埃森展等离子切割技术精彩回顾

admin · 发表于 2021-9-1 21:39:52

埃森展等离子切割技术精彩回顾中国焊接协会热切割专业委员会第十六届北京国际切割焊接展览会在上海新国际展览中心，在经历为期4天的精彩展览后，已经于2011年6月5日成功落下帷幕。随着中国制造业从低端产品向高端产业的转型升级，中国十大核心制造业产业——建筑、机械、船舶、铁道、冶金、石化、水电、家用电器、锅炉压力容器和集装箱产业，都面临着提高切割生产效率，转变切割生产方式，提高切割产品质量，降低钢材成本的需求，为此，来自国际和国内的多家等离子电源生产厂家都在展会上展出了最新的等离子电源系统和最新的等离子切割技术，下面就摘要介绍一下埃森展上展出的新的等离子切割技术和等离子电源产品。

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图片:image002.jpg一、精细圆孔切割技术（True Hole）长期以来圆孔切割，特别是小孔切割，一直是一个老大难问题。比如10mm厚的板材，要切割10~15mm圆孔，过去切割的效果不好，上下圆成喇叭口，斜度很大，或是孔的边缘损伤严重。精细圆孔切割技术是指圆孔的孔径与板厚之比达到1：1，或1.5：1，即孔径与板厚的比值是1：1，或1.5：1，且上下孔径差别不大，斜度在2~3度以内。这次埃森展，美国海宝(Hypertherm)公司率先在其HPRXD精细等离子系列机型上展示1：1精细圆孔技术(True Hole)，伊萨(ESAB)公司在其EPP精细等离子机型上展示相同的1：1精细圆孔技术（High Quality Hole）(简写HQH)。德国凯尔贝公司展示了相同的精细圆孔技术，美国凯博公司都展出了类似的精细圆孔切割技术（True Shapes）。精细圆孔切割的关键技术是等离子电源的自动气体控制技术、精细割枪技术和精准的自动调高设备，此外，还有赖于机床精度和控制系统的软件切割工艺和数据库，总之，可以归纳为以下六个方面：（1）精确设计和生产的切割机机床；（2）精确的切割机双边伺服驱动系统；（1~2点是切割机厂家的责任）（3）精确的调高系统，具备精准的初始定位和切割过程高度追踪；（4）精细等离子电源系统，包括精细切割割枪和精细圆孔切割数据，自动气体控制，特别是保护气的自动配气控制；（5）数控系统，有精细圆孔切割工艺；（3~5点是等离子厂家的责任）（6）编程套料软件。FastCAM套料软件已具备精细圆孔切割的穿孔技术。上述六个方面技术和产品的集成，就可以在6~20mm的碳钢上实现孔径与板厚1：1~1.5：1的精细圆孔切割。下面图片是展会上伊萨公司使用EPP-201/PT-36精细等离子，配套B4自动调高系统，Vision51控制系统，使用200A电源和N2/O2/N2，在20mm碳钢上，切割25mm圆孔，以及在10mm碳钢上切割10mm圆孔的切割实例。

