摘要：闡述了等離子切割原理及等離子數(shù)控設(shè)備的組成，根據(jù)實訓(xùn)工廠多年來等離子數(shù)控切割設(shè)備的實際使用狀況，介紹了降低等離子數(shù)控切割設(shè)備維修費用及生產(chǎn)成本的方法，以供有關(guān)單位及人員參考。

關(guān)鍵詞：等離子切割原理;維修費用;生產(chǎn)成本

0 引言

眾所周知，在薄板鋼材切割方面，等離子切割因切割速度快、熔渣少，其工作效率及切割質(zhì)量明顯優(yōu)于火焰切割。隨著等離子數(shù)控切割設(shè)備技術(shù)的飛速發(fā)展，等離子數(shù)控切割設(shè)備切割的鋼板厚度已經(jīng)達(dá)到150 mm，不僅能切割常用的低碳鋼板，還能切割耐腐蝕的合金鋼板以及鋁、銅、鎳、鈦等各種金屬材料，因而等離子數(shù)控切割設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。

自2012年3月份以來，筆者在實訓(xùn)工廠先后安裝了兩臺常州華強(qiáng)等離子數(shù)控切割設(shè)備。通過多年的使用，等離子數(shù)控切割設(shè)備的工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量明顯更高，尤其在BTW材質(zhì)的切割過程中，完全取代了火焰切割。但是，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在完成同等工時情況下，等離子數(shù)控切割設(shè)備的維修費用及生產(chǎn)成本是火焰數(shù)控切割設(shè)備的10多倍，因此，亟需了解并掌握降低等離子數(shù)控切割設(shè)備維修費用及生產(chǎn)成本的方法。

1 等離子切割原理及等離子數(shù)控切割設(shè)備

1.1 ? ?等離子切割原理

離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。例如，冰隨著溫度的升高由固體轉(zhuǎn)為液態(tài)變成水，再加熱轉(zhuǎn)為氣態(tài)變成水蒸氣，繼續(xù)加熱到一定溫度，則變成等離子態(tài)，即我們所說的等離子體。等離子體中帶負(fù)電荷的電子與帶正電荷的離子處于平衡狀態(tài)，它可以通過很大的電流，因而具有很高的能量密度和極高的溫度?？刂频入x子弧的能量密度、溫度和運行速度等，可以對金屬進(jìn)行切割、焊接和噴涂。等離子弧切割是利用等離子弧將被切割的金屬加熱至熔化狀態(tài)，然后利用輔助氣體將熔化的金屬吹開，達(dá)到切割的目的。

1.2 ? ?等離子數(shù)控切割設(shè)備

1.2.1 ? ?等離子數(shù)控切割設(shè)備的定義

數(shù)控切割代表了現(xiàn)代高科技的生產(chǎn)方式，是將先進(jìn)的優(yōu)化套料計算技術(shù)與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)和切割機(jī)械相結(jié)合的產(chǎn)物。等離子數(shù)控切割設(shè)備就是結(jié)合先進(jìn)實用可靠的數(shù)控系統(tǒng)，利用高溫在噴嘴處噴射出來的高速氣流離子化，從而形成導(dǎo)電體。當(dāng)電流通過時，該導(dǎo)電氣體即形成高溫等離子電弧，電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化，并借助高速等離子氣流的動力排除熔融的金屬（即熔渣）以形成切口。

1.2.2 ? ?等離子數(shù)控切割設(shè)備的組成

等離子數(shù)控切割設(shè)備由CNC控制系統(tǒng)、切割床、機(jī)械傳動部分、機(jī)架、自動氣體操作臺及降塵水循環(huán)裝置、空氣壓縮機(jī)、氣體干燥機(jī)等附屬設(shè)備構(gòu)成。其中，自動氣體操作臺由等離子電源、冷卻器、高頻箱、選擇操作臺、流量控制箱、割炬六部分組成。以常州華強(qiáng)等離子數(shù)控切割機(jī)為例，其基本構(gòu)成如圖1所示。

