等离子切割机的工作原理

来源:火狐体育网址    发布时间:2024-03-14 01:16:25
等离子切割机电弧的稳定性直接影响着切割质量,等离子电弧不稳定现象,会导致切口参差不齐、积瘤等缺陷


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  等离子切割机电弧的稳定性直接影响着切割质量,等离子电弧不稳定现象,会导致切口参差不齐、积瘤等缺陷,也会导致控制管理系统的相关元件寿命降低,喷嘴、电极频繁更换。针对此现象,做多元化的分析并提出解决办法。

  等离子切割机工作时,如工作气压远远低于说明书所要求的气压,这在某种程度上预示着等离子弧的喷出速度减弱,输入空气流量小于规定值,此时不能形成高能量、高速度的等离子弧,从而造成切口质量差、切不透、切口积瘤的现象。气压不足的原因有:空压机输入空气不足,切割机空气调节阀调压过低,电磁阀内有油污,气路不通畅等。

  解决方法是,使用前注意仔细观察空压机输出压力显示,如不符合标准要求,可调整压力或检修空压机。如输入气压已达要求,应检查空气过滤减压阀的调节是不是正确,表压显示能否满足切割要求。否则应对空气过滤减压阀进行日常维护保养,确保输入空气干燥、无油污。如果输入空气质量差,会造成电磁阀内产生油污,阀芯开启困难,阀口不能完全打开。另外,割炬喷嘴气压过低,还需更换电磁阀;气路截面变小也会造成气压过低,可按说明书要求更换气管。

  三、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,在使用电离能高的气体如氮气、氢气或空气时,稳定等离子弧所需的电压会更高。当电流一定时,电压的提高意味着电弧焓值的提高和切割能力的提高。如果在焓值提高的同时,减小射流的直径并加大气体的流速,往往能够得到更快的切割速度和更好的切割质量。

  举例:在工业中使用的金属板厚大多是在50mm以下,在这个厚度范围内用常规的等离子弧切割往往会形成上大下小的割口,而且割口的上边缘还会导致切口尺寸精度下降并增加后续加工量。当采用氧和氮气等离子弧切割碳钢、铝和不锈钢时,当板厚在10~25mm范围内时,通常是材料越厚,端边的垂直度越好,其切割棱边的角度误差在1度~4度。当板厚小于1mm,随板厚的减小,切口角度误差从3度~4度增加到15度~25度。

  一般认为,此现状的产生原因是由于等离子射流在割口面上的热输入不平衡所致,即在割口的上部等离子弧能量的释放多于下部。这个能量释放的不平衡,与很多工艺参数紧密关联,如等离子弧压缩程度、切割速度及喷嘴到工件的距离等。增加电弧的压缩程度可以使高温等离子射流延长,形成更为均匀的高温区域,同时加大射流的速度,能减小切口上下的宽度差。然而,常规喷嘴的过度压缩往往会引起双弧现象,双弧不但会损耗电极和喷嘴,使切割过程没有办法进行,而且也会导致切口质量的下降。另外,过大的切割速度和过大的喷嘴高度都会引起切口上下宽度差的增加。

  等离子切割机的使用现场有大型用电设施,切割机内部主回路元件故障等,会使输入交流电压过低。

  解决方法是,检查等离子切割机所接入电网是否有足够的承载能力,电源线规格是不是满足要求。等离子切割机安装地点,应远离大型用电设备和经常有电气干扰的地方。使用的过程中,要定期清理切割机内灰尘和元件上的污垢,检查电线是否有老化现象等。

  2、氢气通常是作为辅助气体与其它气体混和作用,如著名的气体H35(氢气的体积分数为35%,其余为氩气)是等离子弧切割能力最强的气体之一,这主要得利于氢气。由于氢气能明显提高电弧电压,使氢等离子射流有很高的焓值,当与氩气混合使用时,其等离子射流的切割能力大幅度的提升。一般对厚度70mm以上的金属材料,常用氩+氢作为切割气体。若使用水射流对氩+氢气等离子弧进一步压缩,还可获得更高的切割效率。

