磁再约束等离子弧切割陶瓷实验研究
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日 ： ０３ ２ １１— １ ２ ０— ９
—
１ ．进 蛤驱 曲装 置
２ ．碡 轭
３ 离子 气 源
４ 等离 子 炬 ８ 扳 靴
５ ．蔚 磁 电 Ｉ ６ ｔ ．等 离 子 电 源 ９ 陶 瓷板 件
７ 励碡线圈
１ 附 加 阳楹 板 ０
图 ２ 磁 再 约 束 等离 子 弧 切 割 瓷 实 验 装 置
ｌ 引言
近年 来 ， 由于新 型塑 料和 合 成材 料 等非 金 属 材
国内对磁 约束 等离 子弧 切 割也 进 行 了初步 试 验 Ｊ 。 由于 切割 用等离 子 弧 本 身 已受 到 一 次 较强 的 约束 ， 刚性 较高 ， 比焊接 电弧难 以用磁场 进一 步约束 ， 远 这 方面 的研 究还很 不 成 熟 ， 用 磁再 约 束 等离 子 弧 对 采 陶瓷进行 切割 的研究 工作 尚未见报道 。为进一步 提 高 陶瓷件 切 口精 度 及 切 口质 量 ， 文 将 在 上述 研 究 本 基础 上 ， 通过 实验着 重研 究 磁 再 约束 等离 子 弧切 割 陶瓷的 主要 特点和 基本 规律 。
５
整的径 向压 缩作 用 ， 极 难 实现 。 比较容 易 实现 的 但
是 四极横 向磁场 ， 能 产 生 较好 的 约束 效 果。本 实 也 验装 置构 成见 图 ２ 基本 原 理 如 图 ３所 示 。等离 子 ， 弧在互 相垂 直的两 个方 向 上分别受 到拉 和压 的洛仑
１ 琦翳
２ 工作气体
切割 能力 和质量 不理 想 。基于 等离子弧 可受 磁 场作 用的 原理 ， 内外 已有 人 研究 用 磁 场稳 定 或 控 制 自 国 由电弧或 等离 子弧 ， 以提 高焊接 或喷涂质 量 的装 置 ，
基 金项 目 ： 国家 自拣 科 学 基 金 资 助 项 日（９ ０ ０２ ５８５０）
料 在工 业 中的应 用 日益增 多 ， 高 效 优质 切 割 这 类 为
材料 ， 有人 研究 等离 子焰 流（ 非转 移型 弧） 割工 艺 ， 切 并研制 相应 的切 割 设 备 … 。 由于 受 弧 柱 形 状及 温 度场 分布 限制 ， 上述 工 艺很 难胜 任 较 大厚 度 的切 割
３ 阴极
４ ．高频 火 花 发 生 器
５ ．等 离 子 电 源
６ 陶瓷板件
７ 附加 阳极板 — — 切 剖 速度
图 １ 等 离子 孤 切割 过程 中 ， 嘴允 许 用热 负 荷 限 喷 制 了喷嘴 内的弧 功 率 密 度 ， 等 离 子弧 在离 开 喷 嘴 而 到达 工件之 前 发生强 烈扩 散 ， 导致功 率密 度下 降 ， 更
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工作 。为适应较 大 厚 度 的 陶瓷 类 板 材切 割 ， 们 提 我
出并研 究 了附 加 阳极 等 离 子弧 切 割 陶瓷 技 术 Ｌ ， ２ 其 Ｊ 原 理如 图 １ 示 。 所
２ 实验 装 置及 方 案
提 高 弧 功率 密度 和 改 善弧 形 ， 理想 的方 法是 在 弧柱横 截面 内获得 环 形 磁 力 线 ， 而 对弧 柱 产生 完 从
