1。4。3 水下电弧稳定性研究

随着割丝与待割工件进行点接触后，割丝与工件形成短路状态，此时短路电流流经电阻产生大量的电阻热，热量将割丝端部周围的水蒸发形成水蒸气，一个可以为电弧提供稳定燃烧的气相区就此形成。

伴随着行走机构开始行走，割炬移动并打断了割丝与工件短路接触的状态，电弧开始在割丝与工件间形成放热，而割丝内部的造气成分也开始燃烧释放出大量的气体并与电弧热蒸发形成的水蒸气一起构成了一个体积一定的电弧空腔。

随着气体的持续产生，电弧空腔的体积开始逐渐增大，当其内部压力大于外在水压对空腔的束缚作用时，腔体不可避免地发生了破裂，破裂后腔体内少量的气体形成气泡上升消失，腔体的体积又回到了稳定状态下的大小。此时电弧继续燃烧产热，空腔继续长大-破裂-再长大，如此周期性的循环不止[25]。

燃烧电弧的长度和电弧穿透一定厚度钢板所需的时间是评判电弧稳定性的参考依据。由于切割过程中割口引起电弧长度的不断改变，导致电弧燃烧稳定性变差，因此需要在药芯割丝中加入适当的电弧稳定元素。通过实验发现，在药芯割丝中添加造气性碳酸盐和电离促进元素，如钡氢化合物、钠硅酸盐等，对维持电弧稳定放电和燃烧具有良好的促进作用[26]。水压对电弧的稳定性亦具有举足轻重的作用：随着水压的增加，电弧长度缩短。如果电流恒定，那么随着水压的增加，电弧穿透力增强，所需穿透时间缩短。其原因是电弧被压缩后，弧压梯度和弧柱电流密度增加，从而能量密度和热输入增大[27]。

所以，通过改变药芯割丝的内部成分，可以提高电弧燃烧的稳定性，实现对水下电弧放电条件的控制。包括氧气在内的造气元素形成围绕电弧的气泡和熔池氧化物，为电弧燃烧提供可靠的环境。

1。4。4 水下切割药芯割丝

水下药芯电弧切割技术使用的割丝与MIG焊中使用的药芯焊丝生产流程及基本构造基本一致，即是由外层金属和内部药芯组成，不同点在于药芯成分不同。药芯成分可按需求进行更换，常用的药芯成分主要包含造气、造氧及产热成分。药芯内的造气成分生成的气体主要有两点用处：一是对燃烧电弧起到保护作用，隔绝水压对电弧稳定性的影响；二是气体自身所带的射流压力可以促进熔池熔融金属的吹落；造氧成分产生的氧气一方面可以保证电弧的稳定燃烧，另一方面可以使金属氧化，从而完成切割；产热成分可以提高切割温度，在深水切割过程中效果良好。

水下药芯电弧切割过程中电弧区域无需额外供氧，切割过程连续时间长。为了满足不同厚度、不同水深的切割的需求，水下切割药芯割丝必须满足一系列的技术要求。对于冶金特性的要求，主要是能够与割口处的金属强烈反应，能够保证电弧稳定燃烧和割口边缘的外观质量；从经济角度而言，要求消耗割丝和能量最少，切割效率高，保证经济效益的最大化。

乌克兰巴顿焊接研究所研究了3组药芯割丝成分，每一组对于金属切割的割口氧化、气体动力学和放热效应的影响不同。以提供技术过程高效率的可行性为依据，对这些体系进行了评价。在电弧稳定燃烧条件下，以生产效率即切割速度作为该技术方法效率评估的主要依据。结果见表1-1[28]。

表1-1 水下药芯割丝切割参数

割丝类型 基本体系 切割厚度(mm) 切割速度(m/h) 适用场所

PPR-AN1