等离子切割

等离子切割（共8篇）

等离子切割 篇1

0 引言

管料切割机产品按照切割形式主要分为热切割和冷切割两种。其中, 热切割主要是利用集中热能使材料熔化并且分离, 它广泛用于国内造船、压力容器、工程机械、电站设备、桥梁和钢结构等行业中。热切割的方式也有多种, 这里以最常用的火焰切割和等离子切割方法浅析管料热切割机的原理、结构和应用。

1 火焰切割和等离子切割的基本原理

火焰切割是一种古老的热切割方法, 在切割中、大厚度钢板、切割多种形状的焊接坡口和多割炬大批量切割直条钢板等应用场合有一定的优越性。等离子弧切割金属材料已有近50年的历史, 其良好的适用性和经济性已在长期的生产实践中得到了验证, 在l~38mm厚的碳钢以及有色金属的切割中, 等离子弧切割占据主导地位, 并且有广阔发展空间。

1.1 火焰切割原理火焰切割也叫燃气切割, 是利用氧化铁燃烧过程中产生的高温来切割碳钢, 是一个用氧/燃气火焰燃烧的过程。

首先, 钢板的温度必须升至燃点。然后, 氧流在狭长区域氧化金属, 燃烧时所产生的溶渣被切割氧流吹除从而形成割缝。氧燃气切割可用于碳素钢及低合金钢, 厚度可达到几个分米。切割质量取决于材料表面情况、切割速度及材料厚度。在薄板切割方面就存在不足, 火焰切割的热影响区要大许多, 热变形比较大, 切割速度慢, 生产效率相对较低。

1.2 等离子切割原理等离子弧切割是利用高温等离子电弧的

热量使工件切口处的金属局部熔化 (和蒸发) , 并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割具有切割速度快, 范围宽等特点, 适合切割低厚度金属板材及多种非金属材料, 最高切割速度可达10m/min, 因此切割面光洁, 热变形小。

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。各种等离子弧切割工艺参数, 如空载电压、切割电流和气体流量、电极内缩量和割嘴高度等都直接影响切割过程的稳定性、切割质量和效果。在保证切割质量的前提下, 应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率, 而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。

2 火焰切割和等离子切割设备的结构

火焰切割和等离子切割设备结构形式主要由主驱动机构和切割机构组成, 其作用分别为:主驱动机构夹紧工件并带动工件旋转, 切割机构按要求切割工件。主要有卡盘式和滚床式两种。

2.1 卡盘式切割机卡盘式切割机是卡爪式卡盘夹紧水平放置

的工件, 减速电机通过齿轮或链条等带动卡盘旋转, 卡盘带动工件旋转。切割机构大致可分为三轴, 五轴, 六轴, 七轴等。

2.1.1 三轴切割机的三轴为:工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动和割炬沿X轴摆动。

2.1.2 五轴切割机的五轴为:工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动, 割炬沿Z轴移动, 割炬沿X轴摆动和仿行跟踪。

2.1.3 六轴切割机的六轴为:工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动, 割炬沿Y轴移动, 割炬沿Z轴移动, 割炬沿X轴摆动和仿行跟踪。

2.1.4 七轴切割机的七轴为:

工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动, 割炬沿Y轴移动, 割炬沿Z轴移动, 割炬沿X轴摆动, 割炬沿Y轴摆动和仿行跟踪。

卡盘式切割机主要适用于中小管径φ25-φ630mm的管子切割, 可切圆管和方管。一般为卡盘固定, 托架托动工件升降调整工件中心高度以满足切断不同管径的管料。而如果需要轴向输送工件时, 则为托架固定, 卡盘升降调整中心高度以满足切断不同管径的管料。

2.2 滚床式切割机滚床式切割机的驱动机构是减速电机通过

齿轮或链条带动托盘旋转, 托盘靠工件自重形成的摩擦力带动工件旋转。切割机构和卡盘式相同。

滚床式切割机主要适用于大中管径φ60-φ1520mm的管子切割, 只能切圆管, 或者增加圆形旋转工装后可切割方管。一般滚床托盘固定, 靠切割机构升降以满足切断不同管径的管料。而如果需要轴向输送工件时, 则为可调整两托盘之间的距离, 调整工件高度以满足切断不同管径的管料。

目前的滚床式切割机产品大都是主传动机构在一侧, 使用电机和托盘之间使用齿轮传动, 因此长距离轴输送扭矩, 从电机端到另一端, 长轴的扭转变形, 会造成两端旋转速度不同, 而很容易产生工件轴向窜动或卡滞。而如果把切割机主传动机构在中间, 或者两端同步电机传动, 则可有效降低两端旋转速差。

3 火焰切割和等离子切割的应用

火焰切割和等离子切割的切割形式和工件断面形状基本相同, 一般用于管件相贯线的切割。而相贯线切割机按切割形式主要切割形状可分为:

3.1 三轴切割机 (1) 开槽切割; (2) 四方孔切割; (3) 端部切断并开坡口。

3.2 五轴切割机 (1) 开槽切割;

