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1、国内等离子切割的现状及发展趋势国内等离子切割的现状及发展趋势2022-09-2809:55国内等离子切割的现状及 发展趋势随着我国创造业迅速发展，切割技术特别是等离子切割控制技术也得到较快的 发展。本论文概述了等离子切割技术与气焰切割，激光切割的区别与联系国内等离子切割的现状及发展趋势。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。具有能量密度高、切割变形小、切 割前不需预热、切割金属范围广（可以切割不锈钢，铝、铜、钛和普通碳钢等各类 有色金属）等
2、优点，在工业上特别是创造业中的应用日益广泛。与气焰切割相比，在厚度小于25mm的情况下，等离子切割速度更快、效率更 高、质量更好，其切割速度几乎是氧-乙快切割速度的5倍摆布，且气焰切割其应 用范围局限于碳钢和低合金钢，而等离子几乎可以用于所有金属及部份非金属的切 割;与激光切割相比，虽然对薄板的切割精度（激光为0.2mm摆布，等离子为 0.65mm摆布）稍逊一些，但在切割成本上显现出明显的优势，几乎是激光切割的 1/3,且激光切割只适合薄板的切割（通常中、厚板切割打孔时间长），应用范围较 窄,目前的精细等离子切割最大厚度能达到12mm。止匕外，数控等离子切割与自动 套料编程软件配合可以提高材料
3、利用率5% 10%,按年切割2000万t计，则年可 节省钢材100200万t,价值几十亿元。故在工业发达国家已浮现以数控等离子切 割机取代火焰切割机和激光切割机的发展趋势。因此，研究推广等离子特别是数控 等离子切割技术具有重要的意义。我国等离子切割技术发展较为缓慢，与德、日、美等发达国家相比，无论是在 切割设备，切割方法，数控智能技术等方面都有明显的差距。随着我国创造业迅猛 发展，加快等离子切割技术的发展具有重要的现实意义。1等离子切割设备1.1 数控等离子切割机数控等离子切割技术是集数控技术、等离子切割技术、逆变电源与一体的高新 技术，该技术在改善加工精度、节约材料、提高劳动生产率等方面显示
4、出巨大的优 势，受到了国内外广泛的关注。我国的数控等离子切割技术起步于二十世纪80年代，较国外相差近三十年， 发展较为缓慢。发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下 料，而我们国家正好相反。随着国内金属材料加工行业兴起和以焊代铸趋势的发 展，数控技术的发展越发收到人们的重视，一些切割技术设备研发人员通过引进和 吸收国外控制系统技术，然后经过二次开辟生产出了不少适合我国国情的数控切割 机，无非在某些关键部位与国外存在明显的差距1,例如电磁气阀、减压阀、交 流伺候系统等均采用进口，除此之外，我国等离子数控切割电源与国外差距较大。我国的数控等离子切割机的市场需求量每年在30040
5、0台，目前国内数控切割 机生产厂家主要有上海伊萨切割机械有限公司、梅塞尔切割焊接有限公司（昆山）， 他们在技术上得到了国外技术的大力支持，因此产品在国内处于率先地位。而哈尔 滨四海数控设备有限公司、哈尔滨焊接切割成套设备有限公司、哈尔滨机电有限责 任公司机械电子设备创造厂、中船总公司船舶工艺研究所、深圳博利昌数控切割设 备公司、无锡华联焊割设备厂等企业，则利用各自企业自身的优势，在技术上发展 也很快，产品满足了不同用户的需求。就切割机产品而言，HR92Y8LGK系列的空气等离子切割机是目前国内相当成熟 的空气等离子切割设备，该系列切割机采用PWM反馈控制系统，具有响应速度快,体积小、分量轻、高
6、速节能等特点，选用于碳钢、不锈钢、铜铝等金属切割。其中 LGK-160的切割最大厚度达到50mll1；焊王逆变空气等离子切割机CUT-40C,由于其 采用逆变技术，动态特性好，电弧集中，割颖窄，切口平滑切割，且电留连续可 调，易于实现各种板厚精美切割品质，具有广阔的市场前景。国外数控切割机生产厂家主要集中在德、日、美。其中德国ESAB公司的精细 等离子切割机的切割精度已经达到激光切割的下限。国外已有厂家在龙门式切割机 上面安装一个专门的切割机械手，该系统可以在空间切割出各种轨迹2。除此之外，水下等离子切割设备和精细等离子切割设备在国外应用广泛。总的 来看，智能化的精密等离子切割将成为今后的发展
7、方向。1.2 切割电源等离子切割采用的是具有陡降和恒流特性的直流电源。目前连续可调节输出电 流的常用电源有磁放大式、晶闸管整流式以及逆变电流。其中逆变电流具有高效、 体积小和节能优点，随着大功率半导体器件的商品，逆变电源将是切割电源的发展 方向。国内各企业及科研院所也加快了切割电源的研究。割矩是等离子是产生等离子弧并进行切割的关键部位。普通来讲，60A以下的 割矩多采用风冷结构，60A以上多采用水冷结构。大电流涡流式水冷割据是目前国 内等离子切割机常用的配套割矩，电极普通采用间接水冷式鸨极，工,N2+H2, N2+Ar或者Ar+H2混合气体，可切割厚度100mm以下的作气体可使用N2不锈钢、铝
