等离子切割工艺

等离子切割(PAC)产生于20世纪40年代，直至20世纪50年代中期开始投入工业应用。它是利用高能量密度的等离子弧和高速的等离子流，将融化的金属从割口处吹走，从而形成连续缺口的一种切割方法。

等离子切割工艺

切割对象：

用于切割各种氧气等燃气难以切割的金属，如不锈钢、铜、铝、钛、镍、铸铁等。用于切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5～6倍。

工艺内容：

1、工作气体

采用空气、氩气、氢气、氦气、氮气、水蒸气以及某些混合气体作工作气体。它是等离子弧的导电介质，又是携热体，同时还要排除切口中的熔融金属。

2、一般等离子切割

一般等离子切割不用惰性气体保护。引弧时，喷出小气流离子气体作为电离介质;切割时喷出大流量气体以排除熔融金属。

3、空气等离子切割

使用压缩空气作为离子气，其在电弧中加热、分解和电离。充分电离了的空气等离子体热焓值高，可迅速放热切割金属。

4、电源

空载电压一般为120 V～600V，弧柱电压一般为空载电压的一半。电流在200A。

5、其他工艺要求

①适当的工作气体流量。

②合适的电极内缩量——电极到割嘴端面的距离，一般取8mm～11mm。

③合适的割嘴高度——割嘴端面到被割工件表面的距离，一般为4mm～10mm。

④切割速度：在保证切割质量的前提下，尽可能提高切割速度，以减少被割工件的变形量和割缝区的热影响区域，避免黏渣增加。

6、等离子切割设备

等离子切割设备由供气装置、电源、割枪等部分组成。

供气装置：空气等离子切割供气装置为功率大于1.5 kW 的空气压缩机。切割时所需气体压力为0.3MPa～0.6MPa。选用其他气体，采用瓶装气体经减压后供气。

电源：常用空载电压为350 V～400V。

割枪：60A以下割枪为风冷结构;60A 以上多采用水冷结构。其电极采用纯钨或钍钨等材料，优先选用铸钨。

等离子切割优点

在以往的一般性加工、维修企业中，我们对于钢材的切割，线材就用砂轮切割机，板材就用氧-乙炔的气割来完成，由于氧-乙炔的气割设备使用起来不方便，效益比较低，而且安全隐患很大，在工业生产中造成很大局限性。

在目前的工业生产及一般的维修企业中大量普及了用等离子切割来完成对大部分钢板材料的切割。

等离子切割是等离子弧以非常高的温度将切割材料局部熔化。加上等离子工作气体在等离子枪体的喷嘴中受到等离弧加热而迅速膨胀，以非常高的速度从喷嘴中喷出，把已熔化的金属吹走将被割材料切成狭窄的切口。

当今无论是在材料的种类方面，还是切割厚度与质量方面，可以说等离子弧切割是目前采用的各种切割法中的一种较好切割方法，如果要对等离子切割作一个恰如其分的评价，可以用六个字来概括“高速、高效、高质”。

等离子切割特性

在具体切割的实践操作中，结合被切工作的实际情况，要求操作人员要熟练掌握等离子切割设备的工作要领，特别是工作气体一定要根据其在切割中的特性来选择，常采用的是氮和氢的混合气体，一般为氮75%-90%，氢25%-10%，对较厚的材料超过127毫米，如不锈钢和少数几种不锈钢合金的切割，还可以使用纯氩气。

要使等离子弧切割具有调整的特点，还必须正确选用电弧电流和电弧电压，在等离子切割中电弧电流和电弧电压的增大使电弧的功率也增加，但是增大电流后将会影响钨板和喷嘴的烧损，对切割工作有一定的影响。所以一般是提高电弧电压来提高电弧的功率。

另外随着混合气体的流量增大，可使电弧压缩成度增加。这时它的能量就会更加集中，弧柱的温度急剧上升。电弧喷射速度也会加快，而且弧柱冲力大大提高有利于提高切割速度。此外还要恰当地选择喷嘴孔道的长度和直径、喷嘴到工件表面钨极到喷嘴端部的距离都会影响切割效果。

还有一个问题，就是在切割某些材料时，往往容易产生切口毛刺，这主要是熔化金额的流动性不好，不易被气流吹掉、底部过热，气流吹力不足等因素造成的，在切割厚板时由于割缝过大产生的后拖量，也会造成切口毛刺，所以在切割时，必须要保证钨极和喷嘴的绝对对中，有足够的功率，合适的气体流量和切割速度。

