國慶專題：數控等離子切割機應用技術淺析

    國慶（qìng）長假期間，武漢嘉倍德科技技（jì）術（shù）人員針對目前（qián）國內數控等離（lí）子切割機設備應用及相關技術問題整理並（bìng）予以解答，希望（wàng）能給廣大（dà）用戶一些幫助和參考。
    數控等離子切割機加工設備發展較傳統火焰氣割略晚，其在市場的迅速推（tuī）廣始（shǐ）於上（shàng）世（shì）紀90年代，關於等離子切割方式的優勢在之前的很多技術應用文章中都有較為詳細的介紹，這裏我們也不再累述（shù），需要指出的是，一（yī）項切割方式（shì）的普及除了作為（wéi）廠家的積極推廣（guǎng）外，更多還在於市場（chǎng）及（jí）用戶對於新技術、新設備的認（rèn）可，這可以綜合體現在加工的成本、加工質量以及加工效率等（děng）多個方麵。可以說，數控等離子切割機在上述多個方（fāng）麵都（dōu）有著較突出的（de）表現，為其在國內市場的普遍認（rèn）可和普及打好了基（jī）礎。本文將（jiāng）主要就數控等離子切割機在日常生產加工過程中的一些應用技術歸（guī）納（nà）說明。

一、數控等離子切（qiē）割機電弧功率
　　在工（gōng）業中使用的金屬板厚大多是在50mm以下，在這個厚度範（fàn）圍內用常規的等離（lí）子弧切割往往會形（xíng）成上大下小的割口，而且割口（kǒu）的上邊緣（yuán）還會導致切口尺寸精度下降並增加後續加工量。當采用氧和氮氣等離子弧切割（gē）碳鋼、鋁和不鏽鋼時，當（dāng）板厚在10~25mm範圍內時，通常（cháng）是材料越厚，端邊的垂直度越好，其切割棱（léng）邊的角度誤差在1度~4度。當板厚小於（yú）1mm，隨板厚的減小，切口角度誤差從3度~4度增加到（dào）15度（dù）~25度。
　　一般認為（wéi），這種（zhǒng）現象的產生原因是由於等離子射流在割口麵上的熱輸入不平衡所致，即在割口的上部等離子弧能（néng）量的釋放多於（yú）下部。這個能（néng）量釋放的不平衡，與很多（duō）工藝參數密切相關，如等離子弧（hú）壓縮程（chéng）度、切（qiē）割速度及噴嘴到工件的距離等。增加電弧的壓縮程（chéng）度可以使高溫等離子射流延長，形成更為均勻的高溫區（qū）域，同時加大射流的速度，可以減（jiǎn）小切口上下的寬度差。然而，常規噴嘴的（de）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，而且也會導致切口質量的下降。另外，過大的切割速度和過大的噴嘴高度（dù）都會引起切口上下寬度差的增加。
　　所謂切割功率密度是指為了獲（huò）得高壓縮性的等離子弧（hú）切割電（diàn）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（yàng）可以使得噴嘴有效斷麵內通過的電流（liú）增加，即電弧的功率密度增（zēng）大。但同時壓縮也使得電（diàn）弧的功率損失加大（dà），因此，實（shí）際用於切割的有效能量要要比電源輸出（chū）的功（gōng）率小，其損失率一般在25%~50%之間，有些方法（fǎ）如水壓縮等離子弧切割的能量損失率會更大，在進行切割工藝參數設計或切割成本的經濟核算（suàn）時應該考慮這個問（wèn）題。

二、數控等離子切割機高度控製
　　數控等離子切（qiē）割機的高度控製主要體現在對噴（pēn）嘴高度的把握上，這段距離也就是指噴嘴端（duān）麵（miàn）與切割表麵（miàn）的（de）距離（lí），它構成了整個弧長的一部分。由於等離子弧切割一（yī）般使用恒流或陡降外特征的電源，噴嘴高度增加後，電流變（biàn）化很小，但會使弧（hú）長增加並導致電弧電壓增大，從而使電弧（hú）功率提高；但同（tóng）時也會使（shǐ）暴露（lù）在環境中的弧長增長，弧（hú）柱損失的能量增多。
　　在兩個因素綜（zōng）合作用的情況下，前者的作用往往完全被後（hòu）者所（suǒ）抵消，反而會使（shǐ）有效的切（qiē）割能（néng）量減小（xiǎo），致（zhì）使（shǐ）切割能力降低。通常表現是切割射流（liú）的吹力減弱，切口下部殘留的熔渣增多，上部邊緣過熔而出現圓（yuán）角等。另（lìng）外，從等離（lí）子射流的（de）形（xíng）態（tài）方麵考慮，射（shè）流直徑在離開割炬口後是向（xiàng）外膨（péng）脹的，噴嘴高度的增加必（bì）然引起切口寬度加大。所以，選用盡量小的（de）噴嘴高度對提高切割速度和切割質量都是有益的，但（dàn）是，噴嘴高度過低時可能會引起雙弧現象。采用陶瓷外噴（pēn）嘴可以將噴嘴高度設為零，即噴口（kǒu）端麵（miàn）直接接觸被切（qiē）割表麵，可以獲得很好的效（xiào）果。

