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等離子弧切割的質量控制措施

时间 :2020.11.11

发布人 :數控切割機變位機

等離子弧切割的質量控制措施(图1)

等離子孤切口的表面質量介于氧氣乙炔切割和帶鋸切割之間,與機械切割相比,等離子弧切割公差偏大。當板厚在100mm以上時,因較低的切割速度而熔化較多的金屬,往往形成粗糙切口。

良好切口的標准是:寬度要窄,切口橫斷面呈矩形,切口表面光潔,無熔渣或挂渣,切口表面硬度應不妨礙切割後的機加工。

1.切口寬度和平面度

切口寬度是指由切割束流造成的兩個切割面在切口上緣的距離。在切口上緣熔化的情況下,指緊靠熔化層下兩切割面的距離。

等離子弧往往自切口的上部較下部切去較多的金屬,使切口端面稍微傾斜,上部邊緣一般呈方形,但有時稍呈圓形。等離子弧切割的切口寬度比氧氣乙炔切割的切口寬度寬1.5~2.0倍,隨板厚增加,切口寬度也增加。對板厚在25mm以下的不鏽鋼或鋁,可用小電流等離子弧切割,切口的平直度較高,特別是切割厚度8mm以下的板材,可以切出小的棱角,甚至不需加工就可直接進行焊接,這是大電流等離子弧切割難以得到的。這爲薄板不規則曲線下料和切割非規則孔提供了方便。

切割面平面度是指所測部位切割面上的最高點和最低點、按切割面傾角方向所作兩條平行線的間距。

等離子弧切口表面存在約0.25~3.80mm厚的熔化層,但其化學成分沒有改變。如切割含w(Mg)5%的鋁合金時,雖有0.25mm厚的熔化層,但成分未變,也未出現氧化物。若用切割表面直接進行焊接也可以得到致密的焊縫。切割不鏽鋼時,由于受熱區很快通過649℃的臨界溫度,碳化鉻不會沿晶界析出。因此,用等離子弧切割不鏽鋼不會影響其耐腐蝕性。

2.切口熔瘤消除方法

在切割面上形成的寬度、深度及形狀不規則的缺口,使均勻的切割面産生中斷。切割後附在切割面下緣的氧化鐵熔渣稱爲挂渣。

以不鏽鋼爲例,由于不鏽鋼熔化金屬流動性差,在切割過程中不容易把熔化金屬全部從切口吹掉。不鏽鋼導熱性差,切口底部容易過熱,這樣切口內殘留下未被吹掉的熔化金屬,與切口下部熔合成一體,冷卻凝固後形成所謂的熔瘤或挂渣。不鏽鋼的韌性好,這些熔瘤十分堅韌,不容易去除,給機械加工帶來很大困難。因此,去除不鏽鋼等離子弧切割的熔瘤是一個較關鍵的問題。

在切割銅、鋁及其合金時,由于其導熱性好,切口底部不易和熔化金屬重新熔合。這些熔瘤雖“挂”在切口下面,但很容易去除。采用等離子弧切割工藝時,去除熔瘤的具體措施如下:

(1)保證鎢極與噴嘴的同心度。鎢極與噴嘴的對中不好,會導致氣體和電弧的對稱性被破壞,使等離子弧不能很好地壓縮或産生弧偏吹,切割能力下降,切口不對稱,引起熔瘤增多,嚴重時引起雙弧,使切割過程不能順利進行。

(2)保證等離子弧有足夠功率。等離子弧功率提高,即等離子弧能量增加,弧柱拉長,使切割過程中熔化金屬的溫度提高和流動性好,這時在高速氣流吹力的作用下,熔化金屬很容易吹掉,增加弧柱功率可提高切割速度和切割過程的穩定性,使得有可能采用更大的氣流量來增加氣流的吹力,這對消除切口熔瘤十分有利。

(3)選擇合適的氣體流量和切割速度。氣體流量過小吹力不夠,容易産生熔瘤。當其他條件不變時,隨著氣體流量增加,切口質量得到提高,可獲得無熔瘤的切口,但過大的氣體流量將導致等離子弧變短,使等離子弧對工件下部的熔化能力變差,割縫後拖量增大,切口呈V形,反而又容易形成熔瘤。

3.避免産生雙弧

轉移型等離子弧的雙弧現象的産生與具體的工藝條件有關。等離子弧切割中,雙弧的存在必然導致噴嘴的迅速燒損,輕者改變噴嘴孔道的幾何形狀,破壞電弧的穩定條件,影響切割質量;重者使噴嘴被燒損而漏水,迫使切割過程中斷。爲此,等離子弧切割與等離子弧焊接一樣,必須從影響雙弧形成的因素著手避免雙弧的出現。

4.大厚度切割質量

生产中已能采用等离子弧切割厚度100~200mm 的不锈钢,为保证大厚度板的切割质量,应注意以下工艺特点。

(1)隨切割厚度的增加,需熔化的金屬量也增加,因此所要求的等離子弧功率比較大。切割厚度80mm以上的板材時,等離子弧功率爲50~100kW。爲了減少噴嘴與鎢極的燒損,在相同功率時,以提高等離子弧的切割電壓爲宜。爲此,要求切割電源的空載電壓在220V以上。

(2)要求等離子弧呈細長形,挺度好,弧柱維持高溫度的距離要長。即軸向溫度梯度要小,弧柱上溫度分布均勻。這樣,切口底部能得到足夠的熱量保證割透。如果再采用熱焓值較大、熱傳導率高的氮、氫混合氣體效果更好。

(3)轉弧時,由于有大的電流突變,往往會引起轉弧過程中電弧中斷、噴嘴燒壞等現象,因此要求設備采用電流遞增轉弧或分級轉弧的辦法。一般可在切割回路中串入限流電阻(約0.4Ω),以降低轉弧時的電流值,然後再把電阻短路掉。

(4)切割开始时要预热,预热时间根据被切割材料的性能和厚度确定。对于不锈钢,当工件厚度为200mm时,需预热8~20s;当工件厚度为50mm 时,需预热2.5~3.5s。大厚度工件切割开始后,要等到沿工件厚度方向都割透后再移动割炬,实现连续切割,否则工件将切割不透。收尾时要待完全割开后才断弧。

 


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