什么是等离子切割以及等离子切割的工作原理？

什么是等离子切割？

等离子切割是一种熔化过程，其中使用温度高于 20,000°C 的电离气体射流来熔化并从切口中排出材料。这种热量使金属熔化，气流将其从切口中喷出。等离子气体通常是氩气、氩气/氢气或氮气。

在此过程中，在电极（阴极）和工件（阳极）之间产生电弧。电极嵌入在水冷或风冷的气体喷嘴中，从而使电弧收缩，从而形成狭窄、高温、高速的等离子射流。

当等离子射流撞击工件时，会发生复合，气体会恢复到正常状态，同时会散发出强烈的热量。等离子气体通常是氩气、氩气/氢气或氮气。这些惰性气体可以用空气代替，但这需要特殊的铪或锆电极。

压缩空气的使用使得等离子工艺的这种变体与用于切割厚度达 20 毫米的碳锰和不锈钢的氧气燃料工艺相比具有很强的竞争力。惰性气体是对活性合金进行高质量切割的首选。

等离子弧可以切割非常广泛的导电合金，包括普通碳和不锈钢、铝及其合金、镍合金和钛。该方法最初是为切割不能通过氧燃料工艺切割的材料而开发的。

通常，待切割的部件或片材保持静止，而等离子炬移动。此外，由于等离子割炬的成本与操作设备的价格相比较低，因此在切割台上安装多个割炬是很常见的。

等离子切割如何工作？

等离子切割机通过通过狭窄开口的气体发送电弧。气流通过的受限开口（喷嘴）使其高速通过，就像空气流过化油器中的文丘里管一样。这种高速气体穿过熔融金属。

您也可以将其视为电加热气流。我喜欢将其视为一种状态，其中每个原子的所有电子都从一个原子流向另一个原子，而不仅仅是绕轨道运行。不管等离子流中发生了什么，用它切割金属都很容易。

将流过气体的电流通过一个小开口缩小。现在这条溪流真的很密集并且移动得非常快。产生的气流很容易熔化并吹穿大多数金属。那是等离子炬。

等离子割炬通常使用铜喷嘴来缩小气流，电弧流过它。该电弧从割炬中的一个电极跳到其他地方——通常是被切割的导电材料。这是一个“转移弧”。有些系统使用“非转移电弧”，它会从电极反弹回喷嘴，但这些系统通常不用于切割。

这意味着等离子切割仅用于导电材料，主要是低碳钢、不锈钢和铝。但许多其他金属和合金也具有导电性，例如铜、黄铜、钛、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、铸铁等。问题是其中一些金属的熔化温度使其难以切割出良好的边缘质量。

电极通常由铜制成，但在连接电弧的地方有一个金属插件。这是因为如果电弧直接粘在铜上，铜会融化得太快。钨是一种很好的电极材料，所以很多电极都有钨嵌件。

一些较小的手电筒使用完全由钨制成的铅笔式电极，末端为尖头。钨的问题在于它在氧气存在的情况下会燃烧。因此，如果您使用氧气或压缩空气作为切削气体，则刀片由一种称为铪的材料制成。铪在氧气存在的情况下持续时间更长，但每次启动电弧时都会磨损一点。

为什么在等离子炬中使用氧气？

出于在乙炔炬中使用氧气的相同原因，等离子流中的氧气会与低碳钢发生反应。因此，纯氧仅在切割低碳钢或“碳钢”时使用。等离子气体中的氧气与母材发生化学反应，加快了切割过程，提高了边缘质量。

但是，由于氧气与不锈钢或铝的反应方式不同，因此可以使用更便宜的气体，例如氮气或压缩空气（无论如何主要是氮气）来处理这些金属。

其他特殊气体有时用于其他目的。氩气用于等离子打标（完全不同的主题）。切割较厚的不锈钢或铝时，通常使用氩气和氢气的混合物。有些人在切割较薄的不锈钢时使用氢和氮或甲烷和氮的混合物。每种混合物都有其优点（提高切割质量）和缺点（成本和处理）。

如何使用等离子切割机？

使用等离子切割机非常方便且相当容易。好处是可以根据路由器的布线进行基于金属的“自由形式”切割。因为这台机器通过创建电路来传导等离子，所以需要一个接地夹，就像焊接一样。