(2) 四方孔切割; (3) 端部切断并开坡口; (4) 斜交支管端头切割; (5) 同径V字支管端头切割; (6) 切割焊接弯头、虾米节两端斜截端面; (7) 两支管交叉相贯线切割; (8) 三 (多) 支管交叉相贯线切割; (9) 主管开相贯线孔; (10) 固定坡口、定角坡口、定点坡口的切割。其中:定角坡口是割炬以固定角度进行切割;定点坡口是在切管的0°、90°、180°、270°点上设定角度, 在定点位置之间割炬自动变化坡口角度进行切割;固定坡口是输入相贯的焊接坡口角度, 系统自动计算切割的坡口角度进行切割。

3.3 七轴切割机 (1) 能在主管上切割相贯孔, 满足主管轴线与单根支管轴线偏心与非偏心、垂直与倾斜相交等条件;

(2) 能在支管端部切割相贯线端头, 满足单根支管轴线与主管轴线偏心与非偏心、垂直与倾斜相交等条件; (3) 能在管子上切割平行管轴心的方孔、腰形孔、圆角矩形孔, 满足偏心与非偏心, 垂直与倾斜相交等条件; (4) 能在管子上切割平行管轴心的方槽、腰形槽、圆角矩形槽, 满足偏心与非偏心, 垂直与倾斜相交等条件; (5) 切断型切割可同时开槽; (6) 能切割焊接弯头“虾米节”的两端面及切割垂直和斜截端面; (7) 能切割同规格管材多管对接端面; (8) 能切割与环型主管相贯的支管相贯线端头, 单根支管情况可偏心; (9) 能切割与矩形管相贯的圆支管端头; (10) 能切割无主管、有主管单管相贯, 多管相贯的支管相贯线端头。支管与主管轴心需相交于一点。主管可直管、弯管或方管;11可开定角度、变角度、定距离及变距离的坡口及360度的孔坡口。

在现代化生产中, 管料热切割设备越来越多的应用于石油、煤矿、船舶、建筑、生活用品等很多方面。为满足自动化使用需要, 提高生产效率和生产安全性, 管料切割设备还可增加自动上下料系统, 使其和其他前序加工和后续加工有机的连接成一个整体的生产线, 更好的实现无人高效安全操作。

参考资料:

摘要：对于管料切割来说, 从简单的切断, 开坡口, 到复杂的相贯线、“虾米节”等, 火焰和等离子切割可满足各种切断要求, 而且成本低, 断面形状质量好, 应用广泛。

关键词：热切割,等离子切割,火焰切割,相贯线

参考文献

[1]殷浩澍.国内自动化热切割技术发展态势分析.上海船舶工艺研究所.2009-9-18.

[2]杭争翔.等离子切割在热切割中的地位.中国金属加工在线.2008-3-4.

[3]孔德杰, 张光先, 乔立强.数控等离子切割技术在我国的现状与发展.电焊机, 2005-35-1.

[4]毕承恩, 丁乃建.现代数控机床 (上下册) .上海交通大学出版社.1993.

等离子切割 篇2

供应方甲方：______________

使用方乙方：______________

根据《中华人民共和国民法典》之规定，甲方双方本着平等、互利、共同发展的原则,经双方友好协商，达成如下协议：

一、施工范围

二、承包方式

甲方以包工包料、包质量、包工期、包安全、包分险系数的方式负责挖掘工作。

三、施工期限

施工时间以项目签单为准，甲方必须在施工期限内按乙方的要求保质保量完成。如按时未完成施工任务，乙方将不支付任何费用。

四、承包费用

工程计费小挖掘机______________型号为________元/小时，大挖掘机______________型号为_________元/小时。

五、付款方式：

每月_______日对单，________日清单，下月________日之前付款。

六、权利和义务

1、甲方口行负责设备的保管、维修、保养、辅油及其相应费用。

2、甲方操作人员要必须按挖掘技术要求的进行挖掘操作。

七、安全责任

甲方应及时为操作人员购买相关保险，甲方必须按正确的操作方法进行施工，乙方概不负责。

本合同一式二份。甲乙双方各执一份。每份均具同等法律效力，双方签字盖章之________日生效。

甲方：_____________公司

代表人：______________

盖章：_______________

日期：______________

备注：______%税金由乙方承担。

开户行及支行：______________

账号：______________

联系人电话：______________

乙方：______________

代表人：______________

盖章：_________________

水下等离子切割铝板问题初探 篇3

北京百惠数控普通水下等离子切割机是机电气液一体化的热切割设备, 由于其将电脑控制、精密机械传动、氮气切割三者技术相结合, 具有高效率、高精度、高可靠性等特点, 对厚度3—75mm铝板和不锈钢板可作任意几何形状的垂直切割, 因而在我国大中型企业得到广泛的应用。但许多新使用单位由于缺乏相应的经验, 严重影响了数控等离子切割机优势的发挥, 其中最主要的是爆炸隐患和放电产生的表面质量缺陷。爆炸隐患和放电产生的表面质量缺陷成为数控等离子切割机使用单位首要解决的问题。

