构成等离子弧高温的原因，有机械方面和电热方面构成的紧缩效果， 表现在以下三各方面： „ 热缩短效应

  电弧射出后，遭到冷却，使消电离速度大于电离速度。电弧柱导电截面积相应 缩小。缩小的截面积上经过本来巨细的电流，电流密度增大，温度升高。

  磁缩短效应 电弧电流发生的磁场对弧柱的紧缩效果。这种效果跟着电流密度的增 大而增强。 „ 机械紧缩效应

  图3－4 搬运型等离子构 1－电源接头；2－压盖；3－密封填料；4－阴极 杆；5－枪体；6－分流环；7－阴极

  高频等离子枪的枪体结构与电弧等离 子枪彻底不同。它的枪体用石英管制成， 石英管外绕有感应线圈，此线圈与高频电 源相连接，电源频率为5～50MHz。为了 引发作业气体电离，在石英管的上端装有 一根石墨或钨制的引发棒，供引发作业气 体电离用。作业时，先将引发棒下移至感 应圈的作业室中心，当通入高频电流后， 它被加热到很高的温度，而将周围的作业 气体电离。此刻这些带电粒子在高频电场 的加快效果下，发生磕碰，因此得到所需 用的等离子体。当这些等离子体跟着作业 气体喷出管外时，构成等离子焰。

  气体的电离程度是跟着温度的改变而改变的，温度越高，电离的次数也相应 添加。

  依据温度和压力的不同，等离子体可分为高温等离子体、低温等离 子体、高压等离子体和低压等离子体等。高压等离子体的压力可达几 个到几百个大气压；而低压等离子体的压力，常为一个大气压或低于 一个大气压。

  例如一座容量为2t的等离子电弧炉与容量的三相电弧炉比较，其生产率约高 30～40%，而电耗仅为同容量电弧炉的75%左右。

  在等离子电弧的高温以及等离子流的喷发效果下，金属资料中的气体和非金属 搀杂物可以充沛去除。例如选用等离子电弧炉重熔GCr15钢时，与电弧炉比较，钢 中氧化物、硫化物和氮化物等搀杂都有所削减，金属中的[O]、[N]含量也别离削减 33%和29.8%。见表6－4所示。

  等离子弧是一种气体电离度很高的电弧。世界焊接学会以为，等离子弧是一种 运用机械的或电的紧缩效果而构成缩短的等离子体，可以把高度集中的热量传递到 较小外表上的电弧。等离子弧与一般电弧都是等离子体，可是只将紧缩了的电弧称 之为等离子弧。

  因为电离后的正离子和电子的数量是持平的，离子或电子的密度与电 离前中性粒子的密度比，称为电离度。 气体的电离程度怎么，一般可用电离度来表明。

  式中：d――气体的电离度； h――气体中的离子数； N――电离前其他中的总质点数。

  图3-5 高频感应等离子枪 1－引发棒；2－石英管；3－感应线－高频电源

  这种等离子枪若以Ar为作业气体时，所发生的等离子焰的温度约为 10000～15000℃，而它所构成的气流，其喷发速度约为10～100/s，与 电弧等离子流的速度比较，要低得多。 高频感应型等离子枪在操作的流程中不运用电极，故能用任何气体。 别的，因为没电极资料的污染，这种等离子焰比电弧等离子焰更洁净。 可是，这种类型的枪功率较小，功率也较低。 等离子枪的类型较多，但工业上用于熔炼的等离子炉多选用搬运型 和中空阴极型电弧等离子枪。

  当作业气体在喷嘴孔道中被加热到很高温度，体积剧烈胀大。当等离子流喷 出时，以极高的速度射向被熔化的金属。Ar弧等离子流射出时，100～500m/s。

  在等离子枪的气体喷出端装置有喷嘴，并经喷嘴口流过作业气体，因此相同使 射出的电弧遭到一种紧缩效果。这种紧缩效果仅仅一种机械的紧缩。

  除此之外，电弧空间的气体成分，以及电极资料等，对电弧的温 度影响都较大。假如电弧空间气体的电离电位越高，则电弧的温度会 越高。可是电弧空间气体中也包含着电极资料构成的蒸气。当选用金 属电极焚烧时，因为电弧空间有金属电极的蒸气存在，而它们的电离 电位又都比较低，使得电弧的温度都比等离子弧的低。而当选用钨制 的电极焚烧时，因为钨很少蒸腾，故电弧的温度比较高。

  为了取得等离子体，有必要供应必定的能量使气体电离。关于不同的 气体，电离时供应的能量也不同。

  气体的电离电位越高，电离时所需供应的能量也越大。为了使气 体电离，可以运用以下办法供应气体能量：

  等离子体是一种强有力的高温热源，它不只广泛地用于焊接、切开、 喷涂、化工以及宇航作业的某些实验，并且还用于冶金工业－等离子体熔 炼。 等离子熔炼使用等离子弧作为热源来熔化、精粹和重熔金属的一种新 型熔炼办法。 上世纪60年代初使用于冶金工业，大多数都用在金属资料的精粹以及熔炼 高纯度和特别功能的钢和合金，尤其是高温合金和精细合金。

