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1．火焰切割用气体
1. 燃气
目前生产中所用的燃气品种及它们的主要性质见表1，以前用量最多的是乙炔，近年来，由于丙烷价格便宜，使用安全，气源充足，综合效果优于乙炔及其他燃气，故用量大大增加。 （图片） ① CH427%，H256%，CO6%，N25%，CO23%，O21%，其他2%。
2. 氧气
氧气在火焰切割中用量较大。我国绝大部分用的是瓶装气态氧，其缺点是质量不稳定，影响切割质量和效率且增加耗量，造成大量的钢瓶和运输时间的浪费。使用液氧其优越性相当大。由于氧在液体对储量大、运输效率高、气体质量好、辅助时间少的优点，用于火焰切割可大大提高工作效率和切割质量，值得大力推广。
2．火焰精密快速切割
火焰精密快速切割是近20年发展起来的一项新的切割工艺。它是将空气动力学中的超音速喷管原理应用于割嘴的结构设计上，以提高切割氧流的出口速度和减少紊流度。使高速氧流激烈氧化切口的燃烧反应区金属，并强烈冲刷切口的氧化熔渣，从而使切割速度和切割面质量得到显著提高。切割面质量可达机加工的Ra12.5μm、Ra6.3μm，与普通切割比切割速度可提高30％以上。割缝变窄，耗氧量下降15％左右。可大大提高生产效率和降低成本。
（图片）
精密快速切割关键在割嘴的切割氧孔道与普通割嘴不同。图1表示超音速特型曲面割嘴切割氧孔道的特点。这种割嘴产生的氧流束紊流度低、能量损失小，在切割氧孔道超音速过渡段中能将氧流经过喉部产生的良
好的径向放射形泉流逐渐地平滑过渡到均匀、平行的超音速流束层。割嘴风线长，挺直、冲力强。
精密快速切割的另一个关键是氧气纯度，氧气纯度从99.5％降低到98.0％，切割速度将下降25％，而氧耗量则增加50％。如将氧气纯度从99.5％提高到99.8％，切割速度可提高25%。而且切割质量也有提高。
手工切割难以保证精密快速切割的效果。要显示精密快速切割的优越性，必须用各种切割机来配合实现。按机械化的程度不同，切割机分类见表1。
（图片）
由各种切割设备的配合，大大显示了精密快速切割的优越性。可以切割各种复杂的零件，切割后可直接焊接，代替了部分机械加工。
3．数控切割技术
数控切割技术是在精密快速切割工艺基础上发展起来的一项自动化的高效切割技术。数控切割技术的重要部分是数控切割机，数控切割机由数控系统、编程系统、气路系统及机械运行系统等部分组成。
1．数控系统
数控系统是切割机的重要组成部分，它由计算机系统、伺服系统、控制单元及执行机构组成。
（1）计算机系统 由计算机主机、显示器及键盘组成。计算机主机目前多采用工控机。显示器均采用彩色显示器。
（2）伺服系统 是在计算机控制下对电动机进行闭环控制，以实现电动机的无级调速。因钢板切割现场条件较差，切割速度不高，故伺服系统目前多采用交流伺服系统。交流伺服系统抗干扰能力强，尤其在低速情况下，优点更为突出。
（3）控制单元 是计算机与手控切换，将手控和计算机控制信号进行逻辑处理的中心，即发出控制信号的中心，以实现计算机、各电动机及各电磁气阀的控制。
（4）执行机构包括各电动机和各电磁气阀等。
2．编程系统
编程系统是为数控切割机开发的零件编程及套料的计算机辅助系统。可把整个生产过程（包括辅助过程）形成一个整体并系统地组织起来。用户可在相互问答方式下，利用系统提供的多种图形输入手段，方便灵活地建立编辑零件图形及实现钢板套料。使现代生产手段与现代管理融为一体。编程机将程序编好在软盘上面后输人切割机的控制系统，启动切割机即可进行切割。也可在切割机上进行简单编程。
3. 气路系统
气路系统包括各供气管路、阀门、减压器、压力表及电磁气阀。各气路的通断均预先调好后由控制系统统一控制实现自动通断。
4．机械运行系统
机械运行系统由横梁、沿座、减速机构、升降机构等组成。由于实现了自动控制，对机械运行系统的精度提出了更高的要求。如机械运行直线度：10m±0.2mm。
由于采用了计算机控制系统。可使整个切割生产过程：包括钢板的校平、喷丸除锈、涂漆、烘干、切割零件编程套料、喷粉划线、零件切割、编号入库等全部实现自动化管理。这样就极大的提高了生产效率。配以精密快速切割工艺，切割质量可达机加工的Ra12.5μm、Ra6.3μm。使切割由机械下料跃为机械加工的一种工艺方法。
4．精密等离子弧切割技术
精密等离子孤切割技术是在普通等离子孤切割基础上发展起来的。图1为精密等离子弧切割割嘴原理。
