數控等（děng）離子切割機質量切割五大參量（liàng）研究

　　數控（kòng）等離子切割機的加工質量對於企業生產具有（yǒu）十分重要的意義（yì），在目前等離子（zǐ）切割所應用的（de）多個（gè）領域中，對於精度及（jí）坡口斜度的改進將為企（qǐ）業的二次加工帶（dài）來顯著效益，武漢嘉（jiā）倍德科技在多年的數控等離子切割機設備研發（fā）及相關工藝技術改進過程中，總結了影響等離子切割質量的五（wǔ）項重要參量，為方便（biàn）用戶深入了解這五大參量對（duì）於數（shù）控等離（lí）子切割機（jī）加工（gōng）質量的改進與實際操作，下麵我們將分別予（yǔ）以介紹（shào）。

一、數控等離子切割（gē）機工作氣體
　　數控等離子切割機工（gōng）作氣體與流量是（shì）影響切割質量效果的一項主要（yào）參數（shù），目（mù）前所普遍采用空氣等離（lí）子切（qiē）割僅為眾多工（gōng）作氣體中的一類，概因使用成本相（xiàng）對較低而得到廣泛普及，但從加工效果（guǒ）來說（shuō）的確有所欠（qiàn）缺，我們所指的數控等離子切割機工作氣體包括（kuò）切割氣體和輔（fǔ）助氣體，有些設備（bèi）還要（yào）求起弧氣體（tǐ），通常要根據切割材料的種類，厚度和切割（gē）方法來選擇合適的工（gōng）作氣體。切割氣體既要保證等離（lí）子射流的（de）形成，又要保證去除切口中的熔融金屬和氧化物。過大的氣（qì）體流（liú）量會帶走更多的（de）電弧熱量，使得射流的長度變短（duǎn），導致切割能力下（xià）降和電弧不穩；過小的氣體流量則使等離子弧失去應（yīng）有（yǒu）的挺直度而使切（qiē）割的深度變淺，同時也（yě）容易產生（shēng）掛渣；所以氣體流量一定要與切割電流和速度很好的配合。現在的等離子弧切割機大多靠氣體壓（yā）力來控製流量，因為當割炬孔徑一（yī）定時，控製了氣體壓力（lì）也就控製了流量。切（qiē）割一定（dìng）板厚材料（liào）所使用的氣（qì）體壓力通常要按照（zhào）客戶提供的數（shù）據（jù）選擇，若（ruò）有（yǒu）其它的特殊應用時，氣體（tǐ）壓力需要通過實際切割試驗來確定。
　　最常用的工作氣（qì）體（tǐ）有：氬氣、氮（dàn）氣、氧氣、空氣以（yǐ）及H35、氬-氮混合氣體等（děng）。
　　1. 空氣中含有（yǒu）體積分數約78%的氮氣，所以利用空氣切割（gē）所形成的掛渣情況（kuàng）與用氮氣（qì）切（qiē）割時很想像；空氣中還含有體積分數約21%的氧氣，因為氧的存在，用空氣的切（qiē）割低碳（tàn）鋼材料的速度也很高；同時空氣也是最經濟的工作氣體。但單獨使用空氣切割時，會有掛渣以及切（qiē）口氧化、增氮等問題，而且電極和噴嘴（zuǐ）的壽命較低也會影響（xiǎng）工作效（xiào）率（lǜ）和切割成本。
　　2. 氧氣可以提高切割低碳鋼材料的速度（dù）。使用氧氣進行切割時，切割（gē）模式與火焰切割很想像（xiàng），高溫高能的等離子弧使得切割（gē）速度更快，但是必須配合使用抗高溫氧（yǎng）化的電極，同時對電極進行起弧時的防（fáng）衝（chōng）擊保護，以延長電極的壽（shòu）命。
　　3. 氫氣通常是作為輔助氣（qì）體與其它氣體混和（hé）作（zuò）用（yòng），如著名的氣體H35（氫（qīng）氣的體積分數為35％，其餘為氬氣）是等離子弧切割能力最強的氣體之一，這主要得利於氫氣。由於氫氣能顯著提高電（diàn）弧電壓，使氫等離子射流有很（hěn）高的焓值，當與氬氣混合使（shǐ）用時，其等離子射流的切割能力大大提高。一般對厚度70mm以上的金屬材（cái）料，常用氬＋氫作為切割氣體。若使用水射流對氬＋氫氣等離子弧進一步壓縮，還（hái）可獲得更高的切割效率（lǜ）。
　　4. 氮氣是一（yī）種常用的工作氣體，在有較高電源電壓的條件下，氮氣等（děng）離（lí）子弧有較好的穩（wěn）定性和比氬氣（qì）更高的射流能量，即使是切（qiē）割液態金屬粘度大的材料如不鏽鋼（gāng）和鎳基合金時，切口下（xià）緣（yuán）的掛（guà）渣量也很少。氮氣可以單獨使用，也可以同其它氣體混和使用，如自動化切（qiē）割時經常使用氮氣或空氣作為工作氣體（tǐ），這兩種氣（qì）體（tǐ）已經成為高速切割碳素鋼的標準氣體。有（yǒu）時氮氣（qì）還被用作氧等（děng）離子弧切割時的（de）起弧氣體。
　　5. 氬氣在（zài）高溫時幾乎不與任何金屬（shǔ）發生（shēng）反應，氬氣等離子弧很（hěn）穩定。而且所使用的（de）噴嘴與電極（jí）有較高的使用壽命。但氬氣（qì）等離子弧的電壓較低，焓（hán）值不（bú）高，切割能力有限，與空氣切（qiē）割相比其切割的厚度大約會降低25%。另外，在氬氣保護（hù）環境中，熔化金屬的表麵張力較大（dà），要比（bǐ）在氮氣環境下高出（chū）約30%，所以（yǐ）會有較多的掛渣問題。即使使用氬和其它氣體的混合氣切割（gē）也會有粘渣傾（qīng）向。因此，現（xiàn）已很少單獨使用純氬氣進行等離子切割（gē）。

