影響等離子切割質(zhì)量的五大因素

1/1影響等離子切割質(zhì)量的五大因素影響等離子切割質(zhì)量的五大因素

數(shù)控等離子切割機(jī)的加工質(zhì)量對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義，在目前等離子切割所應(yīng)用的眾多領(lǐng)域里，對(duì)切割精度及坡口斜度的改進(jìn)將為企業(yè)的二次加工帶來(lái)巨大效益。下面為大家詳細(xì)介紹影響等離子切割質(zhì)量的五項(xiàng)重要因素，掌握此部分知識(shí)，從此切割質(zhì)量不用愁。

圖1：數(shù)控等離子切割機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

一、數(shù)控等離子切割機(jī)工作氣體

數(shù)控等離子切割機(jī)工作氣體與流量是影響切割質(zhì)量效果的一項(xiàng)主要參數(shù)，目前所普遍

采用空氣等離子切割僅為眾多工作氣體中的一類，概因使用成本相對(duì)較低而得到廣泛普及，但從加工效果來(lái)說(shuō)的確有所欠缺，我們所指的數(shù)控等離子切割機(jī)工作氣體包括切割氣體和輔助氣體，有些設(shè)備還要求起弧氣體，通常要根據(jù)切割材料的種類、厚度和切割方法來(lái)選擇合適的工作氣體。切割氣體既要保證等離子射流的形成，又要保證去除切口中的熔融金屬和氧化物。過(guò)大的氣體流量會(huì)帶走更多的電弧熱量，使得射流的長(zhǎng)度變短，導(dǎo)致切割能力下降和電弧不穩(wěn)。過(guò)小的氣體流量則使等離子弧失去應(yīng)有的挺直度而使切割的深度變淺，同時(shí)也容易產(chǎn)生掛渣。因此，氣體流量一定要與切割電流和速度配合的很好?，F(xiàn)在的等離子弧切割機(jī)大多靠氣體壓力來(lái)控制流量，因?yàn)楫?dāng)割炬孔徑一定時(shí)，控制了氣體壓力也就控制了流量。切割一定板厚材料所使用的氣體壓力通常要按照客戶提供的數(shù)據(jù)選擇，若有其它的特殊應(yīng)用時(shí)，氣體壓力需要通過(guò)實(shí)際切割試驗(yàn)來(lái)確定。

最常用的工作氣體有：空氣、氧氣、氮?dú)狻鍤庖约癏35、氬-氮混合氣體等。

1.空氣中含有體積分?jǐn)?shù)約78%的氮?dú)?，所以利用空氣切割所形成的掛渣情況與用氮?dú)馇懈顣r(shí)很相像；空氣中還含有體積分?jǐn)?shù)約21%的氧氣，因?yàn)檠醯拇嬖?，用空氣切割低碳鋼材料的速度也很高；同時(shí)空氣也是最經(jīng)濟(jì)的工作氣體。但單獨(dú)使用空氣切割時(shí)，會(huì)出現(xiàn)掛渣、切口氧化、增氮等問(wèn)題，而且電極和噴嘴的壽命較低也會(huì)影響工作效率和切割成本。

2.氧氣可以提高切割低碳鋼材料的速度。使用氧氣進(jìn)行切割時(shí)，切割模式與火焰切割很相像，高溫高能的等離子弧使得切割速度更快，但是必須配合使用抗高溫氧化的電極，同時(shí)對(duì)電極進(jìn)行起弧時(shí)的防沖擊保護(hù)，以此延長(zhǎng)電極的壽命。

3.氫氣通常是作為輔助氣體與其它氣體混和作用，如著名的氣體H35（氫氣的體積分?jǐn)?shù)為35％，其余為氬氣）是等離子弧切割能力最強(qiáng)的氣體之一，這主要需利于氫氣。由于氫氣能顯著提高電弧電壓，使氫等離子射流有很高的焓值，當(dāng)與氬氣混合使用時(shí)，其等離子射流的切割能力大大提高。一般對(duì)厚度70mm以上的金屬材料進(jìn)行切割，常用氬和氫作為切割氣體。若使用水射流對(duì)氬＋氫氣等離子弧進(jìn)一步壓縮，還可獲得更高的切割效率。

