Ключевые факторы для достижения точных результатов плазменной резки

1. Рабочий газ

Рабочий газ и расход — основной параметр, влияющий на качество резки. Сейчас общее использование воздуха для плазменной резки — только один из многих рабочих газов. Он широко используется из-за относительно низкой стоимости. Эффект действительно недостаточен. Рабочий газ включает газ и вспомогательный газ. Некоторые оборудования также требуют газ для зажигания дуги. Обычно подбирают подходящий газ в зависимости от типа резаемого материала, толщины и метода резки. Газ должен не только обеспечивать формирование плазменного струи, но и обеспечивать удаление расплавленного металла и оксида в разрезе. Избыточный расход газа уносит больше тепла дуги, делая длину струи короче, что приводит к снижению режущей способности и нестабильности дуги; слишком малый расход газа заставит плазменную дугу потерять прямоту, глубина резки станет мельче, и также легко образуется шлак; поэтому расход газа должен быть хорошо согласован с режущим током и скоростью. Современные плазменные резаки в основном полагаются на давление газа для управления расходом, потому что при фиксированном отверстии горелки давление газа также контролирует расход. Давление газа для резки определенной толщины материала обычно выбирается согласно данным, предоставленным заказчиком. Если есть другие специальные применения, давление газа должно определяться фактическими тестами резки.

Наиболее часто используемые рабочие газы: аргон, азот, кислород, воздух, H35, аргоно-азотная смесь и др.

A. Воздух

Содержит около 78% азота по объему, поэтому шлак, образующийся при резке воздухом, очень похож на резку азотом; воздух также содержит около 21% кислорода по объему. Из-за присутствия кислорода скорость резки низкоуглеродистых сталей воздухом также очень высока; ЧПУ плазменный резак при этом воздух — самый экономичный рабочий газ. Однако при использовании только воздуха будут проблемы: нависающий шлак, окисление реза, увеличение азота, а также снижение срока службы электрода и сопла, что влияет на рабочую эффективность и стоимость резки.

B. Кислород

Может увеличить скорость резки низкоуглеродистых материалов. При использовании кислорода для резки режим резки очень похож на пламенную резку. Высокотемпературная и высокоэнергетическая плазменная дуга делает скорость резки быстрее, но должен использоваться с электродом, устойчивым к высокотемпературному окислению, и одновременно защита электрода от удара при зажигании дуги для продления срока службы электрода.

C. Водород

Обычно используется как вспомогательный газ для смешивания с другими газами. Например, известный газ H35 (объемная доля водорода 35%, остальное аргон) — один из газов с самой сильной режущей способностью плазменной дуги, что главным образом обусловлено водородом. Потому что водород может значительно повысить напряжение дуги, плазменная струя водорода имеет высокую энтальпию. При смешивании с аргоном его режущая способность плазменной струи значительно улучшается. Обычно для металлических материалов толщиной более 70 мм обычно используется аргон + водород как режущий газ. Если используется водяная струя для дополнительного сжатия аргоно-водородной плазменной дуги, можно получить еще более высокую режущую эффективность.

D. Азот

Распространенный рабочий газ. При условии более высокого напряжения питания, плазменная дуга азота имеет лучшую стабильность и более высокую энергию струи, чем аргон, даже при резке жидкого металла с высокой вязкостью, такого как нержавеющая сталь и никелевые сплавы, количество шлака на нижнем краю реза также мало. Азот можно использовать отдельно или смешанно с другими газами. Например, азот или воздух часто используются как рабочие газы при автоматической резке. Эти два газа стали стандартными газами для высокоскоростной резки углеродистой стали. Иногда азот также используется как газ для зажигания кислородной плазменной дуги.

E. Аргон

Газ аргон почти не реагирует с никакими металлами при высокой температуре, и аргоновая плазменная дуга очень стабильна. Кроме того, сопла и электроды, используемые, имеют долгий срок службы. Однако напряжение аргоновой плазменной дуги низкое, энтальпия не высокая, режущая способность ограничена. По сравнению с резкой воздухом, толщина резки снизится примерно на 25%. Кроме того, в среде защиты аргона поверхностное натяжение расплавленного металла относительно велико, примерно на 30% выше, чем в азотной среде, поэтому будут больше проблем с нависающим шлаком. Даже резка смесью аргона с другими газами будет иметь тенденцию к прилипанию шлака. Поэтому сейчас редко используют чистый аргон в одиночку для плазменной резки.

2. Скорость плазменной резки

Помимо влияния рабочего газа на качество резки, влияние скорости резки на качество обработки ЧПУ плазменного резака также очень важно. Скорость резки: оптимальный диапазон скорости резки можно выбрать согласно описанию оборудования или определить экспериментально. Из-за толщины материала, разных материалов, температуры плавления, теплопроводности и поверхностного натяжения после плавления, скорость резки также соответствующе меняется. Основные проявления:

• A. Умеренное увеличение скорости резки может улучшить качество реза, то есть разрез немного уже, поверхность реза гладче, и деформация может быть уменьшена.
• B. Скорость резки слишком высокая, так что линейная энергия резки ниже требуемого значения. Струя в разрезе не может быстро выдуть расплавленный резаемый расплав, образуя большое количество заднего следа. снижение.
• C. Когда скорость резки слишком низкая, потому что место резки — анод плазменной дуги, для поддержания стабильности самой дуги, ЧПУ пятно неизбежно найдет ток проводимости рядом с разрезом ближе к дуге, и будет передавать больше тепла в радиальном направлении струи, так что разрез расширяется. Расплавленный материал по обеим сторонам реза собирается и затвердевает на нижнем крае, образуя шлак, трудно удаляемый, а верхний край реза нагревается и плавится, образуя скругленный угол.
• D. Когда скорость экстремально низкая, дуга даже погаснет из-за слишком широкого реза. Это показывает, что хорошее качество резки и скорость резки неразделимы.

