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等离子弧焊接和切割——原理

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10:37 作者：武汉金嘉数控

等离子弧焊接和切割——原理（一）
————武汉金嘉数控技术篇：
1.1等离子弧的产生：
(1)等离子弧的概念：
自由电弧：未受到外界约束的电弧，如一般电弧焊产生的电弧。
等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。

自由电弧弧区内的气体尚未完全电离，能量未高度集中，而等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达105~106W/cm2，电弧温度可高达24000～5000K(一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000～20000K，能量密度在104W/cm2以下)能迅速熔化金属材料，可用来焊接和切割。
(2)等离子弧的产生
在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。
①机械压缩效应(作用)——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。

②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流(离子和电子)往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。
③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。
电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。

当小直径喷嘴，大的气体流量和增大电流时，等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲击力，这种等离子弧称为“刚性弧”，主要用于切割金属。反之，若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时，该等离子弧称为“柔性弧”，主要用于焊接。
1.2等离子弧焊接
1.2.1基本知识
用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。
焊接时离子气(形成离子弧)和保护气(保护熔池和焊缝不受空气的有害作用)均为氩气。

等离子弧焊所用电极一般为钨极(与钨极氩弧焊相同，国内主要采用钍钨极和铈

钨极，国外还采用锆钨极和锆极)，有时还需填充金属(焊丝)。一般均采用直流正接法(钨棒接负极)。故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。

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