提高等离子切割机切割质量方法.doc

中国工矿设备行业B2B平台领导者提高等离子切割机切割质量方法 等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化和蒸发，并借助高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。因其不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，其适用范围比氧切割大得多，几乎能切割所有的金属、非金属、多层及复合材料，其切口窄，切割面质量好，切割速度快，切割厚度可达 160 mm，而且由于等离子弧高温、高速的特点，在切割薄板时也不会变形。特别是在切割不锈钢、钛合金以及有色金属材料领域时，能达到较好的切割质量，因此等离子切割广泛运用于汽车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等行业。1、等离子切割机切割原理等离子切割机是将混合气体通过高频电弧，使一些气体“分解”或离子化，成为基本的原子粒子，从而产生“等离子”。当电弧跳跃到工件上时，高压气体把等离子从割炬烧嘴吹出，出口速度为 8001 000 ms(约 3 马赫)。等离子弧柱的温度极高，可达10 000 30 000 ，远远超过了所有金属或非金属材料的熔点，从而使被切割工件快速熔化，熔化的金属由喷出的高压气流吹走。因此，需要使用排烟和除渣设备。等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属(不锈钢、铝、铜、钛、镍)切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属材料时，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割的 56 倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。等离子切割发展到现在，可采用的工作气体(工作气体是等离子弧的导电介质，又是携热体，同时还要排除切口中的熔融金属)对等离子弧的切割特性以及切割质量、速度都有显著的影响。常用的等离子弧工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气以及某些混合气体。2、等离子弧切割的质量评价标准(1)切口宽度。它是评价切割机切割质量的最重要特征之一，也是反映切割机所能切割最小圆的半径尺寸。它是以切口最宽处的尺寸来计量的，大部分等离子切割机的切口宽度为 01560 mm。造成的影响：a 过宽的切口不仅会浪费材料，也会降低切割速度和增大能耗；b 切口宽度主要与喷嘴孔径有关，一般切口宽度总要比喷嘴孔径大 1040；c 当切割厚度增加时，往往需要使用更大的喷嘴孔径，切口也将随之加宽；d 切口宽度增加，会增大割件的变形量。(2)表面粗糙度。它是用来描述切口表面的外观，确定切割后是否需要再加工的标准，也是测量切口深度 23 处横断面上的 Ra值。由于切割气流的作用在切割前进方向上产生纵向振动的结果，主要形成切割波纹。一般要求氧乙炔法切割后的表面粗糙度：1 级 Ra30m，2 级 Ra50m，3 级 Ra100 m。等离子弧切割的切口 Ra值通常超过火焰切割的水平，但是低于激光切口 Ra值(小于 50 m)。(3)切口棱边方形度。它也是反映切割质量的重要参数，关系到切割后所需要再加工程度。该指标常用垂直度 U 或角度公差来表示。一般等离子弧切割时其 U 值与板厚、工艺参数关系密切，通常 U(14) ( 为板厚)。(4)热影响区宽度。该指标对于那些可硬化或可热处理的低合金钢或合金钢非常重要，过宽的热影响区宽度会明显改变切口附近的性能。空气等离子弧切割的热影响区宽度约 03 mm，水下等离子弧切割时，热影响区宽度还可以更窄。(5)挂渣量。它是描述热切割后在切口下缘粘附的氧化物熔渣或重新凝固材料的多少。挂渣的等级通常是靠肉眼观测来确定的，一般用无、轻微、中等和严重等描述。另外，对割缝直线度、上缘的熔化度以及缺口等也应该有相应的要求。3、等离子弧切割的质量控制措施等离子孤切口的表面质量介于氧气乙炔切割和带锯切割之间，与机械切割相比，等离子弧切割公差偏大。当板厚在 100 mm 以上时，因较低的切割速度而熔化较多的金属，往往形成粗糙切口。良好切口的标准是：宽度要窄，切口横断面呈矩形，切口表面光洁，无熔渣或挂渣，切口表面硬度应不妨碍切割后的机加工。31切口宽度和平面度切口宽度是指由切割束流造成的两个切割面在切口上缘的距离。