等离子切割服务的优缺点有哪些？

等离子切割工艺是一种钣金加工工艺。它已成为工业制造中最流行和广泛使用的热切割工艺之一。其能够以精确和高速切割所有导电金属，使其成为许多应用的多功能选择。然而，像任何工艺一样，等离子切割也有其优点和局限性。

等离子切割的优点

切割速度

等离子切割工艺最显著的优点之一是其非常高的切割速度。等离子系统能在小于1/4英寸厚的薄板金属上以每分钟超过100英寸的速度进行直线切割。这大约是氧燃料切割或激光切割速度的2-3倍。高速度的实现源于等离子射流仅熔化1/16至1/8英寸的极窄切缝宽度。

在较厚钢板上，等离子切割仍保持比其他方法更快的切割速度。使用高电流等离子切割机，1英寸厚的低碳钢切割速度可达每分钟30-40英寸。此高效能使等离子切割非常适合高产量制造车间及厚材料的切割。

切割质量

等离子切割产生整洁精准的切割边缘，表面光滑，二次加工需求极少。较小的热影响区和等离子弧产生的氧化作用，使切缝方正且致密，粘渣极少。这是其他热切割方法所不具备的优势。

通过喷嘴强制通过的收缩等离子弧柱保证了出色的切割质量。它将热量集中成高强度射流，能干净熔化金属。通过等离子切割能实现高精度的零件和形状，且后续清理工作最小化。

切割厚度能力

等离子切割服务具备除氧燃料外无可比拟的厚金属切割能力。80至200安培的高电流等离子切割机能稳定地一次通过切割1/4英寸至2英寸厚的低碳钢。通过多次切割和边缘倒角，可实现超过6英寸的厚度切割。

集中的等离子弧允许热量穿透较厚的材料，实现可靠的完全切断。操作人员无需担心激光或水刀切割过程中的金属厚度限制。

低成本工艺

与其他切割方法相比，等离子切割的整体运行成本相对较低。主要消耗品是压缩空气或氮气，以及定期更换电极和喷嘴等喷灯部件。然而，这些费用远低于激光气体消耗或水刀的磨料费用。

等离子系统的设备成本也处于工业切割机械的较低端。即使是高输出的自动化等离子切割平台，与同等切割功率的激光或水刀相比，其价格也较为合理。该技术的成本效益使其对大多数制造车间均可接受。