ｆ ｃｓｏ ｈ ｇ ｅ ｉ—０ ｓｒ ｔ ｎ ０ ｈ ｌｓ ｒ 。ｃ ｔｉ ｇ ｑ ａｉ ｎ ｒ ｓ －ｒ ｅ ｃ ｔｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｒ ｔ ｄ ｅ ． ｅ ｔ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｃ ｎ ｔｉ ｉ ｎ ｔ ｅ ｐ ａ ｍａ ａ ｃ ｕ ｔ ｕ ｌ ｙ ａ ｄ ｄ ｏ ｓｆｅ ｕ ｔ ｐ ｅ ｓ ａ ｅ ｓｕ ｉ ｄ ｆ ｃ ｃｏ ｎ ｔ ｎ Ｔｈ ｈ ｒ ａ ｅ ｆ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｔ ．ｏ ｓｒ ｔ ｎ ｄ ｖ ｃ ｎ ｈ ａ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ Ｔｈ ｅ ｅ ｓｔ ｅ ｅｓ ｏ ｔ ｇ ｓ ｏ ｈ ｇ ｅ ｉ ｃ ｎ ｔ ｉ ｉ ｅ ｉ ａ ｃ ｃ ｏ ｅ ｄ ｔ ｅ ｔ ｋ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｅ ｎ ｃｓｉ ｏ ｒ— ｙｆ ｓ ａ ｃ ｉ ｏ ｉ ｈ ｑ ａｉｙ ｍａ ｎ ｔ －ｏ ｓ ｒｃ ｌｎ ｄ ｖ ｃ ｕ ｏ ｗａｄ ａｓ ． ｅ ｒ ｈ ｎ ｆ ｒ ｈ ｇ ｕ ｌ ｇ ｅ ｉ ｃ ｎ ｔｉｔ ｅ ｉ ｉ ｐ ｔｆ ｒ ｒ ｌ ｇ ｔ ｃ ｏ ｅ ｓ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒｓ ｐ ｍａ ａ ｃ ｅ ａ ｃ ｈｓ ｒ ，ｃ ｒ ｍｉ ，ｍａ ｎ ｔ ａｌ ｏ ｓ ｒｃｅ ｇ ｅ ｉ ｌ ｃ ｎ ｔ ｉｔｄ ｃ ｙ
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《 电加工与模具）０２ ２０ 年第 １ 期
设 计 ・ 究 研
磁 再 约束等 离子 弧切 割 陶瓷 实 验研 究
大 连理工 大学 华桥 大学 摘 要 关键 词
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ
橹 文骧 卢毅 中 方建成
金 洙 吉 周锦 进
马腾 才
通过磁 再约束等 离子孤切 割 陶瓷 实验 ， 考察约束磁场对等 离子 弧特性 、 切割 质量厦 无渣切速 的 等 离子弧 切 割 工程 陶瓷 磁再 约 束
影响规律 ， 分析 了所 用磁 约束装置 的性 能和方法的局 限性 ， 出了进一 步研 究高质量 约束磁 场装置的 必要性 。 指
３ ２ 一
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设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具）０２年第 １ ２０ 期
喷 嘴 的一次约束 较 弱 ， 易 于进一 步压缩 ， 弧 因此磁约 束使 其 截面积缩 小 ， 电流密 度 上升 ， 故弧 电压呈 上升
—
１ ．进 蛤驱 曲装 置
２ ．碡 轭
３ 离子 气 源
４ 等离 子 炬 ８ 扳 靴
５ ．蔚 磁 电 Ｉ ６ ｔ ．等 离 子 电 源 ９ 陶 瓷板 件
７ 励碡线圈
１ 附 加 阳楹 板 ０
图 ２ 磁 再 约 束 等离 子 弧 切 割 瓷 实 验 装 置
ｌ 引言
近年 来 ， 由于新 型塑 料和 合 成材 料 等非 金 属 材
国内对磁 约束 等离 子弧 切 割也 进 行 了初步 试 验 Ｊ 。 由于 切割 用等离 子 弧 本 身 已受 到 一 次 较强 的 约束 ， 刚性 较高 ， 比焊接 电弧难 以用磁场 进一 步约束 ， 远 这 方面 的研 究还很 不 成 熟 ， 用 磁再 约 束 等离 子 弧 对 采 陶瓷进行 切割 的研究 工作 尚未见报道 。为进一步 提 高 陶瓷件 切 口精 度 及 切 口质 量 ， 文 将 在 上述 研 究 本 基础 上 ， 通过 实验着 重研 究 磁 再 约束 等离 子 弧切 割 陶瓷的 主要 特点和 基本 规律 。
５
整的径 向压 缩作 用 ， 极 难 实现 。 比较容 易 实现 的 但
