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1、等离子切割与焊接工艺一、等离子弧切割设备等离子弧切割设备包括电源、控制箱、水路系统、气路系统及割炬等几部分组成，其设备组成如图9-5所示。1.电源等离子弧切割需要陡降外特性的直流电源，其电源的空载电压要高,一般为150V400V,切割电源有专用的和串联直流弧焊机两种类型。1）专用的整流器型电源如图9-6所示为工作原理图。等离子弧要求电源与一般电弧焊电源相同，具有陡降的外特性。但是,为了便于引弧，对一般等离子焊接、喷焊和堆焊来说，要求空载电压在80V以上；T7图9 -5 等离子弧切例设餐组成示意图I一电2一气源,3-，质灰，4-控制 5气控h 6-Q序控制；7高事发生修； 8一御蹙；9一进水管；
2、IO一出水膏；H12工件.图9-6 。用整流型电源工作原理图对于等离子切割和喷涂，则要求空载电压在150V以上，对自动切割或大厚度切割，甚至高达400VO目前,等离子弧要求所采用的电源，绝大多为灵敏具有陡降外特性的直流电源。这些电源有的利用普通旋转直流电焊机，有的采用硅整流的直流电焊机。根据某种工艺或材料焊接的需要，有的要求垂直下降外特性的直流电源（微束等离子焊接），有的则需要交流电源（等离子粉末喷焊、用微弧等离子焊接铝及铝合金）。空气等离子弧切割机从结构上分主要包括:主同路、控制回路以及气路3部分。（1）主回路包括接触器KM、三相变压器、三相桥式整流器（由VD1VD6C1C6组成）、高频振荡
3、器（由B2、B4、FP、C12组成）o（2）控制回路由控制变压器B3和JIJ2、J3、VD7、Cl1、R3等元件组成。（3）气路部分由减压及电磁气阀DF组成。其原理简述如下:在接好电源和气源后,合上开关Kl,电源指示灯XD亮,冷却风机FM立即转动。按下割炬微动开关K3,继电器电动作，其常开触点接通，电磁阀DF动作，气路接通，割炬进行预先通气。另一常开触点接通电阻R3,二极管VD7对电容CIl充电，组成延时电路，经过3s5s充电完毕。继电器J2通电闭合，接触器KM得电闭合，主回路通电，经过变压器Bl整流桥，正极经过B5通过连接线直接接至工件，负极通过B2输出，主回路得电的同时，接触器KM的辅助常
4、开触头接通继电器J3。DK为常闭触点，使得变压器B4得电。B4初级电压为220V,取自变压器B3初级自耦抽头，B4次级电压为250OV左右。输出至高压电容C12（102M10kV两只并联），变压器B2（初级绕组3匝，次级绕组10匝串于工作主回路）。通过变压器B2在主回路的负极上感应叠加一高压，割炬靠近接触工件（正极），引弧切割。图中FP为保护放电空气间隙，间距可调，正常为lmm-12mmO当引弧切割工件时，电弧电流使得线圈B5（8匝）内干簧管DK触点动作断开，继电器J3失电，切断高压变压器B4,引弧升压回路停止工作。当切割完毕，松开割炬微动开关K3后,则继电器Jl断电复位,接触器KM主触点断开
5、，主问路停止输出。由于RC电路中CII的充放电作用，继电器J2延时复位，使气路滞后IOS断开，割炬得到有效冷却，起到保护作用。整个切割工作过程:预通气一主回路供电T高压引弧一熄弧一气体滞后一停止。变压器采用为Y/Y接法，一次侧线电压为380V,二次侧线电压为170V,经整流后直流空载电压有效值为240V,有工作负载时输出120Vo专用的切割电源如ZXG2-400型弧焊整流器，其空载电压为300V,额定电流400A。LG-400-1型等离子切割机的电源就是选用这种类型的弧焊电源。目前，国产等离子弧电源的品种口益增多。按额定电流分有IooA及100A以下,250A、400A.500A和100OA等
