新版等离子弧切割工艺.doc

等离子切割工艺

等离子切割适合于所有金属材料和部分非金属材料，是切割不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属的有效方法。最大切割厚度可达成180～200mm。目前已用切割厚度35mm以下的低碳钢和低合金结构钢。
厚度25mm以下的碳钢板切割时，采用等离子弧切割双氧-乙炔切割快5倍左右；而对于大于25mm的板切割时，氧-乙炔切割速度快些。
1． 气体选择
等离子弧切割工作气体既是等离子弧的导电介质，同时还要排除切口中的熔融金属，因此对等离子弧的切割特性以及切割质量和速度有明显的影响。等离子弧切割在生产中通常使用的离子气体有N2、Ar、N2+H2、N2+Ar，也有用压缩空气、氧气、水蒸气或水作为产生等离子弧的介质。离子气的种类决定切割时的弧压，弧压越高切割功率越大，切割速度及切割厚度都相应提高。但弧压越高，规定切割电源的空载电压也越高，否则难以引弧或电弧在切割过程中容易熄灭。
各种工作气体在等离子弧切割中的合用性见表1，等离子弧切割常用气体的选择见表2。
表1 各种工作气体在等离子弧切割中的合用性
气 体
主 要 用 途
备 注
Ar，Ar+H2
Ar+N2
Ar+N2+H2
切割不锈钢、有色金属及其合金
Ar仅用于切割薄金属
N2
N2+H2
切割不锈钢、有色金属及其合金
N2作为水再压缩等离子弧的工作气体也可用于切割碳素钢
O2（或粗氧）
空气
切割碳素钢和低合金钢，也用于切割不锈钢和铝
重要的铝合金结构件一般不用

表2 等离子弧切割常用气体的选择
工件厚度/mm
气体种类及含量
空载电压/V
切割电压/V
≤120
N2
250～350
150～200
≤150
N2+Ar(N260%～80%)
200～350
120～200
≤200
N2+H2(N250%～80%)
300～500
180～300
≤200
Ar+H2(H235%)
250～500
150～300

N2是一种广泛采用的切割离子气，氮气的热压缩效应比较强，携带性好，动能大，价廉易得，是一种被广泛应用的切割气体。但氮气用作离子气时，由于引弧性和稳弧性较差，需要有较高的空载电压，一般在165V以上。
氢气的携热性、导热性都很好，所需分子分解热较大，故规定更高的空载电压（350V以上）才干产生稳定的等离子弧。由于氢气等离子弧的喷嘴很易烧损，因此氢常作为一种辅助气体而被加入，特别是大厚度工件切割时加入一点氢对提高切割能力和改善切口质量有显著成效。
用工业纯氩作为切割气体，只需要用较低的空载电压（70～90V），但切割厚度仅在30mm以下，且由于氩气费用较高，不经济，所以一般不常使用。N2、H2、Ar任意两种气体混合使用，比任何一种单一气体使用时效果好，因它们可以互相取长补短，各自发挥其专长。其中尤以Ar+H2及N2+H2混合气体切口质量和切割效果最佳。切割较大厚度时，用N2+H2混合气体。
我国实际生产上由于氮气价格低廉，所以大多用氮气作为切割气体。压缩空气作离子气时热焓值高，电弧电压100V以上，电源电压200V以上，在切割30mm以下厚度的材料时，有取代氧-乙炔火焰切割的趋势。
几种常用等离子弧切割法的合用材料和实用切割厚度见表3。

表3 几种常用等离子弧切割法的合用材料和实用切割厚度
切割方法
适 用 性
实用切割厚度/mm
不锈钢
铝及铝合金
碳素钢、低合金钢

Ar+H2等离子弧
好
好
差（一般不选用）
不锈钢：4～150
铝及铝合金：5～85
N2等离子弧
好
一般
差（一般不选用）
0.5～100
N2-水再压缩等离子弧
好
好
一般
不锈钢、铝合金：1～100
低碳钢：6～50
O2-水再压缩等离子弧
一般
差（一般不选用）
好
6～25.4
空气等离子弧
一般
一般
好
低碳钢、低合金钢：0.1～30
铝、铜：0.1～50
O2等离子弧
一般
一般
好
低碳钢、低合金钢：0.5～32
不锈钢、铝合金：0.5～50
注：切割低碳钢以O2等离子弧、O2-水再压缩等离子弧切割法最为适宜。

