等离子切割技术在热切割中的地位及应用状况

等离子切割技术在热切割中的地位及应用状况

　　近年来,热切割技术发展迅速,尤其是等离子切割技术，在切割炬结构设计、消耗品寿命提高、以及控制方面都取得了很大进步，扩大了其应用面。现在我国的很多企业中，既用气割，又用等离子切割，个别企业还用激光切割。在什么条件下用什么切割方法，其道理何在，如何使工作更优化，本文就此问题综合分析一下。

1　热切割法的种类及其应用状况
　　通常所说的热切割法主要指气割、等离子切割、激光切割。传统的气割是依靠金属的氧化反应进行切割，所以其切割速度受金属氧化反应速度的限制。等离子切割是依靠电能熔化金属进行切割，激光切割是依靠光能熔化金属进行切割，这两种切割方法只要加大其切割能量就可提高其切割速度。在气割领域，除利用氧气、燃气进行切割外，最近在德国研究成功利用液氧、燃气实现高能切割的方法，大幅度提高了切割效率，但是该切割机价格昂贵，就连工业发达国家在生产中应用也很少。所以谈到气割专指前者，而且特指自动气割机。在等离子切割领域，根据等离子气体的种类不同，可分成空气等离子切割、氧气等离子切割、氩氢等离子切割等。现在空气等离子切割机的切割电流在120A以下，30～70A的手工操作切割机占多数。在日本，空气等离子切割机与自动气割机的市场销售台数已相当.
　　氧气等离子切割机主要用于造船厂的厚板切割，其切割电流以350～500A为主。这种切割机的用户较少，在日本，年仅制造100多台[1].空气等离子切割机由于空气中氮气氮化切割面，直接进行埋弧焊时焊缝中容易产生氮气孔，而氧气等离子切割机则克服了这个问题。氩氢等离子切割机专门用于切割铝、厚板不锈钢，其切割电流以500～1000A为主

2　等离子切割技术的发展状况
　　发展等离子切割技术是为了切割不锈钢、铝等材料。但发展至今，等离子切割技术已用于切割碳钢，其主要原因是等离子切割速度快，容易设定切割条件，更适合自动化、无人化作业。而气割的切割过程需经常调节火焰，切割速度慢，预热时间限制了切割生产率，相比之下不适合自动化、无人化作业。
　　空气或氧气等离子切割的技术关键是切割炬中的消耗品寿命问题。由于空气或氧气的氧化性，等离子切割炬中的电极、喷嘴必须耐氧化气氛中的电弧高温。所以，现在的电极采用高熔点的铪材料，并以特别的加工方法镶嵌于铜中。喷嘴采用双层气流结构，其优点是提高了气流方向性、速度以及离子气纯度、冷却等，保护了喷嘴，进一步压缩了电弧。另外为了减小电极消耗，起弧时切割气不用纯氧气而用氮气、氧气的混合气，并且采用较小气流速度，待起弧后切换为氧气。此外切割过程中喷嘴与切割材料接触也将损坏喷嘴，这要在切割炬高度控制上下功夫。总之现在电极和喷嘴的寿命比过去有很大提高，相应地氧气等离子切割电流最大已达到500A.据文献[2]介绍，400A氧气等离子切割，每个电极可工作3.5h,每个喷嘴可工作4.8h,比文献[3]介绍的数据有很大的提高。

3　热切割法的比较分析
3.1　切割效率
　　从切割生产率角度讲，不但要看其切割最大板厚，而且要看其相应切割速度。
　　对比等离子切割和CO2激光切割的切割效率，50A空气等离子切割效率相当于1.5kW激光切割效率，而70A和150A的前者相当于2kW和6kW的后者。与300A以上的氧气等离子切割效率相当的大功率激光切割机还未上市。所以从切割效率看，切割50mm以下的碳钢时,等离子切割效率最高，切割50mm以上的碳钢时,液氧气割的切割效率最高。
3.2　切割质量
　　对比气割、等离子切割、激光切割的切割面粗糙度、切割精度、切割缝宽度、热影响区大小，这些因素代表了切割质量。只要正确选择切割方法和切割条件，切割面上边缘变圆和下边缘粘渣现象就可克服，所以这两项未列入表中。
　　就切割面粗糙度而言，一般等离子切割最优。只要特别注意，激光切割也不逊色于等离子切割。
　　就切割精度和切割缝宽度而言，激光切割最优。若能保证装有切割炬的行走机构的精度和运动特性，气割、等离子切割的精度是可以保证的。
　　切割产生的热影响区的宽度、变形与切割速度有很大关系，气割的切割速度慢,热影响区宽,变形也大。一般切割缝越窄,切割速度越快，输入被切割材料的热量就越小，切割产生的变形就小。经试验与比较分析的结果是，激光切割的变形最小，等离子切割的变形次之，气割的变形最大。
3.3　切割成本
　　购置切割设备成本依赖于生产量，生产量越大，购置设备的相对成本就越小。但是切割成本是与生产量成比例的。对比气割、等离子切割、激光切割的切割成本，切割费用包括更换部件费用、气体费、电费、人工费。切割成本即单位长度切割费用。若定型分析切割成本，切割厚板用气割有利，切割薄板用激光切割或等离子切割有利，而且等离子切割成本总是低于激光切割成本。
　　激光切割和气割成本曲线交点的相应切割厚度是15～20mm,等离子切割和气割成本曲线交点的相应切割厚度是30～50mm.

4　结束语
　　在我国，激光切割应用甚少，等离子切割发展迅速，虽然目前企业购置等离子切割机的主要目的是用于切割不锈钢、铝等材料，也许有些企业已意识到等离子切割用于切割碳钢的优势，在此形势下有必要提高认识，促进应用。