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精密等离子弧切割割嘴端面完全防护，使割嘴与工件完全绝缘。离子气和保护气以接力的方式进行作用。离子气只作用到喷嘴就由别的通道排出，而后保护气进行接力，杜绝了双弧现象，使等离子孤的压缩效果大大提高。等离子弧密度提高数倍。孤柱更细，切割质量大大提高。同时也防止了穿孔时切割飞溅对喷嘴的损害。精密等离子弧切割除割炬、割嘴具有如此先进的结构外还采取了恒定电流、恒定气流的控制，从而保证了弧柱的稳定性。采取的双气保护以根据不同材料选择不同气体组合可获得最佳切割效果。切割电源和割炬内采用吸热效果好的冷却液，极大提高冷却效果。割炬自动调高，极大提高电弧稳定性。远距离操作，大大降低高频对数控系统的干扰。软起弧大大提高电极寿命。由于采取以上种种措施，使得切割负载持续率达到100％。电极寿命提高许多倍。电极最高引抓可达1200次。切割速度和切割质量与普通等离子弧切割相比大大提高。精密等离子弧切割必须用于数控切割机上才能充分显示出其优越性。
5．激光切割技术
激光切割是当前世界上先进的切割工艺。它的最大优点是由于激光光斑小，能量集中，所以切割的割缝小、无挂渣、几乎没有热变形，切割面光洁度高。激光切割关键在激光源。切割厚度大小、切割质量优劣、切割稳定性如何等都取决于激光源的性能。通用的CO2工业激光源是用电场或高频振荡迫使密封在容器内的混合气体处于激发状态，并产生受激辐射的单色光，此种光辐射在反射镜及反射透射镜之间往复反射，等积聚到足够能量后由输出透镜射出。这种激光源电极距离工件远且电极装在激光束之中。电极易烧损，载流气体消耗大，激光波长有干扰。工作电压高（约10～25kV）形成操作上的不安全。激光源体积较大。维修比较复杂。易损件的消耗大。目前比较先进的是用高频谐振方式激发混合气体的激光源，这种激光源电极距离工件近且电极装在激光束之外。与通用的CO2工业激光源相比电极几乎没有烧损。载流气体消耗少。激光波长不受干扰。工作电压低（约l～1.2kV），操作十分安全。激光器体积小，维修简单。激光切割由于速度快、精度高，必须由微机控制的高速切割机来配合。现以德国TRUMPF公司的TLF2200和TLF2600激光发生器为例，表1和表2列出了激光器参数和切割参数。
（图片） （图片）
6．高压水射流切割
高压水射流切割的原理是将水增至超高压100～400MPa，经节流小孔（φ0.15～φ0.4mm),使水压热能转变为射流动能（流速高达900mm/s）。用这种高速密集的水射流进行切割。磨料水射流切割则是再往水射流中混入磨料粒子，经混合管形成磨料射流进行切割。在磨料射流中，水射流作为载体使磨料粒子加速，由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较之水射流其射流动能更大，切割效能更强。磨料水射流切割设备的组成和流程如下：
供水系统：是将水质软化，使pH值达到6～8，并精滤到0.5μm以下。蓝宝石水喷嘴的工作寿命取决于水质，直接用自来水时寿命仅为34h，用软化水寿命为78h，用混合展软水寿命高于200h。
增压系统：增压系统是设备的关键部分，其核心是增压器。增压比一般选10：1～20：1。水在420MPa时将被压缩12％。为使水压稳定在±5％之内，需在增压器与喷嘴之间设置蓄压器。增压缸和蓄压缸都是超高压压力容器，因此要有足够的疲劳强度和工作寿命。
高压水路系统：高压水路连接增压系统和切割头装置。要采用超高压钢管和旋转接头，钢管要有挠性，各类接头要小巧、可靠、灵活，旋转接头要有多种旋向型式和一定的工作寿命。
磨料供给系统包括料仓、磨料、流量阀和输送管。料仓形状和料仓内的网筛要保证磨料供给通畅、不至堵塞。流量阀应能控制磨料流量的通断和大小，还应能排除输送管中的水分。
切割头装置：切割头包括高压水开关阀和宝石质嘴、水/磨料混合室和混合管。混合管是易损件。以前用硬质含金制造，精切割时使用寿命约2h，粗切割寿命约10h。现改用工程陶瓷材料寿命高达20～100h。
接收装置：置于切割头和工件的下方，用来收集切割剩余射流。具有消能、降噪、防溅和安全等功能。射流暴露会产生高达42dB（A）的噪声。设置接收装置后，使噪声被控制在80～90dB（A）以内。
运动控制系统：高压水射流切割是一种高精度的切割工艺方法，必须由高精度的切割设备来实现。目前的切割设备均是微机控制或由工业机器人操作，可实行五轴联动。重复精度可达±0.05mm。
高压磨料水射流切割无尘、无味、无毒、无火花、振动小、噪声低。尤其适合恶劣的工作环境和有防爆要求的危硷环境。它可以切割各种金属、非金属材料，各种硬、脆、韧性材料，如钛镍合金、陶瓷、玻璃、复合材料等。是目前世界上先进的切割工艺方法之一。
11/13/2004
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