一、水再壓縮空氣(qi)等離子弧切割的特(te)點(dian)
水(shui)(shui)再壓縮空氣等(deng)(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)切(qie)割(ge)(ge)(ge)原(yuan)理如(ru)圖6-11所示。它除了從割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)中(zhong)噴出(chu)工(gong)作氣體(ti)(ti)外，還要伴隨有(you)(you)高(gao)(gao)速(su)(su)流動的(de)(de)(de)水(shui)(shui)束噴出(chu)，共同(tong)迅(xun)速(su)(su)地將熔(rong)化(hua)金屬(shu)排出(chu)。高(gao)(gao)壓高(gao)(gao)速(su)(su)水(shui)(shui)流在割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)中(zhong)，一(yi)方面對(dui)(dui)噴嘴(zui)起(qi)冷卻作用(yong)，同(tong)時對(dui)(dui)電(dian)弧(hu)(hu)起(qi)到再壓縮作用(yong)，形成(cheng)一(yi)個高(gao)(gao)度(du)壓縮的(de)(de)(de)、具(ju)(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)能量密度(du)的(de)(de)(de)等(deng)(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)柱(zhu)，這(zhe)個弧(hu)(hu)柱(zhu)直接沖向待切(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)件。由(you)(you)于(yu)水(shui)(shui)噴射到切(qie)口兩(liang)邊(bian)的(de)(de)(de)金屬(shu)上，使切(qie)口兩(liang)邊(bian)避免過度(du)熔(rong)化(hua)，由(you)(you)于(yu)切(qie)口垂直，又減少了熱影響區。噴入(ru)切(qie)口內的(de)(de)(de)水(shui)(shui)一(yi)部分被等(deng)(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)分解成(cheng)氫和氧，它們與工(gong)作氣體(ti)(ti)共同(tong)組(zu)成(cheng)切(qie)割(ge)(ge)(ge)氣體(ti)(ti)，使等(deng)(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)具(ju)(ju)有(you)(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)能量；另一(yi)部分未被電(dian)弧(hu)(hu)蒸(zheng)發和分解的(de)(de)(de)水(shui)(shui)，對(dui)(dui)電(dian)弧(hu)(hu)有(you)(you)強(qiang)烈的(de)(de)(de)冷卻作用(yong)，使等(deng)(deng)離子(zi)電(dian)弧(hu)(hu)的(de)(de)(de)能量更為集(ji)中(zhong)，因而可增(zeng)加切(qie)割(ge)(ge)(ge)速(su)(su)度(du)。
二、對割槍的要求
高速水流進(jin)入噴嘴的方式有兩種(zhong)：一種(zhong)是高壓水流徑向進(jin)入噴嘴孔道(dao)后(hou)再(zai)從(cong)(cong)(cong)割(ge)嘴中心噴出；另一種(zhong)為(wei)軸向進(jin)入，從(cong)(cong)(cong)噴嘴外圍環形水道(dao)進(jin)入，再(zai)從(cong)(cong)(cong)割(ge)槍噴出。
軸向進水式(shi)割(ge)槍如圖(tu)6-12所示(shi)。電極采用直徑為6mm鈰(shi)鎢極，磨成與內噴嘴一樣的(de)角度(du)（30°），用(yong)銀基釬料將電(dian)極25與電(dian)極嘴4釬焊好，再焊到冷卻(que)套(tao)管(guan)(guan)9上，這些焊縫(feng)都不允(yun)許有滲漏現象。冷卻(que)水由冷水管(guan)(guan)中(zhong)流進，從內冷卻(que)水管(guan)(guan)11和冷卻(que)套(tao)管(guan)(guan)9的(de)間隙中(zhong)流出。這種冷卻(que)方式只要冷卻(que)水量(liang)足夠，電(dian)極工作數小時后表(biao)面仍呈白亮光澤，很少有燒損現象。
水再(zai)壓(ya)縮空氣等離(li)子切(qie)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)比普通(tong)等離(li)子切(qie)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)增加(jia)了(le)一個外(wai)噴(pen)嘴(zui)，等于加(jia)長(chang)了(le)等離(li)子弧壓(ya)縮孔道，提(ti)高了(le)對電弧的壓(ya)縮效應。外(wai)噴(pen)嘴(zui)在切(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中，噴(pen)嘴(zui)距離(li)與被切(qie)割(ge)(ge)(ge)金屬(shu)較近，有可能濺上金屬(shu)熔渣而產生雙弧。為了(le)防止這(zhe)種情況發生，在純(chun)銅嘴(zui)外(wai)邊噴(pen)涂一層(ceng)Al2O3的絕緣(yuan)層(ceng)（厚約0.2mm），如果采(cai)用陶瓷材料做成外(wai)噴(pen)嘴(zui)則(ze)更為理想。
