等离子切割机技术

等离子弧切割兼具切割质量出色、生产效率高、运行成本低和多功能等优点，是目前深受欢迎的工业切割工艺。

何为等离子？

等离子是物质的第四态。我们通常认为物质有三种状态：固态、液态和气态。以常见的物质“水”为例，水的三种状态分别是冰、水和水蒸气。

这些状态的区别在于其能量水平。当以加热的形式给冰增加能量时，冰会融化成水；如继续增加能量，水会蒸发成水蒸气。如果给水蒸气大量增加能量（将其加热至约 11700° C (21092° F)），水蒸气将分解为若干组分气体，变成可导电状态，或者说发生电离。这种高能量离子化气体就是所谓的等离子。

20 世纪 50 年代，作为一种热切割工艺，等离子开始得到认可。最初等离子切割的应用领域有限，切割效果尚不成熟。1968 年，Dick Couch 引入了径向注水技术。这种获得专利的喷嘴技术可以压缩等离子弧，提高能量密度，同时改善冷却效果，从而加快切割速度，提高切割质量，并且能够以火焰切割工艺五倍的速度切割碳钢。随着应用领域的扩展、切割速度的加快以及暂载率的提升，等离子切割系统很快就开始从现有的金属切割技术（火焰切割）那里夺走市场份额。 

过去五十年来，等离子切割工艺不断完善，如今，世界各地的结构加工商和金属工人都在选择等离子而不是火焰切割，这是因为：

1. 等离子可以切割所有导电材料，包括碳钢和有色金属，而火焰切割只能切割碳钢。 

2. 厚金属和薄金属均可使用等离子切割。尽管这两种工艺在技术上都可以切割多种厚度，但使用火焰切割来切割薄金属或薄板金属不切实际，因为它不太精确，会形成较大的热影响区，导致材料翘曲，而且切割速度要慢得多。因此，火焰切割通常用于切割厚度超过 50 mm (2″) 的金属。

3. 等离子比需要使用易燃气体的火焰切割更安全。 

4. 等离子切割的速度更快。在切割线规级材料时，等离子切割速度是火焰切割的 12 倍，在切割厚度不超过 1” 的材料时，等离子切割速度是火焰切割的 2 倍。等离子还可大幅缩短穿孔时间，从而对自动化切割的生产效率产生显著影响。 

5. 等离子切割系统的运行成本通常更低。与火焰切割不同，等离子切割不需要那么频繁地给钢瓶充气。例如，在切割较厚的低碳钢时，等离子使用的氧气较少，并且速度更快。 

6. 等离子可提供更精确的切割。如果火焰切割操作工的经验丰富，两种工艺都可以实现非常好的切割质量。但总体而言，等离子切割机可产生更精确、更干净的切割面，切割角度更佳，割缝更薄，热影响区更小，甚至不产生熔渣。

7. 等离子切割操作更方便。使用火焰割炬能否获得良好的效果，在很大程度上取决于操作工。火焰切割是一门艺术，需要不断练习才能达到完美，因为操作工需要设置和保持火焰化学性质，同时与切割表面保持稳定的距离。相反，等离子切割操作更简单，也更容易掌握。Hypertherm Powermax SYNC® 系列空气等离子切割机等系统及其一体式快换割嘴易损件使用更加方便。

何为等离子切割？

等离子切割机使用等离子流将能量转移至导电工件材料。等离子气体通常是通过推动气体（如氮气、氧气、氩气，甚至空气）通过狭窄的喷嘴而形成。由外部电源产生的电流为气流提供足够的能量使之电离，将其转变为等离子弧。正因如此，该工艺通常称为等离子弧切割。等离子弧切割工件时先熔化工件，然后吹走熔化的金属。

等离子切割机的温度有多高？

等离子切割系统产生的等离子弧产生的温度接近 40000° F，所以没错，等离子切割机的温度极高。相比之下，太阳表面的温度约为 10000° F。

等离子切割的类型

手持等离子切割

手持等离子切割系统因其便携性、生产效率、性能和易用性而成为众多行业和应用（包括重型设备维修、结构钢、造船、DIY 等）低碳钢、不锈钢和铝材的首选切割技术。大多数手持等离子系统都包含一个逆变电源（与大多数焊机类似），该电源将电力和压缩（空气作为等离子气体）相结合，生成在手持割炬末端产生的等离子弧。手持等离子系统需要线路或发电机供电，需要空气压缩机或气瓶供应压缩空气。  

