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1工業(yè)用途

等離子切割配合不同的工作氣體可以切割各種氧氣切割難以切割的金屬，尤其是對(duì)于有色金屬（不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）切割效果更佳；其主要優(yōu)點(diǎn)在于切割厚度不大的金屬的時(shí)候，等離子切割速度快，尤其在切割普通碳素鋼薄板時(shí)，速度可達(dá)氧切割法的5~6倍、切割面光潔、熱變形小、較少的熱影響區(qū)。

等離子切割機(jī)廣泛運(yùn)用于汽車、機(jī)車、壓力容器、化工機(jī)械、核工業(yè)、通用機(jī)械、工程機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)、船舶等各行各業(yè)。

2歷史沿革

20世紀(jì)50年代的傳統(tǒng)等離子切割

自20世紀(jì)50年代中期等離子弧工藝以來，相當(dāng)多的研究曾致力于增加弧壓縮而不產(chǎn)生雙弧。那個(gè)時(shí)期應(yīng)用的等離子弧切割現(xiàn)在稱為“傳統(tǒng)等離子切割”。如果用戶正在切割多種類的和不同板厚的金屬，傳統(tǒng)等離子切割會(huì)很繁瑣。例如，使用傳統(tǒng)等離子工藝切割不銹鋼和鋁，需要使用不同的氣體和氣體流量以求在上述兩種金屬上都獲得佳切割質(zhì)量。雖然傳統(tǒng)等離子切割從20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)90年代居主導(dǎo)地位，但這種工藝常常需要非常昂貴的氬氫混合氣體。

20世紀(jì)60年代的雙氣流技術(shù)

雙氣流技術(shù)是在20世紀(jì)60年代發(fā)明的，它在等離子噴嘴周圍增加了另一種保護(hù)氣體。通常，在雙氣流操作中，切割氣或叫等離子氣是氮?dú)饣驓鍤浠旌蠚?，而保護(hù)氣是按照所切割的金屬而選擇的，使用的典型保護(hù)氣切割低碳鋼時(shí)用空氣，切割不銹鋼時(shí)用CO，而切割鋁時(shí)用氬氫混合氣。這種技術(shù)在切割碳鋼時(shí)切割速度要比火焰切割快。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是噴嘴可以被隱藏在陶瓷氣罩或保護(hù)罩內(nèi)，阻止噴嘴和工件接觸，減少了“雙弧”發(fā)生的趨勢(shì)，保護(hù)氣覆蓋了切割區(qū)域，改進(jìn)了切割質(zhì)量和切割速度，還能冷卻噴嘴和護(hù)罩?？諝獾入x子切割是在20世紀(jì)60年代早期引入用于切割碳鋼的。空氣中的氧氣與熔化鋼板的放熱反應(yīng)可以提供額外的能量。

20世紀(jì)70、80年代氧氣等離子切割

20世紀(jì)70年代早期，發(fā)現(xiàn)了一種工業(yè)可利用的鉿和鋯，它能抗拒在氧氣等離子弧切割中因高溫而導(dǎo)致的電極材料快速燒損。氧氣作為一種等離子氣體引起了人們極大興趣。之后氧氣作為等離子氣體成為可能，氧氣等離子應(yīng)用于碳鋼切割成為等離子弧切割技術(shù)的新發(fā)展。氧氣等離子切割滿足了大范圍、無掛渣、高切割速度切割所需要的條件，在較低電流水平操作時(shí)，大幅提高切割速度，并且產(chǎn)生光滑、方正和更柔軟的切口邊緣。這種切口邊緣更容易進(jìn)行彎曲或焊接加工。所有鋼板，包括高硬度低合金鋼在內(nèi)，用這種新技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)基本無掛渣切割。

現(xiàn)代高精度等離子切割及其智能化發(fā)展

20世紀(jì)90年代初，“精細(xì)等離子”概念進(jìn)入市場(chǎng)，挑戰(zhàn)了激光市場(chǎng)。激光切割因其具有在保護(hù)準(zhǔn)確的精度的同時(shí)產(chǎn)生高質(zhì)量切口的能力，在金屬切割工業(yè)是等離子切割的一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。等離子設(shè)備的制造商們加大了其在設(shè)計(jì)方面的努力，以求進(jìn)一步提高其設(shè)備的切割質(zhì)量。通過極大地縮小噴嘴孔尺寸而產(chǎn)生極度壓縮弧，等離子切割獲得了與激光產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)所需的高能量密度。精細(xì)等離子系統(tǒng)已經(jīng)成為金屬切割工業(yè)中與激光相競(jìng)爭(zhēng)的*的等離子產(chǎn)品。

3切割設(shè)備

等離子切割系統(tǒng)主要由供氣裝置水裝置、電源以及割槍幾部分組成。水冷槍還需有冷卻循環(huán)水裝置。

（1）供氣裝置 空氣等離子弧切割的供氣裝置的主要設(shè)備是一臺(tái)大于l.5kw的空氣壓縮機(jī)，切割時(shí)所需氣體壓力為0.3-0．6MPa。如選用其他氣體，可采用瓶裝氣體經(jīng)減壓后供切割時(shí)使用。
　　（2）電源 等離子切割采用具有陡降或恒流外特性的直流電源。為獲得滿意的引弧及穩(wěn)弧效果，電源空載電壓一般為電弧電壓的兩倍。常用切割電源空載電壓為350-400V。