2问题分析

普通等离子弧切割。根据所使用的主要气体, 主要分为氩等离子弧切割、氧等离子弧切割和空气等离子弧切割等几类。切割气流一般在100A以下, 切割厚度小于30mm。我所介绍的是使用再约束氮气等离子弧切割。

氮气作为等离子弧发生的气源和等离子切割机的气源。为什么选择氮气作为等离子机的切割气源哪?因为氮气是惰性气体, 不易发生爆炸。

根据等离子弧的再约束方式, 主要分为水在压缩等离子弧切割、磁场再约束等离子弧切割等。由于等离子弧受到再次压缩, 其电流密度、切割弧的能量进一步集中, 从而提高了切割速度和加工质量。

由于等离子切割机是在水下工作的, 在切割系统中, 无需接触材料, 只需在电脑上画好要切割的形状, 切割即可自动完成, 当工件加工成型后, 发现其下表面会出现不同程度的凹坑或是四周出现豁口等。

根据上述现象, 我们组织技术人员、经验丰富的技术工人、质量检验人员共同成立了攻关小组, 查找原因, 实验论证。

经统计分析, 只要有以下原因: (1) 等离子切割机加工板材时, 由于水被电解发出氢气 (2H2O=2H2+O2) , 因而氢气聚集, 当氢气聚集到一定浓度时, 就会发生爆炸现象。 (2) 就是进厂的板材平面度不行, 易于氢气累积, 同时数控下料平台的影响。 (3) 由于部分支撑板条与板材底面接触不良, 造成局部放电, 导致板材底面出现电击凹坑, 或电击疵豁。 (4) 在数控切割机配件中, 配件也是影响切割效果的一个重要因素, 就拿等离子来说, 等离子切割机电弧的稳定性直接影响着切割质量。等离子电弧不稳定现象, 会导致切口参差不齐、积瘤等缺陷。

根据上述分析, 我们综合考虑各方因素, 制定了切实可行的试验方案, 力求使问题得到有效解决。

3工艺改进方案

对工艺过程反复的试验跟踪发现, 在水被电解的作用下, 水下的氢气聚积到一定程度没有得到有效处理, 问题的重复出现, 就会使得氢气浓度更高, 遇到电火花就会爆炸。同时电流未经接地线传入, 而是经接地平台下的支撑板条传入, 构成回路, 造成局部放电。

3.1 稀释氢气

从以上分析可以看出, 水下等离子切割的主要问题是氢气如何处理, 氢气处理的好坏不仅关系到零部件的质量, 而且对周围的设备及人员安全起到至关重要的意义。我们经试验跟踪总结出两种方案。 (1) 把压缩空气打入水中。 (2) 加强板材的平面度要求及数控下料平台的检查。

3.2 增加绝缘支撑

为了解决局部放电, 导致板材底面出现电击凹坑的问题, 我们决定把铁的支撑板条换成绝缘的, 同时把接地线改接在板材上。如下图。

3.3 保证气压稳定

在数控切割机配件中, 等离子电弧是影响工件质量的最重要因素。等离子电弧不稳定现象, 主要是由于气压不足或过高引起的。等离子工作所要求的气压是0.45MPa。因此我们的解决方法是, 使用前注意观察空压机输出压力显示, 如不符合要求, 可调整压力和检修空压机。

4工艺改进

以上改进方案见下表1。

改进后的效果如下图。

5效果验证

在工艺改进之前, 我们加工的铝板及不锈钢板均出现不同程度的表面凹坑, 同时加工时火星四射, 时而还有爆炸之声。

工艺改进后, 为确保操作过程安全及质量达到工艺要求, 我们对操作过程进行了跟踪验证, 跟踪结果见表2。

6总结

生产实践证明, 水下等离子切割虽然易出现质量问题, 但只要抓住问题的关键, 在生产过程中注意观察、勤于思考, 巧妙地将一些问题进行改进, 可以最大限度的满足铝板及不锈钢板的质量要求。另外随着工艺、技术的不断创新应用, 可使铝板及不锈钢板的加工质量得到进一步提高, 同时也必将为企业带来良好的经济效益和社会效益。

摘要：本文在大量生产实践的基础上对水下等离子切割铝板出现的质量问题进行了分析, 提出了对应的解决方法, 并对关键改进措施进行了分析, 目的在于总结经验, 揭示规律, 并用于指导生产实践。

关键词：等离子切割机,铝板,质量缺陷,爆炸

参考文献

[1]苑彬彬, 马天一.数控气割工件产生热变形及尺寸偏差的原因及控制措施.哈尔滨:哈尔滨锅炉厂有限责任公司, 第25卷第二期2009年3月

等离子切割机直流电流源的设计 篇4

金属切割包括热切割和冷切割,热切割包括火焰切割机、等离子切割机和激光切割机,等离子切割机目前已经处于精细型、 高精细型等离子切割加工时代,切割截面斜口在2度以内,以美国Hypertherm HPR260[1]、伊萨EPP - 200为代表。等离子切割机电源部分历经三次技术革新: 硅整流式直流电源、晶闸管整流式直流电源、逆变式( 20 k W以下)[2]与BUCK( 20 k W以上) DC DC直流电源[3,4],其中逆变式与BUCK DC - DC直流电源产生的切割质量最好,综合效果最佳,是目前发展的主流,适合输出直流电流130 A→260 A→400 A…→1 000 A,输出功率等级由22 k W→175 k W。