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图片:image004.jpg总之，精细圆孔切割技术是此次展会一大亮点，五家国际知名等离子公司都展示了精细圆孔切割技术。精细圆孔切割技术是由美国海宝(Hypertherm)公司率先在中国提出并推广，时隔一年时间，德国凯尔贝公司、美国凯博公司和美国伊萨公司不仅在展会上展示了其精细圆孔切割技术，而且展示出高精细的切割质量，大有后来居上的趋势（普通精细切割垂直度在2~4度范围，高精细切割垂直度在2度以内）。与上届展会相比，可谓是最大的变化和最大亮点。从此以后，精细圆孔切割技术不再是高精尖的等离子切割技术，而是每台等离子电源系统必备的切割质量和功能，这对我们中国制造业产品切割质量的提高，切割生产效率的提高无疑是一大进步。二、第三代等离子切割技术：第一代等离子：普通批量生产切割，以美国海宝(Hypertherm)Max200为代表，切割速度快，但切割质量差，切割垂直度一般在4度以上；第二代等离子：精细生产切割，切割速度快，切割质量好，切割垂直度一般在2~4度。以美国海宝HPR260，美国伊萨EPP-360，德国凯尔贝Hifocus360i为代表，为此，在精细第三代等离子：标准化集成系统，包括批量和精细二种切割模式，“一个平台，一把割炬、一组耗材！”在过去20年里，等离子切割技术经历了从第一代普通批量切割等离子技术，到第二代精细切割等离子技术，现在各家等离子厂商都在向第三代标准化平台等离子技术方向发展。等离子切割技术经历了一次次创新，如银电极、钨电极技术，割枪和电源冷却技术、快速强力保护帽穿孔技术、圆孔切割技术等，给企业带来了生产力的提高，切割质量的提升，但同时企业也饱尝了非标的痛苦，不同功率的等离子系统使用不同的割枪、不同的易损件、不同的气体控制和冷却系统。不同的等离子电源，割炬不同，易损件不同，操作规则和维护方法不同，培训学习困难，各种易损件、备件品种繁多，采购麻烦，资金占用大，管理错综复杂。为解决非标问题，各国等离子生产厂家，如美国海宝(Hypertherm)公司，德国凯尔贝公司，美国飞马特公司，美国凯博公司，以及美国伊萨等离子全球技术公司，都在投入巨资，开发第三代标准化等离子系统。第三代标准化等离子系统聚焦在经济性上，通过标准化、模块化设计，使不同等离子电源，配套使用相同的割炬、相同的易损件、相同的冷却系统和气体控制系统，连水管和气管都做到统一标准，在一台电源系统上实现多种切割模式，总之，实现“一个平台、一把割炬、一组耗材”标准化设计理念，有效减少用户的设备投资，简化使用和管理流程，降低运营成本。此次埃森展，美国伊萨(ESAB) OEM全球技术公司率先在中国市场展示全新的基于CAN总线的第三代标准化等离子系统，见下图所示：第三代等离子平台系统、一把割枪和一组耗材，EPP-201/360/450/601/720五款等离子电源共用一个平台，电源相互间可以更换，核心的自动气体控制、远程起弧器、冷却液循环器、数控系统、自动调高等部件全部相同，统一配备PT-36精细坡口等离子割枪，使用同一组等离子耗材，每台电源系统同时具备精细切割、批量切割、边缘切割、圆角切割（R2船厂专用功能）四种切割模式，可进行干式切割、水上水下切割、水射流切割、平板和管子坡口切割、以及划线和打标记，涵盖所有切割功能，而且不用换割枪，精细切割垂直度在2度以内。

