摘 要：本丈概述了壓力容器常用材料不銹鋼、鋁、碳鋼的幾種常用等離子切割方法及其工藝特性和切割參數(shù)，以及針對(duì)不同材料和切割要求的等離子切割方法選用。
    關(guān)鍵詞：等離子切割方法；工藝特性；工作氣體；切割速度；切割特性
    不銹鋼、鋁和碳鋼為壓力容器的常用材料，其下料方法有很多種，等離子切割以其高效、應(yīng)用范圍廣、切割面光潔、熱變形小及適合加工各種形狀等特點(diǎn)，成為最常用的下料方法，在壓力容器的制造中起著重要的作用。 
    由于等離子切割是以工作氣體作為導(dǎo)電介質(zhì)，攜帶熱量、熔化加工金屬并吹除切口中的熔融金屬來達(dá)到切割目的的，因此不同的工作氣體對(duì)等離子的切割特性、質(zhì)量、速度等方面都有明顯的影響。下面介紹幾種常用等離子切割方法及其工藝特性和切割不同材料時(shí)等離子切割方法選用。
1 常用等離子切割方法及其工藝特性
1．1 等離子空氣切割法 
    等離子空氣切割法以干燥的壓縮空氣作為加工氣體，主要用于切割碳鋼，也可用于切割不銹鋼和鋁。由于空氣主要由氮?dú)夂脱鯕饨M成，切割碳鋼時(shí)，切口中氧與鐵的放熱反應(yīng)提供了附加的熱量，同時(shí)生成表面張力低、流動(dòng)性好的FeO熔渣，改善了切口中熔融金屬的流動(dòng)性，因此不但切割速度較快，而且切割面較光潔，切口下緣基本不粘渣，切割面斜角較小。切割不銹鋼和鋁時(shí)，氧與不銹鋼中的鉻和鋁起反應(yīng)，其切割面較粗糙，一般對(duì)切割表面質(zhì)量要求較高時(shí)不采用這種加工方法。 
    等離子空氣切割法主要存在以下缺點(diǎn)： 
    (1)切割面上附有氮化層，焊接時(shí)焊縫中會(huì)產(chǎn)生氣孔，因此用于焊接的切割邊，需用砂輪打磨，去除氮化層。 
    (2)由于存在氧化作用，電極和噴嘴易損耗，使用壽命較短。 
    由于壓縮空氣的成本較低，這種切割方法在大批量的非焊接碳鋼板的切割中使用較為廣泛。 
    其不同電流強(qiáng)度下，常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖1所示。
            
1．2 等離子氧氣切割法 
    等離子氧氣切割法以氧氣作為工作氣體，主要用于切割碳鋼、鋁。氧的離解熱高、攜熱性好，粒子復(fù)合時(shí)的放熱量大，投入切割的熱量多，因此可獲得較高的切割速度。在加工碳鋼時(shí)，因切割過程中的鐵—氧反應(yīng)提供了大量的附加熱量，促進(jìn)了切割速度的進(jìn)一步提高。 
    與等離子空氣切割法相比，等離子氧氣切割法在切割碳鋼時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)： 
    (1)切割速度更快； 
    (2)切割面更光潔，呈金屬光澤，尤其是無氮化層，切割后可直接用于焊接； 
    (3)切口下緣不粘渣； 
    (4)切割變形小，精度高。 
    等離子氧氣切割法也存如下缺點(diǎn)： 
    (1)因氧化作用強(qiáng), 電極損耗更快，使用壽命短； 
    (2)切割面斜角較大。 
    其不同電流強(qiáng)度下，常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖2、圖3所示。
 
1. 3 等離子氮?dú)馇懈罘?/strong> 
    等離子氮?dú)馇懈罘ㄒ缘獨(dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w, 主要用于切割不銹鋼。氮的導(dǎo)熱和攜熱性能較好，弧柱也較長，因此具有較好的切割能力。但切割的表面質(zhì)量不是很好，且切割面有氮化物。相對(duì)氧氣而言，氮?dú)獾膬r(jià)格較低，因此這種切割方法一般只用于對(duì)切割表面質(zhì)量要求不高且不直接用于焊接的不銹鋼下料。 
    其不同電流強(qiáng)度下，常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖4所示。
               
1. 4 等離子氬—氫氣切割法 
    等離子氬—氫氣切割法以氬和氫的混合氣體作為工作氣體，主要用于切割不銹鋼和鋁。氬易電離，可形成穩(wěn)定的等離子弧，加之原子量大，等離子流的動(dòng)量也大。而氫的導(dǎo)熱性好，電離粒子復(fù)合時(shí)放熱量高。兩者相結(jié)合能形成穩(wěn)定、能量密度高、弧柱長的等離子弧，切割能力強(qiáng)，切口寬度和切割面斜角較小，切口光潔，切割中產(chǎn)生的氮氧化物較少，是等離子切割中切割質(zhì)量較好的一種方法。但這種切割方法使用混合氣體作為工作氣體，須增加一混合裝置，使氬和氫很好地混合在一起。 
    由于氬氣和氫氣的價(jià)格較高，且氫氣為危險(xiǎn)氣體，一般這種切割方法主要用于切割其他等離子切割無法加工的對(duì)切口要求較高的較厚不銹鋼和鋁工件，且使用環(huán)境符合安全要求的情況下。 
    其不同電流強(qiáng)度下，常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖5、圖6所示。
 
1．5 等離子氮?dú)馑疁u流切割法 
    等離子氮?dú)馑疁u流切割法以氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，主要用于切割不銹鋼和鋁。工作氣體通過渦流環(huán)形成渦旋氣流，使等離子流也以渦旋方式射向工件，從而可獲得一個(gè)斜角極小的切割邊。 
    在工作氣體的周圍，是經(jīng)過處理的高壓水流，使電弧能量密度大大提高，形成了溫度極高、挺度好及流速大的等離子弧。另外，部分水離解成氫和氧，對(duì)切割過程也有一定的促進(jìn)作用。 
    和其他等離子切割方法相比等離子氮?dú)馑疁u流切割法具有以下特點(diǎn)： 
    (1)切割速度快； 
    (2)切割質(zhì)量好。切口寬度小，切割面光潔，斜角極小，切口下緣不粘渣 
    (3)切割變形很小，精度高； 
    (4)噴嘴壽命長； 
    (5)適合水下加工，基本無煙塵和弧光，噪聲低。 
    其不同電流強(qiáng)度下，常用板厚和切割速度之間的關(guān)系如圖7、圖8所示。
          
2 切割不同材料時(shí)等離子切割方法選用
    由上述可知，對(duì)于不同的切割材料及切割要求，有多種等離子切割方法可以選用。下面從切割速度、切割質(zhì)量、切割變形、焊前處理、操作成本等方面，對(duì)切割不銹鋼、鋁和碳鋼時(shí)常用等離子切割方法進(jìn)行比較，具體操作時(shí)可根據(jù)不同的切割要求選用合適的切割方法。
2．1 不銹鋼(見表1)
       
幾種常用不銹鋼材料切割方法的切割速度比較如圖9。

    幾種常用碳鋼材料切割方法的切割速度比較如圖11。