數控等離子切割是集數控、等離子和逆變電源技術于一體的高新技術，相對數控火焰切割具有切割速度快、效率高、切割面質量好、切割尺寸、工件熱變形小等優點，在鐵路、船舶、航空和機械制造等制造業中得到廣范應用。目前，制備車間有兩臺數控等離子切割設備，主要用于長大配件、形狀復雜的異形工件的切割下料，尤其是在當前公司小批量多品種訂單較多的生產形勢下，數控等離子切割的優勢愈加明顯。本文主要針對數控切割過程中出現的常見質量問題進行原因分析，并提出了解決和控制措施。1.數控等離子切割的工作原理數控等離子切割是以高溫、高速的等離子弧為熱源，以壓縮氣體為工作介質 , 通過被壓縮氣體電離形成高溫、高速的等離子電弧 , 將被切割的金屬或非金屬局部熔化（或蒸發），同時用高速、高壓氣流將已熔化的金屬或非金屬“吹離”基體而形成狹窄而光潔切口的一個過程，如圖1所示。圖片圖 1 數控等離子切割示意2.影響數控等離子切割的因素分析與控制措施數控等離子切割常見的質量缺陷有：穿孔缺陷、切割變形、熔渣、斷面傾斜以及波紋等。而在實際生產中影響切割質量的因素主要有：切割程序代碼、原材料平面度及內應力、起收弧缺陷、切割速度、切割順序、弧壓高度等，這些因素控制不當都會產生質量缺陷，因此如何采取控制措施質量缺陷是我們需要解決的主要問題。（1）切割程序代碼 數控等離子切割是通用數控程序代碼來實現產品加工的，因此程序代碼的正確與否，直接影響產品切割質量。在車間以往的切割生產中，曾發生過因程序代碼錯誤和錯誤調用產生的質量問題。控制措施：解決這一問題就要從源頭上加以控制，一是增加數控程序的校核過程，確保切割代碼正確性；二是建立程序和圖紙的資源庫，減少因多次編制造成的錯誤概率增加；三是對程序進行統一編號，規范管理，如：利用物料代碼的性對程序進行編碼，可以避免因程序調用錯誤產生質量問題。（2）原材料的不平度和內應力 原材料的不平度和內在應力，對切割質量的影響非常大。目前車間使用的大部分原材料在切割前都要經過預處理線拋丸除銹和底漆噴涂，尤其是2~8mm的卷板，在經過拋丸處理以后，內部應力分布不均勻，板材會產生不同程度的變形，影響數控等離子切割的尺寸精度。控制措施：針對原材料不平度和內應力，可以在切割前，對原材料增加一道校平工序，進一步釋放板材內在應力，一般將板材的平面度控制在≤2mm/m2，能夠有效保證切割產品質量。（3）起收弧缺陷 起收弧缺陷是等離子切割件中常見的切割缺陷。起弧缺陷一般是由板料不平、工件切割過程中發生變形或位移，起弧線、補償值設置不合理等原因造成的。由于板料不平，工件和母板脫離時會向下掉落，掉落瞬間會被等離子流灼傷，造成起弧缺陷。控制措施：根據實際情況設置提前收弧時間，使工件掉落時剛好停弧或者在編程時去掉引出線。另外對于工件切割過程中發生變形或位移，產生的起收弧微小缺陷可以通過設置四分之一圓弧的起收弧線來彌補。（4）切割速度 切割速度主要是影響切割斷面的斜度和波紋。切割速度加快會導致切口斜度變大，過快會在切口處出現波紋和毛刺，甚至會無法切透或斷弧。切割速度過慢也會出現毛刺，并會使切縫變寬，影響工件尺寸與質量，降低了切割效率。控制措施：數控等離子切割不同厚度的鋼板時，需選擇不同型號割嘴和耗材，同時也對應著不同的切割速度和切割參數設置。附表是本人針對精細等離子切割機整理的常用板材選擇割嘴和切割速度。精細等離子常用板材切割速度圖片（5）切割順序 切割順序的選擇對于保證切割質量也非常關鍵。尤其是在多種配件數控套裁下料時，切割順序的選擇將影響整張板材的成品率。在車間D11配件生產中，就出現了因切割順序選擇不當造成母材變形產生位移，使后續產品無法完成切割情況。控制措施：切割順序選擇應遵循先內后外，先小后大的原則；即先切割工件內輪廓，后切割外輪廓；先切割母材中面積小的零件，后切割大尺寸的零件，可使尺寸大的零件周邊的材料質量變輕，有利于減小大尺寸零件切割時產生的熱變形偏差；此外，在能保證的切割質量的前提下，應盡量選擇近的切割路線。（6）弧壓高度控制 弧壓高度是指在切割過程中等離子割炬與工件表面的高度距離，弧壓的高度主要會影響工件切口的斷面質量，因此弧壓控制也很重要，控制不當會導致斷弧或熔切不透。控制措施：在實際切割過程中 ,調整割炬高度與電弧壓力：割炬高度一般應在 3～6mm 之間，根據實際板厚與板料的不平度情況微調割炬高度與電弧壓力，在其他因素不變的情況下可減小切口的斜度，改善切口質量，減少斷弧率，達到更加理想的效果。、3.結語綜上所述，根據數控等離子切割工藝的特點和規律，通過采取得當措施就可減少切割缺陷、控制切割質量。總之，數控等離子切割機的切割質量控制除了以上提到的因素外還有其它影響因素，需要我們在實際操作中總結經驗并不斷改進。隨著數控技術自動化、柔性化、集成化、高速化的發展，我們相信數控切割技術的應用會越來越廣泛，而數控等離子切割技術也將會越來越完美。