在切口上缘熔化的情况下，指紧靠熔化层下两切割面的距离。等离子弧往往自切口的上部较下部切去较多的金属，使切口端面稍微倾斜，上部边缘一般呈方形，但有时稍呈圆形。等离子弧切割的切口宽度比氧气乙炔切割的切口宽度宽 1520 倍，随板厚增加，切口宽度也增加。对板厚在 25 mm 以下的不锈钢或铝，可用小电流等离子弧切割，切口的平直度较高，特别是切割厚度 8mm 以下的板材，可以切出小的棱角，甚至不需加工就可直接进行焊接，这是大电流等离子弧切割难以得到的。这为薄板不规则曲线下料和切割非规则孔提供了方便。切割面平面度是指所测部位切割面上的最高点和最低点、按切割面倾角方向所作两条平行线的间距。等离子弧切口表面存在约 025380 mm 厚的熔化层，但其化学成分没有改变。如切割含 w(Mg)5的铝合金时，虽有 025 mm 厚的熔化层，但成分未变，也未出现氧化物。若用切割表面直接进行焊接也可以得到致密的焊缝。切割不锈钢时，由于受热区很快通过 649 的临界温度，碳化铬不会沿晶界析出。因此，用等离子弧切割不锈钢不会影响其耐腐蚀性。32切口熔瘤消除方法在切割面上形成的宽度、深度及形状不规则的缺口，使均匀的切割面产生中断。切割后附在切割面下缘的氧化铁熔渣称为挂渣。以不锈钢为例，由于不锈钢熔化金属流动性差，在切割过程中不容易把熔化金属全部从切口吹掉。不锈钢导热性差，切口底部容易过热，这样切口内残留下未被吹掉的熔化金属，与切口下部熔合成一体，冷却凝固后形成所谓的熔瘤或挂渣。不锈钢的韧性好，这些熔瘤十分坚韧，不容易去除，给机械加工带来很大困难。因此，去除不锈钢等离子弧切割的熔瘤是一个较关键的问题。在切割铜、铝及其合金时，由于其导热性好，切口底部不易和熔化金属重新熔合。这些熔瘤虽“挂”在切口下面，但很容易去除。采用等离子弧切割工艺时，去除熔瘤的具体措施如下：(1)保证钨极与喷嘴的同心度。钨极与喷嘴的对中不好，会导致气体和电弧的对称性被破坏，使等离子弧不能很好地压缩或产生弧偏吹，切割能力下降，切口不对称，引起熔瘤增多，严重时引起双弧，使切割过程不能顺利进行。(2)保证等离子弧有足够功率。等离子弧功率提高，即等离子弧能量增加，弧柱拉长，使切割过程中熔化金属的温度提高和流动性好，这时在高速气流吹力的作用下，熔化金属很容易吹掉，增加弧柱功率可提高切割速度和切割过程的稳定性，使得有可能采用更大的气流量来增加气流的吹力，这对消除切口熔瘤十分有利。(3)选择合适的气体流量和切割速度。气体流量过小吹力不够，容易产生熔瘤。当其他条件不变时，随着气体流量增加，切口质量得到提高，可获得无熔瘤的切口，但过大的气体流量将导致等离子弧变短，使等离子弧对工件下部的熔化能力变差，割缝后拖量增大，切口呈 V 形，反而又容易形成熔瘤。33避免产生双弧转移型等离子弧的双弧现象的产生与具体的工艺条件有关。等离子弧切割中，双弧的存在必然导致喷嘴的迅速烧损，轻者改变喷嘴孔道的几何形状，破坏电弧的稳定条件，影响切割质量；重者使喷嘴被烧损而漏水，迫使切割过程中断。为此，等离子弧切割与等离子弧焊接一样，必须从影响双弧形成的因素着手避免双弧的出现。34大厚度切割质量生产中已能采用等离子弧切割厚度 100200mm的不锈钢，为保证大厚度板的切割质量，应注意以下工艺特点。(1)随切割厚度的增加，需熔化的金属量也增加，因此所要求的等离子弧功率比较大。切割厚度80 mm 以上的板材时，等离子弧功率为 50100 kW。为了减少喷嘴与钨极的烧损，在相同功率时，以提高等离子弧的切割电压为宜。为此，要求切割电源的空载电压在 220 V 以上。(2)要求等离子弧呈细长形，挺度好，弧柱维持高温度的距离要长。即轴向温度梯度要小，弧柱上温度分布均匀。这样，切口底部能得到足够的热量保证割透。如果再采用热焓值较大、热传导率高的氮、氢混合气体效果更好。(3)转弧时，由于有大的电流突变，往往会引起转弧过程中电弧中断、喷嘴烧坏等现象，因此要求设备采用电流递增转弧或分级转弧的办法。一般可在切割回路中串入限流电阻(约 04 )，以降低转弧时的电流值，然后再把电阻短路掉。(4)切割开始时要预热，预热时间根据被切割材料的性能和厚度确定。对于不锈钢，当工件厚度为200 mm 时，需预热 820 s；当工件厚度为 50 mm时，需预热 2535 s。大厚度工件切割开始后，要等到沿工件厚度方向都割透后再移动割炬，实现连续切割，否则工件将切割不透。收尾时要待完全割开后才断弧。(4)质量控制措施。为避免焊接缺陷，在焊前应严格执行清理程序；为控制焊缝两侧的错位量，采用了焊接夹具并进行定位焊；为避免焊接壳体内壁的氧化，采用了内部充氩保护。5、结论(1)马氏体沉淀硬化不锈钢具有良