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1、热切割基础知识手册2 2目录前言.3第一章 原理与特点1.激光切割原理与特点.42.等离子切割原理与特点.53.火焰切割原理与特点.6第二章 影响切割质量的因素1.影响激光切割质量的因素.72.影响等离子切割质量的因素.93.影响火焰切割质量的因素12第三章 热切割工艺问题1.激光切割工艺问题132.等离子切割工艺问题223.火焰切割工艺问题24第四章 热切割工艺参数参考表1.激光切割工艺参数293 32.激光切割工艺参数313.火焰切割工艺参数37 第五章 操作规程1.激光切割操作规程392.等离子切割操作规程433.火焰切割操作规程44第六章 维护与保养1.激光切割维护与保养452.等离子
2、切割维护与保养473.火焰切割维护与保养52第六章 质量检验标准1.述语542.质量评定指标584 4前言 为了方便相关人员了热切割原理、影响质量的因素、工艺问题、工艺参数、操作规程、维护与保养、质量要求等知识，由精益质量总部组织编制了本手册。本手册可供生产管理、技术、热切割作业及商务人员阅读使用。5 5ABCD面：A面指人站立（0.5米内），平视可见的部位；B面指人站立（0.5米内），仰视或俯视可见的及打开覆盖件的门可 见部位； C面指人爬上产品或俯身趴下去才能看到的部位； D面指被隐藏看不见的部位。 其中：A面和B面的精细化制作水平，对产品外观影响最大。 三、下料精细化6 6第一章 原理与
3、特点激光切割原理与特点原理(l) 切割质量好。切口宽度窄(一般为0.1-0.5mm)、精度高(一般孔中心距误差0.1-0.4mm，轮廓尺寸误差0.1-0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra为12.5-25m)，切缝一般不需要再加工即可焊接。(2) 切割速度快。例如采用2kw激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min。(3) 清洁、安全、无污染，从而改善了工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，C02切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰或等离子切割的水平。特点激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热
4、到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。7 7第一章 原理与特点等离子切割原理与特点原理（1）、可切割任何黑色或有色金属 （2）、可切割各种非金属材料（3）、切割速度快、生产效率高，运行成本低。（4）、切割质量佳，等离子切割时能得到比较狭窄、光洁、整齐、无粘渣、接近于垂直的切口，而且切口的变形和热影响区较小，其硬度变化也不大。特点等离子切割是以高温高速的等离子弧为热源，将被切割的金属或非金属局部熔化，同时用高速高压气流将已熔化的金属或非金属吹走而形成狭窄切口的一个过程。对于等离子弧是指气体在获得足够能量后便会电离，较充分电离的气体再通
5、过“压缩”作用，形成高能量密度的电弧。它是一种特殊的物质形态，在现代物理学上把它列为物质第四态。8 8第一章 原理与特点火焰切割原理与特点原理数控火焰切割机，切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。 特点钢材的氧气切割是利用气体火焰（称预热火焰）将钢材表层加热到燃点，并形成活化状态，然后送进高纯度、高流速的切割氧，使钢中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣同时放出大量的热，借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的
6、下层和切口前缘使之也达到燃点，直至工件的底部。与此同时，切割氧流的动量把熔渣吹除，从而形成切口将钢材割开。因此，从宏观上来说，氧气切割是钢中的铁在高纯度氧中燃烧的化学过程和借切割氧流动量排除熔渣的物理过程相结合的一种加工方法。9 9第二章 影响切割质量的因素影响激光切割质量的因素通常情况下，最佳切割速度依赖于原材料的厚度。对于很多材料来说，允许切割速度在一定范围内变化。如果速度太快，可能穿不透材料（切割产生的废渣将会向上飞溅，而不从工件的下面漏出）；如果切割速度太慢，材料会出现过热，在切割区附近将会出现不可接受的热影响区。在绝大多数情况下，光束焦点应该正好在喷嘴下，刚好在工件的表面或稍下面一点
7、的位置。一般情况下，喷嘴离工件表面大约1.5mm。焦点的最好位置应根据透镜的热效应稍微有所变动，最佳位置还依赖于材料的性质（如材料对激光的反射率）。在聚焦高度优化后，切割的宽度将最小，效率最高，在保证切割质量的前提下允许的切割速度最大。1.切割速度2.喷嘴到工件表面的距离1010第二章 影响切割质量的因素影响激光切割质量的因素辅助气体必须要有足够的压力以便能够彻底清除切割产生的废渣，一般在切割厚一点的工件时气压要减小一点。粘在工件上的残渣将会破坏切割边缘。相反，过多的气流会引起过反应（特别是氧气作辅助气体的金属切割）。但必须保证有一定的气流带走透镜的热量，以保护透镜不被污染，并避免只是对材料进
8、行加热或烧蚀而不切割。（1）透镜上污染物积累将会导致透镜的过热，产生一个模糊的焦点。（2）如果喷嘴孔不是一个规则的环形或部分被堵塞（通常是由金属屑的飞溅物引起的），将会引起辅助气体的扰动，切割性能明显改变。（3）聚焦光束要与喷嘴孔同轴，否则激光光束将会被喷嘴挡住一部分。3.辅助气体气压4.其他因素1111第二章 影响切割质量的因素影响等离子切割质量的因素等离子切割电源，必须具有足够高的空载电压，才能容易引弧和使等离子弧稳定燃烧。空载电压一般为120-600V，而弧柱电压一般为空载电压的一半。提高弧柱电压，能明显地增加等离子弧的功率，因而能提高切割速度和切割更大厚度的金属板材。弧柱电压往往通过调