采用上述气体时应注意的事项如下。
①氮气中常具有氧气等杂质，随气体纯度的减少，钨极的烧损增长，会引起工艺参数的变化，使切割质量减少。钨极与工件之间的距离增大，容易产生双弧，烧坏喷嘴，致使切割过程中断。氮气的纯度应在99.5%以上。
②用氢气作为切割气体时，一般是使非转移弧在纯N2或纯Ar中激发，等到转移型弧激发产生后3～6s再开始供应H2为好，否则非转移型弧将不易引燃，影响切割的顺利进行。
③H2是一种易燃气体，与空气混合后很易爆炸，所以储存H2的钢瓶应专用，严禁用装氧的气瓶来改装。此外，通氢气的管路、接头、阀门等一定不能漏气。切割结束时，应先关闭氢气。

2． 切割工艺参数
等离子弧切割的工艺参数涉及切割电流、切割电压、切割速度、气体流量以及喷嘴距工件的高度。各种不同厚度材料的等离子弧切割工艺参数见表4。水再压缩等离子弧切割有色金属、高合金钢和碳钢的工艺参数见表5和表6。
表4 各种不同厚度材料的等离子弧切割工艺参数
材 料
工件厚度/mm
喷嘴孔径/mm
空载电压/V
切割电流
/A
切割电压
/V
氮气流量
/L·h-1
切割速度/L·h-1
不锈钢
8
20
30
45
3
3
3
3.5
160
160
230
240
185
220
280
340
120
120～125
135～140
145
2 100～2 300
1 900～2 200
2 700
2 500
45～50
32～40
35～40
20～25
铝及铝合金
12
21
34
80
2.8
3.0
3.2
3.5
215
230
240
245
250
300
350
350
125
130
140
150
4 400
4 400
4 400
4 400
784
75～80
35
10
紫铜
5
18
38
－
3.2
3.2
－180
252
310
340
304
70
84
106
1 420
1 660
1 570
94
30
11.3
低碳钢
50
85
7
10
252
252
300
300
110
110
1 050
1 230
10
5
铸铁
5
18
35
－
－
－
－
－
－
300
360
370
70
73
100
1 450
1 510
1 500
60
25
8.4

表5 水再压缩等离子弧切割有色金属和高合金钢的工艺参数
材 料
板厚
/mm
空载电压/V
工作电压/V
切割电流/A
氮气流量/L.h-1
压缩水流量/L.min-1
切割速度/cm.min-1
喷嘴孔径/mm
割缝宽度/mm
内喷嘴
外喷嘴
铝合金
17
26
38
40
480
480
490
490
180
180
190
200
260
260
290
290
1 800
1 800
2 100
1 350
0.75
1.00
0.75
1.00
54
45
30
15
4
4
4
4.3
6
6
6
6
3.5
4.0
5.0
10.0
不锈钢
14
18
480
480
170
180
200
300
1 650
1 650
1.25
1.25
54
54
4
4
6
6
4.0
4.0
紫铜
15
490
200
300
1 350
1.00
54
4
6
4.0
工具钢
40
490
200
290
2 100
0.75
30
4
6
5.0

表6 水再压缩等离子弧切割碳钢的工艺参数
板 厚
/mm
切割电流/A
喷嘴孔径/mm
氮气流量/L·min-1
压缩水流量/L·min-1
切割速度/cm·min-1
备 注
3.2
6.3
12.5
19.0
25.0
38.1
300
350
400
400
550
600
4.2
4.2
4.2
4.2
4.8
4.8
78
1.4
4.5
3.8
2.5
1.25
1.5
0.7
大功率水压缩等离子弧能切割厚70mm的钢板

(1)切割电流
电流和电压决定了等离子弧的功率。随等离子弧功率的提高，切割速度和切割厚度均可相应增长。一般依据板厚及切割速度选择切割电流。提供切割设备的厂家都向用户说明某一电流等级的切割设备可以切割板材的最大厚度。
对于拟定厚度的板材，切割电流越大，切割速度越快。但切割电流过大，易烧损电极和喷嘴，且易产生双弧，因此对一定的电极和喷嘴有一定合适的电流。切割电流也影响切割速度和割口宽度，切割电流增大会使弧柱变粗，致使切口变宽，易形成V形割口。表7列出等离子弧切割电流与割口宽度的关系。

