等離子切割常見問題及其解決辦法

撰文/馬丹丹 胡巖 郝昌琪

■163000 黑龍江德工機械設備制造有限公司 黑龍江 大慶

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等離子切割常見問題及其解決辦法

撰文/馬丹丹 胡巖 郝昌琪

■163000 黑龍江德工機械設備制造有限公司 黑龍江 大慶

摘要：等離子切割是利用高溫高速等離子弧來切割金屬的方法，是將金屬局部迅速融化，同時利用壓縮氣流的機械沖刷力將融化金屬沖掉，形成切割的過程。等離子切割是一種先進的熱切割加工方法，具有能量集中溫度高，切割速度快，效率高等優點。 但是其中也存在一些問題，本文就等離子切割中存在的問題進行了分析，并針對存在的問題提出了解決方法。關鍵詞：等離子切割；熱切割；問題

等離子切割出于20世紀40年代，但到上世紀中葉才開始投入到工業應用。等離子切割原理主要是以高溫高速的等離子弧為熱源，把被切割金屬局部熔化，并同時用高速氣流將已熔化的金屬吹離基體，隨著等離子割炬的移動而形成狹窄切口的一種快速切割方法。現在在汽車、機車、壓力容器、化工機械、核工業、通用機械、工程機械、鋼結構、船舶等各行各業已經被廣泛的使用。等離子切割不僅可以加工不銹鋼，高合金鋼、難熔金屬、銅及鋁的合金等材料，尤其是對于有色金屬（不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）切割效果更佳；在切割厚度不大的金屬的時，切割速度快，并且它的切割表面光滑，熱變形較小，同時熱影響區也較小，這是等離子切割的有點所在。等離子氧氣切割法、等離子氮氣切割法、等離子氬-氫氣切割法是現在最常用的幾種等離子切割方法。隨著現代中國經濟的迅速崛起和制造業快速的發展，對切割技術提出更高的要求，等離子切割技術具有很多與綠色相符的特征。因此研究推廣等離子切割技術尤其是數控等離子切割技術具有重要的意義。

等離子切割中存在問題及解決辦法

a切口掛渣、熔渣

所謂切口掛渣，就是切割熔渣粘連在切口下緣，有時甚至與毋材熔臺在一起，必須用砂輪打磨才能除去。在低碳鋼的等離子切割中，空氣等離子切割較氧氣等離子切割更易引起切口掛渣。引起切口掛渣的主要原因是割炬功率不足，因此避免切口掛渣的主要措施是在板厚和切割速度一定的情況下采用較大功率的割炬，或者在割炬功率一定的條件下適書降低切割速度，保證等離子弧有足夠功率。增大等離子電源功率使等離子弧獲得更高的能量和更長的大弧柱，從而切割過程中熔化金屬的溫度更高且流動性更好，這時熔化的金屬很容易被在高速氣流吹動的作用下吹走。增加功率可提高切割速度和切割過程的穩定性，使得有可能采用更大的空氣流量來增強吹力，這對消除切口熔渣十分有效。另外設置合適的氣體流量和切割速度也可以改善掛渣和熔渣的問題。如果氣體流量太小吹力不足以產生腫瘤體積，當其它參數和條件是相同的，與氣體流量的增加，切口質量將得到改善，而且爐渣積累會有所緩解。但過多的氣流，導致更短的等離子弧，等離子弧導致工件的下部熔化能力變化，切削阻力增加最終切削成V形，而不是更容易形成腫瘤體積。切割質量主要根據切口寬度、切口垂直度、切面平整度、切口底部積瘤及切口熱影響區硬度和寬度等指標來評定。良好的切口的標準應該是切口寬度較窄、切口橫斷面呈矩形、切口表面光潔度好、無掛渣和熔渣，切口表面硬度應不妨礙切后的機加工。在切割銅、鋁及其合金時，由于其導熱性好，切口底部不易和熔化金屬重新熔合。這些積瘤雖掛在切口下面，但很容易去除。

