高气压环境等离子弧行为与工艺研究

李勇，佟浩东，高辉，周灿丰

(1.北京石油化工学院,北京,102600；2.北京市高等学校能源工程先进连接技术中心,北京,102600)

0 序言

等离子弧切割作为一种热切割方式，是以电离击穿的离子气为工作介质，将熔融金属吹除进而形成割缝的一种切割技术，激发的电弧收缩质量好，穿透能力强[1-2].同等条件下，相对于气割与电弧切割，等离子弧切割不仅效率高，而且在切割质量和切割精度上也优于前两种切割方式.此外切割材料的种类可以覆盖绝大部分的金属[3-4].等离子切割电弧与TIG(Tungsten inert gas)电弧本质相同，TIG 电弧被认为是等离子态，两者本质上是阴极与阳极之间的一种剧烈的气体电离行为.根据等离子体温度的分类，TIG 焊接电弧属于低温等离子体，而等离子切割电弧属于高温等离子体，因此等离子弧被认为是焊接电弧的升级[5-6].Matus 等人[7]使用等离子弧切割技术在0.3 MPa 高压环境下完成了油管和套管的切割，提高了作业效率，降低了人力成本.陈林柯[8]采用高频高压引弧技术，实现了高压环境(0.4 MPa)下等离子弧的稳定切割，并通过试验得出了随环境压力的升高，电弧长度逐渐变短的结论.谷孝满等人[9]通过对高压环境(0.1～0.5 MPa)下脉冲MIG 焊接电弧的研究，得出弧长与压力的变化量不成正比的结论.

电弧电离行为的理论研究主要是应用数学建模的方法进行数值模拟，数学模型主要有磁流体动力学模型、流体模型、粒子模型等.胡辉等人[10]依据磁流体动力学理论，建立了等离子体的数学模……