等離（lí）子切割機速度快，切割精度高，可（kě）切割（gē）材料多（duō），自1955年投入工業生產以來（lái）發展迅（xùn）速，在（zài）許（xǔ）多領域逐漸取（qǔ）代火焰切割（gē）和機械加工（gōng）。當前（qián）等離子切割技術較為成熟，但在某些領域應用較少，近年來，國內核（hé）電發展迅速，但核電管件加工成形一直采用整體鍛（duàn）造+機械加工的工藝（yì）方法，該工藝加工餘量大，材料浪費嚴重，製造周期漫（màn）長，成為製約我國核電裝備國產化並提升製造等級的主要瓶頸之一。為解決此問題，引入管件擠壓成形+等離子切割（gē）技術（shù），減少加（jiā）工餘料，縮短（duǎn）製造周期。文中主要研（yán）究核電大型複雜管件等離子切割技術研究。為了促進核電用不鏽鋼管件等（děng）離子切割技術發展和應用，文中敘述（shù）了等離子切割技術發（fā）展過程，總結了等離子切割質量與工藝參數的關係，采集了幾種（zhǒng）典型厚度（dù）不鏽鋼主要切割工藝參數（shù）。 
   1、等離子切割技術 
   1.1等離子（zǐ）體（tǐ）和等離子切割：等離子體是一種由氣態物質電離（lí）而成（chéng），由電（diàn）子、正負離子（zǐ）及中性原子或分子等組成的對外界呈電中性的電離氣體；等離子體（tǐ）是區別於固態、液態和氣態物質的另一種高能態，人們把它定義為物（wù）質的第四態。等離子弧是通過使用各（gè）種壓縮效應以造成弧柱（zhù）收縮而把高（gāo）度集中的熱量傳遞到較小截麵的電弧，該電（diàn）弧可產生於（yú）電極與工件之間或電極（jí）與（yǔ）槍體（tǐ）的（de）噴嘴之間。通常（cháng）把產生於電極與（yǔ）工件之間的等離（lí）子弧稱為轉移型等離子弧，把產生（shēng）於（yú）電極與噴嘴之間的稱為（wéi）非轉移（yí）型等離子弧，而把同時存在於電極與噴嘴（zuǐ）、工件之間的稱為（wéi）聯（lián）合型等離（lí）子弧。等離子切割是利用高溫高能量密度等離子電弧使工件切口處的金屬局部熔（róng）化或蒸發，並借高速等離（lí）子的（de）動（dòng）量排（pái）除熔融金屬以形成切口的一種切割方法；用（yòng）於等離子切割的主要是轉（zhuǎn）移型等離子弧[1]。 
   1.2等離子切割發展概況 ：1955年，美國人Gage申請了（le）第一項等離子切割專利，隨後美國Linde公司率先將等離子切割技術投入工（gōng）業（yè）生產，國內等離子切割技（jì）術於（yú）20世紀50年代末起步（bù）[1，2]。以下總結等離子切割發展過程中出現的幾（jǐ）種代表性工（gōng）作氣體和等離子切割技術（shù）。 
   1.2.1工作氣體：在等離子切割技（jì）術發展過程中，由於切割材質和切割質量的原因，人們嚐試（shì）過（guò）多種工作氣體，詳（xiáng）見表1。 
   1.2.2等離子切割（gē）技（jì）術 ：等離子切割技術在發展過程中湧現出多種切割技術和工藝類型，這些技術和工（gōng）藝的應用使得等離子切割的應用領域越來越廣泛，其中主要的技術詳見表2。表2等離子切割技術名稱簡（jiǎn）述及特點普通（tōng）等離子切割隻采用（yòng）某（mǒu）種氣體或某種混合氣體作為工作氣體進行切割（gē）。雙層（céng）氣流等離子切割在（zài）等離子弧噴嘴的外圍附加流量較大的輔（fǔ）助氣體（tǐ）對等離子弧進行再次壓縮，提高電弧能量密度，增強排（pái）渣能（néng）力；與普通等離子切割相比，具有更好切割質量和更快的切割速度。水再壓縮等離子切割在噴嘴外圍加上一圈噴水通道，噴出的（de）高（gāo）壓水在等離子弧周圍形成密閉水簾對（duì）電弧進行再次壓縮，使電弧具有更高的能量密度。切割速度快，切割質量好（hǎo），尺寸精度高，噴嘴壽命長，煙塵少、噪音低、弧光輻射少，但由於水會消耗（hào）較（jiào）大能量，因此需要較大功率的電源。小電流等離子切割一般使用空氣作為工（gōng）作氣體；用電省，切割薄板時速度快、熱變形小；但由於切割電流一般低（dī）於100 A，切割能力不超過40 mm。非高頻引弧等離（lí）子切割可有效地減少對電子產品的電磁幹擾和對（duì）電（diàn）網的高次諧波汙染，克服電網波動對切割質量的影響（xiǎng）。精細等離子切割大幅壓縮等離子（zǐ）弧，提高能量密度，且通過（guò）引進旋轉磁場等技（jì）術，提高電弧穩定性，改善切割質量和切割精度。智能化（huà）等離子切割具有智能化切割係統（tǒng），集數字控製技術、計算機技術（shù）、傳感（gǎn）檢測技術、信息處理技術、網絡通訊技術和精密機械技術（shù）於（yú）一體；能（néng）根據被切割材質和板厚，自動確定合（hé）適的工藝參數，實時檢測易損件使用情（qíng）況並自（zì）動提示易損件更換時間。 