4.氮?dú)馐且环N常用的工作氣體，在有較高電源電壓的條件下，氮?dú)獾入x子弧有較好的穩(wěn)定性和比氬氣更高的射流能量，即使是切割液態(tài)金屬粘度大的材料（如不銹鋼、鎳基合金）時(shí)，切口下緣的掛渣量也很少。氮?dú)饪梢詥为?dú)使用，也可以同其它氣體混和使用，如自動(dòng)化切割時(shí)經(jīng)常使用氮?dú)饣蚩諝庾鳛楣ぷ鳉怏w，這兩種氣體已經(jīng)成為高速切割碳素鋼的標(biāo)準(zhǔn)氣體。有時(shí)氮?dú)膺€被用作氧等離子弧切割時(shí)的起弧氣體。

5.氬氣在高溫時(shí)幾乎不與任何金屬發(fā)生反應(yīng)，氬氣等離子弧很穩(wěn)定，而且所使用的噴嘴與電極有較高的使用壽命。但氬氣等離子弧的電壓較低，焓值不高，切割能力有限，與空氣切割相比其切割的厚度大約會(huì)降低25%。另外，在氬氣保護(hù)環(huán)境中，熔化金屬的表面張力較大，要比在氮?dú)猸h(huán)境下高出約30%，所以會(huì)有較多的掛渣問(wèn)題。即使使用氬和其它氣體的混合氣切割也會(huì)有粘渣傾向。因此，現(xiàn)已很少單獨(dú)使用純氬氣進(jìn)行等離子切割。

二、數(shù)控等離子切割機(jī)切割速度

除了工作氣體對(duì)切割質(zhì)量有影響外，切割速度對(duì)數(shù)控等離子切割機(jī)的加工質(zhì)量也有重要影響。切割速度：最佳切割速度范圍可按照設(shè)備說(shuō)明選定或用試驗(yàn)來(lái)確定，由于材料的薄厚度、材質(zhì)、熔點(diǎn)高低、熱導(dǎo)率大小以及熔化后的表面張力等因素的影響，切割速度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

其主要表現(xiàn)為：

1.切割速度適度地提高能改善切口質(zhì)量，即切口略有變窄，切口表面更平整，同時(shí)可減小變形。

2.切割速度過(guò)快使得切割的線能量低于所需的量值，切縫中射流不能快速將熔化的切割熔體立即吹掉而形成較大的后拖量，伴隨著切口掛渣，切口表面質(zhì)量下降。

3.當(dāng)切割速度太低時(shí)，由于切割處是等離子弧的陽(yáng)極，為了維持電弧自身的穩(wěn)定，陽(yáng)極斑點(diǎn)或陽(yáng)極區(qū)必然要在離電弧最近的切縫附近找到傳導(dǎo)電流的地方，同時(shí)會(huì)向射流的徑向傳遞更多的熱量。因此，會(huì)使切口變寬，切口兩側(cè)熔融的材料在底緣聚集并凝固，形成不易清理的掛渣，而且切口上緣因加熱熔化過(guò)多而形成圓角。

4.當(dāng)速度極低時(shí)，由于切口過(guò)寬，電弧甚至?xí)纭?/p>

由此可見(jiàn)，良好的切割質(zhì)量與切割速度是分不開(kāi)的。

三、數(shù)控等離子切割機(jī)切割電流

圖2：數(shù)控等離子切割機(jī)切割電源

數(shù)控等離子切割機(jī)切割電流是重要的切割工藝參數(shù)，直接決定了切割的厚度和速度。正確使用數(shù)控等離子機(jī)進(jìn)行高質(zhì)量的快速切割，必須對(duì)切割工藝參數(shù)進(jìn)行深刻地理解和掌握。