切割多样性

等离子切割机能切割所有导电金属，包括低碳钢、不锈钢、铝、黄铜及铜合金。带漆或生锈的金属及含有表面污染物的材料也能有效切割。这种多功能性支持各种制造和维修应用。

等离子弧集中成紧密柱状，允许切割小型复杂图案，或进行穿孔和金属雕刻作业。能够制造带有细节轮廓和严格公差规格的精密零件。

有限的热影响区

等离子射流将热量聚焦在材料表面的狭窄区域。这意味着切割线两侧仅有极小的热影响区。集中的等离子柱最大限度地减少了氧燃料或磨料切割过程中常见的翘曲和金属劣化。

零件受热损伤和变形较少，减少了后续的机械加工或磨削需求。由于切缝线外的材料性质保持不变，切缝附近的焊接更为容易——整体减少了材料和人工的浪费。

便携性及结构

与激光或水刀切割等替代方法相比，等离子系统体积轻便且紧凑。手持喷灯使操作员可以将切割设备带至工件，而非将工件搬动到设备。适合现场作业、受限空间或户外切割应用。

等离子切割机的易耗喷灯部件和整体坚固设计也使其非常适合建筑工地和重型制造切割工作。相比其他精密切割工具，它们能承受更多的灰尘、振动、气候影响和粗暴操作。

等离子切割的缺点

高反射金属的限制

等离子弧依赖电导率来切割材料。然而，铝、黄铜和铜等金属表面高度反射，导致等离子弧与工件的良好接触难以维持。电弧往往“跳跃”而非穿透材料，可能导致切割不均匀。

针对这些金属已开发特殊等离子切割工艺，但通常切割速度较低。切割效果仍需达到低碳钢切割的便利性。铝和铜合金的最佳切割方案仍偏好激光切割。

薄材切割限制

虽然等离子能切割较厚材料，但在切割厚度低于1/8英寸的脆性金属时存在局限。高等离子气体压力和电弧冲力会吹散这些薄材料。对薄板材的精密切割也变得困难。

对于薄板金属，激光或水刀等替代工艺更为适合。等离子切割最佳应用厚度应限制在1/8英寸及以上。

表面涂层去除

开始等离子切割前，必须去除切割区域的油漆、粉末涂层、环氧树脂及其他表面处理层。这些涂层会阻隔金属与等离子弧的良好电接触。切割路径上需清理出6-8英寸的裸金属带。

表面涂层还会导致切缝污染，降低切割质量。相比切割裸金属，二次清理增加了时间和成本。

切割公差能力

虽然等离子切割对许多应用来说足够精确，但其公差能力无法与激光或水刀切割匹敌。这些工艺提供更窄的切缝和更一致的切割几何形状。等离子通常能保持±0.005至0.020英寸的公差，具体视材料厚度而定。

对于需要±0.005英寸以内公差和最小热影响区的极高精度零件，等离子并非理想选择。切缝锥度和热效应限制了其实际可实现的紧密公差。

厚材料切割速度较慢

如前所述，等离子切割在薄板金属上速度极快。但在切割厚度超过1英寸的钢板时，切割速度显著下降，视切割厚度和电流大小而定，降至每分钟10-30英寸。

尽管这种厚板金属切割速度仍快于其他替代方法，但对处理大厚度钢板的重型制造工作来说，等离子生产率较低，可能成为限制因素。

切缝锥度

所有热切割工艺都会产生一定程度的切缝锥度，即入口切缝宽度稍窄于出口宽度。这是由于材料切割深度加深时切缝壁的阻力造成的。等离子切割通常产生1-3度的锥度。

尽管对许多应用而言不是重大缺陷，但切缝锥度会导致上下尺寸略有变化。精密切割可能需要对程序尺寸进行补偿。锥度在较厚材料上更为明显。

夹具要求

工件必须牢固夹紧或固定，以充分发挥等离子切割的高速和高质量。切割过程中任何振动或工件移动都会导致尺寸误差和切割线圆角化。移除支撑板也变得困难。

适当夹具需额外的设置时间和成本。浸水台系统能够支撑和固定金属，是理想选择，但投资较大。相较于手持氧燃料等切割方法，夹具要求较低。

切割路径偏差

类似锥度效应，等离子切割在穿透材料深层时可能产生轻微的电弧漂移和路径偏差。这可能导致出口切口位置偏离目标超过切缝宽度。精密切割依赖于保持准确的切割路径几何形状。

任何等离子弧不稳定或工件振动都会随着材料厚度放大偏差。虽然自动化CNC控制能补偿大部分偏差，但仍可能影响切割精度。

喷嘴及电极更换

喷灯喷嘴和内部电极是常规易损件，使用中会磨损。喷嘴孔径随着热等离子射流通过而逐渐恶化。电极因产生等离子弧而慢慢侵蚀。

这些部件必须在一定的电弧启动次数和切割分钟数后更换。重度使用的机器喷嘴可能需要每天更换一次。这是等离子总体运行成本的重要组成部分。

噪声产生

等离子切割弧产生较高噪声，切割区附近平均噪声水平约为85-95分贝。超过了OSHA规定的85分贝长期暴露限制。操作员及周围人员必须佩戴适当的耳部和听力保护。

必须考虑听力保护设备需求及噪声对工人安全的潜在影响。多工序作业的车间内噪声亦可能成为干扰因素。

烟尘产生

等离子切割弧与金属反应，蒸发基材并加热空气，形成氧化层。会产生大量烟尘和烟雾，必须由排风系统捕获和过滤。烟尘中含有铬、镍、锰等有毒金属，存在健康风险。

安装工业烟尘抽排设备、设计合适的密闭罩及购买过滤系统成本较高。排烟不良会导致烟尘在工作环境中扩散。使用等离子时，良好的通风规划至关重要。

高电流功率需求

等离子切割需要提供非常高电流的电源，手持喷灯约需30安培，CNC切割台最高可达300安培。持续的高电流需求要求强大的电力供应、升级车间配线、特殊高安培插头及浪涌保护。

为等离子系统提供所需电力基础设施是设施安装成本因素。幸运的是，电源内部将交流电转换为直流电，不需要三相输入，但必须保证线路的电流容量。

等离子切割以优异的切割质量和高速性能优于其他金属切割方法，是一种经济高效且多功能的制造工艺。然而，在高度反射金属、精度公差、噪音和烟尘等方面存在限制，需在投资等离子设备时综合考虑。对许多制造车间而言，其生产率优势超过了这些缺点。