  3、氮气是一种常用的工作气体,在有较高电源电压的条件下,氮气等离子弧有较好的稳定性和比氩气更高的射流能量,即使是切割液态金属粘度大的材料如不锈钢和镍基合金时,切口下缘的挂渣量也很少。氮气可以单独使用,也可以同其它气体混和使用,如自动化切割时常常使用氮气或空气作为工作气体,这两种气体慢慢的变成了高速切割碳素钢的标准气体。有时氮气还被用作氧等离子弧切割时的起弧气体。

  4、氧气能大大的提升切割低碳钢材料的速度。使用氧气进行切割时,切割模式与火焰切割很想像,高温高能的等离子弧使得切割速度更快,但是必须配合使用抗高温氧化的电极,同时对电极进行起弧时的防冲击保护,以延长电极的寿命。

  5、空气中含有体积分数约78%的氮气,所以利用空气切割所形成的挂渣情况与用氮气切割时很想像;空气中还含有体积分数约21%的氧气,因为氧的存在,用空气的切割低碳钢材料的速度也很高;同时空气也是最经济的工作气体。但单独使用空气切割时,会有挂渣以及切口氧化、增氮等问题,而且电极和喷嘴的寿命较低也会影响工作效率和切割成本。

  四、工作气体与流量:工作气体包括切割气体和辅助气体,有些设备还要求起弧气体,通常要根据切割材料的种类,厚度和切割方法来选择正真适合的工作气体。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。过大的气体流量会带走更多的电弧热量,使得射流的长度变短,导致切割能力变弱和电弧不稳;过小的气体流量则使等离子弧失去应有的挺直度而使切割的深度变浅,同时也易产生挂渣;所以气体流量一定要与切割电流和速度很好的配合。现在的等离子弧切割机大多靠气体压力来控制流量,因为当枪体孔径一定时,控制了气体压力也就控制了流量。切割一定板厚材料所使用的气体压力通常要按照设备厂商提供的数据选择,若有其它的特殊应用时,气体压力一定要通过实际切割试验来确定。最常用的工作气体有:氩气、氮气、氧气、空气以及H35、氩-氮混合气体等。

  接地是切割前一项必不可少的准备工作。未使用专用的接地工具,工件表面有绝缘物及经常使用老化严重的地线等,都会使地线与工件接触不良。

  应使用专门的接地工具,并检查是不是有绝缘物影响地线与工件表面接触,避开使用老化的接地线。

  以高压为正馈式为例。接通电源开关后,三相漏抗变压器、整流桥得电后输出l20~180V(机型不同.电压不同)的空载直流电压处于待机状态。接通工作开关后,控制组件得电,如果此时按下切割开关(附在供气、电的喷嘴头部),供气电磁闸打开供气,同时接通高压逆变组件电源。若此时不进行切割,放电间隙即行释放部分高压以免击穿工作整流管,如果此时已接上负极线到工件并且喷嘴已接近需切割的金属制作的产品,气流在高压电场作用下被电离.一百多伏的电压即沿着电离子通路形成电弧,在离子、电压、电弧、气压的作用下金属迅速熔化,进而达到切割金属的目的。工作结束

  高性能Rapier和Trident数控等离子切割系统集中了HG-FARLEYLASERLAB以往的科技成果,采用了全新的气体控制箱设计,为用户更好的提供了优异的切割质量和质量稳定性,最大化的生产效率,最小的运行成本,无与伦比的加工适用性,能够以一半的运行成本获得比已往更佳的精细切割质量。在切割碳钢时,具备优秀能力质量和稳定能力的精细特征零件。结合高精度的切割床,能得到极佳的小件和圆孔质量。在切割不锈钢和铝材时,使用N2/N2,H35(氩氢预混气)和H35–N2工艺,以及新的F5(氮氢预混气)工艺,使薄板的切割质量明显提高。

  五、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。由于等离子弧切割通常用恒流或陡降外特征的电源,喷嘴高度增加后,电流变化很小,但会使弧长增加并导致电弧电压增大,从而使电弧功率提高;但同时也会使暴露在环境中的弧长增长,弧柱损失的能量增多。在两个因素综合作用的情况下,前者的作用往往完全被后者所抵消,反而会使有效的切割能量减小,致使切割能力降低。通常表现是切割射流的吹力减弱,切口下部残留的熔渣增多,上部边缘过熔而出现圆角等。另外,从等离子射流的形态方面考虑,射流直径在离开枪口后是向外膨胀的,喷嘴高度的增加必然引起切口宽度加大。所以,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,但是,喷嘴高度过低时可能会引起双弧现象。采用陶瓷外喷嘴可以将喷嘴高度设为零,即喷口端面非间接接触被切割表面,能够得到很好的效果。

