常用的工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气以及某些混合气体。
等离子弧切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化(和蒸发),并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。
等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属,尤其是对于有色金属(不锈钢、铝、铜、钛、镍)切割效果更佳;其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候,等离子切割速度快,尤其在切割普通碳素钢薄板时,速度可达氧切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、较少的热影响区。
增加气体流量既能提高弧柱电压,又能增强对弧柱的压缩作用而使等离子弧能量更加集中、喷射力更强,因而可提高切割速度和质量。但气体流量过大,反而会使弧柱变短,损失热量增加,使切割能力减弱,直至使切割过程不能正常进行。各种因素直接影响等离子弧的压缩效应,也就是影响等离子弧的温度和能量密度,而等离子弧的高温、高能量决定着切割速度,所以以上的各种因素均与切割速度有关。在保证切割质量的前提下,应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率,而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。若切割速度不合适,其效果相反,而且会使粘渣增加,切割质量下降。
下面介绍一下几种工作气体特点:
1、氮气(N2)是一种常用的工作气体,在有较高电源电压的条件下,N2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合金时,切口下缘的挂渣量也很少。N2可以单*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N2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。
2、氧气(O2)可以提高切割低碳钢材料的速度。使用O2进行切割时,切割模式与火焰切割相似,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。
3、空气中含有体积分数约78%的N2,所以利用空气切割所形成的挂渣情况与用N2切割时很想像;空气中还含有体积分数约21%的O2,因为氧的存在,用空气的切割低碳钢材料的速度也很高;同时空气也是经济的工作气体。但单*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。
4、氩气(Ar)在高温时几乎不与任何金属发生反应,Ar等离子弧很稳定。而且所使用的喷嘴与电极有较高的使用寿命。但Ar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Ar保护环境中,熔化金属的表面张力较大,要比在N2环境下高约30%,所以会有较多的挂渣问题。即使使用Ar和其它气体的混合气切割也会有粘渣问题。因此,现如今已很少单*使用纯Ar进行等离子切割。
5、氢气(H2)通常是作为辅助气体与其它气体混和作用,如著名的气体H35(H2的体积分数为35%,其余为Ar)是等离子弧切割能力强的气体之一,这主要得利于H2。由于H2能显著提高电弧电压,使氢等离子射流有很高的焓值,当与Ar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Ar+H2作为切割气体。若使用水射流对Ar+H2等离子弧进一步压缩,还可获得更高的切割效率。
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