机用 CNC 控制器等离子切割

机用等离子切割是一种在生产型环境中切割碳钢和各种有色金属的自动化方法。机用等离子切割通常包括： 

• 等离子切割床（水基下抽风式），作为工件固定装置和初始烟雾缓解装置

• 等离子割炬电源，产生所需的电流

• 自动化气体混合器和调节器，用于控制气流和压力

• CNC 控制器，用于根据读取的 CAM 文件提供启动/停止信号、行进速度和方向

• 机用割炬调高控制器，用于将割炬调整到正确的切割和穿孔高度

• 高功率台架和导轨系统，带有一系列用于形成切割运动的驱动器

3D 和机器人等离子切割

快速进步的产品需要快速进步的制造设备来满足现今市场对复杂形状、细节和质量的需求，而其数量需求更是前所未有。考虑到日益复杂和空前的需求，各行业的制造商纷纷转向采用 3D 或机器人等离子切割系统，将其作为一些需要高质量切割的更复杂、高要求产品的切割解决方案。通过将工业机械臂或 COBOT 与机用等离子切割系统相结合，制造商可以在难以触及的区域对碳钢、不锈钢和铝进行高精细度切割，无需像 2D 或 XY 等离子切割系统那样需要移动工件，也因此节省了时间。与标准 2D 或 XY 等离子切割系统相比，3D 或机器人等离子切割系统通常配备更短、更窄的割炬以及更灵活但高刚性的割炬电缆，以适应快速的 3D 移动。3D 或机器人等离子切割应用还需要额外的安全屏障。 

等离子切割软件

对于机用切割应用，可使用等离子切割软件对切割机进行编程。在某些情况下，可使用 CNC 控制器软件对单个部件或小批量部件进行编程，但大多数结构加工商和制造商都依靠一个通常称为 CAD/CAM 套料软件的软件，该软件可提供更多更出色的功能。

有些适合等离子切割的 CAD/CAM 套料软件可以控制并自动设置等离子切割作业的几乎每一个方面。例如，海宝的 ProNest^® 可支持电弧电流、电压、气体预流、切割流设定、切割速度、切割高度、穿孔类型、穿孔高度等参数。这一切都旨在简化机器操作工的作业和提高生产效率。

等离子切割软件中的其他常见功能包括：

• 防撞保护

• 链路切割

• 桥接切割

• 公共边切割

• 多割嘴切割

• 余料骨架切割

在某些情况下，软件有助于实现出色的结果，例如：

• 提高圆孔质量

• 简化坡口设置

• 缩短周期

典型应用和工业

等离子弧切割用于手持和机用系统，能够切割各种导电材料，包括低碳钢、碳钢、不锈钢、铝、铜、黄铜及其他金属。

等离子切割应用包括：

等离子坡口切割

等离子坡口切割是切割边缘与顶端不垂直的部件的工艺。作为焊缝坡口加工或装配过程的一部分，可对金属部件和管道进行等离子坡口切割。根据坡口的用途，可以不同的角度和配置进行等离子坡口切割。 

等离子气刨

与等离子切割类似，等离子气刨利用割炬和工件之间的等离子弧去除金属。表面金属被熔化，气体射流将熔化的金属从工件上吹走，而不会穿透或切断它。气刨时，经特殊设计的易损件会产生较宽的等离子弧，割炬需保持一定的角度，只有部分金属材料被吹走。等离子气刨可用于焊补、焊缝坡口加工、硬面去除和重型设备维修。对于希望取代碳弧气刨的结构加工商和制造商而言，等离子气刨是一种可行的替代方案。 

等离子圆孔切割

自首次发布以来，海宝的 True Hole® 精细螺栓孔技术已成为需要高质量螺栓孔级圆孔的用户的支柱技术。以往，设备操作工很难直接在等离子切割床上实现良好的圆孔质量，通常需要钻孔（二次加工）。True Hole 精细螺栓孔技术是一项获得专利、适用于低碳钢的工艺，几乎消除了锥形孔，提高了圆度，与使用之前的等离子系统相比，显著提升了圆孔质量。

