等離子切割在熱切割中的重要性
近年來,熱切割技術(shù)發(fā)展迅速,尤其是等離子切割技術(shù)。在切割炬結(jié)構(gòu)設(shè)計、消耗品壽命提高、以及控制方面都取得了很大進(jìn)步,擴(kuò)大了其應(yīng)用面。現(xiàn)在我國的很多企業(yè)中,既用氣割,又用等離子切割,個別企業(yè)還用激光切割。在什么條件下用什么切割方法,其道理何在,如何使工作更優(yōu)化,本文就此問題綜合分析一下。
1 熱切割法的種類及其應(yīng)用狀況
通常所說的熱切割法主要指氣割、等離子切割、激光切割.傳統(tǒng)的氣割是依靠金屬的氧化反應(yīng)進(jìn)行切割,所以其切割速度受金屬氧化反應(yīng)速度的限制,等離子切割是依靠電能熔化金屬進(jìn)行切割,激光切割是依靠光能熔化金屬進(jìn)行切割,這兩種切割方法只要加大其切割能量就可提高其切割速度.
在氣割領(lǐng)域,除利用氧氣、燃?xì)膺M(jìn)行切割外,近在德國研究成功利用液氧、燃?xì)鈱崿F(xiàn)高能切割的方法,大幅度提高了切割效率,但是該切割機(jī)價格昂貴,就連工業(yè)發(fā)達(dá)國家在生產(chǎn)中應(yīng)用也很少.所以談到氣割專指前者,而且特指自動氣割機(jī).
在等離子切割領(lǐng)域,根據(jù)等離子氣體的種類不同,可分成空氣等離子切割、氧氣等離子切割、氬氫等離子切割等.現(xiàn)在空氣等離子切割機(jī)的切割電流在l20A 以下,30~70A的手工操作切割機(jī)占多數(shù).在日本.空氣等離子切割機(jī)與自動氣割機(jī)的市場銷售臺數(shù)已相當(dāng).
氧氣等離子切割機(jī)主要用于造船廠的厚板切割,其切割電流以350~500A為主.這種切割機(jī)的用戶較少,在日本,年僅制造100多臺.空氣等離子切割機(jī)由于空氣中氨氣氰化切割面,直接進(jìn)行埋弧焊時焊縫中容易產(chǎn)生氮氣孔.而氧氣等離子切割機(jī)則克服了這個問題.氬氫等離子切割機(jī)專門用于切割鋁、厚板不銹鋼,其切割電流以500~1000A為主.
2 等離子切割技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
發(fā)展等離子切割技術(shù)是為了切割不銹鋼、鋁等材料.但發(fā)展至今,等離子切割技術(shù)已用于切割碳鋼,其主要原因是等離子切割速度快,容易設(shè)定切割條件,更適合自動化、無人化作業(yè).而氣割的切割過程需經(jīng)常調(diào)節(jié)火焰.切割速度慢,預(yù)熱時間限制了切割生產(chǎn)率,相比之下不適合自動化、無人化作業(yè).
空氣或氧氣等離子切割的技術(shù)關(guān)鍵是切割炬中的消耗品壽命問題.由于空氣或氧氣的氧化性,等離子切割炬中的電極、噴嘴必須耐氧化氣氛中的電弧高溫.所以,現(xiàn)在的電極采用高熔點的鉛材料,并以特別的加工方法鑲嵌于銅中.噴嘴采用雙層氣流結(jié)構(gòu),其優(yōu)點是提高了氣流方向性、速度以及離子氣純度、冷卻等,保護(hù)了噴嘴.進(jìn)一步壓縮了電弧.另外為了減小電極消耗,起弧時切割氣不用純氧氣而用氨氣、氧氣的混合氣,并且采用較小氣流速度.待起弧后切換為氧氣.此外切割過程中噴嘴與切割材料接觸也將損壞噴嘴.這要在切割炬高度控制上下功夫.總之現(xiàn)在電極和噴嘴的壽命比過去有很大提高,相應(yīng)地氧氣等離子切割電流大已達(dá)到500A.據(jù)文獻(xiàn)2介紹,400A氧氣等離子切割,每個電極可工作3.5 h,每個噴嘴可工作4.8 h,比文獻(xiàn)3介紹的數(shù)據(jù)有很大的提高. 管道切割機(jī),便攜式切割機(jī),便攜式數(shù)控切割機(jī),相貫線切割機(jī),數(shù)控相貫線切割機(jī)
3 熱切割法的比較分析
3.1 切割效率
從切割生產(chǎn)率角度講,不但要看其切割大板厚,而且要看其相應(yīng)切割速度.圖1歸納了3種熱切割法的切割速度與切割板厚的關(guān)系,切割材料為碳鋼。
對比等離子切割和CO2激光切割的切割效率,50A空氣等離子切割效率相當(dāng)于1.5 kw 激光切割效率,而70A和150A的前者相當(dāng)于2kW 和6 kW 的后者,與300 A以上的氧氣等離子切割效率相當(dāng)?shù)拇蠊β始す馇懈顧C(jī)還未上市,所以從切割效率看,切割50mm以下的碳鋼時,等離子切割效率商,切割50mm 以上的碳鋼時,液氧氣效率高。
3.2 切割質(zhì)量
表1對比了氣割、等離子切割、激光切割的切割面粗糙度、切割精度、切割縫寬度、熱影響區(qū)大?。?這些因素代表了切割質(zhì)量.只要正確選擇切割方法和切割條件,切割面上邊緣變圓和下邊緣粘渣現(xiàn)象就可克服,所以這兩項未列入表中.
就切割面粗糙度而言.一般等離子切割更優(yōu).只要特別注意,激光切割也不遜色于等離子切割.
就切割精度和切割縫寬度而言.激光切割更優(yōu).若能保證裝有切割炬的行走機(jī)構(gòu)的精度和運動特性,氣割、等離子切割的精度是可以保證的.
切割產(chǎn)生的熱影響區(qū)的寬度、變形與切割速度有很大關(guān)系,氣割的切割速度慢.熱影響區(qū)寬.變形也大.一般切割縫越窄.切割速度越快,輸入被切割材料的熱量就越小,切割產(chǎn)生的變形就?。?jīng)試驗與比較分析的結(jié)果是,激光切割的變形小,等離子切割的變形次之,氣割的變形大.
3.3 切割成本
購置切割設(shè)備成本依賴于生產(chǎn)量,生產(chǎn)量越大,購置設(shè)備的相對成本就越?。乔懈畛杀臼桥c生產(chǎn)量成比例的.圖2對比了氣割、等離子切割、激光切割的切割成本,切割費用包括更換部件費用、氣體費、電費、人工費.切割成本即單位長度切割費用.
若定型分析切割成本,切割厚板用氣割有利,切割薄板用激光切割或等離子切割有利,而且等離子切割成本總是低于激光切割成本.
激光切割和氣割成本曲線交點的相應(yīng)切割厚度是15~20 mm,等離子切割和氣割成本曲線交點的相應(yīng)切割厚度是30~50 mm.
4 結(jié)束語
在我國.激光切割應(yīng)用甚少,等離子切割發(fā)展迅速,雖然目前企業(yè)購置等離子切割機(jī)的主要目的是用于切割不銹鋼、鋁等材料,也許有些企業(yè)已意識到等離子切割用于切割碳鋼的優(yōu)勢,在此形勢下有必要提高認(rèn)識,促進(jìn)應(yīng)用.