水下等离子弧切割是将工件置于水下40～80 mm处，利用水再压缩等离子弧来切割工件的方法，是一种极为先进的切割技术。水下等离子弧又称水再压缩等离子弧或水射流等离子弧，是一种“湿式”等离子弧。在开始阶段，气体首先由割炬中的分配器送入，电极与喷嘴之间的高压使得气体电离，形成非转移弧。之后，割炬加大电流，凭借割炬已有的非转移弧将电弧引入工件，形成转移弧，至此，再将非转移弧熄灭。此类割炬的喷嘴由陶瓷外嘴与紫铜内嘴组成，如图4-19所示。由于陶瓷材料良好的绝缘性能，使得在切割过程中一般等离子弧易产生的“双弧”问题得以彻底解决，从而大大地提高了割炬中电极和喷嘴的使用寿命，使割炬可长时间工作。压缩水经内、外喷嘴的间隙流出，并环绕在等离子弧周围喷射，其作用如下所述。
图4-19 水下等离子弧切割原理
①对等离子弧进行再次压缩和保护。
②对喷嘴进行冷却，使其满足于大电间的工作。
③冷却工件切口表面及边缘，提高了切割质量。
等离子弧切割有两种方式：水幕中等离子弧切割和水下等离子弧切割，后者应用更为普遍。水下等离子弧切割与氧气切割相比有以下优点。
①切割速度快。
②切口热影响区小，工件变形小。
③切口表面清洁，粗糙度低。
④可切割各类金属及合金。
⑤劳动环境好，安全性高。
与常规等离子弧切割相比，它有以下优点。
①切割质量好，切口一侧垂直度高。
②无双弧现象，可延长喷嘴寿命。
③工作环境好，无弧光辐射，无烟尘，噪声小。
④可实现大电流、长时间切割。
对于厚度超过50mm的板材，较难采用水下等离子弧切割。此外，切口受水作用易生铁锈。
（1）水下等离子弧切割系统的组成
水下等离子弧切割一般采用数控机床，它主要由切割电源、水下等离子割炬、割炬高度控制系统、水冷却系统、气路系统和水箱等部分组成。
1）等离子弧切割电源。
KLG-600等离子弧切割电源主要由主变压器、整流装置、气体供给装置、引弧装置、保护线路及割炬电缆组成，该设备技术参数如下。
空载电压／V 400
输出电压／V 120～200（连续可调）
输出电流／A 100～600（连续可调）
输出功率／kW 120（暂载率为100%）
采用较高的空载电压是为了满足水下等离子引弧的需求，连续可调的电流和电压有利于切割规范的调节及实现。为了减小引弧电流对喷嘴和工件的冲击，采用了电流爬坡式引弧，该引弧过程由计算机控制。
2）水下等离子弧割炬。
PAC-500型水下等离子弧割炬主要由割炬体、电极、喷嘴、分配器、保护套和夹持部分组成。该型割炬可成功地解决水下引弧和抗高频高压问题，使电极和喷嘴的使用寿命大大提高，达到了国外同类产品的水平。该割炬电极和喷嘴的对中性好，精度高，其最大切割电流为600A，最大切割厚度为50mm，割炬的初始位置由割炬初始探测器控制，在每次引弧前，首先下降到距钢板一定距离的位置上，然后进行引弧。引弧后割炬高度根据电弧电压自动调节，这样就可保证割炬在运动过程中，与工件表面的距离保持不变，从而保证了切割质量。
3）水冷却系统。
水下等离子弧切割采用的切割电流较大，因此对割炬的冷却要求较高，同时对压缩水的压力和流量也有较高的要求。因此需配备专门的冷却水系统，它由两部分组成：一路对电极、电缆和枪体进行冷却；另一路则对等离子弧进行再压缩，同时冷却喷嘴和工件。在水路中安装水压继电器可保护割炬在系统水压或水流量不足时不烧损。
4）气路系统。
由于水下等离子弧切割的特殊需要，在气路系统中有高压气和低压气两个气源。在等离子弧引弧阶段，采用低压供气方式；当非转移弧转变为转移弧时，等离子气体切换到由高压气体供给。
5）水床平台。
水床平台是用钢板焊接的，在其底部有一个反扣的空气室。在准备切割时，向空气室中冲入压缩空气，将其中的水压进平台，直到覆盖工件表面，一般情况下，工件应在水下40～80mm。待切割完毕后，排出空气室中的气体，平台上的水就会回流到空气室中，工件露出水面。水位可以任意调节，靠压缩空气的作用，水位升降非常迅速。平台内的切割残渣要定期清除，水也要定期更换。
（2）切割工艺
1）切割工艺流程图的设计。
水下等离子弧切割工艺流程图如图4-20所示。
图4-20 水下等离子弧切割工艺流程图
Q1—冷却水流量；Q2—压缩水流量；Q3—引弧气流量；Q4—工作气流量；I1—先导弧电流；I2—切割电流；v1—割炬升降速度；v2—切割速度
2）切割工艺试验。
①试验条件。
试验材料：低碳钢板、不锈钢板、铝板。
试验电源：KLG-600等离子切割弧电源。
试验割炬：PAC-500型水下等离子弧割炬。
工作气体：氮气，纯度为99．995%。
试验设备：HPC-3000型数控切割机床。
②水下引弧试验。
水下等离子弧切割引弧较为困难，于是分别研究了气压、水压、高频电压及空载电压等参数对引弧的影响。通过试验，确定了最佳引弧参数，如表4-16所示。
表4-16 引弧工艺参数
③切割工艺参数的确定。
水下等离子弧切割的主要工艺参数有：切割电流、电弧电压、切割速度、工作气压与流量、压缩水压力与流量、电弧高度及割炬寿命等。水下等离子弧切割一般采用较大的工作电流，以获得较高的切割速度；切割电源采用较高的空载电压，有利于提高引弧成功率，电弧电压大小主要取决于割炬的结构、气体的压力和流量、电弧的长度等因素，但随板厚的增加，电压也相应升高；切割速度由工件厚度、切割电源、电弧电压和喷嘴孔径等决定，在保证切割质量的前提下，应尽量提高切割速度。通过大量的试验与分析，确定了合理的切割工艺参数。低碳钢的最佳切割工艺参数如表4-17所示。
表4-17 低碳钢切割工艺参数
④工件切口质量。
由于压缩水的压缩、保护作用，以及它对工件口的冷却作用，使得切口较常规等离子弧切口要窄，切口上缘倒角较小，切口热影响区小。切口一侧为垂直面，另一侧是倾斜面，这是切向送进等离子气体造成的。一般对于右旋气流来说，沿着割炬前进方向看，左侧边为斜边，右侧切口为直边，见图4-21（a）。因此，切口的垂直面与割炬的运动方向有关，故在切割前必须选择好割炬的运动方向，才能获得所需要的直边切口，见图4-21（b）。由于切割时，整个工件浸没在水中，所以切割后工件变形极小，非常适合长的中薄板切割。试验还表明，采用水下等离子弧切割的切口表面挂渣现象要比常规等离子弧切割的小。
图4-21 切口示意
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