三、等離子切割起弧方式對比
　　數控等（děng）離子切（qiē）割機主要（yào）切割方式分（fèn）為：接觸式起弧切割和非接觸（chù）式起弧切割（gē），然後（hòu）在切割的（de）時候，針對不同（tóng）的材料兩種等離子切割方式又是不同的：
　  1. 空氣（qì）等離子切割機包含的起割方式
　　a. 接觸（chù）式等離子切割：直接接觸鋼板，引燃起（qǐ）弧；
　　b. 非接觸式等離子切割：距離材料5-8mm
　  2. 等（děng）離子切割機起割（gē）方式對比
　　優點：接觸式等離子切割（gē）中(板材厚度小於2mm不建議用)變形小，切割縫（féng）窄，能穩定切割；非接觸式可切厚板（bǎn），冷卻效果比接觸式好；
　　缺點：接觸式等離子切割中（zhōng），鋼板所切割的熱源回（huí）彈給割咀，使用（yòng）壽命短，不能切厚板（bǎn）；非接觸（chù）式割（gē）縫寬，因為（wéi）要遠離母材，不適合切（qiē）薄板。

四（sì）、數控等離子切割機耗材損（sǔn）耗（hào）
    關於數控等離（lí）子切割機的耗材損耗問題，在之前的很多文章中我們都有詳細（xì）說明，結合本文（wén）中的一些實用技術特點，針對數控等離子切割機的耗材使用我們可以發現有下（xià）述幾方麵還有改進空間（jiān）：
    1. 電極噴（pēn）嘴質量
    買的電極噴嘴（zuǐ）質量是否過關；再者電極（jí）噴嘴與（yǔ）割槍的配合問題，有（yǒu）可能你現在用的電極噴（pēn）嘴與你（nǐ）原（yuán）來使用的不是一個（gè）廠家生產的，或者電極噴嘴與割槍的生產廠家不（bú）一致，雖然外觀尺寸看起來（lái）差不多（duō），但（dàn）不同的廠家的尺（chǐ）寸標準是不同（tóng）的，大多數（shù）廠家的電極噴嘴是仿（fǎng）製別（bié）的一些老牌等離（lí）子廠家產品的，仿製（zhì）的手段（duàn）主要是靠實樣測繪，在測繪（huì）的時候難免會有一定得尺寸誤差（chà），所（suǒ）以每個廠家的（de）電極噴嘴與別（bié）的廠家的割槍不一定能（néng）很好的（de）配合使用，這（zhè）樣很容易產生問題。
　  2. 設備使用規範
    如切割時割咀（jǔ）距離鋼板過（guò）近（一般100A的等離子切割時割咀距離（lí）鋼板的尺寸（cùn）一般不小於3~8毫米），外部輸入（rù）電壓過（guò）高或不穩（wěn）定等（děng）。
　  3. 等（děng）離子切割環境因素
    等離子切割（gē）機設備的加工環境主要（yào）為切割工件的材質、厚度、及切割工藝安排等方麵，切割工件的材質，普板、不鏽（xiù）鋼、鑄鐵等材料消（xiāo）耗的電極噴嘴比較（jiào）少，有些金屬材（cái）料消耗的配件較多（如銅、鋁等），切割厚度在10mm左右的板材的話照理（lǐ）來說是比較省（shěng）噴嘴的，不知是否有16mm以上的板材？如果常切16mm以上的板材的話，那是比較費噴（pēn）嘴的，另外如（rú）果在工作的過程中經常需要穿孔切割（gē）的話（huà），那比經常邊緣起弧切割要多（duō）耗（hào）費一倍（bèi）的（de）噴嘴都不止;所以大（dà）家在選配等離子電源和割嘴是一定要切記選擇合適功（gōng）率大（dà）小（xiǎo）（一般以等離子質（zhì）量（liàng）切割厚度為標準）的等離子電源和安培大小、口徑大小相（xiàng）對應（yīng）的噴嘴有利於最充分達到（dào）切割效果和（hé）使用壽命。

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