數(shù)控等離子切割機切割工藝參數(shù)的選擇
　　數(shù)控等離子機切割工藝參數(shù)的選擇對切割質(zhì)量、切割速度和效率等切割效果
的影響是至關(guān)重要的。正確使用數(shù)控等離子機進行高質(zhì)量的快速切割，必須對切
割工藝參數(shù)進行深刻地理解和掌握。
　　一、切割電流： 它是zui重要的切割工藝參數(shù)，直接決定了切割的厚度和速
度，即切割能力。造成影響：1、切割電流增大，電弧能量增加，切割能力提高，
切割速度是隨之增大；2、切割電流增大，電弧直徑增加，電弧變粗使得切口變
寬；3、切割電流過大使得噴嘴熱負荷增大，噴嘴過早地損傷，切割質(zhì)量自然也
下降，甚至無法進行正常割。所以在切割前要根據(jù)材料的厚度正確選用切割電流
和相應(yīng)的噴嘴。
　　二、切割速度：*切割速度范圍可按照設(shè)備說明選定或用試驗來確定，由
于材料的厚薄度，材質(zhì)不同，熔點高低，熱導率大小以及熔化后的表面張力等因
素，切割速度也相應(yīng)的變化。主要表現(xiàn)：1、切割速度適度地提高能改善切口質(zhì)
量，即切口略有變窄，切口表面更平整，同時可減小變形。2、切割速度過快使
得切割的線能量低于所需的量值，切縫中射流不能快速將熔化的切割熔體立即吹
掉而形成較大的后拖量，伴隨著切口掛渣，切口表面質(zhì)量下降。3、當切割速度
太低時，由于切割處是等離子弧的陽極，為了維持電弧自身的穩(wěn)定，陽極斑點或
陽極區(qū)必然要在離電弧zui近的切縫附近找到傳導電流地方，同時會向射流的徑向
傳遞更多的熱量，因此使切口變寬，切口兩側(cè)熔融的材料在底緣聚集并凝固，形
成不易清理的掛渣，而且切口上緣因加熱熔化過多而形成圓角。4、當速度極低
時，由于切口過寬，電弧甚至會熄滅。由此可見，良好的切割質(zhì)量與切割速度是
分不開的。
　　三、電弧電壓：一般認為電源正常輸出電壓即為切割電壓。等離子弧切割機
通常有較高的空載電壓和工作電壓，在使用電離能高的氣體如氮氣、氫氣或空氣
時，穩(wěn)定等離子弧所需的電壓會更高。當電流一定時，電壓的提高意味著電弧焓
值的提高和切割能力的提高。如果在焓值提高的同時，減小射流的直徑并加大氣
體的流速，往往可以獲得更快的切割速度和更好的切割質(zhì)量。
　　四、工作氣體與流量：工作氣體包括切割氣體和輔助氣體，有些設(shè)備還要求
起弧氣體，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。過大的氣體流量會帶走更多的電弧熱量，使得射流的長度變短，導致切割
能力下降和電弧不穩(wěn)；過小的氣體流量則使等離子弧失去應(yīng)有的挺直度而使切割
的深度變淺，同時也容易產(chǎn)生掛渣；所以氣體流量一定要與切割電流和速度很好
的配合。
　　現(xiàn)在的等離子弧切割機大多靠氣體壓力來控制流量，因為當槍體孔徑一定
時，控制了氣體壓力也就控制了流量。切割一定板厚材料所使用的氣體壓力通常
要按照設(shè)備廠商提供的數(shù)據(jù)選擇，若有其它的特殊應(yīng)用時，氣體壓力需要通過實
際切割試驗來確定。zui常用的工作氣體有：氬氣、氮氣、氧氣、空氣以及H35、
氬-氮混合氣體等。
　　1、氬氣在高溫時幾乎不與任何金屬發(fā)生反應(yīng)，氬氣等離子弧很穩(wěn)定。而且
所使用的噴嘴與電極有較高的使用壽命。但氬氣等離子弧的電壓較低，焓值不
高，切割能力有限，與空氣切割相比其切割的厚度大約會降低25%。另外，在
氬氣保護環(huán)境中，熔化金屬的表面張力較大，要比在氮氣環(huán)境下高出約30%，
所以會有較多的掛渣問題。即使使用氬和其它氣體的混合氣切割也會有粘渣傾
向。因此，現(xiàn)已很少單獨使用純氬氣進行等離子切割。
　　2、氫氣通常是作為輔助氣體與其它氣體混和作用，如的氣體H35（氫
氣的體積分數(shù)為35%，其余為氬氣）是等離子弧切割能力zui強的氣體之一，這
主要得利于氫氣。由于氫氣能顯著提高電弧電壓，使氫等離子射流有很高的焓
值，當與氬氣混合使用時，其等離子射流的切割能力大大提高。一般對厚度70mm