表7 等离子弧切割电流与割口宽度的关系
切割电流/A
20
60
120
250
500
割口宽度/mm
1.0
2.0
3.0
4.5
9.0

（2）切割电压
虽然可以通过提高电流增长切割厚度及切割速度，但单纯增长电流使弧柱变粗，切口加宽，所以切割大厚度工件时，提高切割电压的效果更好。空载电压高，易于引弧。可以通过增长气体流量和改变气体成分来提高切割电压，但一般切割电压超过空载电压的2/3后，电弧就不稳定，容易熄弧。因此，为了提高切割电压，必须选用空载电压较高的电源，所以等离子弧切割电源的空载电压不得低于150V，是一般切割电压的2倍。
切割大厚度板材和采用双原子气体时，空载电压相应要高。空载电压还与割枪结构、喷嘴至工件距离、气体流量等有关。
（3）切割速度
切割速度是切割过程中割炬与工件间的相对移动速度，是切割生产率高低的重要指标。切割速度对切割质量有较大影响，合适的切割速度是切口表面平直重要条件。在切割功率不变的情况下，提高切割速度使切口表面粗糙不平直，使切口底部熔瘤增多，清理较困难，同时热影响区及切口宽度增长。
切割速度决定于材质板厚、切割电流、气体种类及流量、喷嘴结构和合适的后拖量等。在同样的功率下，增长切割速度将导致切口变斜。切割时割炬应垂直工件表面，但有时为了有助于排除熔渣，也可稍带一定的后倾角。一般情况下倾斜角不大于3°是允许的，所认为提高生产率，应在保证切透的前提下尽也许选用大的切割速度。
（4）气体流量
气体流量要与喷嘴孔径相适应。气体流量大，利于压缩电弧，使等离子弧的能量更为集中，提高了工作电压，有助于提高切割速度和及时吹除熔化金属。但当气体流量过大时，会因冷却气流从电弧中带走过多的热量，反而使切割能力下降，电弧燃烧不稳定，甚至使切割过程无法正常进行。
适本地增大气体流量，可加强电弧的热压缩效应，使等离子弧更加集中，同时由于气体流量的增长，切割电压也会随之增长，这对提高切割能力和切割质量是有利的。
（5）喷嘴距工件高度
喷嘴到工件表面间的距离增长时，电弧电压升高，即电弧的有效功率提高，等离子弧柱显露在空间的长度将增长，弧柱散失在空间的能量增长。结果导致有效热量减少，对熔融金属的吹力减弱引起切口下部熔瘤增多，切割质量明显变坏，同时还增长了出现双弧的也许性。
当距离过小时，喷嘴与工件间易短路而烧坏喷嘴，破坏切割过程的正常进行。在电极内缩量一定（通常为2～4mm）时，喷嘴距离工件的高度一般在6～8mm，空气等离子切割和水再压缩等离子弧切割的喷嘴距离工件高度可略小于6～8mm。除了正常切割外，空气等离子弧切割时还可以将喷嘴与工件接触，即喷嘴贴着工件表面滑动，这种切割方式称为接触切割或笔式切割，切割厚度约为正常切割时的一半。
几乎所有的金属材料和非金属材料都可以进行等离子弧切割。氩-氢和氮等离子弧切割不锈钢、铝、铜的工艺参数分别见表8、表9、表10。LG8-25型小电流和大电流空气等离子弧切割的工艺参数见表11和表12。小电流和大电流氧等离子弧切割的工艺参数分别见表13和表14。
表8 氩-氢和氮等离子弧切割不锈钢的工艺参数
厚 度
/mm
喷嘴孔径/mm
电弧电压/V
切割电流/A
切割速度
/ L·h-1
气体流量和种类/m3·h-1
氮
氢
氩
12
2.4
110～140
150～160
100～130
2.4
－
－
16
2.8
130～140
200～210
85～95
2.4～3.0
－
－
20
2.8
130～140
200～210
70～80
3.0
－
－
25
3.0
130～140
240～250
45～55
3.0
－
－
30
3.2
140～150
270～280
30～35
3.0
－
－
40
3.5
140～150
320～340
25～30
3.0
－
－
60
4.5
140～150
370～380
13～15
3.0
－
－
70
4.5
140～150
390～400
10～12
2.4
－
0.6
80
5.5
145～150
400～420
8～9
2.4
－
0.6
100
5.5
150～160
500～600
9～12
－
2.0
3.0
125
5.5
150～170
500～600
7～10
－
2.0
3.6
150
6～7
160～180
600～800
4.5～8
－
2.2
4.0
200
7～9
180～200
700～1 000
3～7.6
－
2.8
5.7

