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第五节 空气等离子弧切割

空气等离子弧切割，是用压缩空气取代了传统的、氮气等气体作为等离子气的一种经济、方便的等离子弧切割方法。

一、切割原理、特点及应用范围

1.切割原理

空气等离子弧切割原理如图3-20所示。利用空气压缩机提供

图3-20 空气等离子弧切割原理

1—电****冷却水;2—电****;3—压缩

空气;4—压缩喷嘴;5—压缩喷嘴

冷却水;6—电弧;7—割件

的压缩空气直接通入喷嘴，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。

2.切割基本特点

(1)优点

① 工作气体易取得，成本低，

气体来源方便，综合经济效益比氧-

切割好。

② 操作简便。

③ 切割速度快。电离了的空气

等离子体的热焓值高，因而电弧的

能量大，比普通等离子弧切割速度要快，****了生产率。

④ 空气等离子体的热焓高。空气中的氧使金属氧化，产生放

热反应，增加了切割过程的热量。弧柱温度为18000K时，热焓是

30%Ar十70% H2 等离子体热焓的1.5倍。

⑤ 利用压缩空气冷却电****和喷嘴。但压缩空气中的氧****易使

电****氧化，液压全自动切管机，使电****使用寿命大大缩短。如镶铪或锆的铜电****，用压

缩空气作为工作气体时，使用寿命较高得多，连续切割的工作时

间达1～2L/个。

⑥ 切割质量好。切割低碳钢、低合金钢、不锈钢和铝容易获

得无粘渣的切割面，且热变形小，切口窄。采用接触式割炬切割

时，切割面的切口角接近0° (普通等离子弧切割的切口角为5°～

10°);若是选用小电流，则切口宽度大致等于喷嘴的孔径，且上切

口宽度与下切口宽度基本相同 (普通等离子弧切割的上切口宽度是

压缩喷嘴孔径的1.5～2倍)。

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般采用镶嵌式纯锆或纯铪电****，不能采用纯钨电****或氧化物钨电

****。即使采用锆、铪电****，它的工作寿命一般也只有5～10L。

3.切割应用范围

空气等离子弧切割，可用于切割不锈钢、铝、铜、钛、铸铁、

合金钢、碳钢等金属材料，也可切割涂漆或镀锌钢板。可切割钢板

的厚度，视切割机的功率大小而定，通常在0.3～11.5垃垃 范围

内，还适于切割厚30垃垃以下的碳钢，但较普遍用于切割薄板。

二、等离子弧的形成原理

切割用的等离子弧，是将通常的自由电弧的弧柱进行强迫 “压

切割用的等离子弧是经过三种形式的压缩效应得到的。这三种

压缩效应都是通过割炬完成的。

1.机械压缩效应

自由电弧*通过压缩喷嘴孔道，使弧柱直径强迫收缩，从而

****弧柱的能量密度和温度。图3-1 (L)所示为机械压缩效应

示意。

2.热收缩效应

由于水冷压缩喷嘴温度较低，所以在孔道中形成高速冷却气流

均匀包围弧柱，使弧柱边缘温度降低，新型全自动切管机，电离度也降低，以致形成绝

缘层，迫使带电粒子流 (离子和电子)向高温、高电离度的弧柱中

心区域集中，使弧柱直径进一步变细 (能量密度进一步*)，这

种收缩作用称为热收缩效应，烟台全自动切管机，

3.电磁收缩效应

弧柱的带电粒子流可看成一束无数条平行通电的导体，全自动切管机图片，在自身

磁场作用下，产生相互吸引力，使导体相互靠近。两导体之间距离

越近，相互吸引力越大。所以在上述机械压缩效应和热压缩效应作

用下，已被压缩变细的弧柱，由于这种相互的吸引力而进一步收缩

变细，这种收缩作用通常称为电磁收缩效应，如图3-1 (3)所示。

以上三种效应对弧柱所产生的压缩作用使弧柱产生的能量进一

步集中，直到与电弧的热扩散等作用相平衡时，便形成稳定的等离

子弧。正是由于等离子弧的上述产生原理，所以有人把等离子弧也

称为压缩电弧。