三、切割工藝
可使用整流等離子弧切割電源，其空載電壓為400V或更高，可達600V，視切割條件而定。使用工作電壓為100～250V、工作電流為100～150A的電源來切割不銹鋼時，可以完全消除掛渣，切口上部邊緣無圓角，形成銳邊，切口很窄，切口垂直度也能達到要求。如切割板厚8mm的18-8型不銹鋼板時，切口寬度為4mm，切口切面上無褪色現象，切口白亮，保持金屬原有光澤。
水再壓縮空氣等離(li)子弧切割時，使用氮(dan)氣時的(de)流量要比用普通等離(li)子弧切割時小一些(xie)。
在一(yi)(yi)定功(gong)率條件下，壓縮(suo)水(shui)(shui)(shui)流增加，切(qie)(qie)口明顯變(bian)亮、變(bian)直，但水(shui)(shui)(shui)流量(liang)也有一(yi)(yi)個最佳(jia)值。水(shui)(shui)(shui)流量(liang)過(guo)大(da)時(shi)，由(you)于電(dian)弧壓縮(suo)過(guo)度，帶走熱量(liang)太(tai)多(duo)，造成電(dian)弧變(bian)短而不(bu)(bu)穩定，增加了掛渣，甚至切(qie)(qie)割不(bu)(bu)下來。一(yi)(yi)般(ban)壓縮(suo)水(shui)(shui)(shui)用量(liang)為0.5～1.5L／min，由(you)自來水(shui)(shui)(shui)供(gong)給即(ji)可。
切(qie)割(ge)(ge)電(dian)流和(he)電(dian)壓(ya)對切(qie)割(ge)(ge)質量(liang)(liang)有明顯的(de)(de)影響：當等離(li)子弧(hu)切(qie)割(ge)(ge)功(gong)率(lv)提高(gao)時，切(qie)割(ge)(ge)速(su)度(du)(du)和(he)切(qie)割(ge)(ge)厚度(du)(du)相對增(zeng)(zeng)加。事實證(zheng)明，在(zai)能(neng)割(ge)(ge)透的(de)(de)前提下，用大(da)輸入功(gong)率(lv)高(gao)速(su)切(qie)割(ge)(ge)與用小(xiao)輸入功(gong)率(lv)低速(su)切(qie)割(ge)(ge)相比(bi)，前者能(neng)得到(dao)更(geng)優質的(de)(de)切(qie)口。在(zai)增(zeng)(zeng)加切(qie)割(ge)(ge)厚度(du)(du)時，若(ruo)僅(jin)增(zeng)(zeng)加切(qie)割(ge)(ge)電(dian)流，則(ze)弧(hu)柱變粗，易(yi)燒壞噴嘴；如(ru)果在(zai)增(zeng)(zeng)大(da)切(qie)割(ge)(ge)電(dian)流的(de)(de)同時增(zeng)(zeng)大(da)氣體和(he)壓(ya)縮水流量(liang)(liang)，則(ze)同時改變了(le)電(dian)弧(hu)電(dian)壓(ya)，也就明顯地提高(gao)了(le)切(qie)割(ge)(ge)能(neng)力(li)，還(huan)能(neng)保持良(liang)好的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)質量(liang)(liang)。
起(qi)(qi)割開始時，噴嘴與受(shou)(shou)割工件表面的距離一般(ban)應不小于6mm，但(dan)大于10mm時起(qi)(qi)弧(hu)困難(nan)。切割過程中，可以使噴嘴與受(shou)(shou)割工件表面距離發生變化(hua)，距離最遠可達(da)20mm。
這時，電弧仍(reng)然穩定，且切口質量不變。
用水再(zai)壓縮(suo)空氣(qi)等離(li)子(zi)弧(hu)切割幾種金屬的(de)典型參數，見表6-15。
注：1. 空載電(dian)壓一欄的(de)(de)數據是電(dian)壓表指示的(de)(de)讀數，包(bao)含(han)有(you)回路(lu)保護系統中電(dian)容對(dui)電(dian)壓的(de)(de)影響。
2. 噴嘴到工件(jian)的(de)距離和電(dian)極直徑均為(wei)6mm。
3. 切(qie)口質量要(yao)求優良。
四、評(ping)價
1. 切口(kou)質量分析
對18-8型不(bu)銹(xiu)鋼板(ban)切割面進行檢查，測得熱影響區寬度只有0.02mm。這時由于水的冷卻作用和切割速度增快，導致切口熱影響區變窄的原因。對其切口可以直接進行焊接，將焊接接頭進行耐蝕性檢查，沒有發現有晶間腐蝕的傾向。
由于水(shui)冷卻被割工件(jian)，使(shi)被割工件(jian)切(qie)(qie)口(kou)平整，且割后工件(jian)熱變形小，切(qie)(qie)口(kou)寬(kuan)度也比一(yi)般等離子弧切(qie)(qie)割口(kou)窄。
2. 對環境保護分析