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图片:image007.png因此，美国伊萨(ESAB) OEM全球技术公司展出的第三代标准化等离子电源技术是本届埃森焊接展等离子切割技术的又一大亮点，代表和引领了新一代等离子电源的发展方向。美国海宝(Hypertherm)公司、德国凯尔贝公司，美国飞马特和美国凯博公司也相继推出了2~3种等离子电源共用同一把割枪的系统，也在向标准化迈进。第三代标准化等离子电源技术——一个平台、一把割炬、一组耗材，必将给中国制造业钢材切割焊接生产领域带来新的技术进步，有效提高切割生产效率和切割质量，大大降低等离子易损件和备件的采购品种，降低库存。此外，本届埃森展另一大亮点是美国伊萨(ESAB) OEM全球技术公司第一次以独立的等离子电源供应商的身份参展，标志着全球切割焊接行业的大哥大，国际顶级品牌，伊萨集团的战略转型，从传统的数控切割机生产制造企业向数控切割机的上游产业和核心技术转型，为全球的切割机厂家提供等离子电源，数控系统，自动调高和无限回转坡口技术和装备，这无疑将给中国数控切割机行业带来了新的生机，新的变革，为中国数控切割机产业输入新的等离子技术和装备，从而为更多的中国制造业企业提供最为先进的等离子切割技术。三、大厚度不锈钢等离子水下水射流切割技术低碳环保与绿色切割——大厚度不锈钢等离子水下水射流切割，是此次展会等离子切割技术的又一大亮点。美国伊萨公司，德国凯尔贝公司，都在展会上展出了大厚度不锈钢的水下精细切割的样件。随之中国制造业的产业升级，对大厚度不锈钢的数控切割需求的愈来愈多。过去等离子切割大多是针对碳钢和不锈钢薄板和中厚度板，以干式切割为主。但不锈钢和铝包含镍等多种重金属，采用干式切割，切割过程产生镍等重金属氧化物剧毒气体，而且切割噪音异常刺耳，切割边缘氧化变黑严重，需要进行二次加工，造成二次能源浪费。根据低碳环保与绿色切割的需要，切割不锈钢和铝一定要设法消除剧毒气体、消除噪音、污染和防止氧化，避免二次加工和二次能源浪费。采用水下水射流切割技术，目前是最经济、最有效的不锈钢切割解决办法。使用等离子水下切割，一定涉及到二个核心技术和装置，一个叫空气幕(Air Curtain)，一个叫水射流切割 (Water Injection Cutting) 或称水幕切割。空气幕装置是在水下切割时使用，其工作原理是通过气泵喷出空气，在割枪与钢板间把水吹开，在水下形成空气幕罩着一个小的干式切割环境，其作用是在水下切割时，减少水对等离子弧的影响，减少等离子功率和切割速度的损失，提高切割速度，降低烟气、粉尘、辐射和噪音的污染。水射流或水幕装置不仅可以与空气幕配套使用在水下切割，也可以单独使用在水上切割。其工作原理是以高压水消音器的方式把水喷射出来，减少噪音，在割枪与钢板间把空气吹开，形成水幕，隔离空气，防止氧化，在等离子切割时，水产生气化，吸附烟气和粉尘。其作用是以高压水作为保护气，保护等离子切割弧，防止切割表面氧化、冷却喷嘴和切割边缘，保证切割面垂直和上下表面质量。另外，水作为保护气，替代了氮气，有效降低了切割成本。下面介绍不锈钢和铝的水下等离子切割方法：干式切割：采用Air/Air/Air作为起弧气/切割气/保护气，切割成本最低，切割表面严重氧化，需要机械处理后方能使用和焊接；采用N2/ N2/ N2切割，切割成本上升，但焊接性能提高；采用N2/H35/N2切割，切割质量最好，但切割成本最高。干式切割不锈钢的最大问题是切割表面氧化发黑，噪音污染严重。不满足低碳环保，绿色切割的要求。水下切割方法一：美国伊萨公司提供的PT-36精细坡口割炬，可以做干式切割、水下切割和坡口切割，不用更换割炬。直接把割枪放入水下进行切割，只需将切割台换为水箱。这种方法的优点是投入成本最低，起弧气/切割气/保护气与干式切割相同，还是N2/N2/N2氮气，就可实现不锈钢的水下切割，有效减少辐射、有毒气体和烟气污染，冷却割嘴和钢板，减少热变形。缺点或不足之处：等离子弧直接与水接触，随时受到水流的影响，切割质量（垂直度和光洁度）无法保证，因此，这种方法主要应用于不锈钢薄板切割，对表面垂直度和光洁度要求不高。不锈钢的氧化问题没有解决，切割表面氧化变黑。同时，由于水会带走等离子弧的能量，降低了切割速度和穿孔能力。水下切割方法二：在割枪上安装空气幕（Air Curtain）装置，实现水下切割。空气幕的功能是使水和离子弧分离，形成干式切割环境，减少水对离子弧的影响，从而提高了水下切割的切割速度和穿孔能力，提高了水下切割质量。同时，有效解决了噪音、污染问题，是最为绿色环保、经济有效的水下切割技术。缺点是切割表面氧化变黑问题仍然没有解决。美国海宝，飞马特，伊萨等公司的等离子电源都具备水下空气幕切割技术和装备，选配空气幕安装和使用简单便捷。水下切割方法三：在割枪上安装空气幕和水射流装置，采用N2/N2/H2O氮气作为起弧和切割气，水作为保护气。这是到目前为止切割不锈钢最好的方法，其优点优势非常明显：（1）有效降低了切割成本，因为N2氮气成本远低于H35成本，水的成本又低于氮气的成本；（2）由于使用WIC/ACA水射流和空气幕进行水下切割，切割表面氧化区明显改变，有效防止切割面氧化；（3）噪音明显降低；（4）有毒气体污染、烟气、粉尘污染明显降低；（5）切割品质明显提高，切割面非常垂直，上下边缘非常光滑平整。

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图片:image009.jpg上图是50mm 不锈钢水下水射流切割和水上干式切割的对比，由伊萨公司提供，采用了伊萨EPP-720/PT-36电源，水射流和空气幕(WIC/ACA)装置，切割表面平整光洁，上边缘角非常垂直，热影响氧化区几乎没有。水上干式切割采用伊萨EPP-600A，N2/H35/N2，切割边缘热影响区明显，需采用机械加工方式把氧化区去掉。右上图是100mm不锈钢水下水射流切割的实例。需要指出，水下切割时，等离子功率会受到水流的影响而有明显的降低，一般技术表格中的切割数据大多是水上干式切割情况下的穿孔和切割数据，水下切割时，数据平均要打一半折扣。比如360~450A的等离子电源，都可以在干式条件切割40mm不锈钢，但是，在水下切割时，由于水吸收了等离子的功率，降低了切割速度和穿孔厚度，实际切割能力只有20mm。要在水下切割40mm以上的不锈钢，就必须使用600A及以上的电源，例如伊萨EPP-601单等离子电源，在干式切割或水上切割条件下，不锈钢穿孔切割厚度达到70~75mm，水下水射流切割不锈钢，穿孔切割能力达到45~50mm。总之，低碳环保与绿色切割，是未来“十二五”期间中国十大核心制造业产业——建筑、机械、船舶、铁道、冶金、石化、水电、家用电器、锅炉压力容器和集装箱产业（都是以钢材为主要原材料），在切割焊接生产流程的发展方向，由于等离子切割生产效率是传统火焰切割生产效率的4倍，因此，等离子切割将快速普及，逐步替代火焰切割。同时，水下切割，特别是水下水射流切割，与干式气体切割相比，运营成本更低，切割质量更好，更加环保低碳，是未来绿色切割的发展方向。

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