第 1 步：选择工作地点。 由于我们计划切割金属，因此将金属放置在安全且允许活动自由的表面上非常重要。充当桌子的“网格”或类似表面是完美的。

第 2 步：插件单元。 确保设备已关闭并插入。

第 3 步：连接空气。 将外部空气压缩机连接到等离子切割机。这是为了确保等离子流保持在高压下。为了固定连接，将插座连接的外法兰拉回并插入插头连接。

第 4 步：打开空气。 打开气流。在这种情况下，将拉杆从垂直于风道旋转 90 度到内联。

第 5 步：连接接地夹。 将您正在使用的金属放在桌子上，并将接地夹连接到您要切割的位置附近。

第 6 步：打开机器。 通过将设备后面的开关设置为 ON 来打开机器。

第 7 步：设置电流。 在这种情况下，我们将 18 ga 表设置为 25。

第 8 步：切割金属。 使用喷枪上的扳机启动等离子切割机。请注意，扳机具有安全装置，必须先抬起，然后才能扣动扳机。将路由器（喷嘴端）靠近金属，并使用喷嘴周围的指南来跟踪模板（如果有）。

第 9 步：关闭机器。 切割完金属后，请关闭机器。

第 10 步：断开接地夹。 断开接地夹与您正在加工的金属的连接。

第 11 步：关闭空气。 在这种情况下，将控制杆从直线旋转 90 度以关闭空气。

第 12 步：缠绕所有软管。 将等离子枪线、航线、地线包起来。

提高结果的等离子切割技巧

如果您在选择和使用等离子切割机时考虑一些提示和最佳实践，您可以改善结果。

提示 1：选择合适的等离子切割机

选择等离子切割机时要考虑的一些关键因素是输出功率、切割速度、输入功率、占空比以及重量和尺寸。在选择您的机器时，请考虑您最常执行的任务。

• 输出功率 ：所需的功率输出主要取决于要切割的材料的厚度和类型。两个标准：名义切割和截面切割。标称切割是操作员可以以每分钟 15 英寸 (IPM) 的速度手动切割的软金属厚度。重切割是等离子切割机可以处理的最大厚度。行进速度较慢，切口可能需要清洁。
• 切割速度： 这通常报告为英寸每分钟 (IPM)。一台切割 1/2 英寸材料的机器可能需要五分钟，而另一台机器需要一分钟。切割速度对生产时间有很大影响。
• 输入功率： 您总是在同一个地方使用等离子切割机，还是需要便携性和使用多种电源的能力？寻找提供一系列性能选项的等离子切割机。有些可以从 120 伏切换到 240 伏。
• 工作周期： 占空比是机器可以在 10 分钟周期内切断而不会过热的时间。如果机器的占空比为 60%，则机器可以连续运行 10 分钟中的 6 分钟，然后必须在剩余的 4 分钟内进行冷却。在进行长切割、运行高生产率应用或在炎热环境中使用机器时，较大的占空比非常重要。
• 重量和尺寸 ：如果您喜欢便携性，那么有许多重量不到 45 磅的便携设备可供选择。

提示 2：阅读手册

仔细阅读说明手册，熟悉等离子切割机的安全和正确操作。这将帮助您优化等离子切割机的性能并促进机器的安全使用。

提示 3：注意设置

连接接地夹仅用于清洁金属。如有必要，磨掉任何铁锈或油漆，因为它们会阻碍电流。

此外，将接地夹放置在尽可能靠近切口的位置，或者尽可能靠近工件本身。检查电缆是否有磨损点、连接松动或任何可能不必要地干扰电流流动的东西。

要将滚刀组的电流强度或热量调整到正确的水平，请执行一些高电流强度的练习切割。然后，您可以根据您的行驶速度降低电流。如果电流太高或行驶速度太慢，被切割的材料会变热并形成疥疮。

提示 4：切割前跟踪路径

在不扣动扳机的情况下追踪您想要切割的路径。对于长切，请在扣动扳机之前练习您的动作，以确保您有足够的运动自由度来进行连续切。在同一个地方停止和重新启动很困难，通常会导致切割边缘不规则。

您还可以使用您将使用的相同材料进行图案切割。这样您将确保您使用正确的设置和巡航速度。

提示 5：使用适当的技术

用你的非切割手作为另一只手的支撑。这可以稳定您的切割手，允许在各个方向自由移动，并有助于保持恒定的 1/16“到 1/8”间距。请注意，大多数人发现将手电筒拉向自己的身体比将其推开更容易。