表9 氩-氢和氮等离子弧切割铝的工艺参数
厚 度
/mm
喷嘴孔径/mm
工作电压/V
切割电流/A
切割速度
/ L·h-1
气体流量和种类/m3·h-1
氮
氢
氩
6
2.4
100～140
180～200
200～400
－
0.9
1.7
10
2.4～3.2
100～150
200～280
200～300
－
0.9
1.8
20
2.8～3.5
120～150
280～320
100～130
－
1.0
2.1
30
2.8～3.5
120～150
280～320
30～80
－
1.0
2.0
40
3.5～4
120～150
300～350
30～50
－
1.0
2.0
50
3.5～4
130～150
300～350
20～35
－
1.0
2.0
60
4～4.5
130～150
300～350
15～25
－
1.0
2.0
70
4～4.5
140～160
340～380
15～20
－
1.0
2.0
80
4.5～5.5
160～180
350～400
15～20
2.5
1.4
－
100
5～5.5
160～180
400～420
15～17
2.8
1.4
－
120
5～5.5
160～180
400～450
15
2.9
1.5
－
150
5.5～6
180～200
500～600
8～10
3
1.6
－

表10 氩-氢和氮等离子弧切割铜的工艺参数
厚 度
/mm
喷嘴孔径/mm
工作电压/V
切割电流/A
切割速度
/ L·h-1
气体流量和种类/m3·h-1
氩
氢
10
2.8～3.5
120～140
200～300
60～100
1.6
0.5
20
3.5～4.0
120～140
300～350
20～30
2
0.8
30
3.5～4.0
120～140
300～350
12～14
2
0.8
40
3.5～4.0
120～140
320～380
8～14
2
1
50
4～4.5
130～150
350～400
6～8
2.5
1
80
4.5～5.5
150～160
400～450
5～7
2.5
1
100
5～5.5
150～160
450～500
4～6
2.5
1
120
5～5.5
160～170
480～550
3～5
2.5
1
150
5.5～6.0
160～180
500～600
24
2.5
1

表11 LG8-25型小电流空气等离子弧切割的工艺参数
材 料
工件厚度/mm
切割电流/A
空气压力/kPa
空气流量
/ L·min-1
喷嘴孔径/mm
切割速度
/cm·min-1
碳钢
2
3
6
8
25
25
25
25
343
8
1.0
＞100
70
40
22
不锈钢
2
4
6
8
25
25
25
25
343
8
1.0
100
61
40
20
铝
2
4
25
25
343
8
1.0
102
35

表12 LG8-25型大电流空气等离子弧切割的工艺参数
材 料
板厚
/mm
切割速度/cm.min-1
喷嘴孔径/mm
气体流量/L.min-1
割缝宽度/mm
切割面斜度/(°)
备 注
上口
下口
左
右
切割电流150A时
4.5
6
9
12
16
19
580
430
240
200
140
90
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
2.3
35
35
35
35
35
40
3.4
3.5
3.6
3.7
3.7
4.0
2.0
2.0
2.1
2.1
2.2
2.3
10.0
9.1
6.2
4.1
2.8
2.2
6.3
4.5
3.2
2.7
2.1
1.7
喷嘴高度6mm,后两种工艺难以获得无粘渣切口
切割电流250A时
6
9
12
16
19
25
500
380
310
200
16
110
2.5
40
4.3
4.4
4.4
4.5
4.6
4.7
2.1
2.3
2.4
2.6
2.8
3.1
5.5
4.8
4.3
3.5
3.2
2.8
4.3
3.6
3.1
2.6
2.2
1.6
喷嘴高度6mm,后两种工艺难以获得无粘渣切口