以上的金屬材料，常用氬＋氫作為切割氣體。若使用水射流對氬＋氫氣等離子弧
進一步壓縮，還可獲得更高的切割效率。
　　3、氮氣是一種常用的工作氣體，在有較高電源電壓的條件下，氮氣等離子
弧有較好的穩(wěn)定性和比氬氣更高的射流能量，即使是切割液態(tài)金屬粘度大的材料
如不銹鋼和鎳基合金時，切口下緣的掛渣量也很少。氮氣可以單獨使用，也可以
同其它氣體混和使用，如自動化切割時經(jīng)常使用氮氣或空氣作為工作氣體，這兩
種氣體已經(jīng)成為高速切割碳素鋼的標準氣體。有時氮氣還被用作氧等離子弧切割
時的起弧氣體。
　　4、氧氣可以提高切割低碳鋼材料的速度。使用氧氣進行切割時，切割模式
與火焰切割很想像，高溫高能的等離子弧使得切割速度更快，但是必須配合使用
抗高溫氧化的電極，同時對電極進行起弧時的防沖擊保護，以延長電極的壽命。
　　5、空氣中含有體積分數(shù)約78%的氮氣，所以利用空氣切割所形成的掛渣情
況與用氮氣切割時很想像；空氣中還含有體積分數(shù)約21%的氧氣，因為氧的存
在，用空氣的切割低碳鋼材料的速度也很高；同時空氣也是的工作氣體。
但單獨使用空氣切割時，會有掛渣以及切口氧化、增氮等問題，而且電極和噴嘴
的壽命較低也會影響工作效率和切割成本。
　　五、噴嘴高度：指噴嘴端面與切割表面的距離，它構(gòu)成了整個弧長的一部分。
由于等離子弧切割一般使用恒流或陡降外特征的電源，噴嘴高度增加后，電流變
化很小，但會使弧長增加并導致電弧電壓增大，從而使電弧功率提高；但同時也
會使暴露在環(huán)境中的弧長增長，弧柱損失的能量增多。在兩個因素綜合作用的情
況下，前者的作用往往*被后者所抵消，反而會使有效的切割能量減小，致使
切割能力降低。
　　通常表現(xiàn)是切割射流的吹力減弱，切口下部殘留的熔渣增多，上部邊緣過熔
而出現(xiàn)圓角等。另外，從等離子射流的形態(tài)方面考慮，射流直徑在離開槍口后是
向外膨脹的，噴嘴高度的增加必然引起切口寬度加大。所以，選用盡量小的噴嘴
高度對提高切割速度和切割質(zhì)量都是有益的，但是，噴嘴高度過低時可能會引起
雙弧現(xiàn)象。采用陶瓷外噴嘴可以將噴嘴高度設(shè)為零，即噴口端面直接接觸被切割
表面，可以獲得很好的效果。
　　六、切割功率密度：為了獲得高壓縮性的等離子弧切割電弧，切割噴嘴都采
用了較小的噴嘴孔徑、較長的孔道長度并加強了冷卻效果，這樣可以使得噴嘴有
效斷面內(nèi)通過的電流增加，即電弧的功率密度增大。但同時壓縮也使得電弧的功
率損失加大，因此，實際用于切割的有效能量要要比電源輸出的功率小，其損失
率一般在25%~50%之間，有些方法如水壓縮等離子弧切割的能量損失率會更
大，在進行切割工藝參數(shù)設(shè)計或切割成本的經(jīng)濟核算時應(yīng)該考慮這個問題。
　　舉例：在工業(yè)中使用的金屬板厚大多是在50mm以下，在這個厚度范圍內(nèi)
用常規(guī)的等離子弧切割往往會形成上大下小的割口，而且割口的上邊緣還會導致
切口尺寸精度下降并增加后續(xù)加工量。當采用氧和氮氣等離子弧切割碳鋼、鋁和
不銹鋼時，當板厚在10~25mm范圍內(nèi)時，通常是材料越厚，端邊的垂直度越好，
其切割棱邊的角度誤差在1度~4度。當板厚小于1mm，隨板厚的減小，切口角
度誤差從3度~4度增加到15度~25度。
　　一般認為，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是由于等離子射流在割口面上的熱輸入不平
衡所致，即在割口的上部等離子弧能量的釋放多于下部。這個能量釋放的不平
衡，與很多工藝參數(shù)密切相關(guān)，如等離子弧壓縮程度、切割速度及噴嘴到工件的
距離等。增加電弧的壓縮程度可以使高溫等離子射流延長，形成更為均勻的高溫
區(qū)域，同時加大射流的速度，可以減小切口上下的寬度差。然而，常規(guī)噴嘴的過
度壓縮往往會引起雙弧現(xiàn)象，雙弧不但會損耗電極和噴嘴，使切割過程無法進
行，而且也會導致切口質(zhì)量的下降。另外，過大的切割速度和過大的噴嘴高度都
會引起切口上下寬度差的增加。