等離子切割機(jī)工作原理

順奇機(jī)械廠家

等離子切割機(jī)工作原理主要涉及到等離子體的生成、加熱與切割以及氣體噴射等過程。以下是對其工作原理的詳細(xì)解釋：

• 等離子體的產(chǎn)生
  • 高頻電流產(chǎn)生：等離子切割機(jī)通過一個高頻電源產(chǎn)生高頻電流，這個電流通過電極引導(dǎo)到切割頭附近的氣體噴嘴處。
  • 氣體電離形成等離子體：在氣體噴嘴中，電流通過一個細(xì)小的孔洞進(jìn)入噴嘴內(nèi)部，同時帶動周圍的氣體流動。當(dāng)電流通過這個孔洞時，電流密度增加，導(dǎo)致氣體分子電離并形成等離子體。等離子體是由帶正電的離子和帶負(fù)電的電子組成的，具有很高的能量。
    
• 等離子體的加熱和切割
  • 加熱切割頭：等離子體通過一個導(dǎo)電的切割頭引導(dǎo)到切割區(qū)域。切割頭通常由銅或鋁制成，具有良好的導(dǎo)電性能。當(dāng)?shù)入x子體通過切割頭時，電子和離子會與切割頭碰撞，將其能量傳遞給切割頭，使切割頭被加熱到非常高的溫度。
  • 形成弧電流并熔化金屬：當(dāng)切割頭加熱到足夠高的溫度時，它可以將金屬材料加熱到熔點(diǎn)甚至更高的溫度。在這個過程中，切割頭與金屬材料之間形成一個弧電流，這個弧電流通過金屬材料，產(chǎn)生大量的熱量，使金屬材料熔化或蒸發(fā)。
    
• 氣體噴射輔助切割
  • 冷卻切割頭：在切割頭周圍，有一個噴嘴用于噴射切割氣體，切割氣體通常是氮?dú)狻⒀鯕饣蚧旌蠚怏w。切割氣體的第一個作用是冷卻切割頭，防止過熱損壞。
  • 吹走熔化金屬：第二個作用是將切割頭周圍的熔化或蒸發(fā)的金屬吹走，以便更好地進(jìn)行切割。氣體噴射可以稀釋熔池中的氧氣，減少氧化反應(yīng)，同時也可以冷卻切割區(qū)域，防止過熱。
    
  
  

等離子切割機(jī)利用高頻電流產(chǎn)生的高溫等離子體來加熱和熔化金屬材料，并通過氣體噴射輔助實(shí)現(xiàn)高效、精確的切割過程。這一原理使得等離子切割機(jī)成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的重要設(shè)備之一。

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　　等離子切割機(jī)是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工設(shè)備，其工作過程主要涉及等離子弧的產(chǎn)生、維持和利用。
　　詳細(xì)工作原理
　　1. 等離子弧的產(chǎn)生
　　氣體電離：等離子切割機(jī)通常使用壓縮空氣、氮?dú)?、氬氣、氫氣或它們的混合氣體作為工作氣體。當(dāng)氣體通過割炬的噴嘴小孔時，在電弧或高頻火花的作用下，氣體被電離，形成由正離子、負(fù)離子和自由電子組成的等離子體。
　　可以類比為閃電現(xiàn)象，閃電發(fā)生時，空氣在強(qiáng)電場的作用下被電離，形成等離子體通道，產(chǎn)生高溫和強(qiáng)光。等離子切割機(jī)中氣體電離的原理與之類似，只是規(guī)模和能量不同。
　　電弧引燃：在割炬的電極（通常為鎢極或銅合金電極）和工件之間施加一個直流電壓，當(dāng)電壓足夠高時，會在電極和工件之間擊穿氣體，形成電弧。這個電弧就是等離子弧的雛形。
　　就像我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姛?，?dāng)電流通過燈絲時，燈絲會發(fā)熱發(fā)光。在等離子切割機(jī)中，電極和工件之間的電弧也會產(chǎn)生高溫和強(qiáng)光，但等離子弧的溫度更高、能量更集中。
　　2. 等離子弧的維持和約束
　　噴嘴的約束作用：割炬的噴嘴起到了約束等離子弧的作用。噴嘴內(nèi)部有一個小孔，等離子弧在噴嘴的約束下，被壓縮成一個細(xì)長的高溫等離子流。這種壓縮作用使得等離子弧的能量密度大大提高，溫度可達(dá)15000 - 30000℃。
　　可以想象把水流通過一個細(xì)小的噴嘴噴出，水流會變得又細(xì)又急。等離子弧在噴嘴的作用下也是類似的道理，被壓縮后能量更加集中，切割能力更強(qiáng)。
　　氣體保護(hù)：在等離子弧周圍還會通入一層保護(hù)氣體，這層氣體可以防止等離子弧與外界空氣接觸，避免等離子弧被氧化和冷卻，從而保證等離子弧的穩(wěn)定燃燒。
　　就像焊接時使用的保護(hù)氣體一樣，保護(hù)氣體可以隔絕空氣，防止焊接部位被氧化，保證焊接質(zhì)量。在等離子切割中，保護(hù)氣體也有類似的作用，保證等離子弧的穩(wěn)定性和切割質(zhì)量。
　　3. 利用等離子弧進(jìn)行切割
　　金屬熔化和蒸發(fā)：當(dāng)高溫等離子流以高速沖擊工件表面時，工件切口處的金屬會迅速吸收等離子弧的熱量而熔化（甚至蒸發(fā)）。由于等離子流的溫度極高、能量密度極大，金屬的熔化和蒸發(fā)速度非?？?。
　　例如，用高溫的火焰去燒金屬，金屬會逐漸變紅、熔化。而等離子弧的溫度更高，金屬會在瞬間熔化甚至蒸發(fā)，切割效率大大提高。
　　熔融金屬的排除：高速的等離子流會將熔融的金屬吹走，形成切口。同時，切割機(jī)還會配備一個氣體吹掃系統(tǒng)，進(jìn)一步將切口處的熔渣和殘余金屬吹掉，保證切口的質(zhì)量。
　　就像用高壓水槍沖洗地面上的污垢一樣，高速的等離子流和氣體吹掃系統(tǒng)可以將切口處的熔融金屬和熔渣清除干凈，使切口平整、光滑。
　　影響切割效果的因素
　　氣體類型和流量：不同的工作氣體具有不同的電離能和熱導(dǎo)率，會影響等離子弧的溫度和能量密度。氣體流量的大小也會影響等離子弧的穩(wěn)定性和切割質(zhì)量。
　　例如，使用純氬氣作為工作氣體時，等離子弧的穩(wěn)定性較好，但切割速度相對較慢；而使用氮?dú)饣蚩諝鈺r，切割速度較快，但切口質(zhì)量可能會受到一定影響。
　　電流和電壓：電流和電壓的大小決定了等離子弧的功率和溫度。一般來說，電流越大、電壓越高，等離子弧的能量密度越大，切割能力越強(qiáng)，但也會增加能耗和設(shè)備的磨損。
　　就像調(diào)節(jié)電燈的亮度一樣，電流和電壓的大小會影響等離子弧的“亮度”（即能量密度），從而影響切割效果。
　　切割速度：切割速度過快會導(dǎo)致切口不完整、熔渣殘留；切割速度過慢則會使切口過寬、熱影響區(qū)增大，影響工件的質(zhì)量和性能。
　　可以想象用刀切面包，切得太快可能切不整齊，切得太慢面包會被壓變形。等離子切割時也需要選擇合適的切割速度，以保證切口質(zhì)量。