等离子加工技术在国内外的发展现状与展望8

1、等离子加工技术在国内外的发展现状与展望摘 要随着高新技术的不断发展，各种高新设备也应运而生，然而要加工制作这些设备就要使用更先进的加工设备。而等离子加工技术就是其中一种比较适合的新型加工技术。因此，本文通过对等离子加工技术的加工原理，发展程度及应用前景的分析，得出了我国发展等离子加工技术的必要性。并对其他国家在等离子加工技术方面的发展水平进行了评估，一期对我国的等离子加工技术的发展提供一些助力。关键词：等离子； 加工； 等离子弧焊； 等离子切割AbstractWith the rapid development of technology and technological advances

2、in human civilization, people are no longer satisfied with the areas known to us, but toward the sea, outer space, such as those we do not know the area forward. To enter these areas must have more advanced tools. And to create these tools, there must be more advanced processing technology. Plasma p

3、rocessing technology in this environment came into being under. However, plasma processing technology which applications for those areas, what are the advantages of the development now there are those limitations and shortcomings? This paper put forward their own views on these issues, hoping for ou

4、r technological development in this area make useful reference.Key words: plasma； processing； plasma arc welding； plasma cutting引言随着科技技术的迅猛发展和人类文明的不断进步，人们已不再满足于我们已知的领域，而是向着海洋，外太空等这些我们未知的领域迈进。要进入这些地带就必须有更加先进的工具。而要制造这些工具就必须有更加先进的加工工艺。等离子加工技术就在这样的大环境下应运而生了。然而等离子加工技术有哪些应用，适用于那些领域，有哪些优点，在现在的发展上还有那些局限性和不足

5、？本文对这些问题提出自己的看法，希望能对我国在这方面技术的发展提出有益的参考。1等离子弧的产生等离子弧是一种经过压缩作用而形成的能量密度大（能量密度可达105106）W/cm2)、温度高（弧柱中心温度1800024000K），焰流速度大（可达300m/以上 ）的电弧，它的产生主要靠以下三种压缩作用：1、机械压缩：利用水冷喷嘴的孔道限制弧柱直径，来提高电弧的能量密度、温度和流速；2、热压缩：由于水冷喷嘴温度较低，从而在喷嘴内壁建立起一层冷气膜，迫使弧柱导电断面进一步减少，电流密度进一步提高；3、磁压缩：弧柱电流本身产生的磁场对弧柱有压缩作用，电流密度愈大，磁收缩作用愈强。 图a 图b等离子弧加工

6、的产生原理2等离子弧的特点等离子弧与钨极氩弧相比具有下列特点：（1）电弧能量集中和温度高（2）电弧挺直性好钨极氩弧的扩散角约为45°，呈圆锥形，而等离子弧的扩散角仅5°左右.。弧长的变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小。（3）等离子弧的稳定性高微束等离子弧，当电流小于1A以下仍有较好的稳定性。3等离子弧的种类 等离子弧按电源连接方式可分为非转移型，转移型和联合型三种形式。3.1非转移型等离子弧钨极接电源负端，喷嘴接电源正端，等离子弧体产生在钨极与喷嘴之间，在等离子气流压送下，弧焰从喷嘴中喷出，形成等离子焰，可切割非金属材料。3.2转移型等离子弧钨极接电源负端，工件接电

7、源正端，等离子产生于钨极与工件之间，转移弧难以直接形成，必须先引燃非转移弧，然后才能过渡到转移弧。主要用于金属的焊接与切割。3.3联合型等离子弧工作时转移弧和非转移弧同时存在，主要用于微束等离子弧焊接和粉末堆焊。4等离子加工技术的种类等离子加工技术包括等离子弧切割和等离子弧焊接等4.1等离子弧切割等离子弧切割是利用极细而高温的等离子弧，使局部金属迅速熔化，再用气流把熔化的金属吹走的切割方法。等离子弧切割由于切割效率高、损耗低、适用范围广等优点已广泛应用于各类工程建设、制造等行业。 等离子弧切割过程不是依靠氧化反应来切割金属，而且靠电弧本身热量熔化被割金属，通过高速气流排除熔渣。它比氧燃气火焰切

8、割的适用性更广，可以对各种材料进行下料，切割出不同直径的圆形工件，也可以借助仿型和数控装置结合起来进行各种曲线形零件的切割。它还具有切割速度快、切口处变形量小的特点4.11等离子切割的起弧方式等离子弧切割一般有两种起弧方式：（1）接触式：即把与极针绝缘的喷嘴贴在工件（联接切割电源正端）上，然后把高频高压电流加到联接电源负端的电极针（钨针），使极针喷出电弧，电弧在电压、气压、磁场作用下形成等离子弧，通过大电流维持等离子弧稳定燃烧，然后稍抬高喷嘴（避免炽热的工件损坏喷嘴），开始切割。这种切割方式多适用于小电流小功率的切割机。接触式起弧原理（2） 转移弧式（维弧式）：即把电源正端通过一定的电阻和继电

9、器开关联接到喷嘴上，使得极针与喷嘴间形成电弧（由于有电阻限流，电弧较小），然后把喷嘴靠近直接联接电源正端的工件上，极针与工件间便形成能量更大的电弧，电弧被压缩后形成等离子弧，而喷嘴与电源正端的联接被断开，开始切割。转移弧式切割方式可以避免电弧在气压的作用下偏离喷嘴中心而损坏喷嘴。此种方式适用于大功率切割机。 维弧式起弧原理4.2等离子弧焊接借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法，叫等离子弧焊。4.21等离子弧焊接的优点（1）弧柱温度高，能量密度大，加热集中，熔透能力强，可以高速施焊，生产率高。（2）等离子弧工作稳定，焊接参数调节范围宽，可焊接极薄的金属。但当金属

