水下切割原理與實驗設(shè)計

      水下藥芯割絲電弧切割過程中，首先采用接觸式引弧，短路瞬間的熱量使割絲端部附近水汽化，同時割絲內(nèi)部產(chǎn)生氣體，使得電弧在氣體中產(chǎn)生并被氣體包圍。電弧產(chǎn)熱熔化其下方金屬，熔融金屬被氧化為渣，并在電弧力和氣流作用下被排出工件。由于電弧自身調(diào)節(jié)作用，焊絲端部隨著割口底部的下降而下降。終，電弧可能因底部熔融金屬的*掉落而熄滅，也可能因為割絲與割口前沿短路而轉(zhuǎn)移到割口上方。上述過程循環(huán)進(jìn)行從而實現(xiàn)切割。

      切割實驗系統(tǒng) ，其組成與熔化極焊接裝備類似。實驗采用平特性直流電源，直流正接，將焊接工作臺置于帶水的壓力容器（模擬水深裝置）中，調(diào)節(jié)其中壓力則可以模擬不同水深進(jìn)行切割。切割時采用霍爾電流/電壓傳感器采集電弧電信號。割絲型號為烏克蘭巴頓電焊研究所的PPR-AN2，割絲直徑2.2 mm。切割工件為5052鋁合金板，其尺寸400mm×90 mm×15 mm。由于該方法的切割工藝較窄，且不同水深會影響其切割工藝范圍，為對比不同工藝參數(shù)的影響，每次只改變一個工藝參數(shù)。實驗時，主要改變水深、切割電流（通過改變送絲速度來調(diào)節(jié)，變化范圍±50 A）、電弧電壓（變化范圍±5 V）和切割速度。

水下切割時水深影響

水深對電弧形態(tài)和電弧燃燒的穩(wěn)定性有顯著影響，是影響切割工藝的重要參數(shù)。利用模擬水深裝置模擬0.2 m、50 m、100 m、150 m的水深環(huán)境，并設(shè)定切割電流400 A、切割電壓45 V、切割速度130 mm/min進(jìn)行實驗。

50 m水深后割口寬度顯著變窄，但隨后割口寬度變窄趨緩，這是因為隨著水深增大，電弧徑向受到壓縮，導(dǎo)致割口變窄。此外，還可以觀察到割口上端的寬度與割絲直徑相當(dāng)，靠割絲與工件短路、摩擦以及下方熱量傳導(dǎo)短路形成。

割口厚度方向隨著水深增大出現(xiàn)一個內(nèi)凹，這是因為隨著電弧變窄，電流密度增大，電弧長度變短[8]，電弧不容易抵達(dá)工件底部。電弧所在的割口中部熱量較多，容易熔化，而割口下部主要靠熱量傳導(dǎo)和電弧吹力割穿，割口變窄，形成內(nèi)凹。

與低碳鋼相比，其切割電流大為減小，且背面邊緣處容易出現(xiàn)大塊剝離，這是因為藥芯中的金屬氧化物和鋁板接觸時發(fā)生了鋁熱反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量。此時熔化金屬也更易吹落，工件下方易出現(xiàn)大塊金屬剝離，同時劇烈的熱量也容易使熔融金屬飛濺。

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