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精细等离子切割质量的优势

发布时间:2019/10/15 20:21

精细等离子切割质量的优势

提供调整气体的流量和种类来提高切割边缘的质量

发表时间:2019年10月6日
发表人:江苏科茂自动化有限公司
关于:数控切割机等离子切割
等离子

关于高精度等离子切割的边缘质量。它有光泽,几乎是玻璃状的,并且切割后的几何形状变得更加精确-边缘圆角和斜边更少,完全是正方形或接近正方形。数控精确等离子切割已经走了很长一段路。

尽管方法因系统而异,但这些技术使用相似的原理制作出了优质的等离子切割边缘:等离子气体,保护气体,以及正确的方式,正确的压力和能量,尽可能干净,经济的切割。

减少挑战

传统的等离子切割往往会留下圆形的顶部边缘和不成直角的边缘角度。边缘还具有明显的滞后条纹。

滞后会给尖角带来挑战,特别是在12MM厚或更大的材料中。当圆弧的顶部急转弯时,滞后的圆弧的底部将被拉动并最终不遵循切割路径一直到拐角处,因此拐角变圆。

切割程序告诉割炬在达到拐角几何形状之前要减速。为了获得最佳的拐角,技术人员会采用循环切割路径,该路径会越过拐角几何形状并循环环绕以开始新的切割线。但是对于诸如方形,矩形和其他多边形孔之类的内部切割,无法这样编排路径,这就是为什么它们仍然可能是等离子切割中最具挑战性的几何形状的原因。

内部切割(例如孔和槽)的另一个挑战涉及处理切口的引入和引出,即电弧进入和离开工件轮廓之间的重叠区域。为了避免边缘上有少量多余的材料,技术人员对等离子引出进行了编程,以使其略微超出其起始位置。这样就留下了一个很小的区域,该区域实际上被切割了两次,与其余切缝相比,这会浪费掉更多的材料。

气流漩涡

精确的等离子切割通过以涡流的气流来优化,将这些挑战最小化。

气体预流时,在毫秒内,割炬体内的气体(通常是氮气或空气,相对容易电离)的预流会在正确的压力,位置和时间启动环境。当满足正确的流动条件时,高频电弧在电极和喷嘴之间跳跃,从而使气体电离。

这将转换为电极和喷嘴之间的引弧。压力上升,这将引弧从喷嘴孔中推出并转移到工件上。电阻的水平有助于电弧向板的传递,电阻的水平在电极和板之间要比在电极和喷嘴之间要小。然后电流增加,第二步开始:等离子气体和辅助气体之间的工作。

 

电离的等离子气体会产生等离子,而保护气体会将其与周围的空气隔离开来,并有助于提高切割边缘的质量。它使用特定的化学成分(气体混合物),流速和压力以及气体通过割炬主体在切割上游形成漩涡的特定路径来执行此操作。


一个300安培的精密等离子系统可切割这两片0.75英寸厚的低碳钢。上面用新的易损件组切割,而下面用相同的易损件组切割约1400次后的情况。图片由jskemao.cn.提供


主要参与者:氧气,空气,氮气和氢气

“近年来,我们已经完善了气体的压力和流量,”科茂公司的热动力公司全球等离子自动化副总裁说。“有一些方法可以通过混合气体(等离子气体和保护气体)来改善表面光洁度。”

“空气真的可以切割任何东西。”总部位于江苏南通的科茂自动化的,焊炬和消耗品负责人张玮说。,空气等离子体和保护气体的结合虽然经济,但不是获得高边缘质量的最优选择。

正如业内人士所解释的那样,为精细等离子切割选择正确的气体组合首先要了解气体的化学成分如何影响切割的。在碳钢中,氧气会引起放热反应,从而增加切割速度。帮助疏散熔融物料;并确保干净的方形边缘。

大多数氧气等离子切割都使用空气作为辅助气体,但是纯氧气包护技术对薄规格材料以及某些特殊的孔加工都有好处。张玮说:“在切割较厚的钢时在屏蔽层中混合一些氮,可能会更好” 他补充说,这可以是空气-氮气混合物或氧气-氮气混合物。“特别是在[切口]的引出线中,使用保护气体混合物可以最大程度地减少引出。在切割结束时,少量的氧气使材料变得光滑,比仅使用空气时要好。”

在不锈钢中,氮气等离子气体通常适合厚度为10MM或更小的材料。对于厚度小于12MM的材料,使用混合气体如F5(5%的氢,95%的氮)可能是有效的。

切割较厚的材料时还受益于含氢量的等离子气体,例如氩气-氢气或氩气-氢气-氮气的混合物。氢气可防止氧气与切割表面发生反应,从而产生光滑,光亮的外观。这就是为什么不锈钢切削刃得益于等离子气体的混合物,例如F5和H35(35%的氢气和65%的氩气),以及氮气作为保护气体。对于具有先进混合功能的系统,等离子气体混合物中的氢含量较高,用于切割厚不锈钢。