本文设计和实现一种基于两级BUCK变换器输出并联、支持输出直流电流260 A的等离子切割机电源并给出实测结果。

1电路拓扑与工作原理

1.1电气要求

等离子切割机系统框图如图1所示,其中直流电流源功率电路以及控制策略决定着切割电流的品质。

等离子切割电源为直流电压 - 直流电流的DC - DC变换器。 等离子切割原理是: 利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部分或局部熔化( 和蒸发) ,并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口[5]。

以260 A输出直流电流的等离子切割电源为例,电气参数如下:

输入交流电压: 三相( 380 ± 15% ) V ;

输出直流电流: 260 A ;

输出空载电压: 310 V;

工作电压: 150 V ~ 170 V,需要采用降压变压器( V/VV) : 380 V /220 V,联结组别: Y / Y△;

额定功率因数: 不低于0. 92;

持续工作率( 45. 5 k W,40 ℃ ) : 100% ;

电磁兼容: EN61000 - 2 - 2 /12。

等离子切割电源的输出伏安特性呈现出明显的下垂特性,如图2所示,在设定切割电流附近,输出电压相对输出电流的变化率非常大,表现出明显的直流电流源特性。

1.2电路拓扑

支持大功率和高品质输出电流的DC - DC变换器首选方案是: 独立电压供电、输出并联、多级交错和交错驱动[6,7]。其中, 逆变式等离子切割电源的功率电路如图3所示,支持小功率输出。BUCK等离子切割电源的功率电路如图4所示,支持大功率输出[8]。

在图4中,“1”代表第一级BUCK变换器,输入直流电压ui1, 输出直流电流iL1。“2”代表第二级BUCK变换器,输入直流电压ui2,输出直流电流iL2。

在图3和图4中,iL1与iL2合成输出切割电流io,根据切割工件种类和厚度,在几十安培到260 A连续可调。“3”代表降压变压器。“4”代表切割工件和割炬以及引弧装置。

1.3控制策略

BUCK等离子切割电源的控制任务是直接控制输出电流( 切割电流) ,闭环控制结构如图5所示,其特点是: 每级BUCK变换器独立控制,控制器为变速PI调节器,控制器的输入为电感电流给定值与采样值之差,当总给定电流大于130 A时,每级给定值为总给定电流的1 /2,有利于两级变换器之间均流。当总给定电流小于130 A时,启动其中一级BUCK变换器,做到一备一用,两级轮流使用。采用载波移相驱动技术,有利于均流和改善电流纹波。

变速PI调节器的原理是: 积分系数和比例系数为输入偏差的函数。比例系数关系: 偏差大时,比例系数较大,可以加速响应; 偏差小时,比例系数较小,有利于稳定。积分系数关系: 偏差大时,降低积分系数; 偏差小时,增大积分系数,可以防止积分饱和[9]。

以变速积分系数为例,设定f[e ( k) ]为e ( k) 的函数,当e( k) 增加时,f[e( k) ]减少,反之增加。f[e( k) ]与e( k) 之间可以为线性关系或非线性关系,可以设定为:

f [ e ( k ) ]的取值范围为[ 0 , 1 ]之间变化,积分速度在之间变化 。 考虑比例系数为e ( k ) 的函数,则变速积分PI算法为:

BUCK等离子切割电源控制系统还可以采用图6和图7所示闭环控制结构,其特点是: 两级BUCK变换器统一控制,得到总控制量,控制器为变速PI调节器。图6增加了均流环节,对两级BUCK变换器输出电流的差进行变速PI调节器,得到纠偏量,总控制量与纠偏量进行加减法得到每级BUCK变换器最终控制量。

图7增加了自动均流环节,控制量乘以移相后的两路载波后,与各自输出电流相比较,得到脉冲上升沿,置位RS触发器,与载波同步的窄脉冲信号复位RS触发器,RS触发器输出脉冲信号,用于驱动相应的斩波开关。

2仿真分析

根据图4的功率电路和图5、6、7的闭环控制结构,利用MATLAB / Simulink建立了BUCK等离子切割电源的仿真电路进行仿真分析。输出切割电流260 A时的仿真电路参数: 三相输入交流电压380 V,三相降压变压器380 V/220 V,每级BUCK变换器最大输出直流电流130 A,整体最大输出直流电流260 A,输出直流电压150 V,纹波电流峰峰值不大于10 A,开关频率10 k Hz, 平波电感130 A/2 m H,网侧交流电感为0. 5 m H,网侧交流电容为2. 2 μF,整流滤波电解电容为4 × 6 800 μF/450 V。等离子切割机要求上电结束后启动DC - DC变换器,因此仿真时可以为电解电容预置初值311 V。

