精細等離子切割機切割斷面缺陷分析及處理

尹輝 甘毅

摘 要：本文針對等離子切割機切割時所形成的各種斷面缺陷，分別從切割工藝、參數設置、操作方法、設備機械方面以及電氣控制系統方面查找原因，并總結了排除方法及維修處理過程。

關鍵詞：精細等離子切割;斷面缺陷;處理

中車株洲車輛公司作為鐵路貨車行業的主導企業之一，生產過程中鋼結構的加工質量直接影響著車輛的運行性能。而板材下料及切割精度又極大影響鋼結構的組裝質量。

等離子下料質量的好壞，最主要有三個指標：切割面傾斜度、外表粗糙度及掛渣量。此外，切口寬度、熱影響區寬度、割縫直線度、上緣凝結度以及缺口等也是衡量下料質量的關鍵項點。

本文著重從四個角度分析產生上述等離子切割指標缺陷的原因，以及如何處理并提高等離子下料質量。

1切割工藝

1.1切割參數的選擇

數控精細等離子機切割工藝參數的選擇對切割質量、切割速度和效率等影響是至關重要的。

1.1.1切割電流：

它是最重要的切割工藝參數，直接決定了所能切割板材的厚度和切割速度即切割能力。

1.1.2切割速度：

最佳切割速度范圍可按照設備說明選定或用試驗來確定，由于材料的厚薄與材質不同，熔點高低，熱導率大小以及熔化后的表面張力等因素，切割速度是相應變化的。

1.1.3電弧電壓：

一般認為電源正常輸出電壓即為切割電壓。等離子弧切割機通常有較高的空載電壓和工作電壓。

1.1.4工作氣體與流量：

通常要根據切割材料的種類，厚度和切割方法來選擇合適的工作氣體。切割氣體既要保證等離子射流的形成，又要保證去除切口中的熔融金屬和氧化物。氣體流量一定要與切割電流和速度很好的配合。

1.2割嘴的選擇

割嘴由許多易損件組成，對應不同的板厚，選用不同的割嘴套件，割嘴對應不同的切割電流分別制定了多種型號規格，每一種適用的切割電流不同。

1.3割嘴高度的調整

噴嘴高度：指噴嘴端面與切割表面的距離，它構成了整個弧長的一部分。

噴嘴高度一般在3-8mm左右，當穿孔時盡量采用正常切距的2倍距離;選用盡量小的噴嘴高度對提高切割速度和切割質量都是有益的。

1.4工藝措施

為了減少調整參數的工作量，有必要根據生產的實際情況進行工藝參數數據化，同時采取優化切割質量的工藝措施如下：

1.4.1提高切割配件表面的平直度。

（1）典型的等離子切割表面稍微有些向內凹。

（2）當割炬到工件的距離太小時，切割表面會強烈內凹。增加弧壓將會增大割據到工作的距離，使切割表面變得平直。

（3）當割據到工件的距離太大或切割電流過高時，切割表面會向外突出。要解決這個問題，首先降低弧壓，然后降低切割電流，如果有幾種不同切割電流的易損件適用該板料厚度，要先試用電流較低的易損件。

（4）使用直角尺經常對割炬進行校準，確保割炬與工件呈90°直角。

1.4.2減少切割產品上的熔渣量。

因低碳鋼在切割過程中容易形成熔渣，減少快速熔渣的方法有：

（1）降低切割速度;

（2）減少弧電壓，從而縮短割炬到工件的距離;

（3）增加保護氣體中氧氣的濃度，從而提高無熔渣切割速度的量程。

1.4.3優化割炬切割距離提高切割質量。

一個切割部份的四邊平均切割角度偏差小于4°屬于正常現象。在割炬向前移動的情況下，呈直角的切割角度將在右側。如果機械問題解決后仍存在切割角度問題，應檢查割炬到工件的距離，尤其是在切割角度全部為正或負時。

2切割操作方法

切割質量的好壞，存在很多因素，最關鍵的還是操作人員的操作，優化操作方法能最大限度的降低表面缺陷的發生。主要有以下幾點：

（1）經常檢查機床，及時擦掉導軌上灰塵，檢查割炬安裝的垂直度;

（2）割嘴上的電極等易損件要經常檢查，如有損壞及時更換;

（3）割縫余量預留留足，尤其切割厚板時割縫余量至少在10mm以上;