表13 小电流氧等离子弧切割的工艺参数
材 料
板厚

/mm
切割
电流
/A
喷嘴
孔径
/mm
工作气体流量/L.min-1
切割速度/cm.min-1
割缝宽度/mm
备 注
正常切割
无粘渣切割
上口
下口
不锈钢
0.6
1.2
2.6
3.2
5.0
10.0
15.0
83
1.4
15
600
600
540
480
320
125
70
355
300
190
160
110
60
50
2.1
2.3
2.6
2.6
2.8
2.9
3.1
1.6
1.4
1.2
1.1
1.0
1.0
1.6
喷嘴高度
5mm
氧气压力
392kPa
碳钢
0.5
1.0
1.6
2.3
3.2
4.5
6.0
9.0
12.0
80
1.4
15
600
600
600
450
380
280
200
100
70
600
600
580
430
285
205
145
75
50
2.4
2.4
2.5
2.6
2.6
2.8
3.0
3.3
3.6
1.5
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.2
1.6
2.4
喷嘴高度
5mm
氧气压力
392kPa
注：日产KPC-80A切割机。

表14 大电流（150A）氧等离子弧切割的工艺参数
板 厚
/mm
切割速度/cm·min-1
喷嘴孔径/mm
气体流量/L·min-1
割缝宽度/mm
切割面斜度/(°)
备 注
上口
下口
左
右
4.5
6.0
9.0
12.0
16.0
19.0
600
450
270
220
170
110
1.8
1.8
1.8
1.8
2.3
2.3
35
35
35
35
40
40
3.6
3.8
4.2
4.6
4.9
5.2
1.1
1.3
1.7
1.9
2.2
2.4
13.0
10.0
7.3
6.0
5.3
4.7
6.7
5.0
3.7
3.0
2.7
2.3
切割材料：碳钢
喷嘴高度6mm
后两种工艺略粘有熔渣，切割过程不稳定

