空氣和氧氣等離子切割系統(tǒng)中的電極磨損
本站發(fā)布日期：2019-8-30
大功率等離子切割系統(tǒng)中的電極是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的易損件，其設(shè)計(jì)、材質(zhì)和功能與汽車中的火花塞相似。與火花塞類似，電極在高溫環(huán)境下會(huì)放射高壓電子。因此，所用材質(zhì)必須能夠承受高溫等離子弧，承受高壓渦流式噴氣并提供可靠密封，確保高壓氣體和液體不會(huì)滲出。電極就像火花塞那樣，是系統(tǒng)中運(yùn)行條件嚴(yán)苛的部件。
優(yōu)秀的技工可以通過(guò)檢查火花塞來(lái)判斷內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀況。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的等離子技工只要知道如何檢查電極、理解正常磨損模式并知道如何檢查故障信號(hào)，便可采用同樣的方法來(lái)判斷等離子切割系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
電極將等離子電源輸出的直流電輸送到金屬板材。電極通常包含一個(gè)銅或銅/銀復(fù)合固定器，后者包含容易發(fā)射電子的元素鉿，鉿是一種高熔點(diǎn)的金屬，在空氣和氧氣切割環(huán)境中可維持等離子弧。這種容易發(fā)射電子的元素在電弧熱量以及高壓等離子氣流的作用下會(huì)緩慢腐蝕。這種磨損大多發(fā)生在開(kāi)始和停止切割之時(shí)，此時(shí)，熔融的鉿材料驟熱驟冷，導(dǎo)致熔融后又重新凝固。
正常磨損期間，會(huì)在電極末端形成一個(gè)小凹坑，該凹坑會(huì)穩(wěn)定磨損，每次磨損千分之幾厘米，直至形成深度達(dá) 0.040 到 0.125 厘米的凹坑，具體取決于割炬和易損件的設(shè)計(jì)與材質(zhì)。（見(jiàn)下表）。當(dāng)凹坑變得太深時(shí)，電弧便會(huì)附著在固定器材料上并會(huì)將其融化。電極無(wú)法再產(chǎn)生并維持電弧時(shí)即會(huì)“失效”。如果熔化的電極材料下沉到噴嘴孔中，將會(huì)導(dǎo)致"報(bào)廢"，這對(duì)電極和噴嘴來(lái)說(shuō)都是災(zāi)難性的故障。
| 等離子弧切割 (PAC) 系統(tǒng) | 銅電極磨損厘米數(shù) | 銅/銀復(fù)合電極磨損厘米數(shù) |
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高精度等離子切割系統(tǒng) （氧氣等離子切割系統(tǒng)） |
0.076 cm ~ 0.127 cm | 0.152 cm ~ 0.203 cm |
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水射流等離子切割系統(tǒng) |
0.102 cm ~ 0.203 cm | 0.254 cm ~ 0.356 cm |
| 傳統(tǒng)雙氣體等離子切割系統(tǒng)（氧氣等離子） | 0.102 cm ~ 0.203 cm | 0.254 cm ~ 0.356 cm |
| 傳統(tǒng)雙氣體等離子切割系統(tǒng) | 0.229 cm ~ 0.305 cm | 0.254 cm ~ 0.356 cm |
先進(jìn)的氧氣等離子切割系統(tǒng)的正常零部件壽命是用弧 1 ~ 2 小時(shí)或 200 ~ 300 次穿孔。空氣等離子切割系統(tǒng)通�？梢赃_(dá)到兩倍的壽命，即 400 ~ 600 次起弧，這是因?yàn)榭諝庵械牡獨(dú)獬煞挚梢越档碗姌O的活潑性。采用惰性氣體起弧和電流漸變技術(shù)的氧氣等離子切割系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 1000 次乃至更多的起弧，在此之后才有必要更換電極。
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圖 1
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全新?tīng)顩r 圖 1 顯示了新電極的照片。在此示例中，電極采用銅銀復(fù)合焊接設(shè)計(jì)，電極前端為銀，而后端采用銅。電極的中心是未使用的鉿芯。
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圖 2
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正常磨損 圖 2 顯示了正常磨損的電極。鉿坑位于中心區(qū)域且形狀始終如一，表明易損件正確對(duì)中并且等離子氣體渦流正常。鉿坑的深度大約為 0.254 cm。電極前端尖銳顯眼，銀質(zhì)部分未嚴(yán)重褪色。電極前端表面上出現(xiàn)些許灰色氧化現(xiàn)象屬于正常。
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圖 3
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正常磨損壽命的 1/2 圖 3 顯示的是由于其他原因過(guò)早失效的正常磨損電極。割炬溜板、割炬碎裂、電壓不穩(wěn)、切割質(zhì)量不穩(wěn)等。鉿坑深度為 0.198 cm。盡管此電極看上去已耗盡，但仍可以再起弧 100 次乃至更多，直至鉿坑深度達(dá)到 0.254 cm 甚至 0.356 cm 才會(huì)接近失效。