2 等離子數(shù)控切割設(shè)備使用現(xiàn)狀及割炬易損件消耗情況

2.1 ? ?等離子數(shù)控切割設(shè)備使用現(xiàn)狀

通過常州華強(qiáng)等離子數(shù)控切割設(shè)備在實訓(xùn)工廠多年的使用發(fā)現(xiàn)，其故障率高，設(shè)備部件易損壞，導(dǎo)致設(shè)備維修費用增加。

2.1.1 ? ?機(jī)械傳動部分

設(shè)備縱向傳動（大車行走）及橫向傳動（割炬行走）齒輪磨損嚴(yán)重，致使機(jī)床運行不穩(wěn)，切割零件質(zhì)量下降，現(xiàn)兩臺設(shè)備的齒輪已全部更換。設(shè)備橫向傳動（割炬行走）滑塊易磨損，兩臺設(shè)備已更換16塊滑塊。

2.1.2 ? ?電氣控制部分

因供電不穩(wěn)導(dǎo)致等離子電源熔斷器多次燒壞，也曾發(fā)生過等離子電源斬波器損壞的現(xiàn)象。流量控制箱是設(shè)備故障的高發(fā)點，兩臺設(shè)備已更換十幾個氣體壓力傳感器及6塊流量箱控制板及電源板。

2.1.3 ? ?冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)也是設(shè)備故障的高發(fā)部分，冷卻箱內(nèi)冷卻水泵及冷卻劑濾芯的損壞率很高，兩臺設(shè)備已更換多臺水泵及十多個冷卻劑濾芯。

2.1.4 ? ?附屬設(shè)備

附屬設(shè)備中的空氣壓縮機(jī)與其他設(shè)備相比故障率較高，其中帶齒空壓機(jī)皮帶易斷裂，空氣過濾器芯易堵塞，現(xiàn)已更換多次。

2.2 ? ?割炬易損件消耗情況

實訓(xùn)工廠這兩臺等離子數(shù)控切割機(jī)主要用于切割厚度5～25 mm低碳鋼鋼板。使用的等離子電源能提供7種工作電流，分別為：30 A、50 A、80 A、130 A、200 A、260 A、400 A，因電流不同，使用的割炬易損件如電極、噴嘴、保護(hù)帽、渦流環(huán)、保護(hù)罩、噴嘴固定帽也不相同。實訓(xùn)工廠主要使用130 A、260 A兩種電流，在BTW材料30～45 mm厚板切割中嘗試使用了400 A電流，切割效果良好，但易損件的消耗也非常大。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在完成同等工時情況下，割炬易損件消耗費用是火焰數(shù)控切割設(shè)備的10多倍。

3 降低等離子數(shù)控切割設(shè)備維修費用及生產(chǎn)成本的方法

3.1 ? ?降低等離子數(shù)控切割設(shè)備維修費用的方法

根據(jù)上述等離子數(shù)控切割設(shè)備使用現(xiàn)狀的分析，導(dǎo)致設(shè)備維修費用增加的原因及降低設(shè)備維修費用的方法如下：

（1）設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)不到位是維修費用增加的主要原因。因此，每年對設(shè)備的所有部件至少要做兩次徹底的維護(hù)保養(yǎng)，維護(hù)保養(yǎng)必須有設(shè)備維修、操作及技術(shù)人員參加，嚴(yán)格按照等離子數(shù)控設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程進(jìn)行。

（2）機(jī)械傳動部分的齒輪與齒條、滑塊與導(dǎo)向桿的間隙一定要調(diào)整到最佳狀態(tài)，操作工周末要清洗齒輪、齒條、滑塊和導(dǎo)向桿。