b等離子切割面垂直度差

等離子切割可以獲得與火焰切割相似的光滑切口，但等離子切割的切口稍寬，并且由于等離子切割時旋轉的切割氣流造成切割速度差的緣故，切口兩側具有非對稱的特點，即切口兩側具有不同程度的傾斜度。同時，由于等離子割炬的熱量高度集中，使得切口上緣熔化較多而形成喇叭口形。提高氣流旋轉速度即加大氣流速度矢量，減慢相對切割速度，可能使切割面垂直。但是對于提高氣流速度形成壁流效果氣流沿著噴嘴壁流動，所以提高氣流速度是有界限的，另外等離子割炬與工件之間的距離對切口形狀有很大影響，一般，兩者保持5～6毫米距離時，可使切口傾角最小。一般說來數控等離子切割機切割板有斜度很正常，不需要調整，如果對切割效果不滿意，如果不滿意的切割效果，可以減少等離子體噴管和板的距離，最低2-3mm。一般來講，在不到15度時普通等離子體斜口斜率是合格的，精細等離子斜度在5度以內，并且最后的零件處理不會因為切割板的斜度而成為次品。

c電極、噴嘴消耗會比較多，成本較高

電極、噴嘴作為離子切割機切割過程中的消耗配件，在等離子切割的每時每刻都遭受著損耗，電極、噴嘴作為數控切割機割炬的易損件，在使用過程中損耗更換屬于正常情況。然而當損耗積累到一定程度時就會嚴重影響切割質量甚至造成切割進程終止。電極消耗隨切割電流、起弧次數增加而增加。為了減小起弧時電極消耗，起弧時切割氣不用氧氣而用氮氣，并且采用較小氣流速度，待起弧進入正常切割狀態后為了防止切割面產生氮化層再切換為氧氣。采用該措施后在同樣電極消耗量條件下延長了電弧工作時間， 電極的加工方法影響電極壽命。噴嘴的壽命與電極壽命有關， 另外噴嘴與被切割材料的接觸、飛濺物反彈等都有關系。我們提高電極壽命，另外切割時對噴嘴做些保護措施都有利于提高噴嘴壽命。

d切割過程噪音大、煙塵多

切割過程不僅對周圍的環境產生較大的噪音污染，更重要的是損害操作者和周圍人員的身體健康。目前處理煙塵的辦法主要有兩種途徑：一種是濕式處理方式，另一種是干式處理方式。濕式處理方式（濕式切割），使水床切割平臺，工件放置在水中或水表面，然后在水或接近于水面操作完成切割時，水以捕獲在產生的灰塵切割，從而達到凈化環境的目的的過程。干式處理方式（干式切割）就是為切割工作平臺增加一套煙塵捕集裝置，并把捕集到的煙塵直接輸送到煙塵過濾凈化設備，通過處理達標后再予以排放。等離子切割產生的煙塵基本上形成于工件切口的下方，因此抽氣式負壓切割平臺成為了目前最常見的煙塵捕集裝置。隨著這些年我國制造業的快速增長，鋼板切割加工的數量急劇上升，人們迫切期望最大限度地提高切割加工的效率，因此在切割速度、切割質量、縮短上下換板時間等方面存在優點的干式等離子切割已逐漸成為一種潮流。當然，我們也不能忽視而且一味地跟風可能帶來的不利影響，因為過去我們的工作在這方面有過太多的經驗和教訓。二者各有優勢，要根據具體情況具體選擇。

總結

等離子切割技術經過了半個多世紀的發展已經逐漸成熟，各個核心組件不僅可以獨立增配，而且具備相當可靠的相互兼容整合的能力和能夠無縫配合，以確保彼此之間的正常運行。隨著計算機及數字控制技術的迅速發展，數控切割也得以蓬勃發展，并在改善加工精度、節約材料、提高勞動生產率等方面顯示出巨大優勢。等離子切割技術是集計算機技術、等離子切割技術、逆變電源技術于一體的高新技術，它的發展是建立在等離子弧特性研究、電力電子技術等學科共同發展的基礎之上。隨著電力電子和微電子技術的飛速發展，新型器件、先進控制技術和新工藝的不斷推出，切割技術得到了突飛猛進的發展。高速、高效、數字化、智能化是現代切割技術的以后的主要發展方向，是實現現代化切割的必由之路。

參考：

［1］DIRK Ott.現代等離子切割技術及其智能化［J］.電焊機.2013（05）

［2］張新，王振民，方小鑫.精細等離子弧切割實現方法及進展［J］.焊接技術.2013（10）

［3］劉華.空氣等離子切割技術的工程應用［J］.中國石油和化工標準與質量.2012（01）

［4］孫強，陳龍，陳桂濤，王華民.基于弧控制的等離子切割電源新型復合控制策略［J］.焊接學報. 2014（03）

作者簡介：

馬丹丹（1987.06.15-）性別：男，籍貫：遼寧凌源，學歷：專科，畢業于遼寧科技學院，現有職稱：助理機械工程師，研究方向：數控加工。