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圖 4
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偏離中心的燒痕 圖 4 顯示的是偏離中心的燒痕。這是很容易發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。它通常表明氣流存在嚴(yán)重問(wèn)題（例如渦流環(huán)斷裂或阻塞）或割炬零件未正確對(duì)中（由于裝配錯(cuò)誤和安裝問(wèn)題）。如果更換整套割炬零件仍不能解決此問(wèn)題，則很可能是割炬損壞。
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圖 5
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起弧時(shí)出現(xiàn)水分 圖 5 顯示的是起弧期間出現(xiàn)水分。這些零件上出現(xiàn)一條粗糙的渦流弧形痕跡，從扳手開(kāi)口一直延伸到電極表面。預(yù)流氣體中的水分會(huì)導(dǎo)致高頻侵蝕銀材質(zhì)。電極銀質(zhì)前端不尖銳，表面像“噴砂處理”過(guò)一樣光滑。檢查預(yù)流氣體有無(wú)受潮跡象。有一種快速檢查方法就是使用紙巾測(cè)試。在氣流通過(guò)系統(tǒng)（僅限測(cè)試或氣體檢查模式）時(shí)，將一張潔凈的紙巾置于割炬下方。不應(yīng)出現(xiàn)受潮或受污染的跡象。
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圖 6
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冷卻劑泄漏 圖 6：冷卻劑泄漏是最容易檢查的問(wèn)題。電極表面和側(cè)面被嚴(yán)重?fù)舸�，表現(xiàn)為電極表面上存在點(diǎn)蝕和斑點(diǎn)。前端表面粗糙，呈黑色，固定器材料中出現(xiàn)閃亮的熔斑。導(dǎo)致此問(wèn)題的常見(jiàn)原因包括 O 形圈斷裂、O 形圈潤(rùn)滑不足或零件松散或未正確對(duì)中。
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圖 7
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預(yù)流過(guò)低 圖 7：弧初始化期間供氣不足會(huì)導(dǎo)致“起弧無(wú)力”。電弧從起點(diǎn)（通常是一個(gè)類似于扳手開(kāi)口的銳角）行進(jìn)到鉿芯所花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)。在這些電極上，固定器材料融化后圍繞鉿坑形成一個(gè)相當(dāng)均勻的圓圈。表面可能看上去像是焊渣或者沿著電極前端形成焊坑。
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圖 8
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報(bào)廢 圖 8 顯示的是已經(jīng)用到報(bào)廢的電極。由于電極位于上游，因而當(dāng)熔融材料被吹掃出電極末端并沉積到噴嘴內(nèi)部時(shí)，將會(huì)連帶損壞噴嘴。如果使用時(shí)間足夠長(zhǎng)，所有電極最終都會(huì)這樣報(bào)廢。
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圖 9
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報(bào)廢 等離子氣體流量過(guò)低（熄滅）圖 9.如果電極的末端遍布小斑點(diǎn)，噴嘴內(nèi)部也出現(xiàn)相應(yīng)的損壞，則說(shuō)明存在氣體流量過(guò)低的問(wèn)題。氣體流量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致噴嘴與電極之間出現(xiàn)不可控的擊穿現(xiàn)象。檢查流向割炬的等離子氣體流量。最好的檢查方法之一是在系統(tǒng)處于測(cè)試模式時(shí)，在割炬出氣口處放置一個(gè)流量?jī)x (0 ~ 400 cfh) 和一根軟管。如果沒(méi)有流量?jī)x，有一個(gè)快速檢查方法是在割炬出氣口處感受氣流（前提是要打開(kāi)等離子氣體）。您應(yīng)該會(huì)感受到氣體在漩渦式流動(dòng)并且會(huì)產(chǎn)生一種吸力。
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圖 10
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氣流過(guò)高 圖 10：如果噴嘴狀況良好，但電極出現(xiàn)較深的同心鉿坑，則說(shuō)明等離子氣體流量可能過(guò)高。如果等離子氣體渦流過(guò)強(qiáng)，鉿芯會(huì)迅速損耗。這會(huì)導(dǎo)致磨損急劇加重。檢查以體積計(jì)算的等離子氣體流量。 |