（3）保證供電電網(wǎng)的質(zhì)量及良好的接地。流量控制箱安裝在割炬托架上，在工件切割過程中與割炬一起移動，切割濺起的水蒸氣從流量控制箱的排氣孔進(jìn)入，導(dǎo)致電路板損壞。因流量控制箱與割炬控制站之間的電纜及氣管長度不能超過1.8 m，否則無法引弧，流量控制箱不能放在其他位置。針對此種情況，電工每月用電吹風(fēng)對流量控制箱內(nèi)部的電路板進(jìn)行清潔保養(yǎng)，大大減少了電路板的損壞。

（4）對于故障高發(fā)的冷卻系統(tǒng)及空壓機(jī)，雖然工作載體不同（液體和氣體），但有一個共同的特點就是因載體中的臟污堵塞，導(dǎo)致設(shè)備部件損壞。針對這種情況，一年兩次的維護(hù)保養(yǎng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這就要求設(shè)備維修及操作人員每季度必須維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備一次。

3.2 ? ?降低等離子數(shù)控切割設(shè)備生產(chǎn)成本的方法

根據(jù)割炬易損件實際消耗情況，技術(shù)人員對等離子數(shù)控切割下料進(jìn)行了長達(dá)半年的實驗跟蹤、數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對比分析出了導(dǎo)致割炬易損件消耗量大的諸多因素。

（1）實訓(xùn)工廠零部件品種繁多，一張鋼板有時需編程套排十幾種零件，穿孔次數(shù)多導(dǎo)致割炬易損件消耗量大。曾用最常用的260 A電流易損件，如電極、噴嘴、保護(hù)帽，切割材料為Q235、厚度20 mm的鋼板進(jìn)行實驗。發(fā)現(xiàn)當(dāng)穿孔次數(shù)達(dá)到260次以上時，就需要更換電極和噴嘴，否則切割質(zhì)量滿足不了工藝要求，而且將對割炬主體造成損害。因此編程人員采用編程技巧、套排方法控制穿孔次數(shù)（尤其是內(nèi)部穿孔次數(shù)），少切割或不切割需要穿孔多的零件，是延長易損件使用壽命、降低生產(chǎn)成本的根本方法。（2）切割鋼板墊架的平整度也是影響割炬易損件使用壽命的主要原因。要求每季度清理一次切割鋼板墊架，每使用兩年徹底更換切割鋼板墊架。（3）操作工操作設(shè)備的技術(shù)水平、設(shè)備精度、鋼板材質(zhì)厚度、表面銹蝕程度、平整度、工藝方法是影響割炬易損件使用壽命的次要原因。針對這些因素，在設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)良好、保證設(shè)備精度、穩(wěn)定可靠運轉(zhuǎn)的前提下，提高操作工操作設(shè)備的技術(shù)水平，正確使用、保存好割炬易損件，是延長其使用壽命的基礎(chǔ)。因等離子電源的最大電流為400 A，根據(jù)BTW材料切割的實際情況，切割厚度控制在45 mm以下，割炬及易損件不易損壞。

4 實施效果

2014年10月份，實訓(xùn)工廠按照上述方法實施了降低等離子數(shù)控切割設(shè)備維修費用及生產(chǎn)成本的措施，現(xiàn)以2014年及2015年1月—3月設(shè)備備件更換數(shù)量及易損件消耗費用進(jìn)行比較，其具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

根據(jù)表1、表2的數(shù)據(jù)可知，降低設(shè)備備件維修費用及生產(chǎn)成本的效果還是比較明顯的，由此證明上述方法是可行的。

5 結(jié)語

本文所闡述的降低等離子數(shù)控切割設(shè)備維修費用及生產(chǎn)成本的方法，是筆者近年來從事等離子數(shù)控設(shè)備維修及割炬易損件計劃購置、控制使用等工作中總結(jié)出來的，存在一定局限性，僅供參考。

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[2] 美國海寶公司.自動氣體操作臺HPR400XD使用手冊[Z].

[3] 常州華強(qiáng)焊割公司.EDGE操作說明書[Z].

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：宋曉杰（1980—），男，寧夏人，實訓(xùn)教師，研究方向：電工實訓(xùn)。