当输出直流电流为260 A时,输出直流电压与电流的仿真波形如图8所示,每级BUCK变换器输出电流的仿真波形如图9所示。每级输出电流平均值相等,各级纹波峰峰值不大于7 A,总输出电流纹波峰峰值仅为1 A左右,电流响应时间为1. 2 ms。网侧交流电压与电流的仿真波形如图10所示,网侧功率因数接近于1。

3实验验证

根据图4成功开发出全数字等离子切割机电源系统,进入了现场实测 阶段。 等离子切割 机电源部分 的实测设 计参数与仿 真参数基本相同,功率电路采用 模块化设计,便于拆卸, 单桥臂IGBT功率模块的 型号SKM300GB063D, 驱动器采用HCPL - 316J,控制器采用F28335。开关频率为10 k Hz,采用每隔半 个开关周期 更新一次 数据的PWM发生方法。

当输出直流电流260 A时,输出电流纹波峰峰值不大于5 A, 电流静差小于2 A。

4结束语

等离子切割 篇5

(1) HT4400型等离子切割机切割作业时, 水管、电极一起被烧掉。现场检查时, 发现水箱出水管流量不足, 混有大量气体同时喷出。经调查知, 水箱前日做了清洗, 水箱中水位不足造成大量空气进入水管, 造成冷却能力不足。加水后反复打循环, 排空几十米长水管中的气体, 机器恢复正常。

洁, 避免灰尘、杂质带入冷却水中。更换后一定要先经短时间循环, 确认冷却水流量正常方可投入使用。尤其是水箱清洗后, 要确保冷却水管路内没有空气混入, 否则将影响设备使用。

(2) HT4400型等离子切割机频频发生流量报警。检查水箱出口压力时, 发现没有水流出, 打开水箱发现, 有一只冷却水水桶的盖子卡在出水口处。取下盖子再试机, 机器即刻恢复正常。

(3) HT4400型等离子切割机只能短时间切割, 且频频发生流量报警。检查水箱出口压力正常, 再检查机器本体内的水管时, 发现有松动现象。水管松动后长出来, 端面抵在电极上, 导致流量不足。上紧水管, 保证与电极间留有一定间隙, 再试机, 恢复正常。

(4) HT4400型等离子切割机只能短时间切割, 且频频发生WT (水温) 报警。经查, 强冷却风扇没有启动, 风扇单相马达的分相电容损坏。更换后风扇启动正常, 水温报警即刻消除, 机器恢复正常。W10.01-42

作者通联:上海外高桥造船有限公司上海市浦东新区洲海路3001号200137

等离子切割 篇6

在工业生产中, 金属热切割一般有气割、等离子切割、激光切割等。其中等离子切割与气割相比, 其切割范围更广、效率更高。而精细等离子切割技术在材料的切割表面质量方面已接近了激光切割的质量, 但成本却远低于激光切割。因此, 等离子切割自20世纪50年代中期在美国研制成功以来, 得到迅速发展。随着计算机及数字控制技术的迅速发展, 数控切割也得以蓬勃发展, 并在改善加工精度。节约材料、提高劳动生产率等方面显示出巨大优势。这促使等离子切割技术从手工或半自动逐步向数控方向发展, 并成为数控切割技术发展的主要方向之一。

1 切割技术的种类

1.1 火焰切割

钢材的氧气切割是利用气体火焰 (称预热火焰) 将钢材表层加热到燃点, 并形成活化状态, 然后送进高纯度、高流速的切割氧, 使钢中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣同时放出大量的热, 借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口前缘使之也达到燃点, 直至工件的底部。与此同时, 切割氧流的动量把熔渣吹除, 从而形成切口将钢材割开。因此, 从宏观上来说, 氧气切割是钢中的铁 (广议上来说是金属) 在高纯度氧中燃烧的化学过程和借切割氧流动量排除熔渣的物理过程相结合的一种加工方法。

1.2 激光切割

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面, 使材料熔化, 同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料, 并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动, 从而形成一定形状的切缝。

1.3 等离子切割

等离子切割是利用高温在喷嘴处喷射出来的高速气流离子化, 从而形成导电体。当大电流通过时, 该导气流即形成高温等离子电弧, 电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化 (和蒸发) , 并借高速等离子气流的动力排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。利用环形气流技术形成的细长并稳定的等离子电弧, 保证了能够平稳且经济地切割任何导电的金属。

2 等离子切割技术的优点

火焰切割具有切割变形大, 适应不了高精度切割的需要, 而且切割速度较低, 切割前需预热, 花费时间, 难以适应无人化操作的需要。等离子切割具有切割范围宽, 可切割一切金属板材和许多非金属材料, 最高切割速度可达10 m/min, 是火焰切割的10倍。在水下切割能消除 切割时产生的噪声, 粉尘、有害气体和弧光, 有利于环境的保护, 符合21世纪对环保的要求。目前随着大功率等离子切割技术的成熟, 切割厚度已达130 mm, 采用水射流技术的大功率等离子切割已使切割质量接近激光切割的下限 (±0.2 mm) 。由于激光切割机价格昂贵, 且目前只适合于薄板切割 (通常厚板打孔时间长) , 而精细等离子切割机切割精度可达激光切割的下限, 切割表面质量近似, 但切割成本远低于激光切割, 约为其1/3, 最大切割厚度可达12 mm, 因此用精细等离子切割机来取代价格昂贵的激光切割机, 有利于以最经济的方式对用量较大的中、薄板实施高速精细切割。另外, 数控等离子切割与自动套料编程软件配合可以提高材料利用率5%～10%, 按年切割2 000万t计, 则年可节省钢材100～200万t, 价值几十亿元。故在工业发达国家已出现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。

