常用等離子切割方法及其工藝特性

1、常用等離子切割方法及其工藝特性1. 1 等離子空氣切割法等離子空氣切割法以干燥的壓縮空氣作為加工氣體,主要用于切割碳鋼,也可用于切割不銹鋼和鋁。由于空氣主要由氮氣和氧氣組成,切割碳鋼時,切口中的氧與鐵的放熱反應(yīng)提供了附加的熱量,同時生成表面張力低、流動性好的FeO 熔渣,改善了切口中熔融金屬的流動性,因此不但切割速度較快,而且切割面較光潔,切口下緣基本不粘渣,切割面斜角較小。切割不銹鋼和鋁時,氧與不銹鋼中的鉻和鋁起反應(yīng),其切割面較粗糙,一般對切割表面質(zhì)量要求較高時不采用這種加工方法。等離子空氣切割法主要存在如下缺點:a . 切割面上附有氮化層,焊接時焊縫中會產(chǎn)生氣孔。因此用于焊接的切割邊,需用

2、砂輪打磨,去除氮化層。b. 由于存在氧化作用,電極和噴嘴易損耗, 使用壽命較短。由于壓縮空氣的成本較低,這種切割方法在大批量的非焊接碳鋼板的切割中使用較為廣泛。不同電流強度下,等離子空氣切割碳鋼時常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖1 所示。圖1 等離子空氣切割碳鋼1. 2 等離子氧氣切割法等離子氧氣切割法以氧氣作為工作氣體,主要用于切割碳鋼、鋁。氧的離解熱高、攜熱性好,粒子復(fù)合時的放熱量大,投入切割的熱量多,因此可獲得較高的切割速度。在加工碳鋼時,因切割過程中的鐵2氧反應(yīng)提供了大量的附加熱量,促進(jìn)了切割速度的進(jìn)一步提高。與等離子空氣切割法相比,等離子氧氣切割法在切割碳鋼時有以下優(yōu)點:a . 切割

3、速度更快;b. 切割面更光潔,呈金屬光澤,尤其是無氮化層,切割后可直接用于焊接; c. 切口下緣不粘渣;d. 切割變形小,精度高。等離子氧氣切割法也存在如下缺點:a . 因氧化作用強,電極損耗更快,使用壽命短;b. 切割面斜角較大。不同電流強度下,等離子氧氣切割碳鋼和鋁時常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖2 和圖3所示。圖2 等離子氧氣切割碳鋼圖3 等離子氧氣切割鋁113 等離子氮氣切割法等離子氮氣切割法以氮氣作為工作氣體,主要用于切割不銹鋼。氮的導(dǎo)熱和攜熱性能較好,弧柱也較長,因此具有較好的切割能力。但切割的表面質(zhì)量不是很好,且切割面有氮化物。相對氧氣而言,氮氣的價格較低,因此這種切割方法一般

4、只用于對切割表面質(zhì)量要求不高且不直接用于焊接的不銹鋼下料。不同電流強度下,等離子氮氣切割不銹鋼時常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖4 所示。圖4 等離子氮氣切割不銹鋼1. 4 等離子氬2氫氣切割法等離子氬2氫氣切割法以Ar 和H2 的混合氣體作為工作氣體,主要用于切割不銹鋼和鋁。Ar易電離,可形成穩(wěn)定的等離子弧,加之原子量大,等離子流的動量也大。而H2 的導(dǎo)熱性好,電離粒子復(fù)合時放熱量高。兩者相結(jié)合能形成穩(wěn)定、能量密度高、弧柱長的等離子弧,切割能力強,切口寬度和切割面斜角較小,切口光潔,切割中產(chǎn)生的氮氧化物較少,是等離子切割中切割質(zhì)量較好的一種方法。但這種切割方法使用混合氣體作為工作氣體,須增加

5、一混合裝置,才能使Ar 和H2 很好地混合在一起。由于氬氣和氫氣的價格較高,且氫氣為危險氣體,所以這種切割方法主要用于切割其他等離子切割無法加工的、對切口要求較高的較厚不銹鋼和鋁工件,且使用環(huán)境符合安全要求的情況下。不同電流強度下,等離子氬2氫氣切割不銹鋼、鋁時常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖5、圖6所示。圖5 等離子氬2氫氣切割不銹鋼圖6 等離子氬2氫氣切割鋁1. 5 等離子氮氣水渦流切割法等離子氮氣水渦流切割法以氮氣作為工作氣體,主要用于切割不銹鋼和鋁。工作氣體通過渦流環(huán)形成渦旋氣流,使等離子流也以渦旋方式射向工件,從而可獲得一個斜角極小的切割邊。在工作氣體的周圍,是經(jīng)過處理的高壓水流,使

6、電弧能量密度大大提高,形成了溫度極高、挺度好及流速大的等離子弧。另外,部分水離解成H2 和O2 ,對切割過程也有一定的促進(jìn)作用。與其他等離子切割方法相比,等離子氮氣水渦流切割法具有以下特點:a . 切割速度快;b. 切割質(zhì)量好,切口寬度小,切割面光潔、斜角極小,切口下緣不粘渣;c. 切割變形很小,精度高;d. 噴嘴壽命長;e . 適合水下加工,基本無煙塵和弧光,噪聲低。不同電流強度下,等離子氮氣水渦流切割不銹鋼常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖7、圖8所示。圖7 等離子氮氣水渦流切割不銹鋼圖8 等離子氮氣水渦流切割鋁2 切割不同材料時等離子切割方法的選用由上述可知,對于不同的切割材料及切割要求,有多種等離子切割方法可以選用。筆者從切割速度、切割質(zhì)量、切割變形、操作成本等方面對切割不銹鋼、鋁和碳鋼時常用等離子切割方法進(jìn)行比較,具體操作時可根據(jù)不同的切割要求選用合適的切割方法。2. 1 不銹鋼幾種常用不銹鋼材料切割方法見表1 ,切割速度比較如圖9 所示。圖9 不銹鋼切割速度比較(電流90A)2. 2 鋁幾種