高氣壓環境等離子弧行為與工藝研究

李勇，佟浩東，高輝，周燦豐

(1.北京石油化工學院,北京,102600；2.北京市高等學校能源工程先進連接技術中心,北京,102600)

0 序言

等離子弧切割作為一種熱切割方式，是以電離擊穿的離子氣為工作介質，將熔融金屬吹除進而形成割縫的一種切割技術，激發的電弧收縮質量好，穿透能力強[1-2].同等條件下，相對于氣割與電弧切割，等離子弧切割不僅效率高，而且在切割質量和切割精度上也優于前兩種切割方式.此外切割材料的種類可以覆蓋絕大部分的金屬[3-4].等離子切割電弧與TIG(Tungsten inert gas)電弧本質相同，TIG 電弧被認為是等離子態，兩者本質上是陰極與陽極之間的一種劇烈的氣體電離行為.根據等離子體溫度的分類，TIG 焊接電弧屬于低溫等離子體，而等離子切割電弧屬于高溫等離子體，因此等離子弧被認為是焊接電弧的升級[5-6].Matus 等人[7]使用等離子弧切割技術在0.3 MPa 高壓環境下完成了油管和套管的切割，提高了作業效率，降低了人力成本.陳林柯[8]采用高頻高壓引弧技術，實現了高壓環境(0.4 MPa)下等離子弧的穩定切割，并通過試驗得出了隨環境壓力的升高，電弧長度逐漸變短的結論.谷孝滿等人[9]通過對高壓環境(0.1～0.5 MPa)下脈沖MIG 焊接電弧的研究，得出弧長與壓力的變化量不成正比的結論.

電弧電離行為的理論研究主要是應用數學建模的方法進行數值模擬，數學模型主要有磁流體動力學模型、流體模型、粒子模型等.胡輝等人[10]依據磁流體動力學理論，建立了等離子體的數學模……