3． 等离子弧切割质量
切口质量重要以切口宽度、切口垂直度、切口表面粗糙度、切纹深度、切口底部熔瘤及切口热影响区硬度和宽度来评估。等离子弧切口的表面质量介于氧-乙炔切割和带锯切割之间，当板厚在100mm以上时，因较低的切割速度下熔化较多的金属，往往形成粗糙的切口。
良好切口的标准是：其宽度要窄，切口横断面呈矩形，切口表面光洁，无熔渣或挂渣，切口表面硬度应不妨碍切后的机加工。
（1）切口宽度和平面度
切口宽度是指由切割束流导致的两个切割面在切口上缘的距离。在切口上缘熔化的情况下，指紧靠熔化层下两切割面的距离。
等离子弧往往自切口的上部较下部切去较多的金属，使切口端面稍微倾斜，上部边沿一般呈方形，但有时稍呈圆形。等离子弧切割的切口宽度比氧-乙炔切割的切口宽度宽1.5～2倍，随板厚增长，切口宽度也增长。对板厚在25mm以下的不锈钢或铝，可用小电流等离子弧切割，切口的平直度是很高的，特别是切割厚度8mm以下的板材，可以切出小的棱角，甚至不需加工就可直接进行焊接，这是大电流等离子弧切割难以得到的。这对薄板不规则曲线下料和切割非规则孔提供了方便。
切割面平面度是指所测部位切割面上的最高点和最低点、按切割面倾角方向所作两条平行线的间距。
等离子弧切口表面存在约0.25～3.80mm厚的熔化层，但切口表面化学成分没有改变。如切割含Mg5％的铝合金时，虽有0.25mm厚的熔化层，但成分未变，也未出现有氧化物。若用切割表面直接进行焊接也可以得到致密的焊缝。切割不锈钢时，由于受热区不久通过649℃的临界温度，使碳化铬不会沿晶界析出。因此，用等离子弧切割不锈钢是不会影响它的耐腐蚀性的。
（2）切口熔瘤消除方法
在切割面上形成的宽度、深度及形状不规则的缺口，使均匀的切割面产生中断。切割后附着在切割面下缘的氧化铁熔渣称为挂渣。
以不锈钢为例，由于不锈钢熔化金属流动性差，在切割过程中不容易把熔化金属所有从切口吹掉。不锈钢导热性差，切口底部容易过热，这样切口内残留有未被吹掉的熔化金属，就和切口下部熔合成一体，冷却凝固后形成所谓的熔瘤或挂渣。不锈钢的韧性好，这些熔瘤十分坚韧，不容易去除，给机械加工带来很大困难。因此，去除不锈钢等离子弧切割的熔瘤是一个比较关键的问题。
在切割铜、铝及其合金时，由于其导热性好，切口底部不易和熔化金属重新熔合。这些熔瘤虽“挂”在切口下面，但很容易去除。
采用等离子弧切割工艺时，去除熔瘤的具体措施如下。
①保证钨极与喷嘴的同心度。钨极与喷嘴的对中不好，会导致气体和电弧的对称性被破坏，使等离子弧不能很好地压缩或产生弧偏吹，切割能力下降，切口不对称，引起熔瘤增多，严重时引起双弧，使切割过程不能顺利进行。
②保证等离子弧有足够功率。等离子弧功率提高，即等离子弧能量增长，弧柱拉长，使切割过程中熔化金属的温度提高和流动性好，这时在高速气流吹力的作用下，熔化金属很易被吹掉。增长弧柱功率可提高切割速度和切割过程的稳定性，使得有也许采用更大的气流量来增强气流的吹力，这对消除切口熔瘤十分有利。
③选择合适的气体流量和切割速度。气体流量过小吹力不够，容易产生熔瘤。当其他条件不变时，随着气体流量增长，切口质量得到提高，可获得无熔瘤的切口。但过大的气体流量却导致等离子弧变短，使等离子弧对工件下部的熔化能力变差，割缝后拖量增大，切口呈V形，反而又容易形成熔瘤。
（3）避免双弧的产生
转移型等离子弧的双弧现象的产生与具体的工艺条件有关。等离子弧切割中，双弧的存在必然导致喷嘴的迅速烧损，轻者改变喷嘴孔道的几何形状，破坏电弧的稳定条件，影响切割质量；重者使喷嘴被烧损而漏水，迫使切割过程中断。为此，等离子弧切割与等离子弧焊接同样，必须从影响双弧形成的因素着手避免双弧的出现。
（4）大厚度切割质量
生产中已能用等离子弧切割厚度100～200mm的不锈钢，为了保证大厚度板的切割质量，应注意以下工艺特点。
①随切割厚度的增长，需熔化的金属时也增长，因此所规定的等离子弧功率比较大。切割厚度80mm以上的板材，一般在50～100kW左右。为了减少喷嘴与钨极的烧损，在相同功率时，以提高等离子弧的切割电压为宜。为此，规定切割电源的空载电压在220V以上。
②规定等离子弧呈细长形，挺度好，弧柱维持高温度的距离要长。即轴向温度梯度要小，弧柱上温度分布均匀。这样，切口底部能得到足够的热量保证割透。假如再采用热焓值较大、热传导率高的氮、氢混合气体就更好了。
③转弧时，由于有大的电流突变，往往会引起转弧过程中电弧中断、喷嘴烧坏等现象，因此规定设备采用电流递增转弧或分极转弧的办法。一般可在切割回路中串入限流电阻（约0.4Ω），以减少转弧时的电流值，然后再把电阻短路掉。
④切割开始时要预热，预热时间根据被切割材料的性能和厚度拟定。对于不锈钢，当工件厚度为200mm时，要预热8～20s；当工件厚度为50mm时，要预热2.5～3.5s。大厚度工件切割开始后，要等到沿工件厚度方向都割透后再移动割炬，实现连续切割，否则工件将切割不透。收尾时要待完全割开后才断弧。
大厚度工件切割的工艺参数见表15。

表15 大厚度工件切割的工艺参数
材 料
厚度

/mm
空载
电压
/V
切割
电流
/A
切割
电压
/V
功率

/kW
切割速度/m·h-1
气体流量/L·h-1
气体混合比/%
喷嘴直径/mm
氮
氢
氮
氢
铸铁
100
120
140
240
320
320
400
500
500
160
170
180
64
85
90
13.2
10.9
8.6
3 170
3 170
3 170
960
960
960
77
77
77
23
23
23
5
5.5
5.5
不锈钢
110
130
150
320
320
320
500
550
440～480
165
175
190
82.5
87.5
91
12.5
9.8
6.6
3 170
3 170
3 170
960
960
960
77
77
77
23
23
23
5.5
5.5
5.5