二、數控等離子切割機加工速度
　　除了工作氣體對切割質量有影（yǐng）響外，切割速度對數控等（děng）離子切割機的加工質量（liàng）影響也是很重要（yào）的。切割速（sù）度：最佳切割速度範圍可按照設備說明（míng）選定或用試（shì）驗（yàn）來確定，由於材（cái）料的厚薄度，材質不同，熔點高低，熱導率大小以（yǐ）及熔化後的表麵張力等因（yīn）素，切割速度也（yě）相應的變化。主要表現：
　　1. 切（qiē）割速（sù）度適度地提高能改善切口質量，即切口略有變窄，切（qiē）口表麵更（gèng）平整，同時可減小（xiǎo）變形。
　　2. 切割（gē）速度過快使得切割的線能量低於所需的量值，切縫中射流不能快速將熔化的切割熔體立即（jí）吹掉而形成較大的後拖量，伴（bàn）隨著切口（kǒu）掛渣，切口表麵質量下降。
　　3. 當切割速度太低時，由於切割處是等離（lí）子（zǐ）弧的陽極，為（wéi）了維持電弧自身的穩定，陽極斑點或陽極區必然要在離電（diàn）弧最近的切縫附近找到傳導電流地（dì）方，同（tóng）時會向射（shè）流的徑向傳（chuán）遞更多（duō）的熱量（liàng），因此使切口變寬，切口兩側熔融的材（cái）料在底（dǐ）緣（yuán）聚集並凝固，形成不（bú）易清理的掛渣，而且切口（kǒu）上緣因加熱熔（róng）化（huà）過多而形（xíng）成圓角。
　　4. 當速度極低時，由於切（qiē）口過寬，電弧（hú）甚至會熄（xī）滅。由（yóu）此（cǐ）可見，良好的切割質量與切割速度是分不開的。

三、數控等離子切割機切割電（diàn）流（liú）
　　數控等離子切割機切割電流重要的切割工藝參數，直接決定了切割的厚（hòu）度和速度，即切割能力，造成影響，正確使用數控等離子機進行高質量的快速切割，必須對切割工藝參數進行深（shēn）刻（kè）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，切割速度是（shì）隨之增大（dà）；
　　2. 切割電流增大，電弧直（zhí）徑增加，電弧變粗使（shǐ）得切口（kǒu）變寬；
　　3. 切割電流過大使得噴嘴熱（rè）負荷增（zēng）大，噴嘴過早地（dì）損傷，切割質量自然也下降，甚至無法進行正常割。
　　在等（děng）離子切割前選用電（diàn）源的時候，不能選擇太大或太小的電源。太大的電（diàn）源，考慮在切割成本上是一種浪（làng）費，因為根本就用（yòng）不了那麽大的電流（liú）。也不能因為節約切割成本預算，選用等離子電源的時候（hòu），把電流的選擇選得過小，這樣在實際切割的時候也是不能達到自己的（de）切割要求，這樣對數控切割機本身是（shì）一種很大的傷害！嘉倍德（dé）科技提醒您要根據材料的厚度正（zhèng）確選用切割（gē）電流和相應的噴嘴。

