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等离子弧切割的基本知识和操作指南

发布时间:2019/11/12 10:04

从头开始

等离子弧切割的基本知识和操作指南

发布于:2019年11月12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

等离子护嘴
像这样的有缺口的护罩会
导致切割质量差。

使用等离子切割时,获得高切割质量和长耗材寿命的关键在于对等离子的一般理解以及对过程基本操作准则的了解。两者的知识使操作员能够评估切割过程并诊断等离子炬中可能出现的问题。

在一开始的时候

当离子化气体束将导电材料加热到其熔点以上并通过切口的切口冲洗熔融金属时,就会发生等离子切割。通过将加压气体束离子化到14,000至26,000华氏度之间的温度,在割炬中的电极与被切割的金属片之间会产生电弧。
等离子割炬
良好的割炬设计有助于冷却液流动。

等离子切割通常用于厚度为1至50毫米的金属。切口的切口宽度大约是所用喷嘴孔尺寸的1.5到两倍,这取决于所使用的电流。用于切割的常见等离子气体是空气,氮气,氩气/氢气和氧气。辅助气体通常是空气,二氧化碳或氮气。在某些情况下,例如在喷水枪中,辅助气体可用水代替。等离子气体和辅助气体都取决于要切割的材料类型,操作成本和所需的切割质量。

火炬设计,耗材

等离子炬的设计使各种气体,炬冷却液,水(如果适用)和电流可以同时流过炬,而不会互相影响。等离子炬的消耗品包括电极,喷嘴,气体分配器(旋流环或气体挡板)和护罩。一些新的割炬设计包括诸如不锈钢套之类的功能,以保护部件免受等离子弧和所产生的辐射热的影响。它们还可能包括一个内部套筒,该内部套筒既拧紧又粘在不锈钢套筒上,以防止内部割炬组件未对准。电极和喷嘴通常由流过电极并围绕喷嘴流动的焊炬冷却剂冷却,以优化使用寿命。

电极

 

等离子弧从插入电极尖端的发射元件开始,导致材料缓慢磨损。钨是在非氧化性气氛中用于电极的发射元素,而铪是用氧气切割时的首选元素。
等离子电极

当发射元件磨损到足以使电弧开始从周围的铜或银外壳上发射时,就会发生电极故障。一旦等离子弧接触到电极外壳,它就会迅速熔化并破坏整个电极组件。已经表明,具有银外壳的电极可以更好地冷却铪插入物,并且银电极的磨损深度可以比标准铜电极深得多。图2显示了两个电极在铪周围有银色外壳的失效模式。

喷嘴设计

喷嘴设计是从等离子炬获得最佳性能的关键。喷嘴聚焦等离子体流以产生切口。电极和喷嘴的对准以及气体分配器的状况对于获得良好的切割质量至关重要。喷嘴的设计应使孔口略大于被聚焦的血浆流。这允许喷嘴容纳并聚焦等离子体的涡流而不受其影响。

 

喷嘴孔的长度直接关系到切割质量。长孔通常会产生高密度的电弧和出色的切割质量,而短孔通常会产生相对较差的切割质量,但使用寿命会延长。如图3所示,由于金属飞溅和电弧拉伸,喷嘴可能会在外部受到损坏。由于气流问题(气压,旋流强度或气体分配器损坏),喷嘴也可能在内部损坏。
等离子喷嘴
外部喷嘴损坏可能是由飞溅,熔融金属和电弧拉伸引起的
等离子喷嘴
内部喷嘴损坏可能是由于割炬偏心燃烧或气流问题引起的。

气体分配器

电极寿命受等离子气体压力的影响。高压会使电极快速磨损,而低压气体会使电极寿命更长。由气体分配器产生的气体涡流的强度直接影响等离子气体的气压。高强度涡旋会压缩等离子弧,增加压力,并产生高切割质量。低强度涡流可延长电极寿命,但产生的最佳切割效果较差。

气体分配器的状况直接影响等离子体气体的涡旋。如果气体分配器被堵塞或损坏,它将无法适当地输送等离子气体(在某些割炬设计中为辅助气体)。如果等离子气体的涡旋不完全与喷嘴孔居中,则等离子弧将偏心燃烧并损坏喷嘴孔(请参见图4)。

防护罩用于保护喷嘴在切割过程中不受损坏。它可能在屏蔽孔周围有辅助气孔,也可能没有辅助气孔,以帮助将金属飞溅物吹离割炬。但是,如果防护罩的孔口受损,则会通过破坏电离气体的流动而影响切割质量。

 

在某些较新的焊炬设计中,屏蔽罩的孔口设计成可帮助辅助气体压缩等离子气体以产生更密集的等离子弧。但是,这些屏蔽层比标准屏蔽层更容易损坏,而带槽口的屏蔽层会导致切割质量较差。防护罩通常由于辅助气体流量低,冲孔太靠近钢板而被熔融金属的水坑淹没以及电弧拉伸而损坏(请参见介绍性图像)。
等离子弧拉伸
当割炬割断板子时,将导致电弧拉伸

弧拉伸

当被切割的导电材料不再直接位于割炬下方时,就会发生电弧拉伸。穿刺后割炬运动太慢时;每当导入或导出的编程不正确时;或当熄弧信号被延迟时。在这些情况下,迫使等离子弧“伸展”到一侧或另一侧以到达材料,这迫使等离子弧切入喷嘴孔的一侧。

弧形拉伸的最常见形式是操作员修剪一块材料,然后用割炬将板材割掉(见图5)。在等离子冲床上打孔并且将割炬编程为从打孔的中心开始时,也会发生这种情况。

切割方向

割炬被编程切割的方向可能受诸如切割零件的嵌套以及工作台上割炬数量之类的因素影响。但是,无论选择哪种切割方向,使用正确类型的气体分配器都是至关重要的。

 

