一、水再壓縮空氣等離子弧切割的特點(diǎn)

  水再壓縮空氣等離子弧切割原理如圖6-11所示。它除了從割槍中噴出工作氣體外，還要伴隨有高速流動(dòng)的水束噴出，共同迅速地將熔化金屬排出。高壓高速水流在割槍中，一方面對噴嘴起冷卻作用，同時(shí)對電弧起到再壓縮作用，形成一個(gè)高度壓縮的、具有高能量密度的等離子弧柱，這個(gè)弧柱直接沖向待切割工件。由于水噴射到切口兩邊的金屬上，使切口兩邊避免過度熔化，由于切口垂直，又減少了熱影響區(qū)。噴入切口內(nèi)的水一部分被等離子弧的高溫分解成氫和氧，它們與工作氣體共同組成切割氣體，使等離子弧具有更高的能量；另一部分未被電弧蒸發(fā)和分解的水，對電弧有強(qiáng)烈的冷卻作用，使等離子電弧的能量更為集中，因而可增加切割速度。

二、對割槍的要求

  高速水流進(jìn)入噴嘴的方式有兩種：一種是高壓水流徑向進(jìn)入噴嘴孔道后再從割嘴中心噴出；另一種為軸向進(jìn)入，從噴嘴外圍環(huán)形水道進(jìn)入，再從割槍噴出。

  軸向進(jìn)水式割槍如圖6-12所示。電極采用直徑為6mm鈰鎢極，磨成與內(nèi)噴嘴一樣的角度（30°），用銀基釬料將電極25與電極嘴4釬焊好，再焊到冷卻套管9上，這些焊縫都不允許有滲漏現(xiàn)象。冷卻水由冷水管中流進(jìn)，從內(nèi)冷卻水管11和冷卻套管9的間隙中流出。這種冷卻方式只要冷卻水量足夠，電極工作數(shù)小時(shí)后表面仍呈白亮光澤，很少有燒損現(xiàn)象。

  水再壓縮空氣等離子切割槍比普通等離子切割槍增加了一個(gè)外噴嘴，等于加長了等離子弧壓縮孔道，提高了對電弧的壓縮效應(yīng)。外噴嘴在切割過程中，噴嘴距離與被切割金屬較近，有可能濺上金屬熔渣而產(chǎn)生雙弧。為了防止這種情況發(fā)生，在純銅嘴外邊噴涂一層Al2O3的絕緣層（厚約0.2mm），如果采用陶瓷材料做成外噴嘴則更為理想。

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(dá)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(shí)，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(dá)到要求。如切割板厚8mm的18-8型不銹鋼板時(shí)，切口寬度為4mm，切口切面上無褪色現(xiàn)象，切口白亮，保持金屬原有光澤。

  水再壓縮空氣等離子弧切割時(shí)，使用氮?dú)鈺r(shí)的流量要比用普通等離子弧切割時(shí)小一些。

  在一定功率條件下，壓縮水流增加，切口明顯變亮、變直，但水流量也有一個(gè)最佳值。水流量過大時(shí)，由于電弧壓縮過度，帶走熱量太多，造成電弧變短而不穩(wěn)定，增加了掛渣，甚至切割不下來。一般壓縮水用量為0.5～1.5L／min，由自來水供給即可。

  切割電流和電壓對切割質(zhì)量有明顯的影響：當(dāng)?shù)入x子弧切割功率提高時(shí)，切割速度和切割厚度相對增加。事實(shí)證明，在能割透的前提下，用大輸入功率高速切割與用小輸入功率低速切割相比，前者能得到更優(yōu)質(zhì)的切口。在增加切割厚度時(shí)，若僅增加切割電流，則弧柱變粗，易燒壞噴嘴；如果在增大切割電流的同時(shí)增大氣體和壓縮水流量，則同時(shí)改變了電弧電壓，也就明顯地提高了切割能力，還能保持良好的切割質(zhì)量。

  起割開始時(shí)，噴嘴與受割工件表面的距離一般應(yīng)不小于6mm，但大于10mm時(shí)起弧困難。切割過程中，可以使噴嘴與受割工件表面距離發(fā)生變化，距離最遠(yuǎn)可達(dá)20mm。

  這時(shí)，電弧仍然穩(wěn)定，且切口質(zhì)量不變。

  用水再壓縮空氣等離子弧切割幾種金屬的典型參數(shù)，見表6-15。

注：1. 空載電壓一欄的數(shù)據(jù)是電壓表指示的讀數(shù)，包含有回路保護(hù)系統(tǒng)中電容對電壓的影響。

      2. 噴嘴到工件的距離和電極直徑均為6mm。

      3. 切口質(zhì)量要求優(yōu)良。

四、評價(jià)

 1. 切口質(zhì)量分析

   對18-8型不銹鋼板切割面進(jìn)行檢查，測得熱影響區(qū)寬度只有0.02mm。這時(shí)由于水的冷卻作用和切割速度增快，導(dǎo)致切口熱影響區(qū)變窄的原因。對其切口可以直接進(jìn)行焊接，將焊接接頭進(jìn)行耐蝕性檢查，沒有發(fā)現(xiàn)有晶間腐蝕的傾向。

   由于水冷卻被割工件，使被割工件切口平整，且割后工件熱變形小，切口寬度也比一般等離子弧切割口窄。

 2. 對環(huán)境保護(hù)分析

   一般等離子弧切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的金屬蒸氣粉塵和有害氣體，吸入人體會(huì)影響操作者的身體健康，即使采用抽風(fēng)除塵裝置，也不可能根治環(huán)境污染和切割過程中很大的噪聲。若采用水凈化工作臺(tái)，如圖6-13所示，可以解決這個(gè)問題。切割時(shí)，將工件放在水凈化工作臺(tái)的水槽上，槽中加水，水面距離被割工件約20mm，直至接觸被割工件。水再壓縮空氣等離子弧切割時(shí)，從噴嘴內(nèi)噴出的水形成一個(gè)錐狀水簾包圍在等離子弧周圍，從割槍出來的高速氣體與切割過程中圖6-13 水凈化工作臺(tái)產(chǎn)生的氧化物微粒進(jìn)入大氣以前，就隨水進(jìn)入槽中，全部沉入槽底，不會(huì)飛向周圍大氣之中。例如，切割厚為38mm的18-8型不銹鋼鋼板時(shí)，用一般等離子弧切割時(shí)，每切割長度25mm的切口會(huì)產(chǎn)生10g微塵；而用水再壓縮空氣等離子弧切割再配備水凈化工作臺(tái)時(shí)，切割相同長度所產(chǎn)生的微粒煙塵只有0.11g。

   由于水和氣體混合，還可以減少有害氣體二氧化氮。在使用水再壓縮空氣等離子弧切割機(jī)和水凈化工作臺(tái)時(shí)，如果把水加到最佳位置，可將進(jìn)入周圍空氣中的二氧化氮降低80％，同時(shí)還可以降低等離子弧切割時(shí)的噪聲。假若被割工件位于水下200mm左右進(jìn)行切割時(shí)，利用水的特性，可以使切割噪聲降低15dB左右，并能吸收切割過程中所形成的強(qiáng)烈弧光、金屬粒子、灰塵、煙氣和紫外線等，大大改善工作環(huán)境衛(wèi)生，有利于操作人員身體健康。當(dāng)然，此時(shí)由于看不到切割線，只能用機(jī)械切割，這也是等離子弧切割發(fā)展的方向。