等离子切割与焊接工艺.docx

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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。L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；图9 -5 等离子弧切割设着组成示意图I一电IU 2Tlh 3-，压表；4-KMMt S一/JMfth 6一程序控制， 7高Wl发生H

2、； 8-超矩；9一进水管；10一出水管；Il一水源；12工件图9-6年用整流嬖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40OVO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:主回路、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

3、流器 （由VD1VD6 CIC6组成）、高频振荡器（由B2、B4、FP、 C12组成）。（2）控制回路由控制变压器B3和JIJ2、J3、VD7、ClK 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Cll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

4、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Imm12mm。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

5、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，主问路停止输出。由于 RC电路中CIl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T主回路供电一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120V。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

6、电源的品种日益增多。按额定电流分有IooA及IOOA以下,250A、400A 500A和IOOoA等类型。前两种主 要用于空气等离子切割。其中IOOA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 IOomm。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:

7、用电缆将前一台的“ + ”和后一台的J ”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 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。D程序控制的作用较完善的控制箱完成下列程序控制。接通电源谕入回路一通冷却水使水压开关动作，控制线路做好 动作一接通小气流一接通高频振荡器一接通小电流回路（引弧）一 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 流一停止切害U时,

8、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.

9、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IOLZmin以 上，可用水泵供应。为防止工作时未通冷却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，防止铝极氧化和 形

10、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- 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9-7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

11、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

12、作L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、鸨极端部到喷嘴的距 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；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

13、所列。表9-1 啃需与相应的假限电流孔宜役/E14 I Il2l012154.0许用火电WAI 2001250I 300MOMO400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现。氮气的电弧电压比瀛气高，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材心切X厚度mm逸用情功WkW逸用气体忸1100100不例Mso7

14、5100100120*90803）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

15、稳,影响切割质量，如表9-3所列，通常切割IOOmm 以下的不锈钢，气体流量为(2500-3500)Lh;切割IOOmm250mm, 气体流量为(3000-8000)Lh,引弧气流量为(400800)L/h。*9-3 气气潦,对切第肢，的影响切M电感/AIftVM(V) IWMW*mm切哀曲危240B4IlS225U2200SS22588加融1,0少230902700无235123300IO卫 _230M3S0O一(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图9-9 切割速度过