火焰等离子切割工艺

1、火焰切割工艺影响钢板火焰切割质量的三个基本要素（气体、切割速度、割嘴高度） 1气体 氧气：氧气是可燃气体燃烧时所必须的，以便为达到钢材的点燃温度提供所需的能量；另外，氧气是钢材被预热达到燃点后进行燃烧所必须的。 切割钢材所用氧气必须要有较高的纯度，一般要求在99.5%以上，氧气纯度每降低0.5%，钢板的切割速度就要降低10%左右。如果氧气纯度降低0.8%-1%，不仅切割速度下降15%-20%，同时，割缝也随之变宽，切口下端挂渣多并且清理困难，严重影响切割质量，同时气体消耗量也随着增加。可燃性气体：火焰切割中，常用的可燃性气体有乙炔、煤气、天然气、丙烷等，国外有些厂

2、家还使用MAPP，即：甲烷+乙烷+丙烷。 一般来说，燃烧速度快、燃烧值高的气体适用于薄板切割；燃烧值低、燃烧速度缓慢的可燃性气体更适用于厚板切割，尤其是厚度在200mm以上的钢板，如采用煤气或天然气进行切割，将会得到理想的切割质量，只是切割速度会稍微降低一些。 相比较而言，乙炔比天然气要贵得多，但由于资源问题，在实际生产中，一般多采用乙炔气体，只是在切割大厚板同时又要求较高的切割质量以及资源充足时，才考虑使用天然气。 火焰的调火  通过调整氧气和燃气的比例一般可以得到三种切割火焰：中性焰（即正常焰），氧化焰，还原焰正常火焰的特征是在其还原区没有

3、自由氧和活性碳，有三个明显的区域，焰芯有鲜明的轮廓（接近于圆柱形）。焰芯的成分是乙炔和氧气，其末端呈均匀的圆形和光亮的外壳。外壳由赤热的碳质点组成。焰芯的温度达1000。还原区处于焰芯之外，与焰芯的明显区别是它的亮度较暗。还原区由乙炔未完全燃烧的产物氧化碳和氢组成，还原区的温度可达3000左右。外焰即完全燃烧区，位于还原区之外，它由二氧化碳和水蒸气、氮气组成，其温度在12002500之间变化。 氧化焰是在氧气过剩的情况下产生的，其焰芯呈圆锥形，长度明显地缩短，轮廓也不清楚，亮度是暗淡的；同样，还原区和外焰也缩短了，火焰呈紫蓝色，燃烧时伴有响声，响声大小与氧气的压力有关，氧化焰的温度高

4、于正常焰。如果使用氧化焰进行切割，将会使切割质量明显地恶化。 还原焰是在乙炔过剩的情况下产生的，其焰芯没有明显的轮廓，其焰芯的末端有绿色的边缘，按照这绿色的边缘来判断有过剩的乙炔；还原区异常的明亮，几乎和焰芯混为一体；外焰呈黄色。当乙炔过剩太多时，开始冒黑烟，这是因为在火焰中乙炔燃烧缺乏必须的氧气造成的。 预热火焰的能量大小与切割速度、切口质量关系相当密切。随着被切工件板厚的增大和切割速度的加快，火焰的能量也应随之增强，但又不能太强，尤其在割厚板时，金属燃烧产生的反应热增大，加强了对切割点前沿的预热能力，这时，过强的预热火焰将使切口上边缘严重熔化塌边。太弱的预热火焰，又会使

5、钢板得不到足够的能量，逼使减低切割速度，甚至造成切割过程中断。所以说预热火焰的强弱与切割速度的关系是相互制约的。一般来说，切割200mm以下的钢板使用中性焰可以获得较好的切割质量。在切割大厚度钢板时应使用还原焰预热切割，因为还原焰的火焰比较长，火焰的长度应至少是板厚的1.2倍以上。 2.切割速度   钢板的切割速度是与钢材在氧气中的燃烧速度相对应的。在实际生产中，应根据所用割嘴的性能参数、气体种类及纯度、钢板材质及厚度来调整切割速度。切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。如果想人为地调高切割速度来提高生产效率和用减慢切割速度来最佳地改善切割断

