CN113953633A - 一种切割金属钛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种切割金属钛的方法，把需要切割的钛及钛合金工件沉没入水中一定的深度，采用水下精细等离子弧切割方法对钛板和钛棒进行下料切割，使其相对容易，根据需要切割的工件厚度和等离子切割机的功率来调整工艺参数，减少等离子弧切割的切口表面挂渣现象，提高了切缝下料质量及工作效果，切割领域宽，切割速度快，效率高，而且可彻底解决粉尘、弧光及噪声对工作环境的污染。
Description
技术领域
本发明属于金属切割技术领域，具体涉及一种切割金属钛的方法。
背景技术
钛是一种新型金属，钛及钛合金以其熔点高、耐腐蚀、比强度高，高低温性能好，无磁性等突出优点，在航空航天、海洋开发、电力、化工等行业有特别重要的应用，被誉为“太空金属”和“海洋金属”，随着国防工业的发展和国际航空用钛市场的扩大，钛的生产大幅提升，在生产和使用过程中，需要对钛及钛合金板、钛棒等成品进行切割，钛金属由于其自身的特点，较难切割，常采用火焰切割，再用刨边机等机加工方法去除热影响区，这种工艺存在金属损耗大，钛屑无法直接回收利用；切割时产生大量的烟雾，危害人体健康并污染环境；生产成本高、周期长、生产效率低下等诸多缺点。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种切割金属钛的方法，把需要切割的钛及钛合金工件沉没入水中一定的深度，采用水下精细等离子弧切割方法对钛板和钛棒进行下料切割，使其相对容易，根据需要切割的工件厚度和等离子切割机的功率来调整工艺参数，减少等离子弧切割的切口表面挂渣现象，提高了切缝下料质量及工作效果，切割领域宽，切割速度快，效率高，而且可彻底解决粉尘、弧光及噪声对工作环境的污染。
本发明所采用的技术方案是：一种切割金属钛的方法，包括以下步骤：
S1、去除钛合金板或钛棒表面的油污和灰尘，保持其表面光洁；
S2、将待切割钛合金工件置于水槽内的工作平台上，利用工作平台下的空腔，向空腔中充入压缩空气，将其中的水压进工作平台，直至覆盖在工件表面5-10mm处，水位可任意调节；
S3、以氮气、氩气或压缩空气作为等离子弧发生的切割气源和等离子切割机的气源；打开切割气体和保护气体，保持体积流量恒定；
S4、采用水下等离子弧来切割；根据切割钛合金工件的厚度确定工艺参数，包括引弧工艺参数和切割工艺参数；
S5、待切割完毕，排出工作平台下空腔内的压缩空气，操作平台上的水会回流到空腔内，钛合金工件露出水面。
其中，S3中等离子气的纯度为99.995%以上；等离子气的流量为260-300L/min。
其中，S4中的引弧工艺参数设置为：引弧气压0.2-0.3MPa，引弧水压0.15-0.25MPa，非转移弧电流80-90A，空载电压380V-400V。
其中，S4中的切割工艺参数设置为：切割电压在150V-180V的范围内连续可调，输出电流在380A-600A的范围内连续可调；切割速度为700-4000mm/min。
选用氮气或氩气作为气源，因为氮气是惰性气体，不易发生爆炸；由于氮气的导热和携热性较好，氮等离子弧切割能力较强，且氮的来源充足价格低廉，具有竞争力。
在保证等离子切割机电源功率的情况下，选择合适的气体流量和切割速度。气体流量过小，吹力不足；增加气体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，切口呈V形，切割的后拖量加大。切割速度过低时，切口宽，表面粗糙，切底部易过热；切割速度过快，后拖量加大，对消除熔渣不利。所以匹配最佳的气体流量和切割速度，避免出现熔渣与工件金属熔结不易清除的现象。
割炬高度距离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。
水下等离子切割引弧较为困难，气压、水压、高频电压及空载电压等参数对引弧的影响，以确定最佳引弧参数。采用较高的空载电压是为了满足水下等离子引弧的需求，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；连续可调的电流和电压有利于切割规范的调节及实现。为了减小引弧电流对喷嘴和工件的冲击，采用了电流爬坡式引弧，该引弧过程由计算机控制。
以上各种因素直接影响等离子弧的压缩效应，即影响等离子弧的温度和能量密度，决定着切割速度。加强工作气体和喷嘴对等离子弧的压缩作用，使从喷嘴射出的等离子弧更细、更挺直有力，得到切口宽度更小、切割精度更高、切割垂直度更好的切割质量；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；合理选择切割参数，减小因热量分布不均而引起的切割面倾斜度；在保证切割质量的前提下，应尽可能的提高切割速度，不仅能提高生产效率，还能减少被切割工件的变形量和切缝区的热影响区域。