8、、铸铁和铜合金，性能较为良好;轴流和涡流复合式割矩也是较为 常,切向使用Ar和N2进一步压缩气体，冷却介用的割矩，轴向工作气体使用H2质为水。当使用电流为500A,电压为200V时，能切割厚度达到140mm厚度的不锈钢。除此之外，还有大电流空气等离子割矩、氮-水再压缩等离子弧切割割 据、环氧树脂浇注割矩等。目前，割矩的引弧普通是利用阴极与工件的瞬间接触或者高频大电流来引起的, 电弧引燃后靠高压大流量气体将阴极杆电弧吹出的弧焰来切割工件。中国计量学院 6研发了一种直流低压小电流非接触起弧的等离子切割炬，使得切割炬在不与 工件直接接触状态下能可靠起弧,起弧后等离子电弧能被多种效应约束呈电弧束,提
9、高了能量密度和切割温度，从而得到小割缝、平整切口、材料变形、变性极小的效 果,满足了现代加工创造的要求。1.4喷嘴和电极喷嘴是压缩电弧并形成等离子体的重要元件，对切割效率和切割质量有重要的 影响。普通来讲喷嘴采用纯铜创造，厚度为23mm,大功率等离子弧切割可以厚一 点。为了提高喷嘴的使用寿命，通常在采用金属保护帽来保护喷嘴，防止对金属板 产生双弧现象。同时喷嘴的切割寿命与电极有关，提高电极寿命有利于提高喷嘴寿 命。电极是等离子弧割矩的一个关键元件，它直接影响切割效率、切口质量和经济 性。目前，电极的使用材料有鸨、饴和错，前者由于其氧化物的熔点较纯金属低， 普通不能用于含氧气体;后两者的氧化物的
10、熔点高于纯金属，所以应用较为广泛。 电极消耗普通随切割电流、起弧次数增加而增加，因此为了减小起弧时电极消耗， 起弧时切割气可不用氧气而用氮气,并且采用较小气流速度,待起弧进入正常切割状 态后为了防止切割面产生氮化层再切换为氧气。采用该措施后在同样电极消耗量条 件下延长了电弧工作时间。除此之外，电极的加工方法也影响着电极寿命。电极的 加工方法影响电极寿命。开辟初期的S型电极寿命60min;改良饴、铜结合方法后电极寿命提高到120min;最新的加工方法是在饴、铜之间加入特殊金属，电极寿命 提高到180min。2等离子切割方法按照等离子工作气体的不同，可将等离子切割方法分为等离子氧气切割，等离 子氮
11、气切割、等离子空气切割法，等离子氤气-空气切割法。不同的切割方法由于 其使用的工作介质的物、化性质的差异，于是具有不同的应用场合。例如，等离子 氧气切割法由于工作介质是离解热高、携热性好、化学性质活泼的氧气作为工作气 体，于是其切割速度快、工件变形小、电极消耗快等特点，普通只用于碳钢的切割； 等离子氮气切割法使用氮气作为工作气体，由于氮气的存在容易在切割面产生氮化 层，于是表面质量较差，但氮气价格低，所以这种方法普通用于切割对表面质量要 求不高且不直接用于焊材的不锈钢下料;等离子空气切割法，由于其使用的介质为 来源广泛的空气，兼有上述两种切割方法的共性，普通也用来切割表明质量要求较 低的碳钢。
12、近年来我国大力发展小电流的空气等离子切割机，使用范围正日益广 泛，逆变式空气等离子弧切割机的开辟等离子氨气-氢气切割方法利用易电离氮气和导热性能为节约能源创造了条件；好的氢气作为工作气体，二者的结合能形成弧柱稳定、能量密度高，切割能力 强的等离子束。但由于价格较为昂贵，所以普通用于对切口质量要求较高的不锈钢 和铝的切割。等离子切割方法的发展趋势是:开辟特殊工作气体；开辟特殊的电弧压缩、稳定 装置，开辟特殊的气体保护装置。等离子水涡流切割法【8】是一种利用特殊的装 置将电弧引导为涡流状，然后在气体的周围流以高压缩的水作为压缩介质形成的一 种能量高，流速大、电弧挺度高的切割方法，这种方法污染小、喷
13、嘴使用寿命长，具有广泛的应用前景;涡流气体保护下的等离子切割【9】，是 一种利用从割矩阴极和喷嘴之间喷出的涡流气体作为离子束保护气体的一种切割方 法，这种切割方法可以在高合金钢中切割出不带有熔渣的割缝，同时该方o结果表明:法还适合于切割80到120毫米的水下工件，最大切割电流为750A 噪音，灰尘温和雾量大大减少，降低了对环境的污染。切割方法的选择要根据所切割的材料，使用环境，质量要求和成本而定。当我 们追求效率的时候，我们可以选择速度快的切割方法;当我们追求质量的时候，我 们就可以考虑成本较高的高质量切割方法。总而言之，我们要最大限度地提高切割 效率和降低切割成本。3等离子切割存在的主要问题
14、及开辟的主要方向近年来，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大 的噪音污染，更重要的是伤害操作者和周围的人员的身体健康。目前处理办法有两 者途径:一种是湿式处理方式，另一种是干湿处理方式。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辟主要集中以下几个方面【12】:(1)研制用于氧化性工作气体的新型电极材料，替代目前使用的错和饴，提高 电极的使用寿命，降低成
15、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)开辟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)等离子弧焰流流切割技术和设备的研究和开辟，适应切割薄金属和某些非 金属材料的要求。4结束语21世纪是一个倡导绿色环保的时代，由于我国经济的迅速崛起和创造业的蓬勃 发展，必然对切割技术提出更高的要求。等离子切割技术具有诸多与绿色相符的特 征，于是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，具体来讲应该在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 .开辟具有适合我国国情，CNC控制卡具有中国特色的数控等离子切割机。