   2、等離子切割質（zhì）量與工藝參數 
   等離子切割工藝參數主要（yào）有切割電流、工作氣體（tǐ）種類和流量、噴（pēn）嘴高度、切割速度等，而切割質（zhì）量主要涉及切割麵傾斜角度、割紋深度、掛渣、切口（kǒu）寬度和熱影響區大小等[3，4]；切割質量的好壞取決於工藝參數的選取是否合適，而合適的工藝參數的選取依賴於對（duì）工藝參數影響切割質量機理和（hé）規律的把握。以（yǐ）下總結等離子切割質（zhì）量與切割工藝參數的關係。 
   2.1切割麵傾斜角度：等離子切割機所形成的切口一般不是垂直的（de），切口頂部較寬而（ér）底部較窄，且兩側切割麵都存在一定的傾（qīng）斜角度，且左右兩側傾斜角度一般不相等，如圖1所示，βleft≠βright。這是由等離（lí）子（zǐ）弧熱量沿工件厚度方向（xiàng）分布不均造成的：等離子弧沿工件厚度方向，弧柱逐漸擴（kuò）散，電弧（hú）熱量逐漸衰減（jiǎn），溫度隨之降低，從而造成切口上寬下窄和切（qiē）割麵傾斜的形狀。 是切割速度和渦流方向。等離子切割時，切割速度較小，則切割麵傾（qīng）斜角度較小，隨著切（qiē）割速度的增加，切割麵的傾斜角度逐漸增大；但（dàn）切割速度過小時，電弧在工件上的陽極輝點移向切口下部，熱輸入形態發生變化，從而使切口變為上窄下寬。等（děng）離子切割工作（zuò）氣體一（yī）般以渦流形式通入，渦流方向分為右旋和左旋。圖2以右旋為例加以說明：切割速度為v0，渦流方向為右旋，渦流在A，B，C，D四點的線（xiàn）速度均為v1；因此左側合速度為v0+v1，右側合速度為v0-v1；切口左側切割麵傾斜角度（dù）大於右側。 
   2.2割紋深度：割紋深度表征切割麵的粗糙程度。等離子（zǐ）切割表麵割紋深度主要由工作氣體、切割電流等工藝參數決定。等離子切割時，切割電流、氣體流量等工藝參數不同，則獲得的切割麵割紋深度也不同；采用的工作氣體種類不同，則切割表麵割紋深度也不盡相同；例如，切割（gē）不鏽鋼時，采用氬氫混合氣作為工（gōng）作氣體能獲得光滑的切割麵，而采用氮（dàn）氣、空（kōng）氣或氧氣作（zuò）為工作氣（qì）體時切割表麵較為粗糙[5]。因此，為了獲（huò）得較為光滑的切割表麵，應針對被切割材質（zhì）選（xuǎn）擇相應的工（gōng）作氣體及其它合適的工藝參數。 
   2.3掛渣 ：掛（guà）渣即切口下緣粘渣現象，由於不鏽鋼熔化金屬流動性（xìng）差，切割時不容易從切口內吹掉；且不鏽鋼導熱性差，切口底部容易過熱，切口內未被吹掉的熔化金屬容易與切（qiē）口下緣熔合而造成掛渣。影響掛渣（zhā）的（de）主要（yào）因（yīn）素是（shì）切割速（sù）度。切割速度過快，則傳入工件底部的熱量過少而（ér）使之氧化不足，造成熔渣中母材含量較高，熔渣與切縫金屬粘著緊密而難以清除，這種難於（yú）清理的熔渣即高速（sù）熔（róng）渣（zhā）；切割速度再大時甚（shèn）至會出現切不透的情況；切割速度也不能（néng）過小，否則（zé）會出現低速熔渣。如圖3所（suǒ）示，對於某一厚度的（de）被切割工件，存在相應的不掛渣區間，切割速度在（zài）該區間內變化時都不會掛（guà）渣。 
   此外，氣體流量和（hé）電弧功率也會影響掛渣（zhā）量（liàng）。氣體流量過小時，吹力不足，掛渣增加；電弧（hú）功率不足時，熔化金屬的（de）流動性（xìng）差，難以吹離而增加掛渣。 
   2.4其它因素：切口寬度主要由切割速度、切割電流和噴嘴高度等決（jué）定，切割（gē）電流增大，則等離子弧柱變粗，割縫寬度增（zēng）大；切割速度增大，則切口寬度減（jiǎn）小。熱影響（xiǎng）區大（dà）小與切割速（sù）度、電弧功率、工作氣體等有很大關係（xì）[4]。等離子切割時，應根據被切割材質（zhì）和切割厚度，選取合適（shì）的（de）工藝參數，確保獲得良好的切割質量，即光滑的切割麵，較（jiào）小的傾斜角，較窄的切口（kǒu）寬度和熱影響（xiǎng）區，以及無掛渣或僅有少量掛渣且（qiě）容易清理等。由於課題涉及20～100 mm厚度範圍不鏽鋼管件等離子切割工（gōng）藝研究，因此摘錄並總結了幾種典型厚度不（bú）鏽鋼主要切割工藝參數，詳見表3。 
   3、結束語 
   敘述和總結了數控（kòng）等（děng）離子切割機技術（shù）及其發展過程，等離子切割質量與工藝參數的關係及規律，為等（děng）離子切割工藝試驗提供了技術支持；並且采集了幾種典型厚度不鏽鋼主要（yào）切（qiē）割工藝參數，對等離子切割在核電不鏽（xiù）鋼管件的應用和推廣有重要的推動作用。 
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