实现精准等离子切割的5大关键工艺参数详解

1. 工作气体

工作气体及流量是影响切割质量的主要参数。目前通用空气等离子切割仅是众多工作气体之一，因使用成本相对较低而广泛应用，但效果确实欠佳。工作气体包括切割气体和辅助气体，部分设备还需引弧气体。通常根据切割材料类型、厚度和切割方式选择合适工作气体。气体既要保证等离子喷射形成，又要保证切缝中熔融金属和氧化物排出。气流过大带走更多电弧热量，喷射长度变短，切割能力下降、电弧不稳定；气流过小导致等离子弧失去直线度、切割深度变浅、易产生挂渣。因此气流必须与切割电流和速度良好匹配。当前等离子切割机多依靠气压控制流量，因炬口固定时气压也控制流量。切割特定厚度材料的气压通常按厂家数据选取，特殊应用需实测确定。

常用工作气体：氩气、氮气、氧气、空气、H35、氩氮混合气等。

A. 空气：体积含约78%氮气，空气切割形成挂渣与氮气切割相似；含约21%氧气，因氧气存在，切割低碳钢速度很快；同时空气是最经济的工作气体。但单独用空气切割会有挂渣、切口氧化、氮增多等问题，电极喷嘴寿命降低影响效率和成本。

B. 氧气：提高低碳钢切割速度。用氧气切割模式类似火焰切割，高温高能等离子弧使切割更快，但须配耐高温氧化电极，且保护电极引弧冲击以延长寿命。

C. 氢气：常作为辅助气体混合使用。如著名H35（氢气体积分数35%，余为氩气）是等离子切割能力最强气体之一，得益于氢气显著提高弧电压，氢等离子喷射焓值高，与氩混合后切割能力大增。一般70mm以上厚金属常用氩+氢作切割气体。若用水射流进一步压缩氩氢等离子弧，可获更高切割效率。

D. 氮气：常用工作气体。高电源电压下氮等离子弧稳定性和喷射能量优于氩气，即使切割粘度大的液态金属如不锈钢、镍基合金，切缝下缘挂渣量也少。氮气可单用或混合。自动切割常用氮气或空气作工作气体，这两种已成高速切割碳钢标准气体。氮气有时也作氧等离子弧切割引弧气体。

E. 氩气：高温下几不与任何金属反应，等离子弧极稳定，喷嘴电极寿命长。但氩等离子弧电压低、焓值不高、切割能力有限。比空气切割厚度降约25%。且氩保护环境下熔融金属表面张力较大（比氮环境高约30%），易挂渣。甚至氩混合气切割也有粘渣倾向。故现在极少单用纯氩等离子切割。

2. 等离子切割速度

除工作气体外，切割速度对数控等离子切割机加工质量影响极大。最佳切割速度范围可按设备说明选取或实验确定。因材料厚度、种类、熔点、热导率、熔后表面张力不同，切割速度相应变化。主要表现：

A. 适度提高速度可改善切割质量：切缝略窄、切面光滑、减少变形。
B. 速度过快致线能量低于所需值，喷射流不能及时吹走熔融切割熔体，形成大量拖后渣，切面质量下降。
C. 速度过低时，因切割处为等离子弧阳极，为维持电弧稳定，阳极点必在离弧最近的切缝处寻找导电电流，将更多热量径向传给喷射流，致切缝变宽。切缝两侧熔融物聚集凝固在底部形成难清理挂渣，上缘熔化成圆角。
D. 速度极低时，因切缝过宽甚至导致电弧熄灭。可见优良切割质量与切割速度密不可分。

3. 等离子切割电流

切割电流是重要工艺参数，直接决定切割厚度和速度即切割能力。为正确使用等离子切割机实现高质量快速切割，必须深入理解掌握切割工艺参数。

A. 切割电流增大，弧能量增强，切割能力提升，切割速度相应提高。
B. 电流增大，弧直径增粗，切缝变宽。
C. 过大电流增加喷嘴热负荷，喷嘴过早损坏，切割质量自然下降，甚至无法正常切割。
选电源时不可过大或过小。过大浪费成本（大电流根本用不上）；为省成本选过小则实际切割无法满足需求，严重损害数控切割机本身。建议按材料厚度选择切割电流和对应喷嘴。

4. 喷嘴高度

喷嘴高度指喷嘴端面与切割面距离，构成整个弧长一部分。等离子切割通常用恒流或陡降外特性电源。喷嘴高度增加时电流变化小，但会增加弧长导致弧压升高，从而增加弧功率；同时暴露在环境中的弧柱长度增加，弧柱能量损耗增加。两因素综合作用下，前者作用常被后者完全抵消，但有效切割能量减少，导致切割能力下降。表现为：切割喷射吹力减弱、切缝下部残渣增加、上缘过熔成圆角。另外考虑等离子喷射形状，喷射流出炬口后直径向外扩张，喷嘴高度增加必然导致切缝宽度增加。因此选尽可能小的喷嘴高度有利于提高切割速度和质量。但高度过低可能引起双弧现象。使用陶瓷外喷嘴可将高度设为零（喷嘴端面直接接触被切面），可获良好效果。

5. 弧功率

为获得高压缩等离子切割弧，切割喷嘴采用较小孔径、较长孔长、强化冷却，可增加通过喷嘴有效截面的电流即弧功率密度。但压缩同时增加弧功率损耗。故实际用于切割的有效能量小于电源输出功率，损耗率通常25%-50%。水压缩等离子弧切割等损耗率更高，设计工艺参数或核算切割成本时须考虑此问题。

工业用金属板多在50mm以下。常规等离子弧切割此厚度范围常出现上下切缝宽窄不一，切缝上缘导致切割尺寸精度下降、增加后续加工量。用氧/氮等离子弧切割碳钢、铝、不锈钢，板厚10-25mm范围内，通常板越厚切缝垂直度越好，切割边角度误差1°-4°。板厚<1mm时，随厚度减小切缝角度误差从3°-4°增至15°-25°。

公认原因是等离子喷射流对切缝面热输入不平衡：等离子弧能量在切缝上部释放多于下部。这种能量释放不平衡与工艺参数密切相关：等离子弧压缩度、切割速度、喷嘴工件距离等。增加弧压缩可延伸高温等离子喷射形成更均匀高温区，同时增加喷射速度，减小上下切缝宽度差。但常规喷嘴过度压缩常导致双弧，不仅消耗电极喷嘴使工艺无法进行，还降低切割质量。此外过高速度和过高喷嘴高度也会增加上下切缝宽度差。