精細(xì)等離子切割機(jī)切割斷面缺陷分析及處理

尹輝 甘毅

摘 要：本文針對(duì)等離子切割機(jī)切割時(shí)所形成的各種斷面缺陷，分別從切割工藝、參數(shù)設(shè)置、操作方法、設(shè)備機(jī)械方面以及電氣控制系統(tǒng)方面查找原因，并總結(jié)了排除方法及維修處理過程。

關(guān)鍵詞：精細(xì)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(yè)的主導(dǎo)企業(yè)之一，生產(chǎn)過程中鋼結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量直接影響著車輛的運(yùn)行性能。而板材下料及切割精度又極大影響鋼結(jié)構(gòu)的組裝質(zhì)量。

等離子下料質(zhì)量的好壞，最主要有三個(gè)指標(biāo)：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(qū)寬度、割縫直線度、上緣凝結(jié)度以及缺口等也是衡量下料質(zhì)量的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)。

本文著重從四個(gè)角度分析產(chǎn)生上述等離子切割指標(biāo)缺陷的原因，以及如何處理并提高等離子下料質(zhì)量。

1切割工藝

1.1切割參數(shù)的選擇

數(shù)控精細(xì)等離子機(jī)切割工藝參數(shù)的選擇對(duì)切割質(zhì)量、切割速度和效率等影響是至關(guān)重要的。

1.1.1切割電流：

它是最重要的切割工藝參數(shù)，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(shè)備說明選定或用試驗(yàn)來確定，由于材料的厚薄與材質(zhì)不同，熔點(diǎn)高低，熱導(dǎo)率大小以及熔化后的表面張力等因素，切割速度是相應(yīng)變化的。

1.1.3電弧電壓：

一般認(rèn)為電源正常輸出電壓即為切割電壓。等離子弧切割機(jī)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(jù)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(duì)應(yīng)不同的板厚，選用不同的割嘴套件，割嘴對(duì)應(yīng)不同的切割電流分別制定了多種型號(hào)規(guī)格，每一種適用的切割電流不同。

1.3割嘴高度的調(diào)整

噴嘴高度：指噴嘴端面與切割表面的距離，它構(gòu)成了整個(gè)弧長(zhǎng)的一部分。

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

1.4工藝措施

為了減少調(diào)整參數(shù)的工作量，有必要根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行工藝參數(shù)數(shù)據(jù)化，同時(shí)采取優(yōu)化切割質(zhì)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(nèi)凹。

（2）當(dāng)割炬到工件的距離太小時(shí)，切割表面會(huì)強(qiáng)烈內(nèi)凹。增加弧壓將會(huì)增大割據(jù)到工作的距離，使切割表面變得平直。

（3）當(dāng)割據(jù)到工件的距離太大或切割電流過高時(shí)，切割表面會(huì)向外突出。要解決這個(gè)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(jīng)常對(duì)割炬進(jìn)行校準(zhǔn)，確保割炬與工件呈90°直角。

1.4.2減少切割產(chǎn)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(hù)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(yōu)化割炬切割距離提高切割質(zhì)量。

一個(gè)切割部份的四邊平均切割角度偏差小于4°屬于正?，F(xiàn)象。在割炬向前移動(dòng)的情況下，呈直角的切割角度將在右側(cè)。如果機(jī)械問題解決后仍存在切割角度問題，應(yīng)檢查割炬到工件的距離，尤其是在切割角度全部為正或負(fù)時(shí)。

2切割操作方法

切割質(zhì)量的好壞，存在很多因素，最關(guān)鍵的還是操作人員的操作，優(yōu)化操作方法能最大限度的降低表面缺陷的發(fā)生。主要有以下幾點(diǎn)：

（1）經(jīng)常檢查機(jī)床，及時(shí)擦掉導(dǎo)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(jīng)常檢查，如有損壞及時(shí)更換;

（3）割縫余量預(yù)留留足，尤其切割厚板時(shí)割縫余量至少在10mm以上;

（4）板材擺放需平穩(wěn)，必要時(shí)把板材墊平后再切割;

（5）切割中熄弧或未割穿，此時(shí)對(duì)于厚板一定重新移至切割點(diǎn)以上5mm左右處再繼續(xù)切割，否則會(huì)對(duì)零件邊緣進(jìn)一步融割出現(xiàn)缺陷;

（6）切割行進(jìn)方向應(yīng)確保切割結(jié)束在大面積板區(qū)。若結(jié)束在小面積板區(qū)會(huì)因受熱板材移動(dòng)導(dǎo)致切割變形。

