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摘要：介绍了热切割法的种类、应用状况以及等离子切割技术的新进展，比较分析了3种热切割法的切割效率、切割质量、切割成本。在切割质量相同的前提下，从切割效率和切割成本来看，碳钢厚度为30～50mm以下时，用等离子切割合适，在此厚度以上时，气割合适。
关键词：等离子切割；效率；质量；成本
中图分类号：文献标识码：
Position of plasma cutting in thermal cutting methods
HANG Zheng-xiangFU Qin-sheng
(College of Material Science ＆ Engineering, Shenyang Politechnic University，Shenyang，China)
MA Xue-zhiMA Yu-ju
(Shenyang Polytechnic University Welding Equipment Company，混凝土加气块规范 。Shenyang，China)
Abstract: Some kinds of thermal cutting methods and their using situation as well as the current development of plasma cutting technique are described in this paper. Three new cutting methods were compared with their cutting efficiency, cutting quality and cutting costs. On to cutting efficiency and cut-ting cost, carbon steelthickness below 30～50mm is suitable for plasma cutting, otherwise, that is suitabe for autogonous cutting.
Key words: plasma-cutting; efficiency; quality; cost
近年来,热切割技术发展迅速,尤其是等离子切割技术，在切割炬结构设计、消耗品寿命提高、以及控制方面都取得了很大进步，扩大了其应用面。现在我国的很多企业中，既用气割，破碎筛分生产线。又用等离子切割，个别企业还用激光切割。在什么条件下用什么切割方法，其道理何在，如何使工作更优化，本文就此问题综合分析一下。
1热切割法的种类及其应用状况
通常所说的热切割法主要指气割、等离子切割、激光切割。传统的气割是依靠金属的氧化反应进行切割，所以其切割速度受金属氧化反应速度的限制。等离子切割是依靠电能熔化金属进行切割，激光切割是依靠光能熔化金属进行切割，这两种切割方法只要加大其切割能量就可提高其切割速度。在气割领域，除利用氧气、燃气进行切割外，最近在德国研究成功利用液氧、燃气实现高能切割的方法，大幅度提高了切割效率，但是该切割机价格昂贵，就连工业发达国家在生产中应用也很少。所以谈到气割专指前者，而且特指自动气割机。在等离子切割领域，根据等离子气体的种类不同，可分成空气等离子切割、氧气等离子切割、氩氢等离子切割等。现在空气等离子切割机的切割电流在120A以下，加气块规格尺寸 。30～70A的手工操作切割机占多数。在日本，空气等离子切割机与自动气割机的市场销售台数已相当[1]
.
氧气等离子切割机主要用于造船厂的厚板切割，其切割电流以350～500A为主。这种切割机的用户较少，在日本，年仅制造100多台[1]
.空气等离子切割机由于空气中氮气氮化切割面，直接进行埋弧焊时焊缝中容易产生氮气孔，而氧气等离子切割机则克服了这个问题。氩氢等离子切割机专门用于切割铝、厚板不锈钢，其切割电流以500～1000A为主。
2等离子切割技术的发展状况发展等离子切割技术是为了切割不锈钢、铝等材料。但发展至今，等离子切割技术已用于切割碳钢，其主要原因是等离子切割速度快，容易设定切割条件，更适合自动化、无人化作业。而气割的切割过程需经常调节火焰，切割速度慢，预热时间限制了切割生产率，相比之下不适合自动化、无人化作业。
