精细等离子切割机切割断面缺陷分析及处理

尹辉 甘毅

摘 要：本文针对等离子切割机切割时所形成的各种断面缺陷，分别从切割工艺、参数设置、操作方法、设备机械方面以及电气控制系统方面查找原因，并总结了排除方法及维修处理过程。

关键词：精细等离子切割;断面缺陷;处理

中车株洲车辆公司作为铁路货车行业的主导企业之一，生产过程中钢结构的加工质量直接影响着车辆的运行性能。而板材下料及切割精度又极大影响钢结构的组装质量。

等离子下料质量的好坏，最主要有三个指标：切割面倾斜度、外表粗糙度及挂渣量。此外，切口宽度、热影响区宽度、割缝直线度、上缘凝结度以及缺口等也是衡量下料质量的关键项点。

本文着重从四个角度分析产生上述等离子切割指标缺陷的原因，以及如何处理并提高等离子下料质量。

1切割工艺

1.1切割参数的选择

数控精细等离子机切割工艺参数的选择对切割质量、切割速度和效率等影响是至关重要的。

1.1.1切割电流：

它是最重要的切割工艺参数，直接决定了所能切割板材的厚度和切割速度即切割能力。

1.1.2切割速度：

最佳切割速度范围可按照设备说明选定或用试验来确定，由于材料的厚薄与材质不同，熔点高低，热导率大小以及熔化后的表面张力等因素，切割速度是相应变化的。

1.1.3电弧电压：

一般认为电源正常输出电压即为切割电压。等离子弧切割机通常有较高的空载电压和工作电压。

1.1.4工作气体与流量：

通常要根据切割材料的种类，厚度和切割方法来选择合适的工作气体。切割气体既要保证等离子射流的形成，又要保证去除切口中的熔融金属和氧化物。气体流量一定要与切割电流和速度很好的配合。

1.2割嘴的选择

割嘴由许多易损件组成，对应不同的板厚，选用不同的割嘴套件，割嘴对应不同的切割电流分别制定了多种型号规格，每一种适用的切割电流不同。

1.3割嘴高度的调整

喷嘴高度：指喷嘴端面与切割表面的距离，它构成了整个弧长的一部分。

喷嘴高度一般在3-8mm左右，当穿孔时尽量采用正常切距的2倍距离;选用尽量小的喷嘴高度对提高切割速度和切割质量都是有益的。

1.4工艺措施

为了减少调整参数的工作量，有必要根据生产的实际情况进行工艺参数数据化，同时采取优化切割质量的工艺措施如下：

1.4.1提高切割配件表面的平直度。

（1）典型的等離子切割表面稍微有些向内凹。

（2）当割炬到工件的距离太小时，切割表面会强烈内凹。增加弧压将会增大割据到工作的距离，使切割表面变得平直。

（3）当割据到工件的距离太大或切割电流过高时，切割表面会向外突出。要解决这个问题，首先降低弧压，然后降低切割电流，如果有几种不同切割电流的易损件适用该板料厚度，要先试用电流较低的易损件。

（4）使用直角尺经常对割炬进行校准，确保割炬与工件呈90°直角。

1.4.2减少切割产品上的熔渣量。

因低碳钢在切割过程中容易形成熔渣，减少快速熔渣的方法有：

（1）降低切割速度;

（2）减少弧电压，从而缩短割炬到工件的距离;

（3）增加保护气体中氧气的浓度，从而提高无熔渣切割速度的量程。

1.4.3优化割炬切割距离提高切割质量。

一个切割部份的四边平均切割角度偏差小于4°属于正常现象。在割炬向前移动的情况下，呈直角的切割角度将在右侧。如果机械问题解决后仍存在切割角度问题，应检查割炬到工件的距离，尤其是在切割角度全部为正或负时。

2切割操作方法

切割质量的好坏，存在很多因素，最关键的还是操作人员的操作，优化操作方法能最大限度的降低表面缺陷的发生。主要有以下几点：

（1）经常检查机床，及时擦掉导轨上灰尘，检查割炬安装的垂直度;

（2）割嘴上的电极等易损件要经常检查，如有损坏及时更换;

