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常用等離子切割方法及其選用

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常用等離子切割方法及其選用

發布日期:2019-10-27 作者: 點擊:

本文概述了壓力容器常用材料不銹鋼、鋁、碳鋼的幾種常用等離子切割方法及其工藝特性和切割參數,以及針對不同材料和切割要求的等離子切割方法選用。 
關鍵詞:等離子切割方法;工藝特性;工作氣體;切割速度;切割特性
不銹鋼、鋁和碳鋼為壓力容器的常用材料,其下料方法有很多種,等離子切割以其高效、應用范圍廣、切割面光潔、熱變形小及適合加工各種形狀等特點,成為最常用的下料方法,在壓力容器的制造中起著重要的作用。

由于等離子切割是以工作氣體作為導電介質,攜帶熱量、熔化加工金屬并吹除切口中的熔融金屬來達到切割目的的,因此不同的工作氣體對等離子的切割特性、質量、速度等方面都有明顯的影響。下面介紹幾種常用等離子切割方法及其工藝特性和切割不同材料時等離子切割方法選用。

1 常用等離子切割方法及其工藝特性

1.1 等離子空氣切割法

等離子空氣切割法以干燥的壓縮空氣作為加工氣體,主要用于切割碳鋼,也可用于切割不銹鋼和鋁。由于空氣主要由氮氣和氧氣組成,切割碳鋼時,切口中氧與鐵的放熱反應提供了附加的熱量,同時生成表面張力低、流動性好的FeO熔渣,改善了切口中熔融金屬的流動性,因此不但切割速度較快,而且切割面較光潔,切口下緣基本不粘渣,切割面斜角較小。切割不銹鋼和鋁時,氧與不銹鋼中的鉻和鋁起反應,其切割面較粗糙,一般對切割表面質量要求較高時不采用這種加工方法。

等離子空氣切割法主要存在以下缺點:

(1)切割面上附有氮化層,焊接時焊縫中會產生氣孔,因此用于焊接的切割邊,需用砂輪打磨,去除氮化層。 
(2)由于存在氧化作用,電極和噴嘴易損耗,使用壽命較短。

由于壓縮空氣的成本較低,這種切割方法在大批量的非焊接碳鋼板的切割中使用較為廣泛。

其不同電流強度下,常用板厚和切割速度之間的關系如圖1所示。

1.2 等離子氧氣切割法

等離子氧氣切割法以氧氣作為工作氣體,主要用于切割碳鋼、鋁。氧的離解熱高、攜熱性好,粒子復合時的放熱量大,投入切割的熱量多,因此可獲得較高的切割速度。在加工碳鋼時,因切割過程中的鐵—氧反應提供了大量的附加熱量,促進了切割速度的進一步提高。

與等離子空氣切割法相比,等離子氧氣切割法在切割碳鋼時有以下優點:

(1)切割速度更快; 
(2)切割面更光潔,呈金屬光澤,尤其是無氮化層,切割后可直接用于焊接; 
(3)切口下緣不粘渣; 
(4)切割變形小,精度高。

等離子氧氣切割法也存如下缺點:

(1)因氧化作用強, 電極損耗更快,使用壽命短; 
(2)切割面斜角較大。

其不同電流強度下,常用板厚和切割速度之間的關系如圖2、圖3所示。

1. 3 等離子氮氣切割法

等離子氮氣切割法以氮氣作為工作氣體, 主要用于切割不銹鋼。氮的導熱和攜熱性能較好,弧柱也較長,因此具有較好的切割能力。但切割的表面質量不是很好,且切割面有氮化物。相對氧氣而言,氮氣的價格較低,因此這種切割方法一般只用于對切割表面質量要求不高且不直接用于焊接的不銹鋼下料。

其不同電流強度下,常用板厚和切割速度之間的關系如圖4所示。

1. 4 等離子氬—氫氣切割法

等離子氬—氫氣切割法以氬和氫的混合氣體作為工作氣體,主要用于切割不銹鋼和鋁。氬易電離,可形成穩定的等離子弧,加之原子量大,等離子流的動量也大。而氫的導熱性好,電離粒子復合時放熱量高。兩者相結合能形成穩定、能量密度高、弧柱長的等離子弧,切割能力強,切口寬度和切割面斜角較小,切口光潔,切割中產生的氮氧化物較少,是等離子切割中切割質量較好的一種方法。但這種切割方法使用混合氣體作為工作氣體,須增加一混合裝置,使氬和氫很好地混合在一起。

由于氬氣和氫氣的價格較高,且氫氣為危險氣體,一般這種切割方法主要用于切割其他等離子切割無法加工的對切口要求較高的較厚不銹鋼和鋁工件,且使用環境符合安全要求的情況下。

其不同電流強度下,常用板厚和切割速度之間的關系如圖5、圖6所示。

1.5 等離子氮氣水渦流切割法

等離子氮氣水渦流切割法以氮氣作為工作氣體,主要用于切割不銹鋼和鋁。工作氣體通過渦流環形成渦旋氣流,使等離子流也以渦旋方式射向工件,從而可獲得一個斜角極小的切割邊。在工作氣體的周圍,是經過處理的高壓水流,使電弧能量密度大大提高,形成了溫度極高、挺度好及流速大的等離子弧。另外,部分水離解成氫和氧,對切割過程也有一定的促進作用。

和其他等離子切割方法相比等離子氮氣水渦流切割法具有以下特點:

(1)切割速度快; 
(2)切割質量好。切口寬度小,切割面光潔,斜角極小,切口下緣不粘渣 
(3)切割變形很小,精度高; 
(4)噴嘴壽命長; 
(5)適合水下加工,基本無煙塵和弧光,噪聲低。

其不同電流強度下,常用板厚和切割速度之間的關系如圖7、圖8所示。


2 切割不同材料時等離子切割方法選用

由上述可知,對于不同的切割材料及切割要求,有多種等離子切割方法可以選用。下面從切割速度、切割質量、切割變形、焊前處理、操作成本等方面,對切割不銹鋼、鋁和碳鋼時常用等離子切割方法進行比較,具體操作時可根據不同的切割要求選用合適的切割方法。

21 不銹鋼(見表1) 
表1 三種等離子切割方法切割不銹鋼材料的比較 
切割方法切割速度切割質量切割變形焊前 處理操作成本
等離子氬—氫氣較慢較好較小不需較高
等離子氮氣較快差一般需要較低
等離子氮氣水渦流中等好極小一般不需中等
幾種常用不銹鋼材料切割方法的切割速度比較如圖9。 .2 鋁(見表2) 
表2 三種等離子切割方法切割鋁材料的比較 
切割方法切割速度切割質量切割變形焊前 處理操作成本
等離子氬—氫氣較慢好較小不需較高
等離子氧氣較快較差一般需要中等
等離子氮氣水渦流中等較好極小一般不需較低
幾種常用鋁材料切割方法的切割速度比較如圖10。

2.3 碳鋼(見表3) 
表3 兩種等離子切割方法切割碳鋼材料的比較 
切割方法切割速度切割質量切割變形焊前 處理操作成本
等離子空氣較快較好較小需要低
等離子氧氣快好小不需高
a版红楼梦正片幾種常用碳鋼材料切割方法的切割速度比較如圖11。


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