是 四极横 向磁场 ， 能 产 生 较好 的 约束 效 果。本 实 也 验装 置构 成见 图 ２ 基本 原 理 如 图 ３所 示 。等离 子 ， 弧在互 相垂 直的两 个方 向 上分别受 到拉 和压 的洛仑
１ 琦翳
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切割 能力 和质量 不理 想 。基于 等离子弧 可受 磁 场作 用的 原理 ， 内外 已有 人 研究 用 磁 场稳 定 或 控 制 自 国 由电弧或 等离 子弧 ， 以提 高焊接 或喷涂质 量 的装 置 ，
基 金项 目 ： 国家 自拣 科 学 基 金 资 助 项 日（９ ０ ０２ ５８５０）
料 在工 业 中的应 用 日益增 多 ， 高 效 优质 切 割 这 类 为
材料 ， 有人 研究 等离 子焰 流（ 非转 移型 弧） 割工 艺 ， 切 并研制 相应 的切 割 设 备 … 。 由于 受 弧 柱 形 状及 温 度场 分布 限制 ， 上述 工 艺很 难胜 任 较 大厚 度 的切 割
３ 阴极
４ ．高频 火 花 发 生 器
５ ．等 离 子 电 源
６ 陶瓷板件
７ 附加 阳极板 — — 切 剖 速度
图 １ 等 离子 孤 切割 过程 中 ， 嘴允 许 用热 负 荷 限 喷 制 了喷嘴 内的弧 功 率 密 度 ， 等 离 子弧 在离 开 喷 嘴 而 到达 工件之 前 发生强 烈扩 散 ， 导致功 率密 度下 降 ， 更
Ｂｙ ｍｏ ｎ ｆ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｆｃ ｒ ｍｉ ｃ ｔ ｉｇ ｗｉ ｇ ｅ ｉ ｌ ｏ ｓ ｒ ｔｄ ｐ ｍａ ａ ｃ ｈ ｆ ｓ ｓｏ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｕ ｔｎ ｔ ｍａ ｎ ｔ ａ ｌ ｃ ｎ ｔ ｉ ｅ ｈｓ ｒ ，ｔ ｅ ｅ — ｅ ｏ ｈ ｃ ｙ ｃ
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出并研 究 了附 加 阳极 等 离 子弧 切 割 陶瓷 技 术 Ｌ ， ２ 其 Ｊ 原 理如 图 １ 示 。 所
２ 实验 装 置及 方 案
提 高 弧 功率 密度 和 改 善弧 形 ， 理想 的方 法是 在 弧柱横 截面 内获得 环 形 磁 力 线 ， 而 对弧 柱 产生 完 从
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《 电加工与模具）０２ ２０ 年第 １ 期
设 计 ・ 究 研
磁 再 约束等 离子 弧切 割 陶瓷 实 验研 究
大 连理工 大学 华桥 大学 摘 要 关键 词
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马腾 才
通过磁 再约束等 离子孤切 割 陶瓷 实验 ， 考察约束磁场对等 离子 弧特性 、 切割 质量厦 无渣切速 的 等 离子弧 切 割 工程 陶瓷 磁再 约 束
影响规律 ， 分析 了所 用磁 约束装置 的性 能和方法的局 限性 ， 出了进一 步研 究高质量 约束磁 场装置的 必要性 。 指
３ ２ 一
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设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具）０２年第 １ ２０ 期
喷 嘴 的一次约束 较 弱 ， 易 于进一 步压缩 ， 弧 因此磁约 束使 其 截面积缩 小 ， 电流密 度 上升 ， 故弧 电压呈 上升