一般等(deng)(deng)離子(zi)(zi)弧(hu)(hu)切(qie)(qie)割(ge)時(shi)(shi)會(hui)產生(sheng)大(da)(da)量的金屬蒸氣(qi)粉塵和(he)有(you)害氣(qi)體(ti)，吸入(ru)人體(ti)會(hui)影響操作(zuo)(zuo)者的身體(ti)健康，即使采用(yong)抽風(feng)除塵裝置(zhi)，也(ye)不可(ke)能根治環境污染和(he)切(qie)(qie)割(ge)過程中(zhong)很大(da)(da)的噪聲。若(ruo)采用(yong)水(shui)(shui)(shui)凈(jing)(jing)化工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)，如圖6-13所示，可(ke)以(yi)解決這個問題。切(qie)(qie)割(ge)時(shi)(shi)，將工(gong)件放在水(shui)(shui)(shui)凈(jing)(jing)化工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)的水(shui)(shui)(shui)槽(cao)(cao)(cao)上，槽(cao)(cao)(cao)中(zhong)加水(shui)(shui)(shui)，水(shui)(shui)(shui)面距離被割(ge)工(gong)件約20mm，直至接觸被割(ge)工(gong)件。水(shui)(shui)(shui)再(zai)(zai)壓縮(suo)空氣(qi)等(deng)(deng)離子(zi)(zi)弧(hu)(hu)切(qie)(qie)割(ge)時(shi)(shi)，從噴(pen)嘴(zui)內(nei)噴(pen)出的水(shui)(shui)(shui)形成一個錐狀(zhuang)水(shui)(shui)(shui)簾(lian)包(bao)圍在等(deng)(deng)離子(zi)(zi)弧(hu)(hu)周(zhou)圍，從割(ge)槍出來的高(gao)速(su)氣(qi)體(ti)與切(qie)(qie)割(ge)過程中(zhong)圖6-13 水(shui)(shui)(shui)凈(jing)(jing)化工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)產生(sheng)的氧化物微粒進入(ru)大(da)(da)氣(qi)以(yi)前，就隨水(shui)(shui)(shui)進入(ru)槽(cao)(cao)(cao)中(zhong)，全部沉入(ru)槽(cao)(cao)(cao)底，不會(hui)飛向周(zhou)圍大(da)(da)氣(qi)之(zhi)中(zhong)。例如，切(qie)(qie)割(ge)厚為38mm的18-8型不銹鋼鋼板時(shi)(shi)，用(yong)一般等(deng)(deng)離子(zi)(zi)弧(hu)(hu)切(qie)(qie)割(ge)時(shi)(shi)，每切(qie)(qie)割(ge)長度25mm的切(qie)(qie)口(kou)會(hui)產生(sheng)10g微塵；而用(yong)水(shui)(shui)(shui)再(zai)(zai)壓縮(suo)空氣(qi)等(deng)(deng)離子(zi)(zi)弧(hu)(hu)切(qie)(qie)割(ge)再(zai)(zai)配備水(shui)(shui)(shui)凈(jing)(jing)化工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)時(shi)(shi)，切(qie)(qie)割(ge)相同長度所產生(sheng)的微粒煙塵只有(you)0.11g。
由于水(shui)和(he)(he)氣(qi)體混合，還可(ke)以減少(shao)有(you)害氣(qi)體二(er)氧化(hua)(hua)氮(dan)。在使用(yong)水(shui)再壓(ya)縮(suo)空氣(qi)等(deng)離子(zi)弧切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)機和(he)(he)水(shui)凈化(hua)(hua)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺時(shi)(shi)，如果把水(shui)加到最佳位置(zhi)，可(ke)將進(jin)入(ru)周圍空氣(qi)中(zhong)的(de)二(er)氧化(hua)(hua)氮(dan)降低(di)80％，同時(shi)(shi)還可(ke)以降低(di)等(deng)離子(zi)弧切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)時(shi)(shi)的(de)噪聲(sheng)。假若(ruo)被割(ge)(ge)(ge)(ge)工(gong)(gong)件位于水(shui)下(xia)200mm左右(you)進(jin)行切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)時(shi)(shi)，利用(yong)水(shui)的(de)特性，可(ke)以使切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)噪聲(sheng)降低(di)15dB左右(you)，并能(neng)吸收切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)過程(cheng)中(zhong)所形成的(de)強烈弧光、金屬粒(li)子(zi)、灰塵、煙(yan)氣(qi)和(he)(he)紫外線等(deng)，大大改善工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)環境衛生，有(you)利于操作(zuo)(zuo)人員身體健康。當然，此時(shi)(shi)由于看不到切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)線，只能(neng)用(yong)機械切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)，這(zhe)也(ye)是等(deng)離子(zi)弧切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)發展的(de)方向。