保持 1/16“到 1/8”的间隙可提高小型机器的切割能力并延长易损件的使用寿命。

如果您的机器配备拖车护罩，请使用拖车护罩。这使您可以将割炬放在工件上，同时保持最佳距离，而不会用尖端接触金属，这会对切割质量和易损件的寿命产生负面影响。

通过将割炬尽可能靠近母材边缘开始切割。按下触发器启动偏置电流。引弧亮起，然后是切割弧。切割电弧开始后，将割炬慢慢移到金属上方。

调整你的速度，使切割火花从金属底部出现。在切割结束时，将割炬略微朝向切割末端倾斜或短暂暂停以完成切割。释放扳机后不久，尾流空气仍然存在，以冷却燃烧器和易损件。

提示 6：检查耗材

如果尖端或电极磨损或损坏，切割质量将受到影响。因此，请定期检查您的耗材。如果吸头孔不规则和/或被飞溅物覆盖，请将其丢弃。如果电极头形成坑，请丢弃。

易损件随着每次切割而磨损，但诸如空气供应中的水分、切割过厚的材料或技术差等因素会增加易损件的劣化。建议将尖端和电极互换在一起以获得最佳切割质量。

请勿将耗材支架拧得过紧。内部的零件实际上需要移动（分离）以创建弧线。所以只需用手指拧紧杯子。

提示 7：注意行驶速度

你走得越快（尤其是铝），你的切口就会越干净。切割较厚的材料时，将机器设置为全功率并改变行驶速度。使用较薄的材料，降低安培数并改用安培数较低的尖端以产生窄切口。

在合理的行进速度下，电弧应以与行进方向成 15 至 20 度的角度从材料中出现。如果它直线下降，则意味着您移动得太慢。如果喷回来，说明你走得太快了。

如果您以正确的速度行驶并使用适量的热量，您将获得非常干净的切口，切口底部的疥疮较少，金属几乎没有变形。

提示 8：遵循安全程序

为了适当的等离子安全，必须保护暴露的皮肤。您将需要焊接手套和焊接外套或其他阻燃服装。扣上衬衫袖口、口袋和领子的扣子，以防止它们产生火花。

使用适合您计划使用的等离子切割机的正确阴影镜片保护您的眼睛。操作说明指示当前强度所需的颜色。您可以使用传统的等离子切割/氧气燃料护目镜或带切割模式的焊接头盔。

每个等离子切割应用都必须严格遵守安全程序。

等离子切割的优势

• 能够切割所有导电材料。火焰切割虽然也适用于切割厚金属，但仅限于黑色金属。
• 质量上乘，厚度可达 50 毫米。
• 最大厚度可达 150 毫米。
• 中等厚度切割相对便宜。
• 切割中等厚度不锈钢和铝的最佳方法。
• CNC 机器可提供高精度和可重复性。
• 可以切入水中，导致 HAZ 更小。还可以降低噪音水平。
• 与火焰切割相比，切割切口更小。
• 比火焰切割速度更快。

等离子切割的缺点

• 与激光切割相比，HAZ 更大。
• 较薄的板材和板材的质量不如激光​​切割。
• 公差不如激光切割精确。
• 无法达到水刀或火焰切割等厚度。
• 留下水刀不会产生的 HAZ。
• 比激光切割更宽的切口。

常见问题解答。

什么是等离子切割？

等离子切割（等离子弧切割）是一种熔化过程，其中使用温度高于 20,000°C 的电离气体射流熔化并从切口中排出材料。这种热量使金属熔化，气流将其从切口中喷出。等离子气体通常是氩气、氩气/氢气或氮气。

等离子切割是如何工作的？

等离子切割机的工作原理是通过通过狭窄开口的气体发送电弧。气体通过的受限开口（喷嘴）使其高速挤压，就像空气通过化油器中的风险一样。这种高速气体穿过熔融金属。

为什么使用等离子切割？

在大多数金属制造车间都可以找到等离子切割机的耀眼光芒。该技术用于切割任何厚度的巨大金属片，用于制造各种金属物体，如大门​​、标牌和雕塑。

等离子切割机的使用寿命是多久？

对于大约 120 A 的机械化切割，一套易损件的典型寿命应该持续大约 1 到 3 小时，这是工作的功能。以较低的电流切割可能会获得更长的易损件寿命。

等离子切割机可以切割多深？

通常，手持式等离子炬可以切割 38 毫米（1.5 英寸）厚的钢板。然而，如果您需要更强大的东西，工业计算机控制器割炬可以切割厚达 150 毫米（6 英寸）的钢材。您还需要考虑要切割的金属类型。

等离子切割机能切割生锈的金属吗？

等离子可以切割任何导电金属，包括不锈钢、低碳钢、铝等，无需预热。等离子还擅长切割涂漆、脏污甚至生锈的金属。

等离子切割机可以焊接吗？

使用正确的焊枪设计，在等离子切割铝和不锈钢材料以进行后续焊接时，比其他气体更便宜的氮气-水喷射可以很好地工作。该过程涉及一个被氮气包围的电极，该电极被电弧加热以形成等离子体。

等离子切割机比割炬好吗？

等离子切割前不需要对金属进行预热，这样可以节省时间，而且等离子切割机在切割堆叠金属时的性能也优于火焰切割机。使用等离子可以在较薄的金属上实现更快的速度，而金属变形最小或没有。

等离子切割需要什么？

等离子切割需要两个基本要素——空气和电力——所以下一个要问的问题是可用的输入功率类型。一些 30 安培等离子切割机，例如 Spectrum® 375 X-TREME™，使用 120 或 240 伏电源运行。

等离子切割的优缺点是什么？