驻马店等离子切割机图片

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数控等离子切割机的电弧电压选择
　　一般认为电源正常输出电压即为切割电压。数控等离子切割机通常有较高的空载电压和工作电压，在使用电离能高的气体如氮气、氢气或空气时，稳定等离子弧所需的电压会更高。当电流一定时，电压的提高意味着电弧焓值的提高和切割能力的提高。如果在焓值提高的同时，减小射流的直径并加大气体的流速，往往可以获得更快的切割速度和更好的切割质量。

　　1、氧气可以提高切割低碳钢材料的速度。使用氧气进行切割时，切割模式与火焰切割很想像，高温高能的等离子弧使得切割速度更快，但是必须配合使用抗高温氧化的电极，同时对电极进行起弧时的防冲击保护，以延长电极的寿命。

　　2、氢气通常是作为辅助气体与其它气体混和作用，如着名的气体H35（氢气的体积分数为35％，其余为氩气）是等离子弧切割能力zui强的气体之一，这主要得利于氢气。由于氢气能显着提高电弧电压，使氢等离子射流有很高的焓值，当与氩气混合使用时，其等离子射流的切割能力大大提高。一般对厚度70mm以上的金属材料，常用氩＋氢作为切割气体。若使用水射流对氩＋氢气等离子弧进一步压缩，还可获得更高的切割效率。

　　3、空气中含有体积分数约78%的氮气，所以利用空气切割所形成的挂渣情况与用氮气切割时很想像；空气中还含有体积分数约21%的氧气，因为氧的存在，用空气的切割低碳钢材料的速度也很高；同时空气也是的工作气体。但单独使用空气切割时，会有挂渣以及切口氧化、增氮等问题，而且电极和喷嘴的寿命较低也会影响工作效率和切割成本。由于等离子弧切割一般使用恒流或陡降外特征的电源，喷嘴高度增加后，电流变化很小，但会使弧长增加并导致电弧电压增大，从而使电弧功率提高；但同时也会使暴露在环境中的弧长增长，弧柱损失的能量增多。在两个因素综合作用的情况下，前者的作用往往*被后者所抵消，反而会使有效的切割能量减小，致使切割能力降低。通常表现是切割射流的吹力减弱，切口下部残留的熔渣增多，上部边缘过熔而出现圆角等。另外，从等离子射流的形态方面考虑，射流直径在离开枪口后是向外膨胀的，喷嘴高度的增加必然引起切口宽度加大。所以，选用尽量小的喷嘴高度对提高切割速度和切割质量都是有益的，但是，喷嘴高度过低时可能会引起双弧现象。采用陶瓷外喷嘴可以将喷嘴高度设为零，即喷口端面直接接触被切割表面，可以获得很好的效果。

　　4、氮气是一种常用的工作气体，在有较高电源电压的条件下，氮气等离子弧有较好的稳定性和比氩气更高的射流能量，即使是切割液态金属粘度大的材料如不锈钢和镍基合金时，切口下缘的挂渣量也很少。氮气可以单独使用，也可以同其它气体混和使用，如自动化切割时经常使用氮气或空气作为工作气体，这两种气体已经成为高速切割碳素钢的标准气体。有时氮气还被用作氧等离子弧切割时的起弧气体。

　　5、氩气在高温时几乎不与任何金属发生反应，氩气数控等离子切割机很稳定。而且所使用的喷嘴与电极有较高的使用寿命。但氩气等离子弧的电压较低，焓值不高，切割能力有限，与空气切割相比其切割的厚度大约会降低25%。另外，在氩气保护环境中，熔化金属的表面张力较大，要比在氮气环境下高出约30%，所以会有较多的挂渣问题。即使使用氩和其它气体的混合气切割也会有粘渣倾向。因此，现已很少单独使用纯氩气进行等离子切割。

数控等离子切割技术在我国的现状与发展
引言

    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［1，2］。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。数控等离子切割技术是集数控

技术、等离子切割技术、逆变电源技术等于一体的*，它的发展建立在计算机控制、等离子弧特性研究、电力电子等学科共同进步基础之上。我国的数控切割技术起步于 20世纪 80年代，而数控

等离子切割技术起步更晚。但近年来，国内一些高校、科研单位、制造厂商对数控等离子切割技术进行了研究，并逐步开发生产了各种规格的数控等离子切割设备，缩小了与*进技术的差距。

1  国内数控等离子切割的现状

我国工厂的板材下料中应用zui为普遍的是火焰切割和等离子切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活

方便，并且不需要配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高

下料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述3种切割方式，相对于

数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。

随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率

进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切割机，该类切

割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅

10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控等离子切割下料所占比例更小［3］。究其原因，较高的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国的进一步普及。因此国

