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等离子切割的寿命和时间

发布时间:2019/11/04 15:25

等离子切割的电极寿命和切割速度

技术如何发展到今天

发布于:22019年11月4日

发表人:江苏科茂自动化有限公司

关于:数控切割机,等离子切割机

 
等离子切割

只要焊接过程本身就与切割类似。一种流行的方法早期涉及使用焊丝,以每分钟8至16米(IPM)连续供给。焊丝被高流量的保护气体围绕,该保护气体由氩,氦,氮,氧,二氧化碳,空气或这些气体的组合组成,电流范围为300至800安培。该技术以380mm/min的厚度切割1英寸厚的不锈钢板,以18 IPM的厚度切割25mm厚的铝板。

那时,我们今天所知道的等离子切割工艺是不存在的,直到于1955年在研究实验室发明为止。通过壁稳定来限制焊接电弧会导致电弧能量密度增加和动量。

电弧的一端连接到割炬内部的负极(阴极),另一端连接到要切割的金属(阳极)。这种配置通常称为转移电弧。

前15年

等离子切割从一开始就面临的挑战与当今金属制造环境中所面临的挑战相同。改进仍旨在提高切割速度,更好的切割质量和消耗寿命。

值得早期研究人员和工程师称赞的是,在此过程生命的头15年中,发生了大量创新。这些创新包括增加电弧能量密度和稳定性,改变等离子体的组合物,改善组分冷却,控制流体动力学,并用特殊材料。

早期的等离子切割炬包括一个钨棒电极,该钨棒电极被压缩喷嘴包围。那时,保护气体是一种惰性气体,可将钨电极与反应性气氛隔离开来,以延长其使用寿命。为了帮助缩小和稳定电弧并进一步冷却割炬,在电极下游同轴注入了水。后来,水被旋流以提高电弧稳定性,因此被称为液体涡轮机。

等离子体切割被证明是切割有色金属的有效方法,但是只有利用了铁和氧之间的反应,等离子切割才能与低碳钢上的氧气切割竞争。它的局限性在于电极寿命极短,因为钨容易与氧气反应。

通过在钨电极下方的喷嘴中引入氧化气体,同时在电极周围保持保护气体,可以改善使用寿命。旋转主要等离子气体可以进一步稳定电弧。

不幸的是,切割质量仍然无法与氧气切割相比。围绕喷嘴出口下游的电弧射流注入第二种流体(空气,氧气,水)标志着工艺上的重大改进。这被称为双流切割,如今第二种流体被称为保护层或辅助气体。该辅助流可以保护渣,熔滴,甚至金属蒸汽火炬前端,防止金属导电割炬与工件之间的桥梁。

本发明通过减小切口的顶部倒圆刃提高了质量。而且,二次气体将电弧带入切割的更深处,减少了融渣在切割底部的附着力,并使切割速度提高了一倍。
老式等离子切割
这种水冷式手电筒可承受高达1,000安培的电流,在1960年代初期是尖端技术。由于对血浆如何影响人体知之甚少,制造商穿着防护服是一项极端措施。
 

切割电流们不断升高(300安培和更高),以增加切割速度。然而,如此高的电流显着增加了发射元件(钨)的磨损率,影响了效率和生产率。

纽扣型电极的发明取得了突破。将电极嵌入水冷的铜支架中后,可增强发射元件的冷却效果。此外,当等离子体形成气体为空气​​时,将z化的钨置换为锆。电极寿命从使用钨的几分钟延长到使用锆的几个小时,并且低碳钢的空气切割变得很流行。

但是,实际上不可能在高于300安培的电弧电流下使用锆阴极。1960年代末,前苏联使用锗代替锆,镧和锶,进一步提高了空气等离子切割中的电极寿命。

发展的初期非常富有成果。该过程的基本知识已广为人知。低压启动技术是在1957年发明的,尽管直到1980年代中期才被广泛使用,并且消除了电弧点火过程中发出的电磁噪声。这些创新将在随后的三十年内得到完善。

自动化的春天

整个1970年代和80年代,工艺改进一直在继续。但是,等离子切割在实现自动化时真正起飞了。它始于NC,CNC和DNC的实施以及高度控制器和工件感应系统的开发,所有这些对于保持高切削质量至关重要。先进的气体控制台确保将液体正确地输送到割炬,以最大程度地减少停机时间。

切割市场受到成本降低的推动。当时选择的过程是注水,因为它可以提供最佳的质量,最快的速度和最长的消耗品寿命。该过程用途广泛,可在变化的电流,相同的消耗品和流体的情况下切割低碳钢和有色金属,并最大程度地减少了停机时间。

不久,人们就在电弧室的设计上进行了投入。同样,显示了电弧室中的电流斜升和平滑的压力累积可改善易损件寿命和切割质量。这些是控制过程瞬态的首次尝试。这些极端的转变仅在几十毫秒内就将气体温度提高到了约35,000华氏度(从室温开始),并将速度提高到了约4,500 mm/min。

重塑等离子切割

与前几十年相比,1980年代等离子切割的发展速度有所放缓。带有斩波器和逆变器电源技术的用于手动切割的单气体(空气)便携式设备在美国变得很流行,而在十年末,日本看到了所谓的高清等离子切割技术的诞生。

1990年代标志着等离子切割发展的转折点。与氧等离子体一起使用时,in电极的磨损率取得了重大突破,从而延长了使用寿命,降低了切割速度并提高了质量。然后确定由于熔化的,、等离子弧和气流的相互作用,电弧关闭是关键阶段。

 

等离子切割在低碳钢上的竞争力与在不锈钢和铝上的竞争力一样。它已成为新兴激光器和传统含氧燃料的经济有效替代方案。
硅整流等离子切割
从1970年代初开始,这种用于水冷式割炬的400安培电源远远大于今天的大多数电源。
 

在过去的十年中,该过程充分利用了自动化的优势,集成了电源,气体控制器和CNC,表格技术和嵌套软件。重大的R&D致力于消耗品的使用寿命,切割速度和质量,以及切割开始(电弧点火,引燃和传送)和切割结束时的瞬态,以提高过程的可靠性。

收获奖励

如今,制造商正在使用微处理器和最先进的控制技术来开发用于电流,气体输送和割炬运动的自动化系统。等离子切割已成为一种具有成本效益的过程,其资本和运营支出相对较低。在1995年至2000年之间,数控和非数控等离子及电子束机器的出口增长了20%,达到12.8亿美元,同期进口增长了两倍,达到约4亿美元.1

20年前这种成功并不明显,当时易损件寿命很短,但为改善易损件寿命而在研发方面的巨额投资扭转了局面。等离子切割设备制造商继续通过内部措施(建立高端的科学家和工程师团队)和外部开发(与研究机构和大学合作)来改善工艺。在过去的15年中,这种活动使使用寿命延长了一倍,因此,它现在已成为等离子切割系统的主要卖点之一。

 

切割质量的期望和术语已从1960年代的高质量切割到1970年代的方形切割,再到1980年代和90年代的高清切割。这些术语均指的是在各自的数十年中高速使用寿命长且消耗品质量优良的切割(参见图1)。经过50多年的努力,等离子切割已成为当今金属制造商经济上竞争的选择。
等离子切割参数表

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn

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