3 切割设备的选型及能力计算

为满足对成品板切割质量的要求, 使用等离子切割+火焰切割。等离子切割主要用于目前改尺板厚度为30 mm以下的船板等品种板;等离子切割具有割缝窄、切割质量好、对钢板割缝周边热影响区域小, 生产效率高等优点。对35 mm以上的钢板, 如割逢要求不太高时, 使用火焰切割更经济, 所以保留火焰切割以具备切割35～50 mm钢板的能力。

3.1 设备选型

由于成品库钢板切割机切分钢板为最后一道工序, 就要求切割机具备很高的切割精度, 选用Cortina5000数控火焰等离子切割机, 该机数控软件包具有以下功能。

(1) 接收来自于中央计算机 (Centre PC) 的工作数据, 发送切割结束信息到中央计算机 (Centre PC) ;

(2) 根据Centre PC提供的成品钢板数据对钢板进行优化计算 (即自动进行切割分配) ;

(3) 切割过程及尺寸控制;

(4) 割炬选择功能;

(5) 回位功能;

(6) 接收或发送切割结果数据功能;

(7) 切割工作记录;

(8) 诊断和错误报警;

(9) 切割机接近报警功能;

Cortina5000数控火焰等离子切割机配备了1台HT4400长寿命干式等离子割具, 1台火焰割具, 1台喷粉划线割具。等离子切割速度快, 切割质量高, 适合钢板厚度35 mm以内钢板的切割。对35 mm以上的钢板, 如割缝要求不太高时, 使用火焰切割。

切割机主要技术参数如下:

(1) 电源电压:交流三相 (1±10%) ·380 V;

(2) 频率:50 Hz;

(3) 功率:90 kW;

(4) 氧气压力:0.8 MPa;

(5) 流量:400 L/min;

(6) 驱动速度:12 m/min;

(7) 割机配置数:1台HT4400长寿命干式等离子割具, 1台火焰割具, 1台喷粉划线割具;

(8) 等离子切割厚度:6～32 mm, 最大50 mm;

(9) 等离子切割速度:

δ=10 mm, 3 800 mm/min;

δ=20 mm, 1 900 mm/min;

δ=25 mm, 1 800 mm/min;

δ=32 mm, 1 300 mm/min。

(10) 火焰切割厚度:35～50 mm

(11) 火焰切割速度:

δ=35 mm, 420 mm/min;

δ=40 mm, 400 mm/min;

δ=45 mm, 390 mm/min;

δ=50 mm, 370 mm/min。

(12) 有效切割宽度:3 250 mm;

(13) 有效切割长度:24 000 mm;

(14) 轨距:5 m;

(15) 水床尺寸:

3 500 mm×25 000 mm×700 mm;

(16) 主机外型尺寸 (长×宽×高) :

28 m×5.8 m×2 m。

3.2 切割流程

钢板吊到切割平台上, 操作者在数控系统上与Centre PC进行通讯, 下载初始化数据及成品钢板尺寸数据, (或手动输入钢板数据) , 并做好其他准备工作, 然后切割机执行以下功能:

自动扫描钢板;对扫描数据进行处理;根据通讯数据或手动输入数据, 生成自动切割程序;如果数据处理正确, 进行切割;切割结束, 上传切割结果;机器归零位。

3.3 切割机能力计算

3.3.1 切割能力估算条件

(1) 材料:

普通碳钢;

(2) 温度:

自然冷板;

(3) 切割方式:

氧离子切割;

(4) 慢速扫描速度:

2 000 mm/min;

(5) 快速扫描速度:

24 000 mm/min;

(6) 钢板顶部、底部慢速扫描长度:

300 mm;

(7) 快速扫描步长:

500 mm;

(8) 慢速扫描步长:

50 mm;

(9) 割炬升降时间:

10 s;

(10) 方式:

使用两个割炬同时对两块钢板纵向分条切割;

(11) 扫描方式:

八点扫描;

(12) 钢板尺寸 (长×宽×厚) :

10 000 mm×3 000 mm×25 mm;

(13) 单块钢板重量:

5.89 t;

(14) 切割速度:

1 800 mm/min。

3.3.2 切割时间的计算

切割钢板单循环时间=扫描工作时间+切割工作时间+附加工作时间 (上、下料时间等) =2+6+8=16 min;

1 h工作循环次数=60/16=3.75次;

1 h工作产量=3.75×5.89×2=44.175 t;

每班工作产量=44.175×8=353.4 t;

每天工作产量=353.4×2=706.8 t;

