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等离子切割在热切割中的重要性

点击次数:28  发布时间:2019-07-12
     等离子切割在热切割中的重要性
    近年来,热切割技术发展迅速,尤其是等离子切割技术。在切割炬结构设计、消耗品寿命提高、以及控制方面都取得了很大进步,扩大了其应用面。现在我国的很多企业中,既用气割,又用等离子切割,个别企业还用激光切割。在什么条件下用什么切割方法,其道理何在,如何使工作更优化,本文就此问题综合分析一下。
    1 热切割法的种类及其应用状况
    通常所说的热切割法主要指气割、等离子切割、激光切割.传统的气割是依靠金属的氧化反应进行切割,所以其切割速度受金属氧化反应速度的限制,等离子切割是依靠电能熔化金属进行切割,激光切割是依靠光能熔化金属进行切割,这两种切割方法只要加大其切割能量就可提高其切割速度.
    在气割领域,除利用氧气、燃气进行切割外,最近在德国研究成功利用液氧、燃气实现高能切割的方法,大幅度提高了切割效率,但是该切割机价格昂贵,就连工业发达国家在生产中应用也很少.所以谈到气割专指前者,而且特指自动气割机.
    在等离子切割领域,根据等离子气体的种类不同,可分成空气等离子切割、氧气等离子切割、氩氢等离子切割等.现在空气等离子切割机的切割电流在l20A 以下,30~70A的手工操作切割机占多数.在日本.空气等离子切割机与自动气割机的市场销售台数已相当.
    氧气等离子切割机主要用于造船厂的厚板切割,其切割电流以350~500A为主.这种切割机的用户较少,在日本,年仅制造100多台.空气等离子切割机由于空气中氨气氰化切割面,直接进行埋弧焊时焊缝中容易产生氮气孔.而氧气等离子切割机则克服了这个问题.氩氢等离子切割机专门用于切割铝、厚板不锈钢,其切割电流以500~1000A为主.
    2  等离子切割技术的发展状况
    发展等离子切割技术是为了切割不锈钢、铝等材料.但发展至今,等离子切割技术已用于切割碳钢,其主要原因是等离子切割速度快,容易设定切割条件,更适合自动化、无人化作业.而气割的切割过程需经常调节火焰.切割速度慢,预热时间限制了切割生产率,相比之下不适合自动化、无人化作业.
    空气或氧气等离子切割的技术关键是切割炬中的消耗品寿命问题.由于空气或氧气的氧化性,等离子切割炬中的电极、喷嘴必须耐氧化气氛中的电弧高温.所以,现在的电极采用高熔点的铅材料,并以特别的加工方法镶嵌于铜中.喷嘴采用双层气流结构,其优点是提高了气流方向性、速度以及离子气纯度、冷却等,保护了喷嘴.进一步压缩了电弧.另外为了减小电极消耗,起弧时切割气不用纯氧气而用氨气、氧气的混合气,并且采用较小气流速度.待起弧后切换为氧气.此外切割过程中喷嘴与切割材料接触也将损坏喷嘴.这要在切割炬高度控制上下功夫.总之现在电极和喷嘴的寿命比过去有很大提高,相应地氧气等离子切割电流最大已达到500A.据文献2介绍,400A氧气等离子切割,每个电极可工作3.5 h,每个喷嘴可工作4.8 h,比文献3介绍的数据有很大的提高. 管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
    3  热切割法的比较分析
    3.1 切割效率
    从切割生产率角度讲,不但要看其切割最大板厚,而且要看其相应切割速度.图1归纳了3种热切割法的切割速度与切割板厚的关系,切割材料为碳钢。
    对比等离子切割和CO2激光切割的切割效率,50A空气等离子切割效率相当于1.5 kw 激光切割效率,而70A和150A的前者相当于2kW 和6 kW 的后者,与300 A以上的氧气等离子切割效率相当的大功率激光切割机还未上市,所以从切割效率看,切割50mm以下的碳钢时,等离子切割效率商,切割50mm 以上的碳钢时,液氧气效率高。
    3.2 切割质量
    表1对比了气割、等离子切割、激光切割的切割面粗糙度、切割精度、切割缝宽度、热影响区大小. 这些因素代表了切割质量.只要正确选择切割方法和切割条件,切割面上边缘变圆和下边缘粘渣现象就可克服,所以这两项未列入表中.
    就切割面粗糙度而言.一般等离子切割更优.只要特别注意,激光切割也不逊色于等离子切割.
    就切割精度和切割缝宽度而言.激光切割更优.若能保证装有切割炬的行走机构的精度和运动特性,气割、等离子切割的精度是可以保证的.
    切割产生的热影响区的宽度、变形与切割速度有很大关系,气割的切割速度慢.热影响区宽.变形也大.一般切割缝越窄.切割速度越快,输入被切割材料的热量就越小,切割产生的变形就小.经试验与比较分析的结果是,激光切割的变形小,等离子切割的变形次之,气割的变形大.
    3.3 切割成本
    购置切割设备成本依赖于生产量,生产量越大,购置设备的相对成本就越小.但是切割成本是与生产量成比例的.图2对比了气割、等离子切割、激光切割的切割成本,切割费用包括更换部件费用、气体费、电费、人工费.切割成本即单位长度切割费用.
    若定型分析切割成本,切割厚板用气割有利,切割薄板用激光切割或等离子切割有利,而且等离子切割成本总是低于激光切割成本.
    激光切割和气割成本曲线交点的相应切割厚度是15~20 mm,等离子切割和气割成本曲线交点的相应切割厚度是30~50 mm.
    4  结束语
    在我国.激光切割应用甚少,等离子切割发展迅速,虽然目前企业购置等离子切割机的主要目的是用于切割不锈钢、铝等材料,也许有些企业已意识到等离子切割用于切割碳钢的优势,在此形势下有必要提高认识,促进应用.
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