9、节气体流量和加大电极内缩量来达到，但弧柱电压不能超过空载电压的65%，否则会使等离子弧不稳定。 增加切割电流同样能提高等离子弧的功率，但它受到最大允许电流的限制，否则会使等离子弧柱变粗、割缝宽度增加、电极寿命下降。1.空载电压和弧柱电压2.切割电流1212第二章 影响切割质量的因素影响等离子切割质量的因素增加气本流量既能提高弧柱电压，又能增强对弧柱的压缩作用而使等离子弧能量更加集中、喷射力更强，因而可提高切割速度和质量。但气体流量过大，反而会使弧柱变短，损失热量增加，使切割能力减弱，直至使切割过程不能正常进行。 所谓内缩量是指电极到割嘴端面的距离，合适的距离可以使电弧在割嘴内得到良好的压缩，获
10、得能量集中、温度高的等离子弧而进行有效的切割。距离过大或过小，会使电极严重烧损、割嘴烧坏和切割能力下降。内缩量一般取811mm。3.气体流量4.电极内缩量1313第二章 影响切割质量的因素影响等离子切割质量的因素割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面的距离。该距离一般为410mm。它与电极内缩量一样，距离要合适才能充分发挥等离子弧的切割效率，否则会使切割效率和切割质量下降或使割嘴烧坏。以上各种因素直接影响等离子弧的压缩效应，也就是影响等离子弧的温度和能量密度，而等离子弧的高温、高能量决定着切割速度，所以以上的各种因素均与切割速度有关。在保证切割质量的前提下，应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率
11、，而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。若切割速度不合适，其效果相反，而且会使粘渣增加，切割质量下降。5.割嘴高度4.切割速度1414第二章 影响切割质量的因素影响火焰切割质量的因素1、切割钢材所用氧气必须要有较高的纯度，一般要求在99.5%以上；2、燃烧速度快、燃烧值高的气体适用于薄板切割；燃烧值低、燃烧速度缓慢的可燃性气体更适用于厚板切割；3、切割200mm以下的钢板使用中性焰可以获得较好的切割质量。在切割大厚度钢板时应使用还原焰预热切割，因为还原焰的火焰比较长，火焰的长度应至少是板厚的1.2倍以上。在正常的火焰切割过程中，切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度，其对应的偏移
12、叫后拖量。速度过低时，没有后拖量，工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的运行速度，火花束就会向相反的方向偏移，当火花束与切割氧流平行时，就认为该切割速度正常。速度过高时，火花束明显后偏。1.气体2.切割速度1515穿孔 技术爆破穿孔材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。一般孔的大小与板厚有关,爆破穿孔平均直径为板厚的一半,因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆,不宜在加工精度要求较高的零件上使用,只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。脉冲穿孔采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或
13、氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小,其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。第三章 热切割工艺问题激光切割工艺问题1616切割加工小孔 （直径小于板 厚）变形情况 的分析这是因为机床（只针对大功率激光切割机）在加工小孔时不是采取爆
14、破穿孔的方式，而是用脉冲穿孔（软穿刺）的方式，这使得激光能量在一个很小的区域过于集中，将非加工区域也烧焦，造成孔的变形，影响加工质量。这时我们应在加工程序中将脉冲穿孔（软穿刺）方式改为爆破穿孔（普通穿刺）方式，加以解决。而对于较小功率的激光切割机则恰好相反，在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的表面光洁度。第三章 热切割工艺问题激光切割工艺问题1717激光切割低碳 钢时，工件出 现毛刺的解决 方法根据CO2激光切割的工作和设计原理，分析得出以下几点原因是造成加工件产生毛刺的主要原因：激光焦点的上下位置不正确，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；激光的输出功率不够，需要检查激光
15、发生器的工作是否正常，如果正常，则观察激光控制按钮的输出数值是否正确，加以调整；切割的线速度太慢，需要在操作控制时加大线速度；切割气体的纯度不够，需要提供高质量的切割工作气体；激光焦点偏移，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；机床运行时间过长出现的不稳定性，此时需要关机重新启动。 第三章 热切割工艺问题激光切割工艺问题1818激光未完全切 割透状态的分 析分析后可以发现下面的几种情况是产生加工不稳定的主要情况：激光头喷嘴的选择与加工板厚不匹配；激光切割线速度过快，需要操作控制减小线速度；另外，还需要特别注意的是，在L3030激光切割机切割5mm以上碳素钢板时需要更换7.5焦距的激光镜
16、片。 第三章 热切割工艺问题激光切割工艺问题切割低碳钢时 出现非正常火 花的解决方法 这种情况会影响零件的切割断面光洁度加工质量。此时在其他参数都正常的情况下，应考虑以下情况：激光头喷嘴NOZZEL的损耗，应及时更换喷嘴。在无新喷嘴更换的情况下，应加大切割工作气体压力；喷嘴与激光头连接处螺纹松动。此时应立即暂停切割，检查激光头连接状态，重新上好螺纹。1919激 光 切 割 加 工 时 穿 刺 点 的 选 择激光切割加工时激光束的工作原理是：在加工过程中，材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑, 然后由与激光束同轴的工作气流很快将熔融材料去除形成一个孔。此孔类似于线切割的穿线孔，激光束以此孔为加工启始点进行轮廓切割，通常情况下飞行光路激光束的走线方向和被加工零件切割轮廓的切线方向垂直。因此，激光束在开始穿透钢板时到进入零件轮廓切割的这一段时间，其切割速度在矢量方向上将有一个很大的改变，即矢量方向的90旋转，由垂直于切割轮廓的切线方向转为与切割轮廓的切线重合，即与轮廓切线的夹角为0。这样就会在被加工材料的切割断面上流下比较粗糙的切割面