年产量=706.8×300=21.2万t。

3.4 切割机能力计算

数控等离子切割机投入生产后, 产生了较好的经济效益, 在一年内即收回了投资。南钢中厚板卷厂在保证主生产效率不变情况下, 增加了品种, 争取市场份额。在满足大规格大批量产品生产的同时, 切割小规格小批量产品满足市场需要, 从而大大增强了中厚卷板厂市场适应能力与市场竞争力。

4 结束语

等离子切割 篇7

1 板材自动套料技术及等离子切割技术的基本原理

1.1 板材自动套料技术的基本原理与结构

板材自动套料技术能够依据企业现有的生产以及库存管理模式, 完善自身的材料管理, 并且有效的提升其材料的利用率, 将材料依据不同的材质、规格、板厚以及工程进行统计以及汇总。同时, 还能够对切割完之后的余料可以再次利用, 建立起一种有效的管理, 通过对其进行有效编码, 为材料排版建立起数据支撑。在材料消耗之后, 对应规格和编码的材料从数据库之中消除, 而余料直接进入材料数据库。其关键的技术特性就是通过运用数据库技术, 实现排版的信息共享以及交流, 其基本结构如图1所示。

板材自动套料技术在厂房钢结构制作中能够起到如下几个方面的作用:通过运用板材自动套料技术, 能够起到有效的提升钢结构的制作效率的作用, 由于所有的板材都已经编号、排序, 自动套料与手工排版相比, 能够节省大量的时间;采用板材自动套料技术, 在厂房的钢结构制作之中, 能够有效的减少板材的消耗, 提高板材的利用效率。在传统的手工排版方式之下, 切割之后的余料往往直接当作废品进行处理, 利用效率不高。但是, 板材自动套料技术能够对余料进行分析, 将可以再利用的余料进行分类存放, 在需要时, 自动调用, 可以有效的提升板材的利用效率, 降低钢结构的生产制作成本。

2.1 等离子切割技术的基本原理

根据目前的科学研究, 发现物质基本上分为4种状态, 即随着温度的不断升高, 物质一般会有固体、液体以及气体3种状态, 并且随着温度的进一步升高, 能量还会使得分子进一步的分离, 其中的原子由于激烈的相互碰撞而导致其内部的电子脱离出来, 并且离解成为正负离子。这时, 物质就进入到了第4种状态, 也就是本文提及的等离子体。等离子之间的撞击会释放出非常庞大的能量, 并且能够维持在一个非常高的温度之下。正是基于等离子的这种性质, 将其通过一定的约束之后应用于切割之中, 往往具有非常好的效果。而且, 等离子切割与传统的火焰切割相比较, 除了熔化之外, 还起到一定的有氧蒸发的作用, 切割速度更快, 切口质量更好, 而且穿孔时间很短, 因此目前也得到了越来越广泛的应用。等离子切割的基本原理如图2所示。

如图2所示, 等离子弧切的原理实际上就是以高温高速的等离子弧为热源、将被切割件面部熔化, 并得用压缩的高速气流的机械冲刷力将熔化的金属或非金属吹走而形成狭窄的切口的过程。

2 应用实例分析

2.1 案例简介

HD钢构厂作为年产在15万t大型钢结构制造特级企业, 近年来为大量钢结构厂房的建设提供钢结构制作服务, 在经营过程中, 企业发现其传统的排版以及切割方式, 存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率难以保障等问题。如何降低材料损耗和提高材料余料利用率, 加强钢材预算及定板定尺采购, 实现钢结构切割下料的全过程信息化管理模式尤为重要。

2.2 板材自动套料技术以及等离子切割技术的应用

HD钢构厂在2012年开始, 对其切割机进行了改造, 已纳入了Fastcam套料软件以及XSTEEL技术, 从而实现了编程的简单化, 使得板材的自动套料成为了可能。此外, HD钢构厂还引入了等离子切割技术, 对切割方式进行了升级。为了便于操作, HD钢构厂对于所有的客户的要求运用AutoCAD进行了重新设计, 然后在Fastcam中导入相关的设计文件, 就可以根据提示确定下料的数量、规格, 并且以最节省余料的原则, 对零件进行排版布局, 选择合适的切入点。

2.3 板材自动套料技术以及等离子切割技术应用的效益

通过上述一系列的升级和改造, HD钢构厂实现了损耗率降低1%的目标, 以年产15万t计算, 损耗率每降低1%, 将节约成本15万t×1%×3000元/t=450万元。同时, 良品率也得到了一定的提升, 再加上效率的相应提升, 经过初步测算, 这两项就可以给HD钢构厂实现近500万元利润的提升。因此, 综合来看, 在HD钢构厂应用板材自动套料技术以及等离子切割技术可以每年多实现近1000万元的利润。

3 结语

近年来, 随着数控技术、数据库技术以及其他相关技术的发展和普及, 极大的促进和满足了钢结构制造行业的发展, 其技术发展以及普及带来的综合效益的提升非常客观。文章介绍的板材自动套料技术以及等离子切割技术在厂房钢结构制作中的应用, 可以为HD钢构厂每年增加1000万元的利润, 值得推广。

参考文献

[1]任清川, 徐雷, 何赛松, 黄世游.方管管端焊接坡口模型及加工工艺精度[J].焊接学报, 2013 (03) .