等离子平切

等离子平切应用通常用于切除其他平坦基材表面的辅助附件、吊耳或夹具，而不会切透或损坏整个表面。使用与割炬头成 45° 角引导等离子弧的特殊易损件，可以高效地完成手持等离子切割机平切作业。

等离子精细切割

在切割非常精细或形状复杂的零件时，您需要能够产生非常纤细的割缝的工艺。等离子精细切割通过易损件技术、软件和自动化控制来实现，它们可以实现高度受控的运动、等离子弧控制以及狭窄但密集的等离子弧，从而形成极小的割缝。适用于 Powermax 的 FineCut® 薄板切割易损件利用更笔直的电弧产生更窄的割缝，非常适合以不超过 40 A 的电流切割较薄（不超过 4 mm (3/16″)）的材料，因而非常适合钣金应用。 

使用等离子切割废料和余料骨架

机用切割后的金属板材余料或“余料骨架”的切割和去除通常缓慢并且耗费大量人力。它还可能给操作工带来许多安全风险，包括搬运边缘锋利的笨重物件。等离子余料骨架切除对等离子或火焰切割 CNC 控制器切割床上执行的几乎任何切割作业都有帮助。使用等离子切割余料骨架的优势包括： 

• 生产效率提升高达 75% 或更高（计算依据为 12 mm (1/2″) 低碳钢厚度和标准行业数据）。

• 更快地切割和卸除余料骨架意味着能够更高效地利用 CNC 控制器切割床，并可提高产能。

• 缩短培训时间：操作工认证只需 4 小时，相比之下，火焰切割需要长达 40 小时。

• 来自海宝的 Duramax 和 Duramax Hyamp 长柄割炬可让操作工自然站立在等离子切割床旁边，从而避免人体工程学问题，并尽量降低灾祸的发生几率。

选择等离子而不是火焰切割，可以避免搬运笨重且危险的气瓶，从而使车间更加安全。

使用等离子进行金属打标

结构加工商和制造商经常需要对金属进行打标，以标示折线或划线，以及向部件添加精确的技术信息，如部件号和条形码。这项工作通常要么使用锤子和冲床、粉末或墨水、皂石、手持式雕刻机来完成，要么作为机用等离子或火焰切割床上集成的一道工艺步骤来完成。通过降低电流强度并选择压缩空气、氩气或 F5 作为等离子气体，等离子机所有者可以使用其现有切割系统制作各种标记。  

等离子行业和市场：

农场和牧场

农场和牧场领域的等离子应用包括：

• 农业设备制造

• 农用设备维修

• 金属围栏维修

造船

造船领域的等离子应用包括：

• 重型板材加工

• 焊缝坡口加工的背面清根

• 使用平切去除垫板

采矿

采矿领域的等离子应用包括：

• 采矿设备制造

• 采矿设备维修

• 硬面气刨

能源

能源领域的等离子应用包括：

• 管道施工和维护

• 炼油厂维修和维护

• 石油设备制造

• 压力容器加工

暖通空调 (HVAC) 和机械制造

暖通空调 (HVAC) 和机械制造领域的等离子应用包括：

• 钣金加工

• 安装和修边

钢材服务中心

钢材服务中心的等离子应用包括：

• 厚板切割

• 薄板切割

• 材料多样性和应用灵活性

• SureCut 智能切割技术生产效率应用

施工设备

施工设备领域的等离子应用包括：

• 施工车辆制造

• 施工车辆维修

• 铲斗和器具维修

• 焊料清除和维修

汽车整修

汽车整修领域的等离子应用包括：

• 定制部件加工

• 清除焊点

• 螺栓切除

• 排气管和车底应用

工艺品、标牌和装饰

工艺品、标牌和装饰领域的等离子应用包括：

• 小型 CNC 控制器等离子切割床

• 用于更窄割缝的 FineCut 薄板切割易损件

管材和管道

管材和管道领域的等离子应用包括：

• 管道维修和施工

• 装配

• 管材坡口切割

• 圆管切割

• 刻槽器

普通建筑

一般建筑领域的等离子应用包括：

• 钢结构建筑业

• 结构钢框架

• 螺栓切除

普通制造业和加工车间

制造和加工车间领域的等离子应用包括：

• 来自 ProNest 的 CAD/CAM 功能

• 使用 Powermax 进行自动化切割

• 使用 XPR 技术进行自动化切割

• 高精细切割