空气或氧气等离子切割的技术关键是切割炬中的消耗品寿命问题。由于空气或氧气的氧化性，等离子切割炬中的电极、喷嘴必须耐氧化气氛中的电弧高温。所以，现在的电极采用高熔点的铪材料，并以特别的加工方法镶嵌于铜中。喷嘴采用双层气流结构，其优点是提高了气流方向性、速度以及离子气纯度、冷却等，保护了喷嘴，进一步压缩了电弧。另外为了减小电极消耗，起弧时切割气不用纯氧气而用氮气、氧气的混合气，并且采用较小气流速度，待起弧后切换为氧气。此外切割过程中喷嘴与切割材料接触也将损坏喷嘴，这要在切割炬高度控制上下功夫。总之现在电极和喷嘴的寿命比过去有很大提高，相应地氧气等离子切割电流最大已达到500A.据文献[2]介绍，400A氧气等离子切割，每个电极可工作3.5h,每个喷嘴可工作4.8h,比文献[3]介绍的数据有很大的提高。
3热切割法的比较分析3.1切割效率
从切割生产率角度讲，不但要看其切割最大板厚，而且要看其相应切割速度。图1归纳了3种热切割法的切割速度与切割板厚的关系，切割材料为碳钢[1]
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对比等离子切割和CO2激光切割的切割效率，50A空气等离子切割效率相当于1.5kW激光切割效率，而70A和150A的前者相当于2kW和6kW的后者。与300A以上的氧气等离子切割效率相当的大功率激光切割机还未上市。所以从切割效率看，切割50mm以下的碳钢时,等离子切割效率最高，切割50mm以上的碳钢时,液氧气割的切割效率最高。加气块砖厂投资 。
3.2切割质量
表1对比了气割、等离子切割、激光切割的切割面粗糙度、切割精度、切割缝宽度、热影响区大小[1]
,这些因素代表了切割质量。只要正确选择切割方法和切割条件，切割面上边缘变圆和下边缘粘渣现象就可克服，所以这两项未列入表中。
就切割面粗糙度而言，一般等离子切割最优。只要特别注意，激光切割也不逊色于等离子切割。
就切割精度和切割缝宽度而言，激光切割最优。若能保证装有切割炬的行走机构的精度和运动特性，气割、等离子切割的精度是可以保证的。
切割产生的热影响区的宽度、变形与切割速度有很大关系，气割的切割速度慢,热影响区宽,变形也大。一般切割缝越窄,切割速度越快，输入被切割材料的热量就越小，切割产生的变形就小。经试验与比较分析的结果是，激光切割的变形最小，等离子切割的变形次之，气割的变形最大。
3.3切割成本
购置切割设备成本依赖于生产量，生产量越大，购置设备的相对成本就越小。但是切割成本是与生产量成比例的。图2对比了气割、等离子切割、激光切割的切割成本，切割费用包括更换部件费用、气体费、电费、人工费。切割成本即单位长度切割费用。
图13种热切割法的切割效率对比
图23种热切割法的切割成本对比
表13种热切割法的切割质量
| 切割方法 |
切割面粗糙度/μm |
切割精度/mm |
切割缝宽/度 |
热影响区宽度 |
切割速度 |
| 激光切割 |
20～100m |
0.05～0.1/mm |
0.3～0.6mm |
小 |
快 |
| 等离子切割 |
30～100 |
0.5～1.0 |
1.0 |
小 |
快 |
| 气割 |
50 |
0.5～1.0 |
1.0 |
大 |
慢 |
若定型分析切割成本，切割厚板用气割有利，切割薄板用激光切割或等离子切割有利，而且等离子切割成本总是低于激光切割成本。
激光切割和气割成本曲线交点的相应切割厚度是15～20mm,等离子切割和气割成本曲线交点的相应切割厚度是30～50mm.
4结束语在我国，激光切割应用甚少，等离子切割发展迅速，虽然目前企业购置等离子切割机的主要目的是用于切割不锈钢、铝等材料，也许有些企业已意识到等离子切割用于切割碳钢的优势，在此形势下有必要提高认识，促进应用。
作者简介：杭争翔（1961-），男，辽宁沈阳人，沈阳工业大学副教授，博士生。
作者单位：杭争翔付勤胜沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳
马学智马钰钧沈阳工业大学焊接器材公司，辽宁沈阳
参考文献：
[1]松山钦一。热切断。今なにをどう使うか[J]。溶接技术.1996,l44(6):.66～73
[2]喜田章裕。造船工厂にぉける大电流プテズマ切断の适用[J].溶接技术，1995,l43(6):.69～74
[3]中川圭介.プテズマ切断にぉける消耗品の寿命[J].溶接技术，1993,143.(5):106～113.
[4]藤井俊英。热切断の高精度化、自动化、省力化[J].溶接技术，1994,142(5):.58～62
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