“对于铝切割,氮气作为等离子气体,以水作为保护液可实现最佳切割,其切割边缘比干燥的氮气或空气保护气体要平滑得多,”汉诺威海宝公司等离子设计工程师说

专用的等离子屏蔽气体混合物比比皆是。一种用于有色金属切割的等离子气体是H17,它的氢气含量为17.5%,氩气含量为32.5%,氮气含量为50%。这有助于降低电弧温度和缩小切缝。

一些系统甚至使用丙烷与氮气结合作为辅助气体与氮气等离子气体。丙烷中含有氢,这又有助于非铁切削。“氢气使您对铝和不锈钢具有清洁作用,几乎就像光亮的退火型切割工艺一样,”

调整流量

 

与传统等离子相比,高精度等离子弧工艺可实现每平方英寸更高的安培数。制造商以不同的方式实现这一目标。有些会收缩电弧,使其在较高的气压,较小的割炬孔和/或较长的喷嘴下更有效。

精密等离子体中的孔和边缘质量不断提高。图片由KEMAO公司提供。
 

另一种方法是从喷嘴中排出一些气体,这会在电弧沿炬管本体向下到达喷嘴孔的过程中限制电弧,这有助于减少圆弧达到切割的最高垂直度。

割炬体内的等离子气体向下旋转,在进入切割孔之前,较冷的外部气体层隔离开等离子弧。从孔中出来的是电弧,只是实际上有助于切削的气体。

在某些应用中,保护气体也会产生漩涡。旋转辅助气体可以产生更快的切削速度,减少渣渣或浮渣,喷嘴和保护盖之间的同心度非常关键,其中包括保护气体旋转的通道。

该系统有效,因为旋涡会引起压差。材料自然地从割缝上的高压移到废料刃上的低压。结果是:边角边为垂直的边缘,边角为无渣正方形。“切割面非常平滑,从6mm一直到25mm。废料边缘的倾斜角度为3到5度,但是产品的切割面为0到±1.5度。”

现在,某些系统设计割炬时,这些割炬允许保护气体相对于等离子弧以近38度的角度切割。这增加了弧沿其轴线的动量,同时也限制了弧。

设计还影响了切割发生的位置,它远离喷嘴孔并且更靠近板的顶部。这将电弧缩小到了发生切割的地方。

他补充说,该系统具有不同的轴向等离子涡流,等离子气体在更高的压力下流动。这使割炬中的涡流环看起来与众不同。这些孔不是沿径向钻出(会产生径向旋涡),而是沿割炬轴线钻出,足以引起旋涡作用,同时允许压力向下推动电弧。

以前这是不可行的,因为它可能影响低碳钢切割的消耗寿命,尤其是在电流和气体不能以受控方式下降时,对于下降误差而言。通过在割炬后面使用阀门,并在割炬内部使用较少的气体,新技术可以检测电弧的电压属性,以防止斜降误差。

改进的电弧稳定性有助于在切割几何形状时提高性能,这些几何形状对等离子工艺提出了持续的挑战。必须承认,循环使用割炬路径切割外部拐角仍可产生最佳,最锐利的边缘,且半径不明显。但是对于精细切割,尤其是锐角的拐角和切口,电弧稳定性极大地改善了切割质量。

 

等离子的孔切割能力也在不断提高。近年来,一些系统同时使用氧气作为等离子气体和保护气体,使放热反应中的氧气能够平滑小孔的边缘,在某些情况下,厚度与直径之比为1:1。如今,随着割炬绕孔圆周行进,系统可以改变加速度和行进速度,通常随着割炬到达切削路径的末端而开始缓慢运行并加速,因为切削路径的末端需要去除的材料更少。

高质量的等离子切割边缘(例如这些碳钢样品)具有光泽,几乎呈玻璃状的外观。照片由KEMAO提供。
 

这确实有助于孔底部的外观。更快的速度会在切割路径末端附近将较少的热量引入孔中,从而有助于在整个加工过程中使底部保持更圆的形状。切。

越来越好

对于等离子切割,边缘质量仍然存在障碍。例如,尝试在较厚的不锈钢上切一个小孔,您可能会看到切口底部有过多的渣。该过程在孔周围的缓慢移动(与直线切割相比)会产生额外的热量。

消息人士补充说,新的工艺技术不会改变物理学。无论使用何种等离子切割电源和割炬,错误的工艺参数或不良的机器运动仍将导致不良的边缘质量。

尽管如此,新的等离子技术,结合对特定切口(尤其是孔)的导入和导出的运动控制,仍在不断改进。高度控制也发挥了作用。业界已不再使用恒定电压设置。随着电极随着时间的推移而燃烧,为了保持相同的电压,割炬的支撑距离将降低,此变化会影响切割质量。因此,现在具有自动高度控制的系统(带有示例电弧电压)可在刀尖与材料表面之间保持恒定的距离,从而为每次切割调节电压。

最佳运动控制(整个对象本身)也适合切割质量难题。没有高质量的运动就无法完成高质量的切割。

最终,仅靠正确的气体无法解决问题。创新的工艺气体流量或最佳的工艺控制都不会。取而代之的是,所有这些因素都有助于产生等离子切割的边缘,使边缘如此干净,以至于看起来根本不像是通过热处理切割的。

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