  在一般条件下，气体是中性质点，并不导电。气体粒子是由分子和原 子所组成，而气体的原子则是由原子核和电子构成。原子核和电子之间靠 静电引力的效果结合在一起，构成中性原子。当给气体原子的外层电子以 必定的能量时，则外层电子便会脱离原子核的招引变成为自在电子，而原 子则变成正离子。 等离子体便是由很多的自在电子、正离子以及未经电离的气体原子 和分子所组成的混合体，这种混合体所带的正、负电荷的总和是持平 的，并表现出团体行为的一种准中性气体，也能说它是物质在高温或 特定的鼓励下的一种物质状况。因为它的物理化学性质与一般的气体、 液体和固体不同，故有物质的第四态之称。 尽管等离子体在电的性质方面呈中性，可是在外电场的效果下却具 有杰出的导电性、导热性，一起又是一个高温热源。

  图6-2搬运型与非搬运型电弧等离子枪的作业原理 a－非搬运型电弧等电子枪；ｂ－搬运型电弧等电子枪 1－被加热资料；2－等离子焰；3－电弧；4－电弧等 离子流；5－水冷喷嘴；6－阴极

  中空阴极型电弧等离子枪的阴极 用钽管制成，阳极为被加热的资料。 选用钽管做阴极，是因为在相同的条 件下，钽阴极发射电子的才能要比钨 极大十倍左右。因为钽简单氧化，所 以作业时炉内需求坚持真空。在一般 情况下，中空阴极等离子枪也是使用 高频电源来触发作业气体使之电离。 当作业气体一经电离今后，在阴极和 作为阳极的被加热资料之间就有电弧 和等离子流经过。

  现在工业上使用的是低温、低压等离子体，而发生等离子体的方 法主要有电弧法和高频感应法。

  用加快到必定的速度的粒子碰击中性气体粒子; 用必定波长的光照射中性气体粒子；

  将气体加热到必定的温度，使气体发生热电离。 当电流经过电弧柱时，就像经过一般的电阻相同，会发生热量，

  图3－3 中空阴极型电弧等离子枪的作业原理 1－被加热资料；2－电弧等离子流；3－中空阴 极；4－直流电源

  搬运型等离子枪在枪体上同非 搬运型等离子枪简直相同，引弧方 式也相同，所不同的是起弧后电源 的正极由枪体的喷嘴搬运到被熔化 的资料上，在阴极和阳极之间构成 等离子弧，其长度比自在电弧或等 离子焰流长得多，有的可达1m以上。 世界焊接学会从前主张将搬运型弧 称做等离子弧，而将非搬运型弧称 为等离子焰流。

  等离子弧构成时遭到喷嘴器壁的机械紧缩效果，自身电流发生磁缩短以及自身 的热缩短等效应的影响，弧柱为细束形状，当大电流经过，能量高度集中。炼钢电 弧炉的电弧最高温度，5000～6000K, Ar气为作业气体等离子弧温度，24000～ 26000K

  一般气体是很好的绝缘体，由中性的原子或分子构成。但当气体电离构成等离 子体今后，含很多的带电粒子，使之在外电场的效果下，显示出很强的导电才能。 等离子弧的弧柱具有较高的电场强度。一般电弧弧柱的电场强度一般很少超越 10V/cm；而等离子弧柱电场强度一般为10～100V/cm。

  气体分子在电离前，首先要分解成原子。据文献报道，各种气体分子的分 解，大约在10000K时基本上能完结，而在温度为30000K时，简直都变成了离子。 气体可发生一次、二次电离，假如供应更多的能量，则还可屡次电离。但等 离子体在微观上仍坚持电中性。

  等离子发生器：是将气体加热到离子化的一种设备，有称等离子枪。 非搬运型 电弧等离子枪 等离子体发生器 高频等离子枪 搬运型 中空阴极型

  非搬运型等离子枪有阴阳南北极组成，阴 极是钨棒，或外表敷有ThO2的钨棒（或称 钍钨电极），阳极是水冷的铜喷嘴。 非搬运型等离子枪作业时，先用其他的 电源在阴极与阳极之间触发电弧，即通电 后，阴极因为遭到正离子的碰击而被加热， 因温度高而不断发射出电子，因为电场的加 速效果而又使这些电子不断射向阳极。这些 电子在射向阳极的途中又不断碰击其他的气 体原子，并使之电离，由此发生等离子体。 一起接连送入的作业气体穿过电弧空间之 后，成为从喷嘴喷出的高温等离子焰活动。 当等离子体脱离喷枪的喷嘴之后，其间的正 离子和自在电子随即复合为气体的原子和分 子，并放出原先在电弧中所吸收的能量。