6、面质量，那是办不到的，只能使切割断面质量变差。过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷，严重的有可能造成切割中断；过慢的切割速度会使切口上边缘熔化塌边、下边缘产生圆角、切割断面下半部分出现水冲状的深沟凹坑等等。 通过观察熔渣从切口喷出的特点，可调整到合适的切割速度。 在正常的火焰切割过程中，切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度，其对应的偏移叫后拖量。速度过低时，没有后拖量，工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的运行速度，火花束就会向相反的方向偏移，当火花束与切割氧流平行时，就认为该切割速度正常。速度过高时，火花束明显后偏。3割嘴与被切工件表面的高

7、度 在钢板火焰切割过程中，割嘴到被切工作表面的高度是决定切口质量和切割速度的主要因素之一。不同厚度的钢板，使用不同参数的割嘴，应调整相应的高度。为保证获得高质量的切口，割嘴到被割工件表面的高度，在整个切割过程中必须保持基本一致。 4.热变形的控制 在切割过程中，由于对钢板的不均匀的加热和冷却，材料内部应力的作用将使被切割的工件发生不同程度的弯曲或移位即热变形，具体表现是形状扭曲和切割尺寸偏差。由于材料内部应力不可能平衡和完全消除，所以只能采取一些措施来设法减少热变形。一般可以采用切割过程中喷水，切割之前将钢板电焊在割台上或者优化切割工艺来改善变形量。5.钢板表面预

8、处理 钢板从钢铁厂经过一系列的中间环节到达切割车间，在这段时间里，钢板表面难免产生一层氧化皮。再者，钢板在轧制过程中也产生一层氧化皮附着在钢板表面。这些氧化皮熔点高，不容易燃烧和熔化，增加了预热时间，降低了切割速度；同时经过加热，氧化皮四处飞溅，极易对割嘴造成堵塞，降低了割嘴的使用寿命。所以，为了达到完美的切割效果，在切割前，可以对钢板表面进行除锈预处理。 常用的方法是抛丸除锈，之后喷漆防锈。即将细小铁砂用喷丸机喷向钢板表面，靠铁砂对钢板的冲击力除去氧化皮。 二.数控火焰切割质量缺陷与原因分析 在实际生产过程中，经常会产生这样或那样的质量问题，一般有如下

9、几种缺陷：边缘缺陷，切割断面缺陷，挂渣、裂纹等。而造成质量事故的原因很多，如果氧气纯度保证正常，设备运行正常，那么造成火焰切割质量缺陷的原因主要表现在如下几个方面：割炬、割嘴、钢材本身质量、钢板材质。1上边缘塌边 上边缘熔化过快，造成圆角塌边。 切割速度太慢，预热火焰太强； 原因：割嘴与工件之间的高度太高或太低；使用的割嘴号太大，火焰中的氧气过剩。2.在切割的上边缘形成一串水滴状的熔豆。原因：钢板表面锈蚀或有氧化皮； 割嘴与钢板之间的高度太小，预热火焰太强；割嘴与钢板之间的高度太大。3.上边缘塌边并呈现房檐状原因： 预热火焰太强； 割

10、嘴与钢板之间的高度太低； 切割速度太慢；割嘴与工件之间的高度太大，使用的割嘴号偏大，预热火焰中氧气过剩。 4.切割断面的上边缘有挂渣原因： 割嘴与工件之间的高度太大，切割氧压力太高；预热火焰太强。5.切割断面凹凸不平，即平面度差 原因：切割氧压力太高； 割嘴与工件之间的高度太大；割嘴有杂物堵塞，使风线受到干扰变形6.割缝上宽下窄原因：切割速度太快； 割嘴与工件之间的高度太大，割嘴有杂物堵塞，使风线受到干扰变形。7.割缝上窄下宽原因：切割速度太快，切割氧压力太高； 割嘴号偏大，使切割氧流量太大； 割嘴与工件之间的高度

11、太大； 8.切割断面凹陷 原因： 切割速度太快； 使用的割嘴太小，切割压力太低，割嘴堵塞或损坏； 切割氧压力过高，风线受阻变坏。 9.切割断面呈现出大的波纹形状原因： 切割速度太快； 切割氧压力太低，割嘴堵塞或损坏，使风线变坏；使用的割嘴号太大。 10.切口垂直方向的角度偏差原因： 割炬与工件面不垂直；风线不正。 11.切口下边缘成圆角 原因： 割嘴堵塞或者损坏，使风线变坏；切割速度太快，切割氧压力太高。 。 12.切割断面割纹向后偏移很大，同时

