板件等离子切割

知识点：板件切割

二战中，美国的工厂生产装甲、武器和飞机的速度比以德国为首的轴心国快5倍。等离子切割焊接技术使得金属切割如同热刀切黄油，间接地影响了战争的走势。从此，等离子切割焊接技术走向了世界工业的舞台。等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气乙炔气割难以切割的金属，尤其是对于有色金属(不锈钢、铝、铜、钛、镍)切割效果更佳，切割速度快，普通碳素钢薄板比氧切割法的效率快5~6倍、切割面光洁、热变形小、较少的热影响区。目前，等离子切割机已广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。

等离子弧是一种被压缩的电弧，是弧柱电流对应的磁场压缩弧柱本身形成的，电流越大，磁压缩效应越大。由于等离子弧柱的温度大大高于钢材等所有材料的熔点，而且能量集中、不分散，所以能使金属板件上需要加热的部位瞬间升温并熔化，且不会使金属板过热，加热区域准确、面积小；同时，借助于高速气流将熔化的金属材料迅速吹走，直至等离子束将板件割穿而形成切口。等离子切割机的特点自由电弧——电流增大，弧柱直径增大，二者不能独立调节，所以电流密度、能量密度和温度(6000~8000℃)的增加受限。压缩电弧——电流增大，但弧柱直径不能相应增大，则能量密度、温度(15000~30000℃)、等离子体流速显著增大。等离子弧---利用外部拘束作用使弧柱受到压缩的电弧。等离子弧发生原理1.钨极；2.进气管；3.4.进出水口5.割嘴；6.等离子弧；7.工件；8.高频振荡器.