（4）板材擺放需平穩，必要時把板材墊平后再切割;

（5）切割中熄弧或未割穿，此時對于厚板一定重新移至切割點以上5mm左右處再繼續切割，否則會對零件邊緣進一步融割出現缺陷;

（6）切割行進方向應確保切割結束在大面積板區。若結束在小面積板區會因受熱板材移動導致切割變形。

操作方法的不當常常影響到切割件表面缺陷，其主要發生在引弧和斷弧處，而且三項主要的表面缺陷變化都較大。操作人員只要排料合理，留夠余量能較好的解決表面質量。

3機械原因

數控等離子機床主要構件由縱向的X軸，橫向的Y軸，上下的Z軸組成，由于切割速度較快，X軸和Y軸的磨損較快，由于大板料的裝卸極易造成板料撞擊床身和槍頭的事故而損壞機床。

當機床承受嚴重的撞擊或者因為使用長久地基下陷時通常會使床身結構變形，造成切割的板料對角線超差，X軸方向產生波紋。此時要及時檢查兩條縱向X軸導軌的直線度和相互間的平行度和等高度以及拼接齒條的接縫情況。當床身龍門受到撞擊后必須重新調整床身。

一般主動端端梁上的在“X”軸方向上滾輪最容易磨損，原因是主動端上面布置了操作臺、氣體單元等，使得負載大，滾輪磨損就快，造成“X”軸方向大波浪紋路的情況較多見。被動端的行星減速器和齒輪承受交變負載大，這容易在“X”軸方向上產生密度較大的鋸齒形波紋。

“Y”軸方向運動速度較快，一般采用線性導軌滑塊，當某一滑塊損壞嚴重時，“Y”軸滑座運行尤其是高速運行時產生細微的振動，這個振動被懸掛著的Z軸放大，在切割時易使“Y”軸方向產生鋸齒波紋。

在生產實踐中很多的波紋沒有產生在與X、Y軸平行的軌跡上，而是出現在斜線和弧線上，如果在拐角、斜線和圓弧處出現波紋，除了以上X軸Y軸的問題外還有可能與機床的拐角加速度參數、電流參數和圓弧路徑參數有關，此時需先適當更改參數設置后，試切割看有否好轉，然后再按上述X、Y軸處理過程解決。

產生波紋的原因牽涉到許多環節，各種激振力使橫梁產生復雜振動變形，是影響切割精度的重要因素。工廠使用的易損件：電極、渦流環如果質量不合格就會因為切割時弧壓不穩定而產生波紋，還有很大一部份是由于電源、氣體控制單元等電氣控制部分產生，這就需要維修人員在修理前需要綜合了解與判斷了。以下簡單介紹因電氣控制系統部分對切割斷面的形成以及產生缺陷的處理。

4電氣原因

電氣控制系統部分原因造成的切割斷面缺陷，簡要介紹分析解決過程如下：

4.1切割斜度過大：通過弧壓的設定和跟蹤調節來解決。

4.2切割斷面波紋：伺服驅動器的X、Y軸參數設置不合理，造成行走不平穩，特別是Z軸在自動切割中轉換成弧壓跟蹤定高切割，當跟蹤靈敏度設定參數不合理的時候，會出現割炬的上下抖動而產生波紋。

4.3斷面掛渣有如下幾個原因：

（1）與切割氣體，保護氣體流量設定有關;（2）切割速度大小設定不合適;（3）易損件質量好壞有關;（4）電源陽級線與工件連接接觸不良;（5）切割弧壓設定不合理，它決定搶的高度;（6）弧壓跟蹤是否靈敏，需要做爬坡試驗來判別;

當設備修理或大修后，尤其是更換了傳動件之后設備維護人員需對系統參數調整，例如橫向軸、縱向軸驅動等參數等進行調整設置。

5總結

通過逐步優化精細等離子機床的切割參數和系統參數以及在切割過程中采取的一些具體措施較好的解決了精細等離子切割斷面缺陷的問題，希望這些經驗總結能對同行提供借鑒。

參考文獻：

[1]HPR260 自動氣體操作臺使用手冊.

作者簡介：

尹輝（1971-），男，漢族，湖南株洲人，中車株洲車輛有限公司技術開發部，高級技師/設計師，大專，主要從事：設備維修/液壓設計。