在一般中小型加工与维修企业中、小电流等离子切割法是一种新的发展，它具有气体消耗少、维修和设备成本低、烟尘和噪声小，结构简单、操作方便等特点。

根据小电流等离子切割法的特点，它典型应用主要有以下几方面：

①制作和装配不锈钢和铝制的管道及筒体和管子连接孔管子外形及斜角的切割。

②常压锅炉及管道的制作过程中的切割。

③对食品工业、化工等设备的维修，可以在现场快速、干净和没有变形地进行切割、修复有缺损的部件。

④能非常准确地切割铸造厂铸造出来的材料。切割之后只需要最小量的磨削精加工。

⑤对低碳钢、低合金钢、不锈钢和铝制等管材上进行定长度和斜口的优质切割，其速度和切口质量都超过了普通切割方法。

小电流等离子切割法是采用双气流式切割枪，它的割嘴不需要冷却孔，钨极也不需要磨平，呈扁平就可以，一般采用二氧化碳为保护气体，氮气为等离子气，用氮气作等离子气的小电流等离子切割还有一个特点就是不受工件形状的限制，无论简单或复杂都可以使用，而且切割速度可以与普通等离子切割机相比，切割精度可达到大电流等离子切割精度。如果是用氩和氢混合气体作等离子气，则使切出的切口很细，边缘很整齐。

综上所述等离子切割在目前社会生产的各个方面都很适用，以后会更加普遍使用这种切割工艺。

等离子切割技术的应用

1、中小企业

等离子技术在我国中小企业具有大范围的应用，甚至在部分大企业也得到了一定的使用，因为该项技术相较于其他相关技术，其使用方式简便，且应用成本较低。

伴随着该项技术应用规模的不断扩大，其相关的使用优势不断被更多的人了解与熟知，该技术使得企业的工作效率得到了很大程度的提升，同时对于工作人员的劳动环境以及产品质量水平等都具有很大的改善，尤其是对于材料的利用程度更是得到了一定的提升。

总而言之，等离子切割技术对于中小企业的发展而言具有不可忽视的重要作用。

2、金属加工行业

目前，金属加工行业是该项技术应用最广泛的行业，火焰切割已经远远无法满足当下的工作需求，等离子切割能够应用于不同材质、不同特性的金属，因此，对于该项应用的使用程度会大大提升。

但是目前我国的等离子切割技术与国际上其他国家的水平相比仍然具有较大的差别，其主要表现为：等离子切割的下料仅仅占据全部下料数量的十分之一，而在发达国家，等离子切割下料的占比则高达十分之九。

这主要是因为我国该项技术的普及由于高难度的养护方式、昂贵的设备价格以及复杂的使用方式而受到限制，因此，我国需要引进国家先进的等离子切割技术，并针对我国的实际情况进行必要的调整与完善，从而实现对该项技术的普及与应用。

3、工业生产

在工业生产中，对于金属材料的加工主要是利用等离子切割、火焰切割等相关技术，而等离子切割相较于其他切割技术而言，则具有更为广泛的应用优势，其切割质量更高、效率更快，因此，在工业生产中受到了一定程度的重视，尤其是对于精细化的等离子切割技术，其相关的切割质量甚至可以媲美激光切割，但是其相较于激光切割而言，成本较低，这在很大程度上提升了工业生产的经济效益。

在上个世纪五十年代，该项技术由美国研发成功，并得到了广泛的应用，尤其在降低人工劳动强度与提升生产质量方面更是具有很好的应用效果，因此，该项技术受到了众多工业生产厂家的青睐。

等离子切割存在的主要问题及开发的主要方向

近年来，等离子切割技术发展迅速，一些精密高速切割技术欲与激光切割争高低。等离子切割过程最大的问题是噪音大、烟尘多。这不仅对周围的环境产生较人的噪音污染，更重要的是损害操作者和周围人员的身体健康。

目前处理办法有两种途径：一种是湿式处理方式，另一种是干式处理方式。湿式处理方式是制作一个水床切割平台，是工件在水下完成作业的一种切割方法：干式切割方法是在切割工作平台增加一套烟尘处理装置。二者各有优势，要根据实际情况具体选择。

目前，等离子弧切割技术的开发主要集中在以下几个方面：

1、研制用于氧化性工作气体的新型电极材料，替代目前使用的锆和铪，提高电极的使用寿命，降低成本;

2、研究高精度等离子弧切割技术，加强工作气体和喷嘴对等离子弧的压缩作用，使从喷嘴射出的等离子弧更细、更挺、直有力，达到切口宽度更小、切割精度更高、切割垂直好的切割质量;

3、开发切割碳素钢厚板的等离子弧切割技术。目前，大电流空气等离子弧切割板厚大于30mm的碳素钢速度低于氧气切割，且切割面倾角大。

4、等离子弧焰流切割技术及其设备的研究和开发，适应切割薄金属和某些非金属材料的要求。

等离子切割技术具有诸多与绿色相符的特征，因而发展等离子切割技术具有与时俱进的优势。国内的企业、科研院所要加大科研力度，重视合作，优势互补，具体来讲应该从以下几个方面努力：

①应加大等离子切割基础理论的研究;

②等离子电源应该进一步提高稳定性;

③企业要加大自主研发的力度，同时加大合作;

④开发具有适合中国国情，具有中国特色的数控等离子切割机。