切口质量评估因素与切割工艺参数有关。假若采用的切割参数合适而切口质量不抱负时，则要着重检查电极与喷嘴的同心度以及喷嘴结构是否合适。喷嘴的烧损会严重影响切口质量。运用等离子切割开坡口时，要特别注意切口底部不能残留熔渣，不然会增长焊接装配的困难。
（5）常见故障和缺陷
等离子弧切割时，由于技术不纯熟或操作不妥，有时会产生一些故障和切割缺陷。表16给出等离子弧切割常见故障和缺陷的产生因素及改善措施。

表16 等离子弧切割常见故障和缺陷的产生因素及改善措施
故障和缺陷
产 生 原 因
改 善 措 施
产生“双弧”
电极对中不良
调整电极和喷嘴孔的同心度
喷嘴冷却差
增长冷却水（气）流量
切割时等离子弧气流上翻或熔渣飞溅到喷嘴上
掌握对的的起割和打孔要领，适当改变割炬角度或在工件上钻孔后起割
钨极内缩量过大或气流量太小
减小内缩量，适当增长气体流量
电弧电流超过临界电流
减小电流
喷嘴离工件太近
适当抬高割炬，适当增长气体流量
“小弧”引不燃
高频振荡器放电间隙不合适或放电电极端面太脏
调整高频振荡器放电间隙，打磨放电电极端部至露出金属光泽
钨极内缩量过大或与喷嘴短路
调整钨极内缩量
引弧气路未接通
检查引弧气路系统
断弧
（重要是小弧转为切割电弧时）
喷嘴高度过大
适当减小喷嘴高度
电源空载电压偏低
提高电源空载电压或增长电源串联台数
钨极内缩量过大
适当减小内缩量
气体流量太大
减少气体流量
工件表面有污垢或接工件的电缆与工件接触不良
切割前把工件表面清理干净或用小弧烘烧待切割区域。把接工件电缆与工件可靠地连接
钨极烧损严重
钨极材质不合适
应采用铈钨棒等作电极
工作气体纯度不高
改用纯度符合规定的气体
电流密度太大
改用直径大一些的钨极或减小电流
气体流量太小
适当加大气体流量
钨极头部磨得太尖
钨极端头重磨成合适角度
喷嘴使用寿命短
钨极与喷嘴对中不良
切割前调整好两者的同心度
气体纯度不高
改用纯度符合规定的气体
喷嘴冷却不良
设法增强冷却水对喷嘴的冷却，若喷嘴壁厚应适当减薄
在所用的切割电流下喷嘴孔径偏小
改用孔径大一些的喷嘴
喷嘴迅速烧坏
产生“双弧”
出现“双弧”时应立即切断电源，找出产生“双弧”的因素并加以克服
气体严重不纯，钨极成段烧熔而使电极与喷嘴短路
换用纯度好的气体
操作不妥，喷嘴与工件短路
注意操作
忘掉通水或切割过程中忽然断水；转弧时未加大工作气体流量或忽然停气
装置中应安装水压开关，保持电磁气阀良好，所（水）软管应采用硬橡胶管
切口熔瘤
等离子弧功率不够
适当加大功率
气体流量过小或过大
调节到合适的流量
切割速度过慢
适当提高切割速度
切割薄板时窄边导热慢
加强窄边的散热
电极偏心或割炬在切口中有偏斜，在切口的一侧就出现熔瘤
调整电极的同心度，把割炬保护在切口所在的平面内
切口太宽
电流太大
适当减小电流
气体流量不够，电弧压缩不好
适当增长气体流量
喷嘴孔径太大
改用孔径小些的喷嘴
喷嘴高度过大
把割炬压低些
切割面不光洁
工件有油脂、污垢或锈蚀等
切割前将工件清理干净
气体流量过小
适当增大气体流量
切割速度不均匀成喷嘴高度上下波动
纯熟操作技术
割不透
等离子弧功率不够
增大功率
切割速度太快
减少切割速度
气体流量太大
适当减小气体流量
喷嘴高度过大
把割炬压低些

