水下等離子切割鋁板問題初探

李書香 王 衛(wèi)

(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(shù)控普通水下等離子切割機(jī)是機(jī)電氣液一體化的熱切割設(shè)備，由于其將電腦控制、精密機(jī)械傳動、氮氣切割三者技術(shù)相結(jié)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(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但許多新使用單位由于缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗，嚴(yán)重影響了數(shù)控等離子切割機(jī)優(yōu)勢的發(fā)揮，其中最主要的是爆炸隱患和放電產(chǎn)生的表面質(zhì)量缺陷。爆炸隱患和放電產(chǎn)生的表面質(zhì)量缺陷成為數(shù)控等離子切割機(jī)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(jù)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(fā)生的氣源和等離子切割機(jī)的氣源。為什么選擇氮氣作為等離子機(jī)的切割氣源哪?因為氮氣是惰性氣體，不易發(fā)生爆炸。

根據(jù)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(jìn)一步集中，從而提高了切割速度和加工質(zhì)量。

由于等離子切割機(jī)是在水下工作的，在切割系統(tǒng)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(dāng)工件加工成型后，發(fā)現(xiàn)其下表面會出現(xiàn)不同程度的凹坑或是四周出現(xiàn)豁口等。

根據(jù)上述現(xiàn)象，我們組織技術(shù)人員、經(jīng)驗豐富的技術(shù)工人、質(zhì)量檢驗人員共同成立了攻關(guān)小組，查找原因，實驗論證。

經(jīng)統(tǒng)計分析，只要有以下原因：(1)等離子切割機(jī)加工板材時，由于水被電解發(fā)出氫氣(2H2O=2H2+O2)，因而氫氣聚集，當(dāng)氫氣聚集到一定濃度時，就會發(fā)生爆炸現(xiàn)象。(2)就是進(jìn)廠的板材平面度不行，易于氫氣累積，同時數(shù)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(dǎo)致板材底面出現(xiàn)電擊凹坑，或電擊疵豁。(4)在數(shù)控切割機(jī)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(jī)電弧的穩(wěn)定性直接影響著切割質(zhì)量。等離子電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，會導(dǎo)致切口參差不齊、積瘤等缺陷。

根據(jù)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(jìn)方案

對工藝過程反復(fù)的試驗跟蹤發(fā)現(xiàn)，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(fù)出現(xiàn)，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(jīng)接地線傳入，而是經(jīng)接地平臺下的支撐板條傳入，構(gòu)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(guān)系到零部件的質(zhì)量，而且對周圍的設(shè)備及人員安全起到至關(guān)重要的意義。我們經(jīng)試驗跟蹤總結(jié)出兩種方案。(1)把壓縮空氣打入水中。(2)加強(qiáng)板材的平面度要求及數(shù)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(dǎo)致板材底面出現(xiàn)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(wěn)定

在數(shù)控切割機(jī)配件中，等離子電弧是影響工件質(zhì)量的最重要因素。等離子電弧不穩(wěn)定現(xiàn)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(jī)輸出壓力顯示，如不符合要求，可調(diào)整壓力和檢修空壓機(jī)。

4 工藝改進(jìn)

以上改進(jìn)方案見下表1。

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改進(jìn)后的效果如下圖。

5 效果驗證

在工藝改進(jìn)之前，我們加工的鋁板及不銹鋼板均出現(xiàn)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(jìn)后，為確保操作過程安全及質(zhì)量達(dá)到工藝要求，我們對操作過程進(jìn)行了跟蹤驗證，跟蹤結(jié)果見表2。

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6 總結(jié)

生產(chǎn)實踐證明，水下等離子切割雖然易出現(xiàn)質(zhì)量問題，但只要抓住問題的關(guān)鍵，在生產(chǎn)過程中注意觀察、勤于思考，巧妙地將一些問題進(jìn)行改進(jìn)，可以最大限度的滿足鋁板及不銹鋼板的質(zhì)量要求。另外隨著工藝、技術(shù)的不斷創(chuàng)新應(yīng)用，可使鋁板及不銹鋼板的加工質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，同時也必將為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］苑彬彬，馬天一.數(shù)控氣割工件產(chǎn)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(zé)任公司，第25卷第二期2009年3月

［2］萬芹英，康彥亭.數(shù)控氣割機(jī)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