操作方法的不當(dāng)常常影響到切割件表面缺陷，其主要發(fā)生在引弧和斷弧處，而且三項(xiàng)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(zhì)量。

3機(jī)械原因

數(shù)控等離子機(jī)床主要構(gòu)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(jī)床。

當(dāng)機(jī)床承受嚴(yán)重的撞擊或者因?yàn)槭褂瞄L(zhǎng)久地基下陷時(shí)通常會(huì)使床身結(jié)構(gòu)變形，造成切割的板料對(duì)角線超差，X軸方向產(chǎn)生波紋。此時(shí)要及時(shí)檢查兩條縱向X軸導(dǎo)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(dāng)床身龍門受到撞擊后必須重新調(diào)整床身。

一般主動(dòng)端端梁上的在“X”軸方向上滾輪最容易磨損，原因是主動(dòng)端上面布置了操作臺(tái)、氣體單元等，使得負(fù)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(dòng)端的行星減速器和齒輪承受交變負(fù)載大，這容易在“X”軸方向上產(chǎn)生密度較大的鋸齒形波紋。

“Y”軸方向運(yùn)動(dòng)速度較快，一般采用線性導(dǎo)軌滑塊，當(dāng)某一滑塊損壞嚴(yán)重時(shí)，“Y”軸滑座運(yùn)行尤其是高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生細(xì)微的振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)被懸掛著的Z軸放大，在切割時(shí)易使“Y”軸方向產(chǎn)生鋸齒波紋。

在生產(chǎn)實(shí)踐中很多的波紋沒有產(chǎn)生在與X、Y軸平行的軌跡上，而是出現(xiàn)在斜線和弧線上，如果在拐角、斜線和圓弧處出現(xiàn)波紋，除了以上X軸Y軸的問題外還有可能與機(jī)床的拐角加速度參數(shù)、電流參數(shù)和圓弧路徑參數(shù)有關(guān)，此時(shí)需先適當(dāng)更改參數(shù)設(shè)置后，試切割看有否好轉(zhuǎn)，然后再按上述X、Y軸處理過程解決。

產(chǎn)生波紋的原因牽涉到許多環(huán)節(jié)，各種激振力使橫梁產(chǎn)生復(fù)雜振動(dòng)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(huán)如果質(zhì)量不合格就會(huì)因?yàn)榍懈顣r(shí)弧壓不穩(wěn)定而產(chǎn)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(chǎn)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(jiǎn)單介紹因電氣控制系統(tǒng)部分對(duì)切割斷面的形成以及產(chǎn)生缺陷的處理。

4電氣原因

電氣控制系統(tǒng)部分原因造成的切割斷面缺陷，簡(jiǎn)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(shè)定和跟蹤調(diào)節(jié)來解決。

4.2切割斷面波紋：伺服驅(qū)動(dòng)器的X、Y軸參數(shù)設(shè)置不合理，造成行走不平穩(wěn)，特別是Z軸在自動(dòng)切割中轉(zhuǎn)換成弧壓跟蹤定高切割，當(dāng)跟蹤靈敏度設(shè)定參數(shù)不合理的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)割炬的上下抖動(dòng)而產(chǎn)生波紋。

4.3斷面掛渣有如下幾個(gè)原因：

（1）與切割氣體，保護(hù)氣體流量設(shè)定有關(guān);（2）切割速度大小設(shè)定不合適;（3）易損件質(zhì)量好壞有關(guān);（4）電源陽級(jí)線與工件連接接觸不良;（5）切割弧壓設(shè)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(yàn)來判別;

當(dāng)設(shè)備修理或大修后，尤其是更換了傳動(dòng)件之后設(shè)備維護(hù)人員需對(duì)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，例如橫向軸、縱向軸驅(qū)動(dòng)等參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。

5總結(jié)

通過逐步優(yōu)化精細(xì)等離子機(jī)床的切割參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)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(xì)等離子切割斷面缺陷的問題，希望這些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)能對(duì)同行提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]HPR260 自動(dòng)氣體操作臺(tái)使用手冊(cè).

作者簡(jiǎn)介：

尹輝（1971-），男，漢族，湖南株洲人，中車株洲車輛有限公司技術(shù)開發(fā)部，高級(jí)技師/設(shè)計(jì)師，大專，主要從事：設(shè)備維修/液壓設(shè)計(jì)。