12、随着偏移量的大小而出现不同程度的凹陷。 原因： 切割速度太快； 使用的割嘴太小，切割氧流量太小，切割氧压力太低；割嘴与工件的高度太大。 13.在接近上边缘处，形成一定程度的割纹超前量。 原因： 割炬与切割方向不垂直，割嘴堵塞火损坏风线受阻14.在靠近切割断面下边缘处出现割纹超前量太大。 原因： 割嘴堵塞或损坏，风线受阻变坏； 割炬不垂直或割嘴有问题，使风线不正、倾斜。 15在切割断面的下边缘产生连续的挂渣。 原因： 切割速度太快或太慢，使用的割嘴号太小，切割氧压力太低；预热火

13、焰中燃气过剩，钢板表面有氧化皮锈蚀或不干净；割嘴与工件之间的高度太大，预热火焰太强。 16.在切割断面上有挂渣，尤其在下半部分有挂渣。 原因： 合金成份含量太高。 17.在切割断面上出现可见裂纹，或在切割断面附近的内部出现脉动裂纹，或只是在横断面上可见到裂纹。 原因： 含碳量或含合金成份太高，采用预热切割法时，工件预热温度不够，工件冷却时间太快，材料冷作硬化。三火焰切割气管，汇流排，分流排的选用1.蓝讯数控切割机火焰切割采用的气管6mm：电磁阀和割枪的燃气、氧气连接气管8mm：设备进气口到电磁阀的燃气、氧气连接气管10mm：如果配有直

14、条切割，则设备燃气进气管为10mm，以增加供气量13mm：如果配有直条切割，则设备氧气进气管为13mm，以增加供气量2.汇流排设备需要切割厚板，或配有直条切割，由于用气量很大，单瓶气体供应不上，所以需要加装汇流排来增加供气量，一般氧气汇流排与燃气汇流排一起配合使用，常见的有10+6/5+3的，即10瓶氧气配合6瓶燃气，或者5瓶氧气配合3瓶燃气。 需要注意的是，在打开或关闭分流排上的阀门时一定要缓慢，以免压力波动太大给设备造成影响。3.分流排原理同汇流排一样，分流排可以把气路分成很多组，每组可以单独接割枪，这就可以实现两根气管供应多把割枪的工作，直条切割机一般都配有分流排。等离子切割工艺等离子工

15、作原理等离子是加热到极高温度并被高度电离的气体，它将电弧功率将转移到工件上，高热量使工件熔化并被吹掉，形成等离子弧切割的工作状态。压缩空气进入割炬后由气室分配两路，即形成等离子气体及辅助气体。等离子气体弧起熔化金属作用，而辅助气体则冷却割炬的各个部件并吹掉已熔化的金属。切割电源包括主电路及控制电路两部分，主电路包括接触器，高漏抗的三相电源变压器，三相桥式整流器，高频引弧线圈及保护元件等组成。切割工艺过程：预通气主电路供电高频引弧切割过程息弧停止。等离子电源工作气体的种类 工作气体包括切割气体和辅助气体。选择工作气体，通常是以切割材料的种类、厚度和切割方式为依据而定的。最常见的工作气体

16、有：氩气、氮气、氧气、空气以及H35、氩-氮混合气体等。  氩气（Ar）：在高温时几乎不与任何金属发生反应，Ar等离子弧很稳定。而且所使用的喷嘴与电极有较高的使用寿命。但Ar等离子弧的电压较低，焓值不高，切割能力有限，与空气切割相比其切割的厚度大约会降低25%。另外，在Ar保护环境中，熔化金属的表面张力较大，要比在N2环境下高约30%，所以会有较多的挂渣问题。即使使用Ar和其它气体的混合气切割也会有粘渣问题。因此，现如今已很少单独使用纯Ar进行等离子切割。    氮气（N2）：是一种常用的工作气体，在有较高电源电压的条件下，N2等离子

