等离子弧切割具有适用范围广、切割速度快、精度高、成本低等优点,广泛应用于船舶、桥梁、机械等重型装备及钢结构制造。但目前使用的等离子切割机一般均采用直流电源,直流电弧存在电弧压缩程度不高,轴指向性不强的局限性,因此造成了切口硬度高,热影响区范围大,电极烧蚀严重。本文基于超声频脉冲等离子弧切割系统,通过在等离子弧上叠加超声频激励脉冲,提高电弧的压缩程度,改善电弧的电特性,以达到降低切口硬度,减小热影响区范围和提高电极使用寿命的目的。基于双层涡旋等离子弧切割系统,通过工艺试验,研究切割条件对双层涡旋气流等离子切割质量的影响,为工程应用提供指导。本文首先提出了本文的研究目的与内容,详细介绍了超声频等离子弧切割原理及试验系统,通过工艺试验,记录、分析了超声频脉冲等离子弧的电特性,包括电流电压特征及功率特性,研究了脉冲参数对电极寿命、切口硬度、HAZ宽度的影响,进而从微观角度分析了其产生机理。利用双层涡旋等离子切割系统,通过工艺试验,记录、分析了电弧电信号特征,并研究了切割条件(切割电流、切割电压、切割速度、切割介质)对切口硬度及HAZ宽度的影响,并对机理进行分析。试验结果表明:在超声频脉冲等离子弧切割系统中,由于超声频脉冲调制作用,增强了电弧压缩程度、挺度,改变了电弧传热方式及切口渗碳、渗氮效果,明显降低了切口硬度及HAZ宽度,提高了电极使用寿命,特别在脉冲幅值为1.5A、频率为40K时,电极寿命较常规切割提高了47.8%;在双层涡旋等离子弧切割系统中,不同的气体类型导致电弧功率特性的差异,空气作离子气较氧气作离子气获得的切口硬度较高、HAZ宽度较大;湿式切割较干式切割获得的切口硬度较高,但HAZ宽度较小;切割速度越快,切口硬度及HAZ宽度越小。