等离子切割常见问题及其解决办法

撰文/马丹丹 胡岩 郝昌琪

■163000 黑龙江德工机械设备制造有限公司 黑龙江 大庆



等离子切割常见问题及其解决办法

撰文/马丹丹 胡岩 郝昌琪

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摘要：等离子切割是利用高温高速等离子弧来切割金属的方法，是将金属局部迅速融化，同时利用压缩气流的机械冲刷力将融化金属冲掉，形成切割的过程。等离子切割是一种先进的热切割加工方法，具有能量集中温度高，切割速度快，效率高等优点。 但是其中也存在一些问题，本文就等离子切割中存在的问题进行了分析，并针对存在的问题提出了解决方法。关键词：等离子切割；热切割；问题

等离子切割出于20世纪40年代，但到上世纪中叶才开始投入到工业应用。等离子切割原理主要是以高温高速的等离子弧为热源，把被切割金属局部熔化，并同时用高速气流将已熔化的金属吹离基体，随着等离子割炬的移动而形成狭窄切口的一种快速切割方法。现在在汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构、船舶等各行各业已经被广泛的使用。等离子切割不仅可以加工不锈钢，高合金钢、难熔金属、铜及铝的合金等材料，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；在切割厚度不大的金属的时，切割速度快，并且它的切割表面光滑，热变形较小，同时热影响区也较小，这是等离子切割的有点所在。等离子氧气切割法、等离子氮气切割法、等离子氩-氢气切割法是现在最常用的几种等离子切割方法。随着现代中国经济的迅速崛起和制造业快速的发展，对切割技术提出更高的要求，等离子切割技术具有很多与绿色相符的特征。因此研究推广等离子切割技术尤其是数控等离子切割技术具有重要的意义。

等离子切割中存在问题及解决办法

a切口挂渣、熔渣

所谓切口挂渣，就是切割熔渣粘连在切口下缘，有时甚至与毋材熔台在一起，必须用砂轮打磨才能除去。在低碳钢的等离子切割中，空气等离子切割较氧气等离子切割更易引起切口挂渣。引起切口挂渣的主要原因是割炬功率不足，因此避免切口挂渣的主要措施是在板厚和切割速度一定的情况下采用较大功率的割炬，或者在割炬功率一定的条件下适书降低切割速度，保证等离子弧有足够功率。增大等离子电源功率使等离子弧获得更高的能量和更长的大弧柱，从而切割过程中熔化金属的温度更高且流动性更好，这时熔化的金属很容易被在高速气流吹动的作用下吹走。增加功率可提高切割速度和切割过程的稳定性，使得有可能采用更大的空气流量来增强吹力，这对消除切口熔渣十分有效。另外设置合适的气体流量和切割速度也可以改善挂渣和熔渣的问题。如果气体流量太小吹力不足以产生肿瘤体积，当其它参数和条件是相同的，与气体流量的增加，切口质量将得到改善，而且炉渣积累会有所缓解。但过多的气流，导致更短的等离子弧，等离子弧导致工件的下部熔化能力变化，切削阻力增加最终切削成V形，而不是更容易形成肿瘤体积。切割质量主要根据切口宽度、切口垂直度、切面平整度、切口底部积瘤及切口热影响区硬度和宽度等指标来评定。良好的切口的标准应该是切口宽度较窄、切口横断面呈矩形、切口表面光洁度好、无挂渣和熔渣，切口表面硬度应不妨碍切后的机加工。在切割铜、铝及其合金时，由于其导热性好，切口底部不易和熔化金属重新熔合。这些积瘤虽挂在切口下面，但很容易去除。

b等离子切割面垂直度差

等离子切割可以获得与火焰切割相似的光滑切口，但等离子切割的切口稍宽，并且由于等离子切割时旋转的切割气流造成切割速度差的缘故，切口两侧具有非对称的特点，即切口两侧具有不同程度的倾斜度。同时，由于等离子割炬的热量高度集中，使得切口上缘熔化较多而形成喇叭口形。提高气流旋转速度即加大气流速度矢量，减慢相对切割速度，可能使切割面垂直。但是对于提高气流速度形成壁流效果气流沿着喷嘴壁流动，所以提高气流速度是有界限的，另外等离子割炬与工件之间的距离对切口形状有很大影响，一般，两者保持5～6毫米距离时，可使切口倾角最小。一般说来数控等离子切割机切割板有斜度很正常，不需要调整，如果对切割效果不满意，如果不满意的切割效果，可以减少等离子体喷管和板的距离，最低2-3mm。一般来讲，在不到15度时普通等离子体斜口斜率是合格的，精细等离子斜度在5度以内，并且最后的零件处理不会因为切割板的斜度而成为次品。

