电流贯穿匙孔的等离子电弧方法

摘要

电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，属于热加工技术领域。本发明是为了解决传统等离子电弧由于固有特性的存在，限制等离子电弧效率及影响其焊接与切割质量的问题。它将等离子枪压缩喷嘴的出口靠近工件的待加工部位，使得在等离子弧电源的作用下，等离子枪电极的末端与工件的待加工部位之间形成等离子电弧，该等离子电弧通过工件及开关与等离子弧电源形成第一等离子流回路；同时，当监测到电流传感器中有电流存在时，将开关断开，等离子电弧穿过匙孔与接受电极及等离子弧电源形成第二等离子流回路；同时等离子电弧经由工件和电流调节器与等离子弧电源形成维弧通路；由此，等离子电弧的电流实现了对匙孔的贯穿。本发明用于形成等离子电弧。

权利要求

1.一种电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，其特征在于，它将等离子弧电源（1）的负极连接等离子枪电极（2）的首端，等离子枪电极（2）的末端对应于等离子枪压缩喷嘴（3），将等离子弧电源（1）的正极通过开关（7）与工件（6）连接，开关（7）与电流调节器（8）并联，等离子弧电源（1）的正极同时连接电流传感器（9）的一端，电流传感器（9）的另一端连接接受电极（10）的一端，接受电极（10）与工件（6）相对应放置，所述等离子电弧方法为：使开关（7）置于闭合状态，将等离子枪压缩喷嘴（3）的出口靠近工件（6）的待加工部位，使得在等离子弧电源（1）的作用下，等离子枪电极（2）的末端与工件（6）的待加工部位之间形成等离子电弧（4），该等离子电弧（4）通过工件（6）及开关（7）与等离子弧电源（1）形成第一等离子流回路；

上述过程的同时，监测电流传感器（9），当监测到电流传感器（9）中有电流存在时，工件（6）上匙孔（5）形成，此时，将开关（7）断开，等离子电弧（4）穿过匙孔（5）与接受电极（10）及等离子弧电源（1）形成第二等离子流回路；同时等离子电弧（4）经由工件（6）和电流调节器（8）与等离子弧电源（1）形成维弧通路；由此，等离子电弧（4）的电流实现了对匙孔的贯穿。

2.根据权利要求1所述的电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，其特征在于，电流传感器（9）为贯穿电流检测器。

3.根据权利要求1或2所述的电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，其特征在于，所述接受电极（10）为金属板。

4.根据权利要求1或2所述的电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，其特征在于，所述接受电极（10）为金属棒。

5.根据权利要求1或2所述的电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，其特征在于，所述接受电极（10）为金属电极。

说明书

电流贯穿匙孔的等离子电弧方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，属于热加工技术领域。

背景技术

[0002] 等离子电弧是一种能量密度仅次于激光的高能束热源，广泛应用于焊接、切割等热加工技术领域。

[0003] 现有的等离子电弧无论是用于焊接还是切割技术中，其基本工作原理都是一样的，其基本工作原理是：图3所示，等离子电弧电源1通过等离子枪电极2、等离子枪压缩喷嘴3、等离子电弧4和工件6上的匙孔5构成一个闭合回路，其中匙孔5是等离子电弧4的热力作用于工件6上形成的一个小孔，是高能束热源在焊接或切割技术中的一个重要技术特征，在电子束、激光、等离子电弧的焊接与切割应用中都存在匙孔这个技术特征。匙孔在焊接与切割技术中的主要差别是热源移动后匙孔是否闭合，显然对于焊接应用匙孔是需要闭合的，而对于切割应用匙孔当然是不闭合的。在有匙孔效应时，焊接中如果操作不当会出现匙孔不闭合的切割现象；同样在切割中如果操作不当也会出现匙孔闭合的焊合现象。因此，匙孔效应在焊接与切割应用中并无本质性差别，在方法和设备上都具有通用性。

[0004] 在有匙孔效应的等离子电弧的应用中，无论是焊接还是切割，等离子电弧4一定要穿透工件6形成匙孔5，但是决定等离子电弧4实际热效率的电流I并非能全部贯穿匙孔5。事实上，在等离子电弧的焊接或切割过程中，电流I是沿着匙孔5不断被工件6分流的，而非一直从匙孔5的入口流到出口的。将等离子电弧4通过匙孔5与工件6之间的电流传递特性用串联电阻模型表示，如图4所示。根据这个模型就可以定性地画出等离子电弧电流I沿工件6厚度方向Z的分布曲线I(Z)，即I(Z)＝I1、I2、I3……In是沿着工件6厚度方向递减的，也就是说等离子电弧4的电流I主要集中在工件6的靠近上表面的上半部分，显然，这种电流沿板厚方向的衰减趋势会随着板厚Z的增加愈加严重。这也就是为什么虽然等离子电弧的能量密度很高，但是技术优势却主要体现在薄板的焊接或切割中的原因。

[0005] 通过以上分析可见，现有等离子电弧用于金属的焊接或切割时，由于工件6作为等离子电弧4的一个电极，会导致电流分布通过匙孔5沿工件6的板厚方向分布不均匀，且电流集中在靠近工件6表面的上半部分，这是传统等离子电弧的固有特性，这种固有特性成为限制等离子电弧效率及影响其焊接与切割质量的根本原因。

