等離子切割在熱切割中的重要性

    近年來，熱切割技術發(fā)展迅速，尤其是等離子切割技術。在切割炬結構設計、消耗品壽命提高、以及控制方面都取得了很大進步，擴大了其應用面。現(xiàn)在我國的很多企業(yè)中，既用氣割，又用等離子切割，個別企業(yè)還用激光切割。在什么條件下用什么切割方法，其道理何在，如何使工作更優(yōu)化，本文就此問題綜合分析一下。

    1 熱切割法的種類及其應用狀況

    通常所說的熱切割法主要指氣割、等離子切割、激光切割．傳統(tǒng)的氣割是依靠金屬的氧化反應進行切割，所以其切割速度受金屬氧化反應速度的限制，等離子切割是依靠電能熔化金屬進行切割，激光切割是依靠光能熔化金屬進行切割，這兩種切割方法只要加大其切割能量就可提高其切割速度．

    在氣割領域，除利用氧氣、燃氣進行切割外，近在德國研究成功利用液氧、燃氣實現(xiàn)高能切割的方法，大幅度提高了切割效率，但是該切割機價格昂貴，就連工業(yè)發(fā)達國家在生產(chǎn)中應用也很少．所以談到氣割專指前者，而且特指自動氣割機．

    在等離子切割領域，根據(jù)等離子氣體的種類不同，可分成空氣等離子切割、氧氣等離子切割、氬氫等離子切割等．現(xiàn)在空氣等離子切割機的切割電流在l20A 以下，30～70A的手工操作切割機占多數(shù)．在日本．空氣等離子切割機與自動氣割機的市場銷售臺數(shù)已相當．

    氧氣等離子切割機主要用于造船廠的厚板切割，其切割電流以350～500A為主．這種切割機的用戶較少，在日本，年僅制造100多臺．空氣等離子切割機由于空氣中氨氣氰化切割面，直接進行埋弧焊時焊縫中容易產(chǎn)生氮氣孔．而氧氣等離子切割機則克服了這個問題．氬氫等離子切割機專門用于切割鋁、厚板不銹鋼，其切割電流以500～1000A為主．

    2  等離子切割技術的發(fā)展狀況

    發(fā)展等離子切割技術是為了切割不銹鋼、鋁等材料．但發(fā)展至今，等離子切割技術已用于切割碳鋼，其主要原因是等離子切割速度快，容易設定切割條件，更適合自動化、無人化作業(yè)．而氣割的切割過程需經(jīng)常調(diào)節(jié)火焰．切割速度慢，預熱時間限制了切割生產(chǎn)率，相比之下不適合自動化、無人化作業(yè)．

    空氣或氧氣等離子切割的技術關鍵是切割炬中的消耗品壽命問題．由于空氣或氧氣的氧化性，等離子切割炬中的電極、噴嘴必須耐氧化氣氛中的電弧高溫．所以，現(xiàn)在的電極采用高熔點的鉛材料，并以特別的加工方法鑲嵌于銅中．噴嘴采用雙層氣流結構，其優(yōu)點是提高了氣流方向性、速度以及離子氣純度、冷卻等，保護了噴嘴．進一步壓縮了電弧．另外為了減小電極消耗，起弧時切割氣不用純氧氣而用氨氣、氧氣的混合氣，并且采用較小氣流速度．待起弧后切換為氧氣．此外切割過程中噴嘴與切割材料接觸也將損壞噴嘴．這要在切割炬高度控制上下功夫．總之現(xiàn)在電極和噴嘴的壽命比過去有很大提高，相應地氧氣等離子切割電流大已達到500A．據(jù)文獻2介紹，400A氧氣等離子切割，每個電極可工作3．5 h，每個噴嘴可工作4．8 h，比文獻3介紹的數(shù)據(jù)有很大的提高． 管道切割機,便攜式切割機,便攜式數(shù)控切割機,相貫線切割機,數(shù)控相貫線切割機

    3  熱切割法的比較分析

    3．1 切割效率

    從切割生產(chǎn)率角度講，不但要看其切割大板厚，而且要看其相應切割速度．圖1歸納了3種熱切割法的切割速度與切割板厚的關系，切割材料為碳鋼。

    對比等離子切割和CO2激光切割的切割效率，50A空氣等離子切割效率相當于1．5 kw 激光切割效率，而70A和150A的前者相當于2kW 和6 kW 的后者，與300 A以上的氧氣等離子切割效率相當?shù)拇蠊β始す馇懈顧C還未上市，所以從切割效率看，切割50mm以下的碳鋼時，等離子切割效率商，切割50mm 以上的碳鋼時，液氧氣效率高。

    3．2 切割質(zhì)量

    表1對比了氣割、等離子切割、激光切割的切割面粗糙度、切割精度、切割縫寬度、熱影響區(qū)大小． 這些因素代表了切割質(zhì)量．只要正確選擇切割方法和切割條件，切割面上邊緣變圓和下邊緣粘渣現(xiàn)象就可克服，所以這兩項未列入表中．

    就切割面粗糙度而言．一般等離子切割更優(yōu)．只要特別注意，激光切割也不遜色于等離子切割．

    就切割精度和切割縫寬度而言．激光切割更優(yōu)．若能保證裝有切割炬的行走機構的精度和運動特性，氣割、等離子切割的精度是可以保證的．

    切割產(chǎn)生的熱影響區(qū)的寬度、變形與切割速度有很大關系，氣割的切割速度慢．熱影響區(qū)寬．變形也大．一般切割縫越窄．切割速度越快，輸入被切割材料的熱量就越小，切割產(chǎn)生的變形就小．經(jīng)試驗與比較分析的結果是，激光切割的變形小，等離子切割的變形次之，氣割的變形大．

    3．3 切割成本

    購置切割設備成本依賴于生產(chǎn)量，生產(chǎn)量越大，購置設備的相對成本就越小．但是切割成本是與生產(chǎn)量成比例的．圖2對比了氣割、等離子切割、激光切割的切割成本，切割費用包括更換部件費用、氣體費、電費、人工費．切割成本即單位長度切割費用．

    若定型分析切割成本，切割厚板用氣割有利，切割薄板用激光切割或等離子切割有利，而且等離子切割成本總是低于激光切割成本．

    激光切割和氣割成本曲線交點的相應切割厚度是15～20 mm,等離子切割和氣割成本曲線交點的相應切割厚度是30～50 mm．

    4  結束語

    在我國．激光切割應用甚少，等離子切割發(fā)展迅速，雖然目前企業(yè)購置等離子切割機的主要目的是用于切割不銹鋼、鋁等材料，也許有些企業(yè)已意識到等離子切割用于切割碳鋼的優(yōu)勢，在此形勢下有必要提高認識，促進應用．