6、类型。前两种主要用于空气等离子切割。其中100A以下的也有晶体管逆变式的，还开发出了小电流等离子弧切割和焊条电弧焊两用逆变式电源。2）两台以上普通直流弧焊机串联在没有专用等离子切割电源时,可以将两台以上的直流弧焊机或整流弧焊机串联起来使用以获得较高得空载电压。一般当两台焊机串联时,切割厚度可达40mm50rmn,3台焊机串联时,切割厚度可达80mm-100mmo直流弧焊机的串联运用比较简单，也不必要求是同一型号的焊机，只要都是陡降外特性，工作电流又在额定值范围内就可以。串联的方法:用电缆将前一台的“+”和后一台的-”连接起来，最后剩下的一个“+”端和一个“-”端分别接到工件和割炬上。需要说明的
7、是，当用AX1-500型直流弧焊机串联作等离子切割电源时，应调整到每台焊机空载电压相等，否则会造成某台直流弧焊机电压反向或为零而影响切割的进行。2.控制箱电气控制箱内主要包括程序控制接触器、高频振荡器、电磁气阀、水压开关等。1）程序控制的作用较完善的控制箱完成下列程序控制。接通电源谕入回路T通冷却水使水压开关动作，控制线路做好动作一接通小气流T接通高频振荡器一接通小电流回路（引弧）接通切割电流回路，同时断开小电弧电流和高频电流T接通切割气流一停止切割时,全部控制线路复原。2）高频振荡器的作用高频振荡器是用来引弧的，上述小气流是为了产生小电弧供电离气体的。在鸨极与喷嘴间加上一个较低电压，当把高频
8、加在鸨极和喷嘴之间时，便引燃了电极和喷嘴间的小电弧。由于电流很小（20A-50A）,故喷嘴不会被烧毁。小电弧被小气流吹出喷嘴，形成一定长度的焰流，用来在工件上对准切割位置。当在电极与工件间通过大电流（同时接通大气流）后，小电弧便转变成高能量等离子弧，此时高频电路和小电弧电路全部断开，以免烧毁喷嘴。3 .水路系统等离子切割时必须通冷却水，用以冷却喷嘴、电极，同时还附带冷却普通非转移型弧电流的水冷电阻。水流量应控制在3Lmin以上,水压为0.15MPa0.2MPa,水管不应太长，普通的自来水可以满足要求。要求强烈冷却的大功率等离子弧,其水流量应在10Lmin以上，可用水泵供应。为防止工作时未通冷却
9、水而造成烧坏喷嘴的事故，通常需要安装一个水压开关。水压开关出水口孔径应小于进水口孔径，通水时靠进出的压力差将橡皮薄膜顶起，使常开触头接通。断水和水流不足时，触点断开，切割机不能启动或中断正在进行的切割过程。水压开关应装在水路系统的最后，并且位置不宜过低，以防出水胶管被踩踏、受压、受到阻碍，或者离开水压开关的出水胶管中积水形成压力差，使水压开关误动作。4 .气路系统气体的作用是作为等离子弧的介质压缩电弧，防止鸨极氧化和形成隔热层，以保护喷嘴不被烧坏。稳定地连续供应气体是保证稳定进行等离子切割的重要条件之一。所以必须保证气路系统畅通无阻。输出气体的管路不宜太长，气体工作压力一般调到0.25MPa-
10、0.35MPa,流量计安装在各气阀的后面，使用的流量不要超过所用流量计刻度的一半，以免造成电磁气阀接通瞬间冲击损坏流量计。5 .割炬割炬是产生等离子弧的装置，也是直接进行切割的工具。割炬分小车（自动）割炬和手动割炬。它们的结构相同，只是前者设手柄、操作开关和隔热挡板。图97所示为典型等离子切割设备，LG-400-1型等离子弧切割的手动割炬，它由割炬和手柄组成。图9-7等离子切割的手动割炬割炬由上下枪体和喷嘴3部分组成,上枪体包括电极夹头、上冷却套、上螺母、小螺母上出水管（电缆）等组成；下枪体由下冷却套、圆螺母、进水管等组成。工作气体是通过进气管进入下冷却套，顺枪体内壁切线方向，以螺旋方式由喷嘴
