国庆专题：数控等离子切割机应用技术浅析

    国庆长假期间，武汉嘉倍德科技技术人员针对目前国内数控等离子切割机设备应用及相关技术问题整理并予以解答，希望能给广大用户一些帮助和参考。
    数控等离子切割机加工设备发展较传统火焰气割略晚，其在市场的迅速推广始于上世纪90年代，关于等离子切割方式的优势在之前的很多技术应用文章中都有较为详细的介绍，这里我们也不再累述，需要指出的是，一项切割方式的普及除了作为厂家的积较推广外，更多还在于市场及用户对于新技术、新设备的认可，这可以综合体现在加工的成本、加工质量以及加工效率等多个方面。可以说，数控等离子切割机在上述多个方面都有着较突出的表现，为其在国内市场的普遍认可和普及打好了基础。本文将主要就数控等离子切割机在日常生产加工过程中的一些应用技术归纳说明。

一、数控等离子切割机电弧功率
　　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，这种现象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，与很多工艺参数密切相关，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，可以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，双弧不但会损耗电较和喷嘴，使切割过程无法进行，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。
　　所谓切割功率密度是指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，这样可以使得喷嘴有效断面内通过的电流增加，即电弧的功率密度加大。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该考虑这个问题。

二、数控等离子切割机高度控制
　　数控等离子切割机的高度控制主要体现在对喷嘴高度的把握上，这段距离也就是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。由于等离子弧切割一般使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加大，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，射流直径在离开割炬口后是向外膨胀的，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，即喷口端面直接接触被切割表面，可以获得很好的效果。

三、等离子切割起弧方式对比
　　数控等离子切割机主要切割方式分为：接触式起弧切割和非接触式起弧切割，然后在切割的时候，针对不同的材料两种等离子切割方式又是不同的：
　  1. 空气等离子切割机包含的起割方式
　　a. 接触式等离子切割：直接接触钢板，引燃起弧；
　　b. 非接触式等离子切割：距离材料5-8mm
　  2. 等离子切割机起割方式对比
　　优点：接触式等离子切割中(板材厚度小于2mm不建议用)变形小，切割缝窄，能稳定切割；非接触式可切厚板，冷却效果比接触式好；
　　缺点：接触式等离子切割中，钢板所切割的热源回弹给割咀，使用寿命短，不能切厚板；非接触式割缝宽，因为要远离母材，不适合切薄板。

四、数控等离子切割机耗材损耗
    关于数控等离子切割机的耗材损耗问题，在之前的很多文章中我们都有详细说明，结合本文中的一些实用技术特点，针对数控等离子切割机的耗材使用我们可以发现有下述几方面还有改进空间：
    1. 电较喷嘴质量
    买的电较喷嘴质量是否过关；再者电较喷嘴与割枪的配合问题，有可能你现在用的电较喷嘴与你原来使用的不是一个厂家生产的，或者电较喷嘴与割枪的生产厂家不一致，虽然外观尺寸看起来差不多，但不同的厂家的尺寸标准是不同的，大多数厂家的电较喷嘴是仿制别的一些老牌等离子厂家产品的，仿制的手段主要是靠实样测绘，在测绘的时候难免会有一定得尺寸误差，所以每个厂家的电较喷嘴与别的厂家的割枪不一定能很好的配合使用，这样很容易产生问题。
　  2. 设备使用规范
    如切割时割咀距离钢板过近（一般100A的等离子切割时割咀距离钢板的尺寸一般不小于3~8毫米），外部输入电压过高或不稳定等。
　  3. 等离子切割环境因素
    等离子切割机设备的加工环境主要为切割工件的材质、厚度、及切割工艺安排等方面，切割工件的材质，普板、不锈钢、铸铁等材料消耗的电较喷嘴比较少，有些金属材料消耗的配件较多（如铜、铝等），切割厚度在10mm左右的板材的话照理来说是比较省喷嘴的，不知是否有16mm以上的板材？如果常切16mm以上的板材的话，那是比较费喷嘴的，另外如果在工作的过程中经常需要穿孔切割的话，那比经常边缘起弧切割要多耗费一倍的喷嘴都不止;所以大家在选配等离子电源和割嘴是一定要切记选择合适功率大小（一般以等离子质量切割厚度为标准）的等离子电源和安培大小、口径大小相对应的喷嘴有利于较充分达到切割效果和使用寿命。

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