一般的焊接电弧未受到外界的压缩，称为自由电弧。自由电弧中的气体电离是不充分的，能量不能高度集中。如果对自由电弧强迫压缩(压缩效应)，使弧柱中的气体几乎达到全部电离状态的电弧，等离子弧的产生原理即先通过高频振荡器激发气体电离形成电弧，然后在压缩效应作用下，形成等离子弧。大约在10000℃的时候，物质可以完全电离而达到等离子态。外加能量的大小，用电离电位表示根据外界供给能量的方式，气体电离可以分为三种形式光电离、碰撞电离和热电离电弧中气体的电离主要是热电离气体电离的程度用电离度表示：离子或电子的密度与电离前中性粒子的密度之比电离度低于0.1%的气体被称作弱电离体，其性质与未电离气体接近。等离子切割机主要由主机、切割枪以及搭铁等设备组成。电弧产生的原理一般车身用等离子切割机等离子弧的获得是通过磁收缩方式，弧柱电流本身产生的磁场对弧柱有压缩作用（即磁收缩效应）。电流密度越大，磁收缩作用越强。现代的汽车中，大量应用了高强度和超高强度钢，这类钢材的硬度、强度非常大，用切割锯、气割钻的效率不高，由于使用氧切割会产生大量的热从而破坏了金属内部的金属结构，不能够在现代的汽车中使用。等离子切割对高强度和超高强度钢切割有明显的优势。三种收缩效应的压力与等离子弧内部的热扩散作用达到平衡，形成高速高温等离子流，从喷嘴孔喷出，等离子流遇到低温金属便复合成原子或分子并放出能量，使割缝处金属温度迅速升高而熔化，等离子流较强的机械冲力，将被熔化的金属冲走而实现切割。磁收缩效应等离子弧电流达到相当数值时，弧柱电流产生的磁场对弧柱截面积进一步压缩。自由燃烧电弧也存在磁收缩效应等离子弧有较高的电流密度，而且以热收缩做前提，所以磁收缩效应更强热收缩效应电弧通过喷嘴孔道在钨极和被切割金属之间燃烧。弧柱受冷气流及水冷喷嘴孔道壁的冷却作用。促使电弧的弧柱导电截面缩小，电流密度增加。整个弧柱的能量集中在中心区域。在已缩小的截面上通过同样的电流，须提高供给电压。这时，弧柱的电场强度会提高。机械收缩效应喷嘴孔道的孔径对弧柱产生强制压缩作用，电弧周围的压缩气流或水流也对弧柱产生强制压缩作用。切割设备供气装置空气等离子弧切割的供气装置的主要设备是一台大于l.5kw的空气压缩机，切割时所需气体压力为0.3-0.6MPa。如选用其他气体，可采用瓶装气体经减压后供切割时使用。割枪(3)割枪的具体形式取决于割枪的电流等级，一般60A以下割枪多采用风冷结构;而60A以上割枪多采用水冷结构。割枪中的电极可采用纯钨、钍钨、钟钨棒，也可采用镶嵌式电极。电极材料优先选用铸钨。切割电源及控制系统等离子切割电弧一般都采用陡降外特性的直流电源，切割用电源输出空载电压一般大于150V，一般为120-600V，必须具有足够高的空载电压，才能容易引弧和使等离子弧稳定燃烧。弧柱电压通过调节气体流量和加大电极内缩量来达到，但弧柱电压不能超过空载电压的65%，否则会使等离子弧不稳定。等离子空气切割机的控制装置一般都很简单。专门用于切割较薄金属的切割机只需有关闭/接通开关和一个待用指示灯。当切割机具备切割条件时，该指示灯显示。较复杂的设备还包括一个安装在内部的空气压缩机、可调节的输出控制装置，机载的冷却剂和其他装置。有些设备还带有一个安全保护装置，以保护操作者的安全。当这个安全保护装置不在割炬上时，由于气压不足或超过了工作循环时间而引起喷嘴和电极偶尔发生短路时，这种类型的切割机会自动切断其输出电源。等离子切割机的开路电压有可能很高，割炬和内部接线柱的绝缘很重要。有切割机上，还装有一个可供操作者改变电流状态的开关。当切割裸露的金属或带油漆的金属时，通过此开关可选择不同的电流。切割带有油漆或生锈的金属时，最好用连续的高频电弧切入不导电的金属表层，然后继续用这种电弧切割。而切割裸露的金属时，只需高频电弧作为触发电弧。当割炬开始切割后，需要用直流维弧使切割继续进行下去。用于切割汽车车身零部件的割炬必须是小型的、便于操作的，以便能在零部件比较密集的部位工作。割炬上的两个关键部分分别是喷嘴和切割电极。喷嘴和电极的损坏都将影响切割的质量，在每次切割中都略有损耗，应准备一些备用电极和喷嘴，以供损坏时更换。在进行重型切割时，钨电极适用于除空气以外的其他气体，例如氩气、氮气或氢气。等离子切割机使用注意事项：切割电流。增加切割电流同样能提高等离子弧的功率，但它受到最大允许电流的限制，否则会使等离子弧柱变粗、割缝宽度增加、电极寿命下降。气体流量。增加气体流量既能提高弧柱电压，又能增强对弧柱的压缩作用而使等离子弧能量更加集中、喷射力更强，因而可提高切割速度和质量。但气体流量过大，反而会使弧柱变短，损失热量增加，使切割能力减弱，直至使切割过程不能正常进行。电极内缩量。所谓内缩量是指电极到割嘴端面的距离，合适的距离可以使电弧在割嘴内得到良好的压缩，获得能量集中、温度高的等离子弧而进行有效的切割。距离过大或过小，会使电极严重烧损、割嘴烧坏和切割能力下降。内缩量一般取8-11mm。割嘴高度。割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面的距离。该距离一般为4~10mm。它与电极内缩量一样，距离要合适才能充分发挥等离子弧的切割效率，否则会使切割效率和切割质量下降或使割嘴烧坏。切割速度。等离子弧的高温、高能量决定着切割速度。在保证切割质量的前提下，应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率，而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。若切割速度不合适，其效果相反，而且会使粘渣增加，切割质量下降。将等离子切割机连接到一个清洁、干燥的压缩空气源上，切割机和压缩空气连接处的最大输送管压力为0.3-0.5MPa将焊炬和夹紧装置的电线连接到切割机上。将切割机电源插头插到符合制造厂规定的电源上，然后将地线夹连接到汽车的一个清洁表面上，连接处应尽量靠近切割部位。在等离子弧被触发以前，应先将切割喷嘴与工件上一个导电的部分相接触。必须进行这项操作，以符合安全流程的要求。一旦等离子弧被触发以后，切割机将很容易切入涂有油漆的表面。拿起等离子焊炬，使切割喷嘴与工件表面垂直，向下推动等离子焊炬，这将迫使切割喷嘴向下移动，直到与电极相接触。这时，等离子弧被触发。然后，立即停止推动等离子焊炬，让切割喷嘴返回到原来的位置。当等离子弧被触发后，不需要再使切割喷嘴与工件保持接触。不过，两者保持接触会使切割更容易进行。当切割喷嘴与工件保持接触时，施加在等离子焊炬上的向下的力非常小。只需要将它轻轻地拉到工件的表面上。开始在金属上需要切割的部位移动等离子焊炬，切割的速度由金属的厚度决定。如果移动焊炬过快，它将不切割工件。如果焊炬移动太慢，将会有太多的热量传入工件，而且还可能熄灭等离子弧。等离子切割机操作安全防护等离子弧电源的空载电压较高，尤其是在手工操作时，有电击的危险。因此电源在使用时必须可靠接地，割枪枪体与手触摸部分必须可靠绝缘。操作人员要穿戴绝缘手套。电弧光光辐射强度大，主要是紫外线辐射，可见光辐射与红外辐射组成，等离子弧较其他电弧的光辐射更大，尤其是紫外线强度，故对皮肤损伤严重，操作者在切割时必须要穿长袖工作服佩带吸收紫外线的护目镜。等离子弧切割过程中伴随有大量汽化的金属蒸汽、臭氧、氮化物等，由于气体流量大，致使工作场地灰尘大量扬起，这些灰尘和烟气对操作工人的呼吸道、肺等产生严重影响，因此工作场地要通风良好，并且佩带防尘口罩。等离子弧会产生高强度、高频率的噪声，尤其大功率的等离子切割时，噪声更大，约2000～8000Hz范围内。这对操作工人的听觉系统和神经系统非常有害，要求操作者必须戴耳塞。等离子弧采用高频震荡引弧，但高频对人体有一定的危害，要求工件接地可靠。等离子弧切割过程中容易出现的问题切割速度太快，等离子弧功率不够，气体流量太大以及喷嘴离割件太远等原因，会产生割件割不透及割件背面出现毛刺、粘渣、熔瘤的现象。割件表面有污物，切割速度与割炬高低掌握不均及气体流量过小等原因，会产生割件表面不光洁的现象