等离子弧切割面的粗糙度与被切割材料的材质、工件气体的种类以及切割工艺参数有关。在对的选用切割工艺参数和操作条件，不同材质和工作气体时，切割面的实际粗糙度水平大体如下。
①碳素钢和低合金钢采用氧、空气和水再压缩等离子弧切割时，切割面相称光洁，其粗糙度一般都低于20μm，优于氧气切割。
②不锈钢采用氩-氢等离子弧切割可获得光滑的切割面。采用氮等离子弧切割时粗糙度较大，而用空气和氧等离子弧切割较氮作工作气体时稍粗，但一般都低于110μm。
③铝及铝合金采用氩-氢和氮等离子弧切割时切割面的粗糙度有所不同。使用氮气时粗糙度比氩-氢混合气体要大得多，而采用空气和氧等离子弧切割时切割面更粗糙。水再压缩等离子弧切割可获得光滑、白亮的切割面。
（6）切割面的焊接特性
等离子弧切割热影响区组织与气割时不同，一般仅由两个区段组成。切割面的外层为铸造金属区，由切口中未被吹除的熔融金属凝固后形成枝晶组织，该区段的厚度同金属的材质有关。材质为奥氏体不锈钢时通常为奥氏体+铁素体，材质为低碳钢和铝合金时，该区段的厚度占热影响区总宽度的20%～30%；而奥氏体不锈钢则占总宽度的50%～90%。切割工艺参数匹配合适的情况下，有时也也许不出现铸造金属区。
内层为金属组织改变区。在低碳钢切割时，由晶粒长大区、完全和不完全再结晶区组成。用非氧化性气体切割的场合，因不发生选择性氧化，切割面不发生增碳。而用空气和氧等离子弧切割时，切割面发生增碳现象，也出现马氏体组织，并产生压缩残余应力。在空气等离子弧切割时，切割面还发生增氮。在切割不锈钢时，大晶粒区的宽度占热影响区的5%～50%。
与氧-乙炔火焰切割相比，等离子弧切割速度大于氧-乙炔切割时，热影响区宽度小于气割。当两者的切割速度相同时，等离子弧切割的热影响区宽度比气割时大50%（实验条件是：板厚30mm，割炬功率30kW）。
等离子弧切割0Cr18Ni9Ti不锈钢时，热影响区宽度与板厚的关系大体如下：
板厚50mm时，热影响区宽度1.5～2.0mm；
板厚20mm时，热影响区宽度0.05～0.2mm；
板厚10mm时，热影响区宽度更小。
水再压缩等离子弧切割中档厚度不锈钢板时，热影响区宽度仅为0.02mm。等离子弧切割厚度50mm的铝合金板材时，热影响区宽度为3mm左右。
下图所示为几种等离子弧切割法加工奥氏体不锈钢时切割速度与板厚的关系。由图可见，在切割厚度40～50mm以下的不锈钢时，O2等离子弧的切割速度最快，Ar+H2等离子弧切割速度最慢，但后者的切割质量优于前者。

碳素钢等离子弧切割面的焊接特性重要取决于工作气体的种类。
①氧等离子弧切割面与气割面同样，割后可直接用于焊接。
②空气或氮等离子弧切割时，切割面上形成有白色氮化层，这种切割面直接用于焊接会产气愤孔。
③水再压缩等离子弧切割碳素钢，即使用氮作工作气体，切割面基本上也不形成氮化层，一般直接用于焊接。
实验结果表白，空气等离子弧切割面，用于CO2焊接的对接焊缝及用于手工电弧焊和CO2药芯焊丝的角焊缝时，X射线拍片的结果与气割边接近。而采用活性气体保护焊（MAG）和埋弧焊（SAW）焊接的对接焊缝，不仅气孔数量大大增长，并且X射线拍片不合格。特别是埋弧焊时，气孔很多，有的直接穿透到焊缝表面。
因此，用于焊接的空气等离子弧切割面在焊前须进行打磨或用氧-燃气火焰加热将表面上的氮化层除去。
不锈钢切割面的焊接接头，经外观检查和X射线探伤，结果都符合规定，并且焊接接头的力学性能也都合格。这表白，用N2和Ar+H2混合气体切割不锈钢对焊接接头质量均无影响。