三、水下氧-可燃氣體切割

水下氧-可燃氣體切割 (又叫水下氣割)，就是利用氣體火焰將

切割金屬表面預熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使金屬燃燒

并發(fā)熱，同時把燃燒生成的氧化物及毗鄰的一部分熔化金屬吹掉，

完成切割過程。

早在1908年德國人就試圖用陸地上的水下切割，但由于周圍水的強烈冷卻作用，使切口處很難預熱，而且火焰

不穩(wěn)定，切割效果并不好?，F(xiàn)代的水下氧-割炬或氧-氫割炬帶

有空氣噴嘴，高壓空氣從噴嘴中噴出，形成氣幕，將火焰與水分

開，既有利于火焰的穩(wěn)定性，也改善了火焰的預熱效果，同時還增

大了噴嘴到工件間的距離，更

便于操作。

水下切割中使用的可燃氣

體，主要是、氫氣和液化

氣。

水下切割的原理如圖6-1

所示，切割的火焰是在氣泡中

燃燒的。為了將氣體送至水下，

需要保持一定的壓力。由于對壓力敏感，高壓下會發(fā)生

危險，因此只能在深度小于5mm

的淺水中使用。水下切割一般

采用氧-氫混合氣體火焰。

在水下進行切割需特別強調(diào)安全問題，因為使用易燃易爆的氣

體本來就具有危險性，而水下條件特殊，危險性更大。

四、水下等離子弧切割

水下等離子弧切割是利用高溫高速等離子氣流把熔化材料排開，

直至等離子氣流束穿透背面形成切口。等離子弧柱溫度高，通?？?/p>

達18000～24000K，遠遠超過所有金屬及非金屬的熔點，因而等離子

弧切割過程無需依靠氧化反應，僅靠熔化切割材料，因而比氧切割

方法的適用范圍大得多，能夠切割絕大部分金屬和非金屬材料。

在切割時鎢極電源接負極，工件接正極，由于等離子弧難以直

接在鎢極和工件之間形成，必須先在鎢極和噴嘴之間引燃電弧，然

后再轉(zhuǎn)移過渡到鎢極和工件之間，這種轉(zhuǎn)移弧可把更多的熱量傳給

工件，因而現(xiàn)在的水下等離子弧切割幾乎都用轉(zhuǎn)移弧。

等離子弧切割時，能用作離子氣的主要是 N2、Ar十H2 混合

氣和壓縮空氣。水下切割屏蔽等離子弧的保護氣體主要用空氣，但

有時也用CO2 或Ar氣。

水下等離子弧切割時電源功率應加大，空載電壓應提高，一般

為500～900V。噴嘴外再裝一個外噴嘴，使高速旋轉(zhuǎn)的冷卻水從噴

嘴端部經(jīng)外噴嘴孔道噴射出，形成傘形水屏，提高等離子弧燃燒的

穩(wěn)定性。

水下等離子弧切割用于船舶、水底設(shè)施及其他水下工程的打撈

修理工作，近年來還用于生產(chǎn)備料工作。一些國家已在5mm或10mm

深的淡水或海水中進行了等離子弧切割，切割的材料有低碳鋼、合

金鋼、不銹鋼等。在淺水下切割，可改善環(huán)境衛(wèi)生、減少污染、提

高工效。水下等離子弧切割方法與空氣等離子弧切割相比，還存在一些

問題，如電弧的有效功率降低，切割速度和厚度減小;引弧困難，

電弧穩(wěn)定性差;在水下看不清切割情況等。為了解決這些問題，通

常通過增加引弧電流和高頻擊穿能力，增大電源功率，改進割炬，

采用水屏或用絕緣材料密封等措施，進一步提高切割能力，保證切

割質(zhì)量。

二、等離子弧的形成原理

切割用的等離子弧，是將通常的自由電弧的弧柱進行強迫 “壓

切割用的等離子弧是經(jīng)過三種形式的壓縮效應得到的。這三種

壓縮效應都是通過割炬完成的。

1.機械壓縮效應

自由電弧被迫通過壓縮噴嘴孔道，使弧柱直徑強迫收縮，從而

提高弧柱的能量密度和溫度。圖3-1 (L)所示為機械壓縮效應

示意。

2.熱收縮效應

由于水冷壓縮噴嘴溫度較低，所以在孔道中形成高速冷卻氣流

均勻包圍弧柱，使弧柱邊緣溫度降低，電離度也降低，以致形成絕

緣層，迫使帶電粒子流 (離子和電子)向高溫、高電離度的弧柱中

心區(qū)域集中，使弧柱直徑進一步變細 (能量密度進一步增大)，這

種收縮作用稱為熱收縮效應，

3.電磁收縮效應

弧柱的帶電粒子流可看成一束無數(shù)條平行通電的導體，在自身

磁場作用下，產(chǎn)生相互吸引力，使導體相互靠近。兩導體之間距離

越近，相互吸引力越大。所以在上述機械壓縮效應和熱壓縮效應作

用下，已被壓縮變細的弧柱，由于這種相互的吸引力而進一步收縮

變細，這種收縮作用通常稱為電磁收縮效應，如圖3-1 (3)所示。

以上三種效應對弧柱所產(chǎn)生的壓縮作用使弧柱產(chǎn)生的能量進一

步集中，直到與電弧的熱擴散等作用相平衡時，便形成穩(wěn)定的等離

子弧。正是由于等離子弧的上述產(chǎn)生原理，所以有人把等離子弧也

稱為壓縮電弧。

空氣等離子切割故障產(chǎn)生原因及預防措施

空氣等離子弧切割過程中的常見故障、產(chǎn)生原因及預防措施

故障現(xiàn)象 產(chǎn) 生 原 因 預 防 措 施

切割機不起弧，或有時弧閃爍

(1)電網(wǎng)三相不平衡，導致熔絲燒斷

(2)熔絲容量太小

(3)閘刀三相接觸不良

(4)地線夾與工件接觸不良

(5)工件表面有較厚的鐵銹或油漆

(1)需電網(wǎng)三相電源電壓平衡后，

更換熔絲后才能工作

(2)更換合適的熔絲

(3)修理閘刀開關(guān)

(4)夾好地線

(5)清除切割區(qū)表面的鐵銹或油漆

等離子弧不穩(wěn)

(1)電網(wǎng)電壓低于340V

(2)壓縮空氣壓力太高

(3)噴嘴中心孔燒損太大

(4)電極燒損嚴重

(5)切割速度太慢，使轉(zhuǎn)移型等離

子弧熄滅，僅出現(xiàn)電極與噴嘴間的小弧燃燒

(1)待電網(wǎng)電壓高于340V以后再工作

(2)降低壓縮空氣壓力

(3)更換噴嘴

(4)更換新電極

(5)提高切割速度

251續(xù)表

故障現(xiàn)象 產(chǎn) 生 原 因 預 防 措 施割不透

(1)電網(wǎng)電壓超過允許波動范圍

(2)板太厚，超過了切割機的工作范圍

(3)割炬行走角太小

(4)切割速度太快

(1)調(diào)整電網(wǎng)電壓

(2)改用大型切割機

(3)加大行走角

(4)降低切割速度氣流小，切不 厚，切 口寬，切 割 速度慢

(1)空氣壓縮機容量小

(2)氣路有堵塞現(xiàn)象或有漏氣處

(3)保護套與割炬體處的密封圈損

壞或未安裝或保護套未擰緊

(4)分配器裝反

(1)更換容量大的空氣壓縮機

(2)修理氣路

(3)修理

(4)重裝分配器