切割技术讲座

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1、切割技术讲座,哈尔滨焊接研究所切割中心 韩永馗,目 录,大厚度切割技术,高新技术在切割领域的应用,切割技术概述,主要切割工艺设备及应用,切割技术展望,1,切割技术概述,我们所讨论的切割技术,热切割,热切割方法分类,几种常见切割方法的原理、特点及用途,切割技术发展概要,切割是一种物理动作。 狭义的切割是指用刀等利器将物体（如食物、木料等硬度较低的物体）切开； 广义的切割是指利用工具，如机床、火焰等，使物体（固体材料）在压力或高温等能量的作用下分离断开。 切割在人们的生产、生活中有着重要的作用。,1 切割技术概述,我们所讨论的切割技术主要针对机械加工制造行业中金属材料的热切割技术和非热切割技术。不

2、包括机械切割技术（如剪切、锯切和铣切等）。 热切割技术包括：氧气切割技术；等离子切割技术；激光切割技术；电弧切割技术等； 非热切割技术：水射流切割技术,1.1 我们所讨论的切割技术,热切割就是利用热能使材料分离的切割，也就是说利用化学反应能、电能和光能的切割法在实施切割时都伴有热过程，一般统称为热切割。现在工业上应用的热切割法主要有：氧气切割、等离子切割、激光切割等。,1.2 热切割,1.3 热切割方法分类 JB/T10045.1-1999,热切割,1.3.1 按物理现象,1.3.2 按加工方法,1.3.3 按能源,11,1.4 几种常用切割方法的原理、特点及主要用途,早在19世纪末和20世纪

3、初期，利用氢-氧火焰和氧-乙炔火焰已开始进行焊接和钢板的熔割，但真正利用铁-氧燃烧反应原理的氧气切割法的工业应用，通常认为是从1905年起始的，也就是说，热切割技术发展至今已经有109年的历史。 1890年-英国人 Thomas Fletcher（托马斯 弗莱彻 ） 用氢-氧焰熔割钢板成功； 1900年-美国技术员Coleman（科尔曼）提出用中空碳棒内通氧气的电弧-氧熔割金属方法； 1901年德国技术员Ernit Henner（欧尼 赫内尔）获得氧矛打孔专利； 1904年比利时人Felix Jottrand(菲利克斯 基奥特兰)设计出有专用切割氧通道的氢-氧焰氧气切割炬；,1.5 切割技术发

4、展概要,11/13/2019,1.5 切割技术发展概要,1905年- Felix Jottrand的氢-氧焰氧气切割炬获得专利，利用铁-氧燃烧反应的氧气切割法开始进入工业应用(开启了切割技术新纪元)； 1906年Hans Muller（汉斯 穆勒）在美国推广应用氧矛切割法； 1909年德国技术员Bollweg获得水下氧气切割专利； 1921年-美国Himes(海姆斯)制成第一个等离子弧割炬； 1938年美国林德公司开发出附加铁粉的氧-熔剂气割法，并用于切割铸铁和高合金钢（18-8型和20-50型不锈钢）； 1943年比利时人F.C.Danhier（达尼耶）开发出用中空电极棒内通氧气的电弧-氧切

5、割法并获取专利；,1945年电弧-氧切割法获得工业应用；经改进的外涂绝缘层的割条制成并用于水下切割； 1949年比利时技术员Leduc（莱杜克）和Aubry（奥布里）开发的附加磨粒的氧-熔剂气割法获得专利，并用于切割铸铁和高合金钢； 1950年美国开发出空气碳弧气刨法； 1955年美国林德公司研制成功等离子切割机，等离子切割法进入工业应用（当时用于切割铝合金） 1960年美国人Mainan研制出第一台红宝石激光器。Ali Javan研制出第一台连续发光型氖-氦气体激光器。 1968年原民主德国的Mansfield公司与Manfred v. Ardenne研究所联合研制出空气等离子切割机，并投入