1.切割電流增大，電弧能量增加，切割能力提高，切割速度隨之增大。

2.切割電流增大，電弧直徑增加，電弧變粗使得切口變寬。

3.切割電流過(guò)大使得噴嘴熱負(fù)荷增大，噴嘴過(guò)早地?fù)p傷，切割質(zhì)量自然也下降，甚至無(wú)法進(jìn)行正常割。

在等離子切割前選用電源的時(shí)候，不能選擇太大或太小的電源。太大的電源，在切割成本上是一種浪費(fèi)，因?yàn)楦揪陀貌涣四敲创蟮碾娏?。但也不能為了?jié)約切割成本預(yù)算，選用過(guò)小的電源，在實(shí)際切割時(shí)不能達(dá)到切割要求，這樣對(duì)數(shù)控切割機(jī)本身是一種很大的傷害！因此，要根據(jù)材料的厚度正確選用切割電流和相應(yīng)的噴嘴。

四、數(shù)控等離子切割機(jī)噴嘴高度

圖3：數(shù)控等離子切割機(jī)噴嘴高度

數(shù)控等離子切割機(jī)噴嘴高度是指噴嘴端面與切割表面的距離，它構(gòu)成了整個(gè)弧長(zhǎng)的一部分。由于等離子弧切割一般使用恒流或陡降外特征的電源，噴嘴高度增加后，電流變化很小，但會(huì)使弧長(zhǎng)增加并導(dǎo)致電弧電壓增大，從而使電弧功率提高；但同時(shí)也會(huì)使暴露在環(huán)境中的弧長(zhǎng)增長(zhǎng)，弧柱損失的能量增多。

在兩個(gè)因素綜合作用的情況下，前者的作用往往完全被后者所抵消，反而會(huì)使有效的切割能量減小，致使切割能力降低。通常表現(xiàn)為切割射流的吹力減弱，切口下部殘留的熔渣增多，上部邊緣過(guò)熔而出現(xiàn)圓角等。另外，從等離子射流的形態(tài)方面考慮，射流直徑在離開(kāi)割炬口后是向外膨脹的，噴嘴高度的增加必然引起切口寬度加大。所以，選用盡量低的噴嘴高度對(duì)提高切割速度和切割質(zhì)量都是有益的，但是，噴嘴高度過(guò)低時(shí)可能會(huì)引起雙弧現(xiàn)象。采用陶瓷外噴嘴可以將噴嘴高度設(shè)為零，即噴口端面直接接觸被切割表面，可以獲得很好的效果。

五、數(shù)控等離子切割機(jī)電弧功率

數(shù)控等離子切割機(jī)為了獲得高壓縮性的等離子弧切割電弧，切割噴嘴都采用了較小的噴嘴孔徑、較長(zhǎng)的孔道長(zhǎng)度并加強(qiáng)了冷卻效果，這樣可以使得噴嘴有效斷面內(nèi)通過(guò)的電流增

加，即電弧的功率密度增大，但同時(shí)壓縮也使得電弧的功率損失加大。因此，實(shí)際用于切割的有效能量要比電源輸出的功率小，其損失率一般在25%～50%之間，有些方法如水壓縮等離子弧切割的能量損失率會(huì)更大，在進(jìn)行切割工藝參數(shù)設(shè)計(jì)或切割成本的經(jīng)濟(jì)核算時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)問(wèn)題。

在工業(yè)中使用的金屬板厚大多是在50mm以下，在這個(gè)厚度范圍內(nèi)用常規(guī)的等離子弧切割往往會(huì)形成上大下小的割口，而且割口的上邊緣還會(huì)導(dǎo)致切口尺寸精度下降并增加后續(xù)加工量。當(dāng)采用氧和氮?dú)獾入x子弧切割碳鋼、鋁和不銹鋼時(shí)，當(dāng)板厚在10～25mm范圍內(nèi)時(shí)，通常是材料越厚，端邊的垂直度越好，其切割棱邊的角度誤差在1度～4度。當(dāng)板厚小于1mm，隨板厚的減小，切口角度誤差從3°～4°增加到15°～25°。

一般認(rèn)為，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是由于等離子射流在割口面上的熱輸入不平衡所致，即在割口的上部等離子弧能量的釋放多于下部。能量釋放的不平衡，與很多工藝參數(shù)密切相關(guān)，如等離子弧壓縮程度、