的不同要求，根据不同行业的不同需求，分别调整参数以及参数单位使其符合不同行业的不同要求。此外，联合型等离子弧还具有操作简单，适用范围广等特点；它可以满足于不同行业的不同要求，如：固态绝缘材料、分散凝固机等，可以大大提高行业的生产效率，同时为不透明金属相互之间赋予更多物理属性，给行业带来更多的发展机会。

等离子弧切割操作规程

等离子弧切割是一种常见的金属切割方法，通过高温等离子弧将金属材料切割成所需形状。为了保证操作的安全性和切割质量，制定本操作规程，明确等离子弧切割的操作步骤和注意事项。在操作过程中，必须佩戴面罩和防护手套，确保眼睛和手部受到有效保护。切割过程中，保持切割头与工件的适当距离，避免切割头与工件接触过近，防止引起事故。切割结束后，及时关闭等离子弧切割机和氧气瓶、乙炔瓶的阀门，切断气源供应。操作结束后，清理切割产生的废料和残留物，保持工作区域整洁，防止滑倒和火灾等事故发生。

等离子弧切割工艺参数

离子气的种 类和流量
n离子气的作用是压缩电弧，防止钨极氧化，吹掉割缝中的熔化金 属，保护喷嘴不被烧坏。切割100mm以下的不锈钢、铝等材料时 用N2或N2+ Ar,厚度大于100mm用Ar+35%H2。切割厚度小于 100mm的不锈钢时，气体流量一般为2500～3500 L／h；切割厚 度大于100mm的不锈钢时，气体流量一般为4000L／h。
切割速度应根据等离子弧功率、工件厚度和材质来确定。铝的熔 点低，切割速度应快些；钢的熔点较高，切割速度应较慢；铜的 导热性好，散热快，故切割速度应更慢些。
喷嘴高度
一般在手工切割时取喷嘴高度为8～10mm；自动切割时取6～ 8mm。
空气等离子弧切割一般要配用大于1. 等离子弧切割用喷嘴与焊接用喷嘴的尺寸比较 与等离子弧焊接设备大致相同，由电源、控制系统、割枪、供气和供水系统等组成，其中空气等离子弧切割机（LGK系列）应用最广 泛。 空铜气的等 导离热子性弧好切，割散时热，快采，用故镶切嵌割式速锆度或应铪更电慢极些。 空氧气等 切离割子不弧能切割时熔，点采高用、镶导嵌热式性锆好或、铪氧电化极物。熔点高和粘滞性大的材料。 电空源气： 等等离离子子弧弧切切割割时采，用采具用有镶陡嵌降式或锆恒或流铪外电特极性。的直流电源。 电 铜源的空导载 热电 性压 好一 ，般 散为 热切 快割，时 故电 切弧 割电 速压 度的 应两 更倍 慢， 些常 。用切割电源空载电压为150～400V。 割水枪幕中 等的离电子极弧可切采割用的纯压钨缩、程钍度钨、、切铈口钨质棒量，和也切可割采速用度镶提嵌高式不电显极著。 I自=(动30切～割100)取d6，～切8m割m大。厚度工件时，以提高切割电压最为有效。 等切离割子 时弧，焊在接栅和格切工割作台程下伴方随还有可大安量置气排化风的装金置属，蒸也气可、以臭采氧取、水氮中化切物割等方，法应。有良好的通风设备、措施。 切一割般电 在压手不工大切于割空时载取电喷压嘴的高度2／为38。～10mm； （是2目）前等常离用子的弧切较割其方它法电中弧切的割光速辐度射最强快度的更。大，尤其是紫外线强度，除罩黑色目镜外，最好加上吸收紫外线的专门镜片。 切一割般时 不，低在于栅15格0V工，作切台割下厚方度还大可的安工置件排空风载装电置压，必也须可在以22采0取V以水上中，切最割高方可法达。400V。 一 电、源等空离 载子 电弧 压切 一割 般原 为理 切及割特 时点 电弧电压的两倍，常用切割电源空载电压为150～400V。 割枪中的电极可采用纯钨、钍钨、铈钨棒，也可采用镶嵌式电极。 四、其它等离子弧切割形式：