哪些因素影響數控等離子切割質量？一、數控等離子切割機工作氣體 數控等離子切割機工作氣體與流量是影響切割質量效果的一項主要參數，目前所普遍采用空氣等離子切割僅為眾多工作氣體中的一類，概因使用成本相對較低而得到廣泛普及，但從加工效果來說的確有所欠缺，我們所指的數控等離子切割機工作氣體包括切割氣體和輔助氣體，有些設備還要求起弧氣體，通常要根據切割材料的種類，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；過小的氣體流量則使等離子弧失去應有的挺直度而使切割的深度變淺，同時也容易產生掛渣；所以氣體流量一定要與切割電流和速度很好的配合。現在的等離子弧切割機大多靠氣體壓力來控制流量，因為當割炬孔徑一定時，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客戶提供的數據選擇，若有其它的特殊應用時，氣體壓力需要通過實際切割試驗來確定。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.空氣中含有體積分數約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；同時空氣也是經濟的工作氣體。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。 2.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。 3.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（氫氣的體積分數為35％，其余為氬氣）是等離子弧切割能力強的氣體之一，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。 4.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定性和比氬氣更高的射流能量，即使是切割液態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，如自動化切割時經常使用氮氣或空氣作為工作氣體，這兩種氣體已經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。 5.氬氣在高溫時幾乎不與任何金屬發生反應，氬氣等離子弧很穩定。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，在氬氣保護環境中，熔化金屬的表面張力較大，要比在氮氣環境下高出約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，現已很少單獨使用純氬氣進行等離子切割。 二、數控等離子切割機加工速度 除了工作氣體對切割質量有影響外，切割速度對數控等離子切割機的加工質量影響也是很重要的。切割速度：切割速度范圍可按照設備說明選定或用試驗來確定，由于材料的厚薄度，材質不同，熔點高低，熱導率大小以及熔化后的表面張力等因素，切割速度也相應的變化。主要表現： 1.切割速度適度地提高能改善切口質量，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定，陽極斑點或陽極區必然要在離電弧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，良好的切割質量與切割速度是分不開的。 三、數控等離子切割機切割電流 數控等離子切割機切割電流重要的切割工藝參數，直接決定了切割的厚度和速度，即切割能力，造成影響，正確使用數控等離子機進行高質量的快速切割，必須對切割工藝參數進行深刻地理解和掌握。 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，切割質量自然也下降，甚至無法進行正常割。 在等離子切割前選用電源的時候，不能選擇太大或太小的電源。太大的電源，考慮在切割成本上是一種浪費，因為根本就用不了那么大的電流。也不能因為節約切割成本預算，選用等離子電源的時候，把電流的選擇選得過小，這樣在實際切割的時候也是不能達到自己的切割要求，這樣對數控切割機本身是一種很大的傷害！嘉倍德科技提醒您要根據材料的厚度正確選用切割電流和相應的噴嘴。 四、數控等離子切割機噴嘴高度 數控等離子切割機噴嘴高度是指噴嘴端面與切割表面的距離，它構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，前者的作用往往完全被后者所抵消，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圓角等。另外，從等離子射流的形態方面考慮，射流直徑在離開割炬口后是向外膨脹的，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量都是有益的，但是，噴嘴高度過低時可能會引起雙弧現象。采用陶瓷外噴嘴可以將噴嘴高度設為零，即噴口端面直接接觸被切割表面，可以獲得很好的效果。 五、數控等離子切割機電弧功率 數控等離子切割機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設計或切割成本的經濟核算時應該考慮這個問題。 在工業中使用的金屬板厚大多是在50mm以下，在這個厚度范圍內用常規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，這種現象的產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，與很多工藝參數密切相關，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，常規噴嘴的過度壓縮往往會引起雙弧現象，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。