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影響等離子切割精度的 5 個(gè)因素

1.工作氣體

工作氣體及流量是影響切割質(zhì)量的主要參數(shù)，目前一般使用的空氣等離子切割只是眾多工作氣體中的一種，由于使用成本相對(duì)較低而被廣泛應(yīng)用，效果確實(shí)欠缺，工作氣體包括氣體和輔助氣體，有些設(shè)備還需要引弧氣體，通常要根據(jù)切割材料的種類、厚度、切割方式等選擇合適的工作氣體。氣體既要保證等離子射流的形成，又要保證去除切口內(nèi)的熔融金屬和氧化物，氣體流量過大會(huì)帶走較多的電弧熱量，使射流長度變短，導(dǎo)致切割能力下降和電弧不穩(wěn)定；氣體流量過小會(huì)使等離子弧失去直線性，切割深度變淺，也容易產(chǎn)生夾渣；因此，氣體流量必須與切割電流、速度很好地匹配。電流等離子切割機(jī) 大部分都是靠氣體壓力來控制流量，因?yàn)楫?dāng)割炬孔徑一定時(shí)，氣體壓力也控制著流量。切割一定厚度的材料所用的氣體壓力通常是根據(jù)客戶提供的數(shù)據(jù)來選擇的。如果有其他特殊應(yīng)用，氣體壓力需要通過實(shí)際切割試驗(yàn)來確定。

最常用的工作氣體有：氬氣、氮?dú)?、氧氣、空氣、H35、氬氮混合氣體等。

A.空氣中含有約78%體積的氮?dú)?，因此空氣切割形成的熔渣與用氮?dú)馇懈顣r(shí)形成的熔渣非常相似；空氣中還含有約21%體積的氧氣，由于氧氣的存在，空氣用于切割低碳鋼材料的速度也很高；同時(shí)數(shù)控等離子切割機(jī)空氣也是最經(jīng)濟(jì)的工作氣體。但單獨(dú)使用空氣切割時(shí)會(huì)出現(xiàn)掛渣、切口氧化、氮?dú)庠龆嗟葐栴}，電極和噴嘴的壽命較低也會(huì)影響工作效率和切割成本。

B.氧氣可以提高切割低碳鋼材料的速度。使用氧氣切割時(shí)，切割方式與火焰切割。高溫高能的等離子弧使得切割速度更快，但必須與抗高溫氧化的電極配合使用，同時(shí)在起弧時(shí)保護(hù)電極免受沖擊，以延長電極的壽命。

C.氫氣通常作為輔助氣體與其他氣體混合使用。例如眾所周知的氣體H35（氫氣體積分?jǐn)?shù)為35％，其余為氬氣）是等離子弧切割能力最強(qiáng)的氣體之一，這主要得益于氫氣。由于氫氣可以顯著提高電弧電壓，因此氫等離子射流具有較高的焓值。當(dāng)與氬氣混合時(shí)，其等離子射流切割能力大大提高。通常，對(duì)于厚度超過 70mm，常用氬氣+氫氣作為切割氣體，若采用水射流進(jìn)一步壓縮氬氣+氫氣等離子弧，也可獲得較高的切割效率。

d.氮?dú)馐浅Ｓ玫墓ぷ鳉怏w，在電源電壓較高的情況下，氮?dú)獾入x子弧比氬氣具有更好的穩(wěn)定性和更高的噴射能量，即使在切割液態(tài)金屬粘度較高的材料如不銹鋼和鎳基合金時(shí)，切口下邊緣的熔渣量也很少。氮?dú)饪梢詥为?dú)使用，也可以與其他氣體混合使用。例如，自動(dòng)切割時(shí)經(jīng)常使用氮?dú)饣蚩諝庾鳛楣ぷ鳉怏w。這2種氣體已成為碳鋼高速切割的標(biāo)準(zhǔn)氣體。有時(shí)氮?dú)庖灿米餮醯入x子弧切割的起始?xì)怏w。

e.氬氣在高溫下幾乎不與任何金屬發(fā)生反應(yīng)，氬氣等離子弧非常穩(wěn)定，而且所用的噴嘴和電極使用壽命長。但氬氣等離子弧電壓低，焓值不高，切割能力有限，與空氣切割相比，切割厚度會(huì)減少25%左右。另外在氬氣保護(hù)環(huán)境下，熔融金屬的表面張力較大，約為 30% 氬氣的熔點(diǎn)比氮?dú)飧撸瑨煸鼏栴}會(huì)比較多，即使用氬氣和其他氣體混合切割，也會(huì)有粘渣的傾向，所以現(xiàn)在很少單獨(dú)用純氬氣進(jìn)行等離子切割。

2.等離子切割速度

除了工作氣體對(duì)切割質(zhì)量的影響外，切割速度對(duì)數(shù)控等離子切割機(jī)加工質(zhì)量的影響也很重要。切割速度：最佳切割速度范圍可根據(jù)設(shè)備說明選擇或通過實(shí)驗(yàn)確定。由于切割材料的厚度、材質(zhì)的不同、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)及熔化后的表面張力等因素，切割速度也有相應(yīng)的變化。主要性能：