四、數控等離子切割機噴嘴高度
　　數控等離子切割機（jī）噴嘴高度是（shì）指噴嘴（zuǐ）端麵與（yǔ）切割表麵的距（jù）離，它構成了整個弧長的一（yī）部分。由於等離子（zǐ）弧切割（gē）一般使用恒流或陡降（jiàng）外特（tè）征的電源，噴嘴高度增加（jiā）後，電流變化（huà）很小，但會使弧長增加並導致電弧電壓增大，從而使電弧功（gōng）率提高；但同時也會使暴露在環（huán）境中的（de）弧（hú）長增長，弧柱損失的能量增多。
　　在兩個因素（sù）綜合作（zuò）用的情況下，前者的作用往往完全被後者所抵消，反而會使有效（xiào）的切（qiē）割能量減小，致使（shǐ）切割能力降低（dī）。通常（cháng）表現是切割射流的吹力減弱，切口下部（bù）殘留的熔渣增多，上（shàng）部邊緣過熔而出（chū）現圓角等。另外，從（cóng）等（děng）離子（zǐ）射流的形態（tài）方麵考（kǎo）慮，射流（liú）直徑在離開割炬口後（hòu）是向外膨脹的，噴嘴高度的增（zēng）加必然引起（qǐ）切口寬度加大。所以，選用（yòng）盡量小的噴嘴（zuǐ）高度對提高切割速度和切割質量都是有益（yì）的，但是，噴嘴高度過低時（shí）可能會引起雙弧現象（xiàng）。采用陶瓷外噴嘴可以將噴嘴（zuǐ）高度設為零，即噴口端麵直接接觸被切割（gē）表麵（miàn），可以獲得很好的（de）效果（guǒ）。

五、數控等離子切（qiē）割機電弧功率（lǜ）
　　數控等離子（zǐ）切割機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、較長的孔道長度並加強了冷卻效果，這樣可以使得噴（pēn）嘴有效斷麵內通過的（de）電流增加，即電弧的功率密度增大。但同時壓縮也使得電弧的功率損失加大，因（yīn）此，實際用於切割的有效能量要要比電源輸出的功率小，其損失（shī）率一般在25%~50%之間，有些方法如水壓縮等離子弧（hú）切割的能量損失率會（huì）更大，在進行（háng）切割工藝參數設計或切割成本的經濟核算時應該考慮這個問題。
　　在工業中使用的金屬板（bǎn）厚大多是在50mm以（yǐ）下，在這（zhè）個厚度範（fàn）圍內用常規的等離子弧切割往往會形成上（shàng）大下小的割（gē）口，而且（qiě）割口的（de）上邊緣還會導致切口尺寸精度下降並增加後續（xù）加工量（liàng）。當采用氧和氮氣等離子弧切割碳鋼、鋁（lǚ）和不鏽鋼時，當板厚在（zài）10~25mm範（fàn）圍內（nèi）時，通常是材料越厚，端邊的垂直度越好，其（qí）切割棱邊的（de）角度誤差在1度~4度。當板厚小於1mm，隨板厚的減小，切口角度誤差從3度~4度增加到15度~25度（dù）。
　　一般認為，這種現象的產生原（yuán）因是由於等離子射流在割口麵上的熱輸入不平（píng）衡所致，即（jí）在割口的上部等離子（zǐ）弧（hú）能量的（de）釋放多於下部（bù）。這個能量釋放的不平衡，與很多工藝參數密切相關，如等離子弧壓（yā）縮程度、切（qiē）割速度及噴嘴到工件的距離等。增加電弧的壓縮程度可以使高溫等離子射流延長，形（xíng）成更為均勻的高（gāo）溫區域（yù），同時加大射流的速度，可以減小切口上（shàng）下的寬度差。然而，常規噴嘴的過度壓縮（suō）往往會引起雙弧現象，雙弧不但會損耗（hào）電極和噴嘴，使切割過程無法進行（háng），而且也會導致切口質量的下降。另外，過大的切（qiē）割速（sù）度和過（guò）大的（de）噴（pēn）嘴高度都會引起（qǐ）切口（kǒu）上下寬度差的增加。

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