等离子切割 篇8

1 等离子切割原理及特点

切割 (或焊接) 用的等离子电弧是利用特种割 (焊) 炬对等离子电弧进行压缩形成的 (见图1) 。实际上等离子弧受机械压缩、热压缩、磁压缩的强迫冷却和强迫压缩, 产生了具有很高能量密度、较大动能拘束的电弧, 具有电场强度、能量强度、温度、电弧力等都较高的特点, 广泛用于焊接、切割、喷镀等领域。

在等离子弧切割过程中, 高温高速的等离子流从喷嘴喷出, 到达钢板形成割缝时, 从表面到底面沿厚度方向, 尽管等离子流为高温, 但热容量小, 所以在钢板中急速衰减, 切割能力下降。其切割面形状为表面宽, 底面窄, 呈斜楔形 (见图2) , 因而等离子切割的坡角控制也就成为了等离子切割质量的瓶颈。

等离子弧切割具有以下特点: ①能切割氧-乙炔切割难以切割的各种金属材料;②切割厚度不大的金属时, 切割速度快 (参见表1) ;③切割面光洁, 热变形小, 几乎没有热影响区;④切口宽度和切面斜度较大;⑤切割厚板的能力相对氧-乙炔切割差。

2 等离子切割在HXD1B型机车零件下料的应用

在具体选择切割方法和切割设备时主要考虑了以下因素:

(1) 切割对象。包括切割材料 (碳钢、低合金钢或是不锈钢、有色金属) 、零件形状和尺寸、同形零件的批量以及材料厚度等。

(2) 对切割质量的要求。包括切割面质量、热影响区材质变化、零件的尺寸精度等。

(3) 切割效率。包括切割速度、切割后的处理工作量等。

注:表中“”表示在HXD1B型机车下料中未使用或者与相邻厚度参数基本一致。

株机公司目前有两台HP260氧气等离子和1台MAX200空气等离子切割机。在HXD1B型机车零件下料时, 所有10～25 mm厚普通碳钢、低合金钢基本采用了等离子切割。选择等离子切割主要基于以下两点考虑:

(a) 此板厚范围都在这3台等离子设备的最佳切割能力范围内, 切割效率高;

(b) 此板厚范围的零件多为HXD1B型机车转向架、底架上的零件, 其零件周边粗糙度要求Ra12.5、尺寸未注公差执行ISO2768-mk (参看表2、3) , 基本需要进行机加工 (坡口) 来保证其周边的粗糙度和尺寸精度, 这些零件的等离子切割面坡角过大问题将在后工序 (机加工) 中得到消除。

3 部分等离子切割HXD1B型机车零件典型工艺分析

在用等离子切割HXD1B型机车零件时发现, 等离子弧切割变形虽小但并不是不变形。要真正用好等离子弧切割, 还必须重视工艺参数和切割路径等方面的优化。

3.1 窄长件切割工艺

HXD1B型机车转向架立板 (见图3) 之类的零件, 其长宽比大大超过4∶1, 在试制及前期的批量生产中采用了火焰切割, 其热变形较大, 切割边的直线度偏差达到7～10 mm。采用等离子切割后, 每批次中仍然有少部分零件的直线度达到甚至超过5 mm。这些直线度超差部分多出现在距板料边沿最近处, 切割路径均为先切割零件内侧边, 再切割外侧边, 如图4所示。

将每一条靠近最外侧的切割路径按照“先外后内”的原则进行优化后 (见图5) , 等离子切割窄长件的直线度偏差得到了很好的保证, 切割边直线度均控制在5 mm以内。

3.2 等离子切割边不进行机加工直接使用时的切割工艺

HXD1B型机车中有些零件的全部或部分切割边设计时允许直接使用。例如, 底架牵引梁上的侧立板 (左) (见图6) 。使用氧气等离子切割下料, 可以确保切割边光滑、切割面可焊性好, 尺寸精度可得到良好保证。

此类零件等离子切割面坡角对后工序装配的影响十分显著, 因此, 需要通过编程有针对性地进行工艺处理, 使坡角对后工序装配的影响得到缓解或消除。具体而言, 就是在编程时遇到零件外框不需加工的 (如图6中的2071.8和910两个尺寸) , 则取此尺寸公差带的中间值;内孔不需加工, 则编程尺寸 (见图6中的尺寸A、B、C、D) 取公差带的最大值。

例如:某产品外框尺寸400undefined、内孔尺寸为200undefined时, 其外框编程尺寸按401 mm、内孔编程尺寸按照202 mm进行编程。

3.3 连割工艺应用分析

HXD1B型机车中, 外形类似于盖板 (见图7) 其最大尺寸小于800 mm的零件约83项, 每台374件, 使用了等离子切割。切割时特别需要注意通过合理安排连割工艺, 减少打孔次数, 降低制造成本, 即便适合连割的零件, 一般也只能每2件产品进行1次连割。

4 结束语