A、適度提高切割速度，可以提高切口的質(zhì)量，即切口稍窄一些，切口面更光滑，同時(shí)可以減少變形。

B、切割速度太快，使切割的線能量低于要求值，切縫內(nèi)的射流不能迅速地將熔融的切割熔體立即吹走，形成大量的拖尾阻力，造成切割效率下降。

C、切割速度太低時(shí)，由于切割處是等離子弧的陽極，為了保持電弧本身的穩(wěn)定性，數(shù)控點(diǎn)必然要在離電弧最近的切縫附近找到傳導(dǎo)電流，并將向射流的徑向傳遞更多的熱量，這樣就使切口變寬，切口兩側(cè)的熔融物在底邊聚集、凝固，形成不易清理的熔渣，而切口上邊受熱熔化，形成圓角。

D、當(dāng)速度極低時(shí)，甚至?xí)蚯锌谶^寬而導(dǎo)致電弧熄滅。由此可見良好的切割質(zhì)量與切割速度是密不可分的。

3.等離子切割電流

切割電流是重要的切割工藝參數(shù)，它直接決定切割的厚度和速度，即切割能力，影響到正確使用等離子切割機(jī)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)快速切割，必須深刻了解和掌握切割工藝參數(shù)。

A、切割電流增大，電弧能量增大，切割能力增大，切割速度也相應(yīng)增大。

B、隨著切割電流的增大，電弧的直徑也增大，電弧變粗，使切口更寬。

C、切割電流過大，使噴嘴熱負(fù)荷增加，噴嘴過早損壞，切割質(zhì)量自然下降，甚至不能進(jìn)行正常切割。

在等離子切割前選擇電源時(shí)，不能選擇過大或過小的電源。對(duì)于過大的電源，從切割成本考慮，是浪費(fèi)，因?yàn)檫@么大的電流根本用不上。還有，因?yàn)楣?jié)省切割成本預(yù)算，在選擇等離子電源時(shí)，電流選擇過小，這樣在實(shí)際切割時(shí)，不能滿足自身的切割要求，對(duì)數(shù)控切割機(jī)本身的危害很大。Gabortech提醒大家要根據(jù)材料的厚度來選擇切割電流和對(duì)應(yīng)的噴嘴。

4. 噴嘴高度

噴嘴h8是指噴嘴端面與切割面之間的距離，構(gòu)成整個(gè)弧長的一部分。等離子弧切割一般采用恒流或陡降外接電源，噴嘴h8增大后，電流變化不大，但會(huì)增加弧長，引起電弧電壓升高，從而增大電弧功率；但同時(shí)隨著暴露在環(huán)境中的電弧長度增長，弧柱損失的能量也隨之增大。

在2個(gè)因素綜合作用的情況下，前者的作用往往被后者完全抵消，但有效切割能量會(huì)減少，導(dǎo)致切割能力下降。通常表現(xiàn)為切割射流的吹力減弱，切口下部殘?jiān)龆啵喜窟吘夁^熔產(chǎn)生圓角。另外，考慮等離子射流的形狀，射流直徑在離開炬嘴后向外擴(kuò)展，噴嘴h8的增大必然引起切口寬度的增大。因此，選擇盡可能小的噴嘴h8，有利于提高切割速度和切割質(zhì)量。但當(dāng)噴嘴h8過低時(shí)，可能引起雙弧現(xiàn)象。采用陶瓷外噴嘴，可將噴嘴h8設(shè)為零，即噴嘴端面直接接觸被切割面，可獲得良好的效果。

5. 電弧電源

為了獲得高度壓縮的等離子弧切割電弧，切割噴嘴采用較小的噴嘴孔徑、較長的孔長以及加強(qiáng)冷卻效果，這樣可以增加通過噴嘴有效截面的電流，即電弧的功率密度增大。但同時(shí)壓縮也增加了電弧的功率損失。因此，實(shí)際用于切割的有效能量小于電源輸出的功率。損失率一般在25%至 50%有些方法如水壓縮等離子弧切割的能量損失率會(huì)較大，在進(jìn)行切割工藝參數(shù)設(shè)計(jì)或切割成本經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮這一問題。

工業(yè)上所用的金屬板厚度大多在 50mm在此厚度范圍內(nèi)用常規(guī)等離子弧切割，往往會(huì)造成切口大而小，切口上緣過大也會(huì)導(dǎo)致切口尺寸精度的下降和增加后續(xù)加工量。用氧、氮等離子弧切割碳鋼、鋁和不銹鋼時(shí)，當(dāng)板材厚度在10~ 25mm，通常材料越厚，端邊的垂直度要求越好，切邊角度誤差為1度~4度。當(dāng)板厚小于 1mm，隨著板材厚度的減小，切口角度誤差由3°～4°增大至15°～25°。

一般認(rèn)為，造成這種現(xiàn)象的原因是由于等離子射流在切割面上的熱輸入不平衡，即等離子弧的能量在切口上部比下部釋放得更多。這種能量釋放的不平衡與許多工藝參數(shù)密切相關(guān)，如等離子弧的壓縮程度、切割速度、噴嘴與工件之間的距離等。增加電弧的壓縮程度，可使高溫等離子射流延伸，形成更均勻的高溫區(qū)，同時(shí)提高射流的速度，可減小上下切口的寬度差。但傳統(tǒng)噴嘴的過度壓縮往往會(huì)產(chǎn)生雙弧，不僅消耗電極和噴嘴，使工藝無法進(jìn)行，還會(huì)導(dǎo)致切口質(zhì)量下降。另外，過高的速度和過高的噴嘴h8都會(huì)增大切口上下寬度差。

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