3. Ток плазменной резки

Режущий ток — важный технологический параметр резки, который напрямую определяет толщину и скорость резки, то есть режущую способность, влияющую на правильное использование плазменного резака для качественной быстрой резки, технологические параметры резки должны быть глубоко поняты и освоены.

• A. По мере увеличения режущего тока энергия дуги увеличивается, режущая способность увеличивается, и скорость резки соответственно увеличивается.
• B. По мере увеличения режущего тока диаметр дуги увеличивается, и дуга становится толще, делая разрез шире.
• C. Избыточный режущий ток увеличивает тепловую нагрузку на сопло, сопло преждевременно повреждается, и качество резки естественно снижается, и даже нормальная резка не может быть выполнена.

При выборе источника питания перед плазменной резкой нельзя выбирать слишком большой или слишком маленький источник питания. Для слишком большого источника питания, с точки зрения стоимости резки, это расточительство, потому что такой большой ток вообще не может быть использован. Также, из-за экономии бюджета на стоимость резки, при выборе плазменного источника питания выбор тока слишком мал, так что не может удовлетворить свои требования резки при фактической резке, что наносит большой вред самому ЧПУ резаку. Gabortech напоминает выбирать режущий ток и соответствующее сопло в зависимости от толщины материала.

4. Высота сопла

Высота сопла относится к расстоянию между торцом сопла и режущей поверхностью, которое составляет часть всей длины дуги. Плазменная дуговая резка обычно использует источник питания с постоянным током или крутым внешним характеристиками. После увеличения высоты сопла ток мало меняется, но увеличится длина дуги и вызовет увеличение напряжения дуги, тем самым увеличивая мощность дуги; но одновременно, как длина дуги, экспонированная к среде, растет, энергия, потеряная столбом дуги, увеличивается.

В случае совместного действия двух факторов, роль первого часто полностью отменяется вторым, но эффективная режущая энергия будет снижена, приводя к снижению режущей способности. Обычно проявляется в ослаблении дующей силы режущей струи, увеличении остаточного шлака в нижней части реза, и переплавлении верхнего края с образованием скругленных углов. Кроме того, учитывая форму плазменной струи, диаметр струи расширяется наружу после выхода из устья горелки, и увеличение высоты сопла неизбежно вызовет увеличение ширины реза. Поэтому полезно для улучшения скорости и качества резки выбирать высоту сопла как можно меньше. Однако, когда высота сопла слишком низкая, может возникнуть ظاهرة двойной дуги. Использование керамического внешнего сопла позволяет установить высоту сопла в ноль, то есть торцевую поверхность сопла непосредственно контактирует с режущей поверхностью, и можно получить хороший эффект.

5. Мощность дуги

Для получения высоко сжатой плазменной дуговой режущей дуги, режущее сопло использует меньшее отверстие сопла, более длину отверстия и усиливает охлаждающий эффект, что может увеличить ток, проходящий через эффективное поперечное сечение сопла, то есть плотность мощности дуги увеличивается. Но одновременно сжатие также увеличивает потерю мощности дуги. Поэтому фактическая эффективная энергия, используемая для резки, меньше мощности, выдаваемой источником питания. Коэффициент потерь обычно между 25% и 50%. Некоторые методы, такие как водяная компрессия плазменной дуги, коэффициент потерь энергии будет еще больше, этот вопрос следует учитывать при проектировании технологических параметров резки или экономическом расчете стоимости резки.

Толщина металлических листов, используемых в промышленности, в основном ниже 50 мм. Резка обычными плазменными дугами в этом диапазоне толщины часто приводит к большим и малым резам, и верхний край реза также вызовет снижение точности размеров реза и увеличение объема последующей обработки. При использовании кислородной и азотной плазменной дуги для резки углеродистой стали, алюминия и нержавеющей стали, когда толщина листа в диапазоне 10–25 мм, обычно чем толще материал, тем лучше перпендикулярность торца, и угловая ошибка режущего края 1°–4°. Когда толщина листа менее 1 мм, по мере уменьшения толщины листа угловая ошибка реза увеличивается с 3°–4° до 15°–25°.

Обычно считается, что причина этого явления заключается в неравновесии теплового ввода плазменной струи на поверхность реза, то есть энергия плазменной дуги высвобождается больше в верхней части реза, чем в нижней. Это неравновесие высвобождения энергии тесно связано со многими технологическими параметрами, такой как степень сжатия плазменной дуги, скорость резки и расстояние между соплом и заготовкой. Увеличение сжатия дуги может удлинить высокотемпературную плазменную струю, образуя более равномерную высокотемпературную зону, и одновременно увеличить скорость струи, что может уменьшить разницу ширин верхнего и нижнего резов. Однако чрезмерное сжатие обычных соплов часто приводит к двойной дуге, что не только потребляет электроды и сопла, делая процесс невозможным, но и ведет к снижению качества реза. Кроме того, чрезмерно высокая скорость и чрезмерно высокая высота сопла увеличат разницу между верхней и нижней шириной реза.