揭秘等离子弧：高能量密度的火焰之源-等离子弧焊-焊接百科

在现代工业技术的璀璨星河中，等离子弧以其独特的高温、高电离度及高能量密度特性，成为了焊接、喷涂、堆焊和切割等领域的佼佼者。那么，这股神秘而强大的火焰之源——等离子弧，究竟是如何形成的呢？让我们一同揭开它的神秘面纱。

等离子弧，顾名思义，是通过对自由电弧的弧柱进行强迫压缩，从而获得的一种特殊电弧形态。这种电弧不仅能量更加集中，而且弧柱中的气体几乎达到了全部电离的状态，从而赋予了它极高的温度和能量密度。等离子弧的温度可以高达16000～33000℃，甚至更高，使得它在金属加工领域具有无可比拟的优势。

等离子弧的形成，离不开一个关键的设备——等离子弧发生装置。这个装置通常包括一个钨极作为阴极，以及一个特殊设计的喷嘴。当在钨极和工件（或喷嘴，视具体类型而定）之间加上一个较高的电压，并经过高频振荡器的激发时，气体分子会被电离，形成初始的电弧。

揭秘等离子弧：高能量密度的火焰之源

然而，这只是等离子弧形成的第一步。真正让电弧转变为等离子弧的，是接下来的一系列压缩过程。这些压缩过程主要包括机械压缩、热收缩和磁收缩。

机械压缩：当电弧通过具有特殊孔型的喷嘴时，其截面积会受到喷嘴孔道的限制而减小。这种机械压缩作用使得电弧的能量密度和温度得以提高。
热收缩：电弧在通过用水冷却的特种喷嘴内时，会受到外部冷气流及水冷喷嘴孔道壁的强烈冷却作用。这种冷却导致电弧柱外围气体的温度降低，导电截面缩小，产生热收缩效应。电弧因此被进一步压缩，电流只能从弧柱中心通过，电流密度急剧增加。
磁收缩：电弧内的带电粒子在弧柱内运动时，会产生磁场。这个磁场会对弧柱产生压缩作用，即电磁收缩效应。电流密度越大，磁收缩作用越强。

在这三重压缩作用的共同作用下，电弧被高度压缩，能量高度集中，形成了稳定的等离子弧。此时的等离子弧不仅具有极高的温度和能量密度，而且弧柱内的气体几乎全部电离，使得其导电性能大大提高。

根据电源连接方式的不同，等离子弧可以分为非转移型、转移型和联合型三种类型。

揭秘等离子弧：高能量密度的火焰之源

非转移型等离子弧：在这种类型中，钨极连接电源的负极，喷嘴接正极。等离子弧体主要在钨极和喷嘴的内表面之间产生。由于工件本身并不直接通电，而是通过间接加热来熔化，因此其热量的利用效率相对较低。这种类型的等离子弧主要适用于较薄材料的焊接和切割。
转移型等离子弧：在这种类型中，钨极连接电源负极，焊件接正极。首先，在钨极和喷嘴之间引燃一个小电弧，随后接通钨极与焊件之间的电路。一旦电路接通，就立即切断喷嘴与钨极之间的电路，此时钨极与喷嘴间的电弧便会熄灭，而电弧会直接转移到钨极与焊件间进行燃烧。这种类型的电弧能够直接加热工件，从而显著提高了热量的有效利用率，因此非常适合用于中等厚度及以上的工件焊接与切割。
联合型等离子弧：联合型弧是指同时存在转移型弧和非转移型弧的等离子弧。在这种类型中，主电源加在钨极和焊件之间，产生主要的等离子弧作为焊接热源。同时，另一个电源加在钨极和喷嘴之间，产生一个小电弧，称为维持电弧。联合型弧主要用于微弧等离子焊接和粉末材料的喷焊。

等离子弧的这些特性使得它在金属加工领域具有广泛的应用前景。无论是难熔金属的焊接、精密零件的切割，还是金属表面的喷涂和堆焊，等离子弧都能以其独特的高温、高电离度和高能量密度特性，为工业生产提供强有力的支持。