内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术，经过二次开发后运用到了切割领域中，设计出了适合我国国情的数控切割机。某些厂家开发生产的数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外

同类产品。

我国数控切割机每年市场需求量约在400~500台之间，产品主要以数控等离子切割机为主。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台［4］。由此可见，我国数控切割市场

，尤其是数控等离子切割市场的发展潜力是巨大的。

1.1  等离子切割种类介绍［5］

    a．普通等离子弧切割。根据所使用的主要工作气体，主要分为氩等离子弧切割、氧等离子弧切割。氧等离子弧切割和空气等离子弧切割等几类。切割电流一般在100 A以下，切割厚度小于 30 mm。

    b．再约束等离子弧切割。根据等离子弧的再约束方式，主要分为水再压缩等离子弧切割、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［6，7］。

    c．精细等离子弧切割。等离子弧电流密度很高，通常是普通等离子弧电流密度的数倍，由于引进了诸如旋转磁场等技术，其电弧的稳定性也得以提高，因此，其切割精度相当高。国外的精细等离子

切割表面质量已达激光切割的下限，而其成本只有激光切割的三分之一。

1.2  等离子切割电源

    原先在我国应用较多的高漏抗变压器加二次侧整流式的切割机电源已逐渐被逆变式等离子切割电源所代替［8］，其原理如图1所示。国产等离子电源大多用于手工切割和配在小车切割机上，近年来

由于性能有所改善，因此也逐步配用于数控切割机，但仍需进一步提高。

1.3数控技术的现状与发展

    计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控等离子切割的高精、高速、高效功能。代表*水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件

资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向zui终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应

用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的开发，如图2所示。

    开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展［9］。

    目前，开放系统具体有2种基本结构：

    a．CNC+工控机主板。将一块工控机主板插入传统的CNC机器中，工控板主要用作实时控制，CNC主要用作以坐标轴运动为主的实时控制。

b．工控机+运动控制板。将运动控制板插入工控机的标准插槽中作实时控制用，而工控机主要作非实时控制。

我国生产的数控等离子切割机的数控系统多是在引进国外数控技术的基础上，加以自主开发而成，并逐步形成了更能适应国内用户的数控系统。总体来说，在数控系统方面具备了国外同类系统的基本功

能，但与*进的数控系统相比，在错误记录、网络化生产、全自动生产等方面还存在较大差距。

1.4  数控等离子切割系统的抗干扰措施

切割电源具有强烈的电磁干扰，这就要求计算机控制系统必须具有很高的抗*力，既能抵抗等离子引弧时的高频干扰，也能抵抗工作时大电流等离子弧的干扰，还能抵抗工作现场的其他干扰源。经

过抗干扰设计，改善了数控等离子切割系统的可靠性，其故障率也降低。

2  国内外数控等离子切割现状与发展趋势

    国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型（轻型）、门型（小型）、龙门型（大型）3个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控等离子

切割技术zui高水平的厂家主要集中在德国，如德国ESAB公司的精细等离子切割机的切割精度已达激光切割下限，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个切割机械手，开发出五轴控制系统的

龙门式切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹，利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。相比之下，国内虽然十字架型、门型、龙门型都有所生产，但广度不够，生产厂家产

品型号较为单一，尚无龙门式型材切割机产品［10］。

    近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，国外的大型水下等离子切割法、精细等离子切割法等*等离子切割技术得到较快发展，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在

我国的等离子切割设备生产行业中，由于缺乏等离子切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了等离子切割技术的进一步发展和运用。

    可以预见，我国的数控切割机的市场需求仍将以数控等离子切割机为主。与此同时，国外广泛应用的大型水下等离子切割、精细等离子切割等*切割设备在我国的市场需求量呈逐年上升趋势。

    从国外数控等离子切割行业发展的趋势来看，智能化精密切割将成为切割行业今后发展的方向。

3  结   论

    我国钢产量早已达亿吨级，再加上制造业的蓬勃发展，这必将促进国内数控等离子切割技术的良性发展。总体来说，我国数控等离子切割在基本功能上已达到国外同类产品水平，但要*达到或超

过国外水平还有很长的路要走［11］。国内各企业、科研单位应加大科研力度，重视企业间的横向合作，形成优势互补，并在以下方面争取进一步提高：a．应加强等离子理论研究与生产的相关转换；b

．等离子电源应进一步提高稳定性；c．积极开发适合我国国情、经济可靠的数控等离子切割设备；d．人机对话界面友好，适合切割下料工人操作；e．网络互联功能。

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