17、弧有较好的稳定性和比氩气更高的射流能量，即使是切割液态金属粘度大的材料如不锈钢和镍合金时，切口下缘的挂渣量也很少。N2可以单独使用，也可以同其它气体混和使用，如自动化切割时经常使用N2或空气作为工作气体，这两种气体已经成为高速切割碳素钢的标准气体。有时氮气还被用作氧等离子弧切割时的起弧气体。   氧气(O2)：可以提高切割低碳钢材料的速度。使用O2进行切割时，切割模式与火焰切割相似，高温高能的等离子弧使得切割速度更快，但是必须配合使用抗高温氧化的电极，同时对电极进行起弧时的防冲击保护，以延长电极的寿命。 空气：空气中含有体积分数约78%的N2，所以利用空

18、气切割所形成的挂渣情况与用N2切割时很想像；空气中还含有体积分数约21%的O2，因为氧的存在，用空气的切割低碳钢材料的速度也很高；同时空气也是最经济的工作气体。但单独使用空气切割时，会有挂渣以及切口氧化、增氮等问题，而且电极和喷嘴的寿命较低也会影响工作效率和切割成本。 氢气(H2)：通常是作为辅助气体与其它气体混和作用，如著名的气体H35（H2的体积分数为35%，其余为Ar）是等离子弧切割能力最强的气体之一，这主要得利于H2。由于H2能显著提高电弧电压，使氢等离子射流有很高的焓值，当与Ar混合使用时，其等离子射流的切割能力大大提高。一般对厚度70mm以上的金属材料，常用ArH2作为切

19、割气体。若使用水射流对ArH2等离子弧进一步压缩，还可获得更高的切割效率。 在实际切割过程中，客户还是需从自己的切割要求和经济成本出发，综合考虑，选择合适的工作气体来进行切割。等离子电源的质量评价一款等离子电源的好坏主要有一下几个方面：1. 暂载率。暂载率指等离子电源能连续工作的时间，一般为100%，质量稍差的电源可能只有80%甚至60%，即工作10分钟必须要休息24分钟2. 切割效率。好的等离子电源能以更快的速度，更小的电流进行切割3. 切割厚度。好的等离子电源在同样电流的情况下可以切割更厚的钢板4. 切割质量。好的等离子电源切割断面光滑无刮渣，质量稍差的切割断面倾斜严重。等离子电

20、源与数控系统之间的接线等离子电源与数控系统之间一般主要有两组线需要连接，即起弧控制线和弧压取样线，不同的电源内部结构不一样，但是接线原理是相同的。起弧接口：不同电源接线定义不一样，如果不了解如何接起弧线，一般可通过说明书了解，接线之前先测试，将等离子电源装好，通气通电后短接起弧线等离子可以起弧说明起弧线是正确的。取样接口：任何机用等离子电源都可以输出切割弧压，通用的取弧压方法为：1. 用万用表测量割枪的气电输出端，找到气电输出接到电源内部什么地方（一般为电路板接口，或者接线螺丝），此处即为弧压负极。2. 用万用表测量等离子电源的地线，找到地线与电源内部什么地方相通，（一般为电路板上接口，或者接

21、线螺丝），此处为弧压的正极。3. 注意找到取样点时要绕开电源内部的高频线圈再接线。下面以几种常见的国内外电源为例，看看如何取等离子切割弧压。下图为美国海宝105等离子电源，电源侧盖打开之后可以看到侧面的一块控制主板，万用表打到通断档可以测出主板上J28与割枪气电输出相通，此点为弧压负极，同样的也可以测量出地线是与WORK LEAD相通的，所以此处为弧压正极。下图为成都华远LGK120A等离子电源，打开外壳可以看到上部靠近面板处有一块弧压输出板，上面标有1:1弧压以及正负，此处即为华远电源的弧压取样点。下图为常州九圣CUT100A等离子电源，面板上有两个航插，分别标注有起弧接口弧压接口。直接接航

22、空插头即可。等离子切割对气路、电路的要求（空压机，气管，油水分离器，干燥机）空压机：等离子电源工作时需要提供压缩气体，不管是何种等离子电源，我们要求进气气压不能低于0.6MP（1MP=10.5Kg），考虑到管路损失我们要求配备的空压机输出压力不得小于0.8MP。上图为常见等离子切割用空压机，其额定压力为0.8MP左右，额定功率8KW左右，排气量为1m³/min左右。另外，为了防止气量供应不足，还需要求空压机输气管应采用内径为8MM以上的橡胶软管，长度一般不能超过30M。为了达到完美的切割质量，还必须要求压缩机所提供的空气干燥无油水。因此一般建议用户加装油水分离器和空气干燥机，安装示意

