水下等離子切割鋁板問題初探

李書香 王 衛

(河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001)

1 前言

北京百惠數控普通水下等離子切割機是機電氣液一體化的熱切割設備，由于其將電腦控制、精密機械傳動、氮氣切割三者技術相結合，具有高效率、高精度、高可靠性等特點，對厚度3—75mm鋁板和不銹鋼板可作任意幾何形狀的垂直切割，因而在我國大中型企業得到廣泛的應用。但許多新使用單位由于缺乏相應的經驗，嚴重影響了數控等離子切割機優勢的發揮，其中最主要的是爆炸隱患和放電產生的表面質量缺陷。爆炸隱患和放電產生的表面質量缺陷成為數控等離子切割機使用單位首要解決的問題。

2 問題分析

普通等離子弧切割。根據所使用的主要氣體，主要分為氬等離子弧切割、氧等離子弧切割和空氣等離子弧切割等幾類。切割氣流一般在100A以下，切割厚度小于30mm。我所介紹的是使用再約束氮氣等離子弧切割。

氮氣作為等離子弧發生的氣源和等離子切割機的氣源。為什么選擇氮氣作為等離子機的切割氣源哪?因為氮氣是惰性氣體，不易發生爆炸。

根據等離子弧的再約束方式，主要分為水在壓縮等離子弧切割、磁場再約束等離子弧切割等。由于等離子弧受到再次壓縮，其電流密度、切割弧的能量進一步集中，從而提高了切割速度和加工質量。

由于等離子切割機是在水下工作的，在切割系統中，無需接觸材料，只需在電腦上畫好要切割的形狀，切割即可自動完成，當工件加工成型后，發現其下表面會出現不同程度的凹坑或是四周出現豁口等。

根據上述現象，我們組織技術人員、經驗豐富的技術工人、質量檢驗人員共同成立了攻關小組，查找原因，實驗論證。

經統計分析，只要有以下原因：(1)等離子切割機加工板材時，由于水被電解發出氫氣(2H2O=2H2+O2)，因而氫氣聚集，當氫氣聚集到一定濃度時，就會發生爆炸現象。(2)就是進廠的板材平面度不行，易于氫氣累積，同時數控下料平臺的影響。(3)由于部分支撐板條與板材底面接觸不良，造成局部放電，導致板材底面出現電擊凹坑，或電擊疵豁。(4)在數控切割機配件中，配件也是影響切割效果的一個重要因素，就拿等離子來說，等離子切割機電弧的穩定性直接影響著切割質量。等離子電弧不穩定現象，會導致切口參差不齊、積瘤等缺陷。

根據上述分析，我們綜合考慮各方因素，制定了切實可行的試驗方案，力求使問題得到有效解決。

3 工藝改進方案

對工藝過程反復的試驗跟蹤發現，在水被電解的作用下，水下的氫氣聚積到一定程度沒有得到有效處理，問題的重復出現，就會使得氫氣濃度更高，遇到電火花就會爆炸。同時電流未經接地線傳入，而是經接地平臺下的支撐板條傳入，構成回路，造成局部放電。

3.1 稀釋氫氣

從以上分析可以看出，水下等離子切割的主要問題是氫氣如何處理，氫氣處理的好壞不僅關系到零部件的質量，而且對周圍的設備及人員安全起到至關重要的意義。我們經試驗跟蹤總結出兩種方案。(1)把壓縮空氣打入水中。(2)加強板材的平面度要求及數控下料平臺的檢查。

3.2 增加絕緣支撐

為了解決局部放電，導致板材底面出現電擊凹坑的問題，我們決定把鐵的支撐板條換成絕緣的，同時把接地線改接在板材上。如下圖。

絕緣支撐

接地線接在板材上

3.3 保證氣壓穩定

在數控切割機配件中，等離子電弧是影響工件質量的最重要因素。等離子電弧不穩定現象，主要是由于氣壓不足或過高引起的。等離子工作所要求的氣壓是0.45MPa。因此我們的解決方法是，使用前注意觀察空壓機輸出壓力顯示，如不符合要求，可調整壓力和檢修空壓機。

4 工藝改進

以上改進方案見下表1。

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改進后的效果如下圖。

5 效果驗證

在工藝改進之前，我們加工的鋁板及不銹鋼板均出現不同程度的表面凹坑，同時加工時火星四射，時而還有爆炸之聲。

工藝改進后，為確保操作過程安全及質量達到工藝要求，我們對操作過程進行了跟蹤驗證，跟蹤結果見表2。

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6 總結

生產實踐證明，水下等離子切割雖然易出現質量問題，但只要抓住問題的關鍵，在生產過程中注意觀察、勤于思考，巧妙地將一些問題進行改進，可以最大限度的滿足鋁板及不銹鋼板的質量要求。另外隨著工藝、技術的不斷創新應用，可使鋁板及不銹鋼板的加工質量得到進一步提高，同時也必將為企業帶來良好的經濟效益和社會效益。

［1］苑彬彬，馬天一.數控氣割工件產生熱變形及尺寸偏差的原因及控制措施.哈爾濱：哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，第25卷第二期2009年3月

［2］萬芹英，康彥亭.數控氣割機切割精度控制.石家莊：石家莊閥門一廠股份有限公司，第九次全國焊接會議論文集