  六、切割功率密度:为了获得高压缩性的等离子弧切割电弧,切割喷嘴都采用了较小的喷嘴孔径、较长的孔道长度并加强了冷却效果,这样做才能够使得喷嘴有效断面内通过的电流增加,即电弧的功率密度增大。但同时压缩也使得电弧的功率损失加大,因此,实际用于切割的有效能量要要比电源输出的功率小,其损失率一般在25%~50%之间,有些方法如水压缩等离子弧切割的能量损失率会更大,在进行切割工艺参数设计或切割成本的经济核算时应思考这个问题。

  因喷嘴安装不当,如丝扣未上紧,设备各挡位调整不当,需用水冷却的割炬在工作时,未按要求通入流动的冷却水以及频繁起弧,都会造成喷嘴过早损坏。

  解决方法是,按照切割工件的技术方面的要求,正确调整设备各挡位,检查割炬喷嘴是否安装牢圄,需通冷却水的喷嘴应提前使冷却水循环起来。切割时,根据工件的厚度调整割炬与工件之间的距离。

  1、氩气在高温时几乎不与任何金属发生反应,氩气等离子弧很稳定。而且所使用的喷嘴与电极有较高的常规使用的寿命。但氩气等离子弧的电压较低,焓值不高,切割能力有限,与空气切割相比其切割的厚度大约会降低25%。另外,在氩气保护自然环境中,熔化金属的表面张力较大,要比在氮气环境下高出约30%,所以会有较多的挂渣问题。即使使用氩和其它气体的混合气切割也会有粘渣倾向。因此,现已很少单独使用纯氩气进行等离子切割。

  二、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,由于材料的厚薄度,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,切割速度也相应的变化。主要体现:1、切割速度适度地提高能改善切口质量,即切口略有变窄,切口表面更平整,同时可减小变形。2、切割速度过快使得切割的线能量低于所需的量值,切缝中射流不能快速将熔化的切割熔体立即吹掉而形成较大的后拖量,伴随着切口挂渣,切口表面上的质量下降。3、当切割速度太低时,由于切割处是等离子弧的阳极,为维持电弧自身的稳定,阳极斑点或阳极区必然要在离电弧最近的切缝附近找到传导电流地方,同时会向射流的径向传递更多的热量,因此使切口变宽,切口两侧熔融的材料在底缘聚集并凝固,形成不易清理的挂渣,而且切口上缘因加热熔化过多而形成圆角。4、当速度极低时,由于切口过宽,电弧甚至会熄灭。由此可见,良好的切割质量与切割速度是分不开的。

  数控等离子机切割工艺参数的选择对切割质量、切割速度和效率等切割效果的影响是至关重要的。正确使用数控等离子机进行高质量的快速切割,必须对切割工艺参数进行深刻地理解和掌握。

  一、切割电流:它是最重要的切割工艺参数,直接决定了切割的厚度和速度,即切割能力。造成影响:1、切割电流增大,电弧能量增加,切割能力提高,切割速度是随之增大;2、切割电流增大,电弧直径增加,电弧变粗使得切口变宽;3、切割电流过大使得喷嘴热负荷增大,喷嘴过早地损伤,切割质量自然也下降,甚至没有办法进行正常割。所以在切割前要根据材料的厚度正确选用切割电流和相应的喷嘴。

  若输入空气压力远超于0.45MPa,则在形成等离子弧后,过大的气流会吹散集中的弧柱,使弧柱能量分散,减弱了等离子弧的切割强度。造成气压过高的原因有:输入空气调节不当、空气过滤减压阀调节过高或者是空气过滤减压阀失效。

  解决方法是,检查空压机压力是否调整合适,空压机和空气过滤减压阀的压力是否失调。开机后,如旋转空气过滤减压阀调节开关,表压无变化,说明空气过滤减压阀失灵,需更换。

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