6、工业应用。,1.5 切割技术发展概要,11/13/2019,1.5 切割技术发展概要,1970年英国联合碳化物公司推出水再压缩等离子切割机。 1971年英国人Houldcroft在激光束中附加辅助气体实现了激光切割。第一台CO2气体激光切割机投入使用。 1971年英国制成第一台水射流切割机，并获实际应用。 1975年日本奥里京电气公司推出氧等离子切割机。 1982年附加磨料型水射流切割机研制成功。,2,主要切割工艺技术及应用,氧气切割,等离子切割,激光切割,水射流切割,11/13/2019,2.1 氧气切割技术,氧气切割简称气割，也称氧-火焰切割。它具有设备简单、灵活方便、质量好等优点，它适用

7、于切割厚度较大、尺寸较长的钢材，如大块钢板、铸钢件、锅炉、钢结构架。 切割原理：气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使金属剧烈氧化并放出热量，利用切割氧流把熔化状态的金属氧化物吹掉，而实现切割的方法。金属的气割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。,11/13/2019,2.1 氧气切割技术,由于切割方法利用了氧化作用，过薄或过窄的材料容易因热而产生变形大。 气割加工可以手动进行，也可以应用于自动化生产。手动加工时，工人需要在整个过程中需要佩戴防护面具。 气割的设备简单，操作灵活方便，可用于切割碳钢和普通低合金钢，准确地切出直线，

8、圆以及各种复杂的形状，切割厚度的范围较大。同时还易于实现自动化，特别是随着数控技术和光电跟踪技术以及更高质量割嘴的应用，这种趋势越来越明显。 氧气切割的条件：,（1）金属的燃烧点应低于其熔点。 （2）金属氧化物的熔点应低于金属的熔点。 （3）金属燃烧时要放出足够的热量。 （4）金属的导热性不能过高。 （5）生成的氧化物流动性要好。,2.1 氧气切割技术,11/13/2019,11/13/2019,气割实例,11/13/2019,2.1 氧气切割技术,经济效益： 相比其他切割金属的手段，这种热切割对生产来说是非常经济的。 单件价格与资金投入： 手工气割要求简单便捷，自动化切割一般不需要模具，按要

9、求的外形信息可由CAD文件等直接导入进行切割，通常来说这种切割方法生产成本相对较低。 切割速度： 生产的速度取决于要加工的材料种类和它的厚度。整个加工可以手动进行，也可以高度自动化；可单割炬切割也可多割炬同时作业，切割速度相比其他切割工艺较慢，气割主要用于中厚板的切割。,11/13/2019,2.1 氧气切割技术,切割表面质量: 由于切割速度和材料厚度等诸多条件限制，因此这种切割技术可以形成不同精细程度的切割表面。一般来说，中性火焰的调节以及根据切割板厚选择合适的切割速度即我们常说的切割工艺控制。在工艺控制较好的条件下，气割的切割表面质量是比较好的。 种类/加工形状的复杂程度： 气割工艺非常适

10、合厚重的金属材料。厚度在6毫米以下的金属会在加热后容易产生变形，同样的情况，也会在加工比较窄的材料时发生。加工形状的复杂程度主要取决于数控设备的性能。相对与等离子弧切割来说，气割的准备工序（调火）相对复杂。,11/13/2019,2.1 氧气切割技术,加工尺寸范围： 手动操作此工艺的话，对所切割材料的尺寸是没有限制的。而对于自动化加工来说，能加工的材料范围会受加工机械尺寸的限制。 切割材料： 单纯气割可切割的材料限于碳钢及合金钢等金属材料。 典型产品： 机械、压力容器、造船、冶金、建筑等诸多行业的零部件的毛坯加工和成品切割加工。 相似工艺： 等离子弧切割、激光切割。,11/13/2019,2.