11、喷出。松开上螺母，便可取出电极夹头和电极,小螺母用来夹紧电极，上下冷却套之间用绝缘柱分开。圆螺母用来紧固喷嘴，手柄上装有操作开关和挡板。喷嘴是等离子弧割炬的核心部分，它的结构形式和几何尺寸对等离子弧的压缩和稳定起主要作用，直接关系到切割能力、切口质量和喷嘴寿命。喷嘴结构中的喷嘴孔直径、压缩孔道长及压缩角这3个尺寸对压缩效果和等离子弧的稳定是很关键的，所以要匹配良好。二、等离子弧切割操作I.等离子弧切割工艺参数等离子弧切割的主要工艺参数为空载电压、切割电流和工作电压、气体流量、切割速度、喷嘴到工件距离、鸽极端部到喷嘴的距离。1）空载电压为使等离子弧易于引燃和稳定燃烧，一般空载电压在150V以上；
12、切割厚度在20mm80mm范围内，空载电压须在200V以上；若切割厚度更大时，空载电压可达300V400V0由于空载电压较高，需特别注意操作安全。2）切割电流和工作电压这两个参数决定等离子弧的功率。提高功率可以提高切割厚度和切割速度。但是，若单纯增加电流,会使弧柱变粗、割缝变宽，喷嘴也容易烧坏。为防止喷嘴的严重烧损，对不同孔径的喷嘴有其相应的允许应用极限电流，如表9-1所列。豪9-1哨与相应的根及电流141012154.0许刖大电窗ZA2250XO340360400用增加等离子弧的工作电压来增加功率，往往比增加电流有更好的效果，这样不会降低喷嘴的使用寿命。工作电压可以通过改变气体成分和流量来实
13、现。氮气的电弧电压比氤气高，氢气的散热能力强，可提高工作电压，但是，当工作电压超过空载电压的65%时，会出现电弧不稳的现象，故提高空载电压才能最大限度地提高工作电压。等离子弧地切割功率主要依据切割材料地种类和厚度来选择，如表9-2所列。9-2切割功率选择参考表切事厚度逸用切功WkW逸用气体50701l不3075100l120*2030803）气体流量和切割速度图9-8切口底部形成的毛剌气体流量和切割速度如果选择不当，会使切口和工件产生粘渣、熔瘤称毛刺，如图9-8所示。在切割不锈钢时，由于熔化金属流动性差，不易被气流吹掉。又因为不锈钢导热性差，切口底部容易过热，没有被吹掉的熔化金属与切口底部熔合
14、在一起，从而形成不易剔除的非常坚韧的粘渣。粘渣的形成与等离子弧的功率大有关，但主要与气体流量和切割速度有关。（1）气体流量直接影响着切割质量，增加气体流量,总的来说,有利于提高生产率和切割质量。但是气体流量过大，反而会使切割能力减弱。这是因为，一方面高速气流带走了部分热量，另一方面也会造成电弧不稳,影响切割质量，如表9-3所列，通常切割100mm以下的不锈钢,气体流量为(25003500)Lh;切割100mm250mm,气体流量为(3000-8000)Lh,引弧气流量为(400800)L/h。*93气气流对切发量的影响切割电德/AXftV/It量/(lb)WM*切覆Iii24020SOIlS2
15、2SSl2200S.S22588260010少230902W6.Sxa235B2330010230M3S00-(2)在电弧功率不变地情况下，提高切割速度能提高生产率，并能使割缝变窄，热影响区缩小。标准合理地切割速度能消除割口背面的毛剌。但切割速度过大,使电弧吹力出现水平分量，使熔化金属沿切口底部向后流，形成粘渣，甚至造成割不透，如图9-9所示。但若切割速度过低，造成切口下端过热，甚至熔化，也会造成粘渣。若割件已被切透，又无粘渣，则表明切割速度是正常的。此时切口下部有适当的后拖是允许的，表9-4列出了切割速度对切割质量的影响。图9-9切割速度过大袅9-4切割速度对切割质量的影硝切割电WA工作电压/V切IN速度/(zh)刷霓度切*ife质量!60IIO605.0少酒190IISIO4.0*5.0X160IIOKM14-4.0清洁无液1601