气体分配器设计为产生顺时针或逆时针旋流模式。这很重要,因为在使用顺时针旋流图案时,切口的右侧是良好的一面,而在使用逆时针旋流图案时,切口的左侧是良好的一面。
等离子弧等离子弧
切口的好边几乎没有或没有斜角,而切口的废料边通常有6度或更大的斜角。许多因素决定了斜角,包括切割高度,割炬速度和垂直度以及弯曲的材料。

斜角

零件的斜角主要取决于割炬的切割高度和速度。但是,当割炬与被切割的材料不完全成直角,弯曲的切割材料,使用的气体分配器错误或喷嘴损坏时,也会出现斜角。如果切割高度过低,则斜角将为负;如果切割高度过高,则斜角将为正。同样,如果速度太慢,则会产生负斜角;如果速度太快,则会产生正斜角。因此,要校正负斜角,应增加割炬的高度或增加速度。要校正正斜角,应降低割炬高度或降低割炬速度(参见图7)。

导入,导出

在零件的开始和末端编程正确的导入或导出可能非常困难,因为导入或导出与材料的厚度,割炬的切割速度以及切割的零件或孔的尺寸。导入应该在零件开始之前大约5毫米到10毫米之间开始。

割炬刺穿板,提高速度和电流,以正确的高度和速度切割轮廓,在切割结束之前将割炬的高度冻结在5毫米到10毫米之间(这样,割炬就不会浸入零件掉落时,请先将其切下),然后切到足够远的距离,以便将零件(或孔)的底边切掉。引出线通常在1毫米到5毫米之间,除非材料太厚以至于需要更长的引出线。

切割顺序

切割孔可能具有挑战性,因为引出线过长或过短都会产生凹痕或隆起。如果将引出线设置得太短,则会产生凹痕;如果将引出线设置得太短,则会产生凸点。

对于高质量的孔,孔直径应不小于材料厚度的两倍。而且,龙门必须能够处理所需的精度和精确度。如果驱动器和电动机无法在不引起振动的情况下移动机架,那么几乎不可能切出既精确又精确的孔。

孔的切割顺序如下:割炬朝要切割的孔的中心刺穿,提高了速度和电流,以正确的高度和速度切割了孔,并切得足够远,以使切割的底部边缘孔被切掉了。

防飞溅的利弊

防溅板用于防护罩上,以防止在刺穿或切割过程中金属飞溅物粘附。至关重要的是,在施加防溅剂时,必须从割炬上取下防护罩,并仅使用薄涂层。使用防飞溅剂最普遍的问题是使用过多,使用不正确。如果在防护罩上放置了过多的防溅剂,则在割炬开始着火时,化合物可能会被吸入割炬中,因为割炬的内部和外部组件之间会发生压力变化,从而使物质(蒸汽,油,碎屑)进入燃烧室。被拉回火炬。

冲孔厚金属

如果操作不当,则刺穿厚度为1英寸或更大的金属会导致易损件的灾难性故障。当刺穿较厚的材料时,大量的熔融金属会聚集在割炬的前部,从而导致护罩和板之间的桥接,从而导致短路。

刺穿过程中使用了几种技术来帮助最大程度地减少对割炬前端的损坏。最初,在刺穿过程中,割炬的高度应设置在平板上方约10毫米处,以保护割炬的前端免受所产生的熔融金属的伤害。辅助气体的压力和流量也应检查并正确设置。初始切割高度应设置在5毫米到10毫米之间,以使割炬在穿刺后与板保持更大的间隙。

穿刺顺序

评估割炬的穿刺顺序并相应地调整参数是避免桥接和易损件的最佳方法。如果前面概述的步骤不能解决问题,则可以使用其他几种技术,例如两次穿孔和蠕动穿孔。

在两次穿孔中,孔最初被穿孔,割炬停止切割,因此操作员可以手动清除炉渣。割炬再次刺入孔的边缘并开始切割。在蠕动的穿孔中,割炬缓慢地刺穿并向前移动,以便将熔融金属从割炬后面的挖好的切口中吹出。一旦割炬完全刺穿材料,割炬便开始切割。

高度设定

穿孔高度,切割高度和电弧电压控制的切割高度是需要理解和正确设置以实现最佳切割性能的单独设置。穿孔高度是割炬刺穿材料时的初始高度,通常设置为0.25英寸至10毫米。割炬刺穿材料后,割炬会降低至其初始切割高度,该高度是固定的高度设置在3毫米到10毫米之间。
等离子切割高度对比
割炬刺穿高度通常是割炬切割高度的两倍

在电弧电压控制的切割高度接管之前,割炬会以固定的切割高度短暂切割。设置电弧电压,使切割高度在整个切割过程中保持不变。电弧电压用于控制割炬的切割高度,以便割炬可以自由地上下移动,以补偿材料的弯曲。

电压由欧姆定律定义,V = IR;其中V是电压,I是电流,R是电阻。使用此定律设计割炬高度控制(THC)系统,以便给定电压将产生特定的切割高度。

 

但是,由于电极的发射元件在切割过程中会磨损,因此必须连续增加电压以补偿电极的磨损。否则,割炬的切割高度会随着电极的磨损而降低,从而导致易损件过早失效(请参见图9)。
等离子切割高度对比

为了手动补偿电极磨损,可以在整个切割过程中以2 V的增量增加电压。电弧电压的5V调整等效于高度增加5毫米。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn

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