23、图如下： 一般电源自带有空气过滤器，上面的空气滤杯可以过滤一部分油水，但是其功能有限，同空压机一样，当滤杯中的水装满时要及时排水，否则不仅影响切割质量，还会造成电机喷嘴，甚至等离子电源的损坏。等离子切割对接地的要求由于任何等离子在气割时都会产生干扰电流，这些干扰轻则导致设备电气系统（数控系统、PLC控制器、电机驱动器、调高控制器等）工作不可靠、不稳定，重者导致设备等离子切割时不按正常轨迹行走（乱走）、不按正常轨迹切割（乱割）。而解决等离子干扰的一个非常重要的措施就是等离子接地，等离子接地是否良好、可靠对数控等离子切割机能否正常可靠工作起着至关重要的作用，因此，为了使数控等离子切割机能长期正常可

24、靠稳的定工作并发挥出最大效率，一定要重视等离子接地！具体接地方法以龙门机为例：如图，龙门机割台不能与导轨安装基础之间不得有任何金属搭接，同时在左右地基两头端部要用40*8mm 扁铁电焊起来，为了降低接触电阻，要求扁铁与地基的接触四周焊缝必须满焊，不能点焊。另外基础应该可靠的接地，具体接地方法如下图：制作此接地装置，需要准备的材料有：1、 直径为100毫米，长度为3米的镀锌圆管，底部事先封闭好； 2、 直径为40毫米，长度为3.5米 的铜棒（紫铜棒更好）； 3、 长1米、宽1米、厚46mm的45#钢板一块； 4、 铜芯直径为8毫米的铜芯电缆线，长度需根据切割机床与等离子接地极距离来定； 5、 土

25、（粘土、黑土），木碳粉，炉渣，石墨粉，石灰粉，食用盐若干； 6、 接地附件（DT-70型号铜鼻子两只、M10*16外六角压接螺栓2只）。 具体接地步骤为：1 在数控切割机床附近潮湿的地方（厂房外面）挖一个锥形的坑，坑的深度2.53米，底部为1.5米的正方，顶部是2米的见方。要求在距离此坑5米直径范围内再无仸何其它接地极； 2 将人工化学处理后的土壤（粘土、黑土，木碳粉，炉渣，石墨粉，石灰粉，食用盐等进行化学混合）填入坑底部，填入厚度40mm左右；3 在填入的土壤表面表面倒入5kg食用盐，然后灌入足够的水，保证水面漫出坑底部10mm； 4 将1米x1米的钢板放入此坑底部，用工具将此钢板与坑底土壤

26、压紧夯实； 5 将直径100毫米、长度为3米、底部封闭的镀锌管，垂直放入坑中央，镀锌管底部与下面钢板接触良好；6 将直径40毫米、长度3.5m的铜棒插入镀锌管中； 7用人工化学处理后的土壤（粘土、黑土，木碳粉，炉渣，石墨粉，石灰粉，食用盐等进行化学混合）填入此坑内。填坑时，要求边填事先人工混合过的化学土壤，边浇水，边填盐，填满为止； 8将镀锌管内注满饱和食盐水9. 然后用化学混合土、水将镀锌管和铜棒隔离开10然后用化学处理后的土壤、水将此坑填满。 11. 将接地极使用铜芯直径8mm以上的铜芯电缆线连接到数控切割机机床上。影响等离子切割效果的因素1. 割嘴高度：切割时割嘴距离钢板的高度一般为2-5mm，由于等离子电弧为弧形，所以高度过高或过低都会时断面斜度变大。另外如果高度太高，等离子无法将钢板击穿，不能成功起弧，如果高度太低，割嘴距离钢板太近则很容易烧坏电极喷嘴。2. 切割电流：电流越大，等离子的功率越大，切割能力越强，但同时等离子弧随着电流的增大会变粗，使得割缝变宽、电极喷嘴寿命