（3）割槍 割槍的具體形式取決于割槍的電流等級(jí)，一般60A以下割槍多采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)；而60A以上割槍多采用水冷結(jié)構(gòu)。割槍中的電極可采用純鎢、釷鎢、鐘鎢棒，也可采用鑲嵌式電極。電極材料優(yōu)先選用鑄鎢。
　　等離子切割具有切割厚度大、切割靈活、裝夾工件簡(jiǎn)單及可以切割曲線等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于所有的金屬材料和非金屑材料的切割。

4切割方法

等離子切割方法除一般形式外，派生出的形式還有水壓縮等離子切割等。常用的方法是一般等離子切割和空氣等離子切割。

一般切割

一般的等離子切割不用保護(hù)氣，工作氣體和切割氣體從同一噴嘴內(nèi)噴出。引弧時(shí)，噴出小氣流離子氣體作為電離介質(zhì)；切割時(shí)，則同時(shí)噴出大氣流氣體以排除熔化金屬。

空氣切割

空氣等離子切割一般使用壓縮空氣作為離子氣，這種方法切割成本低，氣源來源方便。壓縮空氣在電弧中加熱、分解和電離，生成的氧氣切割金屬產(chǎn)生化學(xué)放熱反應(yīng)，加快切割速度。充分電離了的空氣等離子體的熱焓值高，因而電弧的能量大，切割速度快。

5工作氣體

等離子切割發(fā)展到當(dāng)前，可采用的工作氣體（工作氣體是等離子弧的導(dǎo)電介質(zhì)，又是攜熱體，同時(shí)還要排除切口中的熔融金屬）對(duì)等離子弧的切割特性以及切割質(zhì)量、速度都有明顯的影響。常用的等離子弧工作氣體有氬、氫、氮、氧、空氣、水蒸氣以及某些混合氣體。

6切割規(guī)范

各種等離子弧切割工藝參數(shù)，直接影響切割過程的穩(wěn)定性、切割質(zhì)量和效果。主要切割規(guī)范簡(jiǎn)述如下：

空載電壓和弧柱電壓

等離子切割電源，必須具有足夠高的空載電壓，才能容易引弧和使等離子弧穩(wěn)定燃燒?？蛰d電壓一般為120-600V，而弧柱電壓一般為空載電壓的一半。提高弧柱電壓，能明顯地增加等離子弧的功率，因而能提高切割速度和切割更大厚度的金屬板材?；≈妷和ㄟ^調(diào)節(jié)氣體流量和加大電極內(nèi)縮量來達(dá)到，但弧柱電壓不能超過空載電壓的65%，否則會(huì)使等離子弧不穩(wěn)定。

切割電流

增加切割電流同樣能提高等離子弧的功率，但它受到大允許電流的限制，否則會(huì)使等離子弧柱變粗、割縫寬度增加、電極壽命下降。

氣體流量

增加氣體流量既能提高弧柱電壓，又能增強(qiáng)對(duì)弧柱的壓縮作用而使等離子弧能量更加集中、噴射力更強(qiáng)，因而可提高切割速度和質(zhì)量。但氣體流量過大，反而會(huì)使弧柱變短，損失熱量增加，使切割能力減弱，直至使切割過程不能正常進(jìn)行。

電極內(nèi)縮量

所謂內(nèi)縮量是指電極到割嘴端面的距離，合適的距離可以使電弧在割嘴內(nèi)得到良好的壓縮，獲得能量集中、溫度高的等離子弧而進(jìn)行有效的切割。距離過大或過小，會(huì)使電極嚴(yán)重?zé)龘p、割嘴燒壞和切割能力下降。內(nèi)縮量一般取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離。該距離一般為4~10mm。它與電極內(nèi)縮量一樣，距離要合適才能充分發(fā)揮等離子弧的切割效率，否則會(huì)使切割效率和切割質(zhì)量下降或使割嘴燒壞。

切割速度

以上各種因素直接影響等離子弧的壓縮效應(yīng)，也就是影響等離子弧的溫度和能量密度，而等離子弧的高溫、高能量決定著切割速度，所以以上的各種因素均與切割速度有關(guān)。在保證切割質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能的提高切割速度。這不僅提高生產(chǎn)率，而且能減少被割零件的變形量和割縫區(qū)的熱影響區(qū)域。若切割速度不合適，其效果相反，而且會(huì)使粘渣增加，切割質(zhì)量下降。

7安全防護(hù)

1． 等離子切割下部應(yīng)設(shè)置水槽，在切割過程中切割部分應(yīng)放在水下切割，避免產(chǎn)生煙氣對(duì)人體的毒害

2．在等離子弧切割過程中避免直接目視等離子弧，需佩戴專業(yè)防護(hù)眼鏡及面部罩，避免弧光對(duì)眼睛及皮膚的灼傷。

3．在等離子弧切割過程中會(huì)產(chǎn)生大量毒害氣體，需要通風(fēng)并佩戴多層過濾的防塵口罩。

4．在等離子弧切割過程中需佩戴毛巾，手套，腳護(hù)套等勞護(hù)用具，防止四濺的火星對(duì)皮膚的灼傷。

5．在等離子弧切割過程中高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻以及電磁輻射，會(huì)對(duì)身體造成損傷，部分長(zhǎng)期從業(yè)者甚至出現(xiàn)不孕的癥狀，雖然醫(yī)學(xué)界和業(yè)界暫時(shí)尚無定論，但仍需做好防護(hù)工作。