11、1 氧气切割技术,切割优点 适应中厚金属板材切割。 适应徒手加工或者自动化加工。 经济性好。 适应多种燃气切割，受地域限制少。,切割缺点 相对于等离子和激光切割技术切割速度低。 切割变形较大。 氧-丙烷火焰现场切割,11/13/2019,2.2 等离子切割技术,等离子切割又叫做等离子弧切割。 工作原理：等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。,11/13/2019,等离子切割产品实例,11/13/2019,2.2 等离子切割技术,经济效益： 一般由数控设备和机器人等机械承载，由CAD文件确定。因此此项技

12、术可以用来处理单件材料或被用于大规模生产。 单件价格与资金投入： 由于不需要制作模具，而且切割形状是由计算机控制的，因此资金投入量较低。 切割速度： 等离子一般进行薄板切割，切割厚度一般不超过50mm。切割速度受工件厚度限制。切割普通碳素钢薄板时，速度可达气割法的56倍，且切割面光洁、热变形小、热影响区较小。,11/13/2019,2.2 等离子切割技术,切割表面质量: 等离子切割以其优良的加工质量而著称。 种类/加工形状的复杂程度： 等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；由于等离子切割质量较好，多数不需要再加

13、工，因此，等离子切割可进行较复杂形状的切割。,11/13/2019,2.2 等离子切割技术,加工尺寸范围： 一般用于自动化加工，能加工的材料范围会受加工机械尺寸的限制。 切割材料： 切割领域宽，几乎可切割所有金属材料。 典型产品： 多用于不锈钢和铝、铜、钛、镍的切割，需要高质量切割的行业领域，如汽车、航空等领域。 相似工艺： 激光切割。,11/13/2019,2.2 等离子切割技术,切割优点 切割领域宽，几乎可切割所有金属板材。 切割速度快，效率高，切割速度可达10m/min以上。 切割精度比火焰切割高，水下切割变形小，精细等离子切割则精度更高。,切割缺点 切割中厚以上钢板比较困难，需要很大功

14、率的等离子电源，成本较高。 切割厚板时，垂直度差，割口成V型。 等离子现场切割,11/13/2019,2.3 激光切割技术,激光切割是热切割中的新贵，其发展得益于激光器的发展，目前多用于薄板精密零件的加工。 工作原理：激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。,11/13/2019,激光切割产品实例,11/13/2019,2.3 激光切割技术,经济效益： 适合小批量生产，设备价格及生产成本均较高。 单件价格与资金投入： 由于不需要制作模具，而且切割图形由

15、计算机控制，因此单件资金投入量较低。 切割速度： 由于其能量的集中性，相比前两种切割工艺，激光切割速度是最快的。,11/13/2019,2.3 激光切割技术,切割表面质量: 切割表面质量非常好，在木材上加工后会留下灼烧的痕迹，加工金属材料则无需加工后期处理。不过，由于抛光的金属表面会降低激光的切割效率，在进行切割加工之前，金属材料最好不要进行抛光处理。 种类/加工形状的复杂程度： 取决于辅助加工的机械，可以选择水平的激光切割或者多维度的激光切割头，这样就可以加工出复杂的立体形态。这种方法就被称为激光束加工。,11/13/2019,2.3 激光切割技术,加工尺寸范围： 一般用于自动化加工，能加工

16、的材料范围会受加工机械尺寸的限制。 切割材料： 经常使用在各种坚硬的钢材上，比如不锈钢或者高碳钢。由于铜、铝、金和银等材料的导热性能较好，因此这些材料相对比较难以进行切割。非金属材质也可以用激光切割，这些材料包括木材、纸张、塑料或者陶瓷。玻璃和陶瓷尤其适合用激光来进行切割，而其他的切割方式都很难在这两种材质上切割出很复杂的形状来。 典型产品： 模型零件、外科手术用具、木质玩具、金属网或过滤网。经过激光切割的陶瓷可以作为工业绝缘体，而激光切割的玻璃或金属则可以用来生产家具。 相似工艺： 水射流切割、模切、电子束加工、等离子弧切割。,11/13/2019,2.3 激光切割技术,切割优点 无需模具，只要很少的固定，而且可以提供连续的、高精度的切割。 适合较多种的材料。 切割表面无需后期加工。 切割速度快。,切割缺点 对于可加工材料的厚度要求很高，如果超过许可的厚度，会出现很严重的问题。 对于大批量生产来说比较耗时，因此激光切割更加适合单件加工或小批量生产。,激光现场切割,11/13/2019,2.4 水射流切割技术,水射流切割又称液体机械