c电极、喷嘴消耗会比较多，成本较高

电极、喷嘴作为离子切割机切割过程中的消耗配件，在等离子切割的每时每刻都遭受着损耗，电极、喷嘴作为数控切割机割炬的易损件，在使用过程中损耗更换属于正常情况。然而当损耗积累到一定程度时就会严重影响切割质量甚至造成切割进程终止。电极消耗随切割电流、起弧次数增加而增加。为了减小起弧时电极消耗，起弧时切割气不用氧气而用氮气，并且采用较小气流速度，待起弧进入正常切割状态后为了防止切割面产生氮化层再切换为氧气。采用该措施后在同样电极消耗量条件下延长了电弧工作时间， 电极的加工方法影响电极寿命。喷嘴的寿命与电极寿命有关， 另外喷嘴与被切割材料的接触、飞溅物反弹等都有关系。我们提高电极寿命，另外切割时对喷嘴做些保护措施都有利于提高喷嘴寿命。

d切割过程噪音大、烟尘多

切割过程不仅对周围的环境产生较大的噪音污染，更重要的是损害操作者和周围人员的身体健康。目前处理烟尘的办法主要有两种途径：一种是湿式处理方式，另一种是干式处理方式。湿式处理方式（湿式切割），使水床切割平台，工件放置在水中或水表面，然后在水或接近于水面操作完成切割时，水以捕获在产生的灰尘切割，从而达到净化环境的目的的过程。干式处理方式（干式切割）就是为切割工作平台增加一套烟尘捕集装置，并把捕集到的烟尘直接输送到烟尘过滤净化设备，通过处理达标后再予以排放。等离子切割产生的烟尘基本上形成于工件切口的下方，因此抽气式负压切割平台成为了目前最常见的烟尘捕集装置。随着这些年我国制造业的快速增长，钢板切割加工的数量急剧上升，人们迫切期望最大限度地提高切割加工的效率，因此在切割速度、切割质量、缩短上下换板时间等方面存在优点的干式等离子切割已逐渐成为一种潮流。当然，我们也不能忽视而且一味地跟风可能带来的不利影响，因为过去我们的工作在这方面有过太多的经验和教训。二者各有优势，要根据具体情况具体选择。

总结

等离子切割技术经过了半个多世纪的发展已经逐渐成熟，各个核心组件不仅可以独立增配，而且具备相当可靠的相互兼容整合的能力和能够无缝配合，以确保彼此之间的正常运行。随着计算机及数字控制技术的迅速发展，数控切割也得以蓬勃发展，并在改善加工精度、节约材料、提高劳动生产率等方面显示出巨大优势。等离子切割技术是集计算机技术、等离子切割技术、逆变电源技术于一体的高新技术，它的发展是建立在等离子弧特性研究、电力电子技术等学科共同发展的基础之上。随着电力电子和微电子技术的飞速发展，新型器件、先进控制技术和新工艺的不断推出，切割技术得到了突飞猛进的发展。高速、高效、数字化、智能化是现代切割技术的以后的主要发展方向，是实现现代化切割的必由之路。

参考：

［1］DIRK Ott.现代等离子切割技术及其智能化［J］.电焊机.2013（05）

［2］张新，王振民，方小鑫.精细等离子弧切割实现方法及进展［J］.焊接技术.2013（10）

［3］刘华.空气等离子切割技术的工程应用［J］.中国石油和化工标准与质量.2012（01）

［4］孙强，陈龙，陈桂涛，王华民.基于弧控制的等离子切割电源新型复合控制策略［J］.焊接学报. 2014（03）

作者简介：

马丹丹（1987.06.15-）性别：男，籍贯：辽宁凌源，学历：专科，毕业于辽宁科技学院，现有职称：助理机械工程师，研究方向：数控加工。