（3）割缝余量预留留足，尤其切割厚板时割缝余量至少在10mm以上;

（4）板材摆放需平稳，必要时把板材垫平后再切割;

（5）切割中熄弧或未割穿，此时对于厚板一定重新移至切割点以上5mm左右处再继续切割，否则会对零件边缘进一步融割出现缺陷;

（6）切割行进方向应确保切割结束在大面积板区。若结束在小面积板区会因受热板材移动导致切割变形。

操作方法的不当常常影响到切割件表面缺陷，其主要发生在引弧和断弧处，而且三项主要的表面缺陷变化都较大。操作人员只要排料合理，留够余量能较好的解决表面质量。

3机械原因

数控等离子机床主要构件由纵向的X轴，横向的Y轴，上下的Z轴组成，由于切割速度较快，X轴和Y轴的磨损较快，由于大板料的装卸极易造成板料撞击床身和枪头的事故而损坏机床。

当机床承受严重的撞击或者因为使用长久地基下陷时通常会使床身结构变形，造成切割的板料对角线超差，X轴方向产生波纹。此时要及时检查两条纵向X轴导轨的直线度和相互间的平行度和等高度以及拼接齿条的接缝情况。当床身龙门受到撞击后必须重新调整床身。

一般主动端端梁上的在“X”轴方向上滚轮最容易磨损，原因是主动端上面布置了操作台、气体单元等，使得负载大，滚轮磨损就快，造成“X”轴方向大波浪纹路的情况较多见。被动端的行星减速器和齿轮承受交变负载大，这容易在“X”轴方向上产生密度较大的锯齿形波纹。

“Y”轴方向运动速度较快，一般采用线性导轨滑块，当某一滑块损坏严重时，“Y”轴滑座运行尤其是高速运行时产生细微的振动，这个振动被悬挂着的Z轴放大，在切割时易使“Y”轴方向产生锯齿波纹。

在生产实践中很多的波纹没有产生在与X、Y轴平行的轨迹上，而是出现在斜线和弧线上，如果在拐角、斜线和圆弧处出现波纹，除了以上X轴Y轴的问题外还有可能与机床的拐角加速度参数、电流参数和圆弧路径参数有关，此时需先适当更改参数设置后，试切割看有否好转，然后再按上述X、Y轴处理过程解决。

产生波纹的原因牵涉到许多环节，各种激振力使横梁产生复杂振动变形，是影响切割精度的重要因素。工厂使用的易损件：电极、涡流环如果质量不合格就会因为切割时弧压不稳定而产生波纹，还有很大一部份是由于电源、气体控制单元等电气控制部分产生，这就需要维修人员在修理前需要综合了解与判断了。以下简单介绍因电气控制系统部分对切割断面的形成以及产生缺陷的处理。

4电气原因

电气控制系统部分原因造成的切割断面缺陷，简要介绍分析解决过程如下：

4.1切割斜度过大：通过弧压的设定和跟踪调节来解决。

4.2切割断面波纹：伺服驱动器的X、Y轴参数设置不合理，造成行走不平稳，特别是Z轴在自动切割中转换成弧压跟踪定高切割，当跟踪灵敏度设定参数不合理的时候，会出现割炬的上下抖动而产生波纹。

4.3断面挂渣有如下几个原因：

（1）与切割气体，保护气体流量设定有关;（2）切割速度大小设定不合适;（3）易损件质量好坏有关;（4）电源阳级线与工件连接接触不良;（5）切割弧压设定不合理，它决定抢的高度;（6）弧压跟踪是否灵敏，需要做爬坡试验来判别;

当设备修理或大修后，尤其是更换了传动件之后设备维护人员需对系统参数调整，例如横向轴、纵向轴驱动等参数等进行调整设置。

5总结

通过逐步优化精细等离子机床的切割参数和系统参数以及在切割过程中采取的一些具体措施较好的解决了精细等离子切割断面缺陷的问题，希望这些经验总结能对同行提供借鉴。

参考文献：

[1]HPR260 自动气体操作台使用手册.

作者简介：

尹辉（1971-），男，汉族，湖南株洲人，中车株洲车辆有限公司技术开发部，高级技师/设计师，大专，主要从事：设备维修/液压设计。