10、厚度超过89mm时，成本较高。（3）热影响区窄，焊接变形小。5等离子弧加工的不足之处5.1气压稳定性不足若工作气压过低，造成等离子弧的喷出速度减弱，而无法形成高能量、高速度的等离子弧，从而造成切口质量差、切不透、切口积瘤的现象。若工作气压过大，过大的气流会使弧柱能量分散，减弱了等离子弧的切割强度。因此，在切割过程中，应选择合适的气压值，最好与说明书上要求的气压值一致，以免影响切割精度。5.2交流电压不稳等离子切割机内部主回路元件故障是导致输入交流电压不稳的原因之一。而电路元件损坏主要是由于切割过程中控制器积累灰尘造成，因此操作人员应定期清理控制器。另外由于等离子切割机使用时消耗电量较大，若同时

11、与大型用电设备一起运行，极有可能造成供电电压不稳而影响等离子电弧的稳定性。5.3地线接触不良接地是切割前必不可少的准备工作，它不仅影响了切割质量还影响操作人员的人身安全。接地应备有专用的接地工具，还要杜绝因长期使用而严重老化的地线，以免造成地线与工件接触不良而影响等离子弧稳定性。5.4起弧不稳由高频振荡器激发电极与喷嘴内壁之间的气体，产生高频放电，使气体局部电离而形成小弧，并受压缩空气的作用，从喷嘴喷出以引燃等离于弧。这一系列的工序都是由火花发生器完成。火花发生器若无法自动断弧，通常是由于控制线路板元件失调或者火花发生器的放电电极间隙不合适造成的。因此应定期检查火花发生器放电极，适时调整火花发

12、生器的放电电极间隙。5.5割嘴、电极损坏在切割过程中割炬喷嘴和电极烧损，不仅会增加使用成本，还会造成等离子弧不稳定。在更换切割机的时候检查切割机割嘴是否按要求安装完成，定期对割炬割嘴和电极进行维护、检修6等离子加工设备6.1国内的等离子加工机床 等离子切割机 等离子抛光6.2国外的等离子加工设备 数控等离子冲床、钻床、剪切机数控等离子切割机 等离子燃烧器环路 等离子粉末焊接机 7国内外等离子加工技术的发展程度7.1下面是国外一些等离子生产厂家的等离子加工设备（可以用于切割6之50毫米厚度的金属）美国海宝Max200在最大生产能力下的切割碳钢切割速度为1193mm/min；手持系统暂载率为80%

13、，在最大生产能力下切割低碳钢速度为254mm/min。 美国海宝1650等离子电源 HF280i为类激光机用等离子，可以切割各种金属，穿孔厚度40mm（在配备具有动态穿孔功能的自动弧压调高的条件下），最小切割厚度0.5mm，质量切割厚度50mm，无熔渣厚度 25mm，最大切割厚度70mm；功率76KVA；德国凯尔贝类激光等离子电源 HF280i7.2国内一些厂家的等离子加工设备 最大切割厚度为8mm(碳钢)便携式等离子切割机经过作者在网上的搜索，我国国内已经有了一部分等离子加工设备的生产厂家。如武汉领航数控科技有限公司等，但数量相对较少，且与国外的一些同类厂家相比技术较为落后。而且设备加工金属

14、的厚度相对较浅。然而国外一些等离子设备生产厂家如美国的海宝、飞马特 德国凯尔贝类、法国SAF、英国牛津仪器公司等在等离子加工技术方面国外开发等离子加工技术较早。技术较为成熟。金属切割厚度都较大。一般可以达到40毫米以上。另外由于国外一些重要的高精度机床设备和仪器对我国实行封锁禁运，而这些精密设备仪器正是我国发展国防工业和尖端技术所迫切需要的。所以总体说来，我国在等离子加工等方面与国外还有相当大的差距。8等离子加工的发展前景我国生产的数控等离子切割机的数控系统多是在引进国外数控技术的基础上，加以自主开发而成，并逐步形成了更能适应国内用户的数控系统。总体来说，在数控系统方面具备了国外同类系统的基本

15、功能，但与国外先进的数控系统相比，在错误记录、网络化生产、全自动生产等方面还存在较大差距。国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型（轻型）、门型（小型）、龙门型（大型）3个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控等离子切割技术最高水平的厂家主要集中在欧美，如美国hypertherm公司的精细等离子切割机的切割精度已达激光切割下限，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发出五轴控制系统的龙门式专用切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹，利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。相比之下，国内虽然十字架型、门型、龙门型都

16、有所生产，但广度不够，生产厂家产品型号较为单一，尚无龙门式专用型材切割机产品。近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，国外的大型水下等离子切割法、精细等离子切割法等先进等离子切割技术得到较快发展，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在我国的等离子切割设备生产行业中，由于缺乏等离子切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了等离子切割技术的进一步发展和运用。9结束语我国数控切割机每年市场需求量约在400500台之间，产品主要以数控等离子切割机为主。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤

17、其是数控等离子切割市场的发展潜力是巨大的。参考文献1白基成,郭永丰,刘晋春. 特种加工技术M.哈尔滨工业大学出版社,2006 2李指俊,冯同建. 特种加工技术及其发展趋势J. 机械制造1996(4) 3郑哲敏,杨振声.爆炸加工M.国防工业出版社,1981 4吴为民,高文胜,刘娆,许东卫.液中放电金属冲压成形研究J.电加工,1998(5). 5YU Z Y.A tendon .study of 3D micro-ultra sonic machiningJ.Journal of Manufacturing Science and Engineering,2004(126):723-731.6Tohru Ishida, Seiichi Kogure, Yasuhito Miyake, et al. Creationof long curved hole by means of electrical discharge