发明内容

[0006] 本发明是为了解决传统等离子电弧由于固有特性的存在，限制等离子电弧效率及影响其焊接与切割质量的问题，提供了一种电流贯穿匙孔的等离子电弧方法。

[0007] 本发明所述电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，它将等离子弧电源的负极连接等离子枪电极的首端，等离子枪电极的末端对应于等离子枪压缩喷嘴，将等离子弧电源的正极通过开关与工件连接，开关与电流调节器并联，等离子弧电源的正极同时连接电流传感器的一端，电流传感器的另一端连接接受电极的一端，接受电极与工件相对应放置，所述等离子电弧方法为：

[0008] 使开关置于闭合状态，将等离子枪压缩喷嘴的出口靠近工件的待加工部位，使得在等离子弧电源的作用下，等离子枪电极的末端与工件的待加工部位之间形成等离子电弧，该等离子电弧通过工件及开关与等离子弧电源形成第一等离子流回路；

[0009] 上述过程的同时，监测电流传感器，当监测到电流传感器中有电流存在时，工件上匙孔形成，此时，将开关断开，等离子电弧穿过匙孔与接受电极及等离子弧电源形成第二等离子流回路；同时等离子电弧经由工件和电流调节器与等离子弧电源形成维弧通路；由此，等离子电弧的电流实现了对匙孔的贯穿。

[0010] 电流传感器为贯穿电流检测器。

[0011] 所述接受电极为金属板、金属棒或金属电极。

[0012] 本发明的优点：本发明方法能够使等离子电弧的电流完全贯穿匙孔，从而在等离子电弧应用于焊接或切割技术中时，有效提高了等离子电弧的利用率，即工作效率。本发明方法中，工件不再是等离子电弧的一个电极，而是相当于等离子电弧的一个附加的压缩通道，而且此时流经电流调节器的电流可以看作是维弧电流。因此等离子电弧的热效率可以得到大幅度提高，可以增加可焊接或切割的厚度，并且可以消除切割切口的锥度，提高了切口质量。

附图说明

[0013] 图1是本发明所述电流贯穿匙孔的等离子电弧方法在实施过程中，开关处于闭合状态时的原理示意图；

[0014] 图2是本发明所述电流贯穿匙孔的等离子电弧方法在实施过程中，开关处于断开状态时的原理示意图；

[0015] 图3是传统等离子电弧方法的原理示意图；

[0016] 图4是传统等离子电弧方法中，将等离子电弧通过匙孔与工件之间的电流传递特性用串联电阻模型表示的示意图。

具体实施方式

[0017] 具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述电流贯穿匙孔的等离子电弧方法，它将等离子弧电源1的负极连接等离子枪电极2的首端，等离子枪电极2的末端对应于等离子枪压缩喷嘴3，将等离子弧电源1的正极通过开关7与工件6连接，开关7与电流调节器8并联，等离子弧电源1的正极同时连接电流传感器9的一端，电流传感器9的另一端连接接受电极10的一端，接受电极10与工件6相对应放置，所述等离子电弧方法为：

[0018] 使开关7置于闭合状态，将等离子枪压缩喷嘴3的出口靠近工件6的待加工部位，使得在等离子弧电源1的作用下，等离子枪电极2的末端与工件6的待加工部位之间形成等离子电弧4，该等离子电弧4通过工件6及开关7与等离子弧电源1形成第一等离子流回路；

[0019] 上述过程的同时，监测电流传感器9，当监测到电流传感器9中有电流存在时，工件6上匙孔5形成，此时，将开关7断开，等离子电弧4穿过匙孔5与接受电极10及等离子弧电源1形成第二等离子流回路；同时等离子电弧4经由工件6和电流调节器8与等离子弧电源1形成维弧通路；由此，等离子电弧4的电流实现了对匙孔的贯穿。

[0020] 本实施方式中，当电流传感器9中有电流存在时，第一等离子流回路的电流被电流调节器8限制，变成维弧通路，维弧通路的电流很小，可以忽略不计，因此可以认为等离子电弧的电流全部流经第二等离子流回路，即实现了等离子电弧电流全部贯穿匙孔。

[0021] 开关7和电流调节器8构成启动回路，根据电流传感器9的监测状况来控制开关7的切换。

[0022] 当开关7处于闭合状态时，此时等离子电弧4的建立与常规等离子电弧完全相同，即形成了第一等离子流回路。当等离子电弧4在工件6上形成匙孔5后，等离子电弧4通过匙孔5从工件6的底部流出到接受电极10，电流传感器9会检测到有电流存在，此时控制开关7断开，由于电流调节器8的限流作用，大部分等离子电弧电流经由接受电极10到等离子电弧电源1的正极构成第二等离子流回路。由于开关7断开后，等离子电弧电流由上至下全部贯穿匙孔而流出，因此称为电流贯穿匙孔的等离子电弧。

[0023] 电流调节器8的作用是限制流经工件6的电流，最简单的电流调节器8可以采用限流电阻，但是为了精确控制流经工件6的电流，可以采用功率电子器件和电流负反馈控制的电流调节器8。

[0024] 具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述电流传感器9为贯穿电流检测器。

[0025] 具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，本实施方式所述接受电极10为金属板、金属棒或金属电极。

[0026] 本实施方式中，接受电极10在多数情况下是一个与工件6平行的金属板；在一些情况下也可以简化为一个与工件6平行的金属棒，例如对于只是单条直线的焊接或切割；或者还可以简化为一个与工件6垂直，且与等离子枪电极2位置相对应的金属电极，例如工件6可以移动或者接受电极10可以与等离子枪电极2同步移动的情况下。接受电极10根据需要可以采用水冷方式承受大电流。