这种等离子弧切割钛的工作过程：三相整流变压器通电工作后，变压后的交流电输入三相桥式整流电路，使其成为直流电，供割炬发生等离子弧束。与此同时，引弧器及非转移弧发生器开始工作，产生引弧时所需要的高频高压电。当等离子弧引弧成功，割炬喷嘴中喷出高温高速的等离子弧束。等离子弧切割机正常起弧后，断开切割机内部的高频引弧电路，也可以在等离子电弧中加入脉冲，用超声频脉冲电源经耦合器后与等离子弧切割电源并联使用，提高电弧压缩性能，切口的垂直度好，割缝窄，切割热影响区小。通过控制起弧参数和切割参数，增强了电弧的收缩程度、挺度与穿透能力，提高了等离子弧切割速度，同时还明显地改善了切口形状，降低了切口的挂渣量，从而提高了等离子弧切割质量与效率。
本发明的有益效果为：
本发明采用水下等离子弧切割方法解决了钛合金板及钛棒的切割难题。切割时，整个工件浸没在水中，所以切割后工件变形极小，非常适合长的中薄板切割，工艺容易实现，提高了切缝质量，切割领域宽，切割速度快，效率高，切割精度比火焰切割高，水下切割变形小，减少等离子弧切割的切口表面挂渣现象，提高下料的质量及工作效果，而且可彻底解决粉尘、弧光及噪声对工作环境的污染，数控水下等离子切割钛金属能得到广泛地应用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：一种切割6mm厚钛合金板的方法,包括以下步骤：
S1、去除钛合金板或钛棒表面的油污和灰尘，保持其表面光洁；
S2、将待切割钛合金工件置于水槽内的工作平台上，利用工作平台下的空腔，向空腔中充入压缩空气，将其中的水压进工作平台，直至覆盖在工件表面5mm处，水位可任意调节；
S3、以纯度为99.995%以上的氮气或氩气作为等离子弧发生的切割气源；打开切割气体和保护气体，保持260L/min体积流量恒定；
S4、采用水再压缩等离子弧来切割；根据切割钛合金工件的厚度确定工艺参数，引弧工艺参数设置为：引弧气压0.2MPa，引弧水压0.2 MPa，非转移弧电流80-90A，空载电压380V，喷嘴孔径：4.2mm；切割工艺参数设置为：切割电压在150V-160V的范围内连续可调，输出电流在380A-400A的范围内连续可调；切割速度为4000mm/min；
S5、待切割完毕，排出工作平台下空腔内的压缩空气，操作平台上的水会回流到空腔内，钛合金工件露出水面。
实施例2：一种切割12mm厚钛合金板的方法,包括以下步骤：
S1、去除钛合金板或钛棒表面的油污和灰尘，保持其表面光洁；
S2、将待切割钛合金工件置于水槽内的工作平台上，利用工作平台下的空腔，向空腔中充入压缩空气，将其中的水压进工作平台，直至覆盖在工件表面8mm处，水位可任意调节；
S3、以纯度为99.995%以上的氮气或氩气作为等离子弧发生的切割气源；打开切割气体和保护气体，保持280L/min体积流量恒定；
S4、采用水再压缩等离子弧来切割；根据切割钛合金工件的厚度确定工艺参数，引弧工艺参数设置为：引弧气压0.25MPa，引弧水压0.2 MPa，非转移弧电流85A，空载电压380V，喷嘴孔径：4.2mm；切割工艺参数设置为：切割电压在160V-170V的范围内连续可调，输出电流在400A-420A的范围内连续可调；切割速度为2200mm/min；
S5、待切割完毕，排出工作平台下空腔内的压缩空气，操作平台上的水会回流到空腔内，钛合金工件露出水面。
实施例3：一种切割25mm厚钛合金板的方法,包括以下步骤：
S1、去除钛合金板或钛棒表面的油污和灰尘，保持其表面光洁；
S2、将待切割钛合金工件置于水槽内的工作平台上，利用工作平台下的空腔，向空腔中充入压缩空气，将其中的水压进工作平台，直至覆盖在工件表面10mm处，水位可任意调节；
S3、以纯度为99.995%以上的氮气或氩气作为等离子弧发生的切割气源；打开切割气体和保护气体，保持300L/min体积流量恒定；
S4、采用水再压缩等离子弧来切割；根据切割钛合金工件的厚度确定工艺参数，引弧工艺参数设置为：引弧气压0.3MPa，引弧水压0.25 MPa，非转移弧电流90A，空载电压400V，喷嘴孔径：4.8mm；切割工艺参数设置为：切割电压在170V-180V的范围内连续可调，输出电流在530A-550A的范围内连续可调；切割速度为1100mm/min；
S5、待切割完毕，排出工作平台下空腔内的压缩空气，操作平台上的水会回流到空腔内，钛合金工件露出水面。
Claims (4)
1.一种切割金属钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、去除钛合金板或钛棒表面的油污和灰尘，保持其表面光洁；
S2、将待切割钛合金工件置于水槽内的工作平台上，利用工作平台下的空腔，向空腔中充入压缩空气，将其中的水压进工作平台，直至覆盖在工件表面5-10mm处，水位可任意调节；
S3、以氮气、氩气或压缩空气作为等离子弧发生的切割气源和等离子切割机的气源；打开切割气体和保护气体，保持体积流量恒定；
S4、采用水下等离子弧来切割；根据切割钛合金工件的厚度确定工艺参数，包括引弧工艺参数和切割工艺参数；
S5、待切割完毕，排出工作平台下空腔内的压缩空气，操作平台上的水会回流到空腔内，钛合金工件露出水面。
2.根据权利要求1所述的一种切割金属钛的方法，其特征在于，步骤S3中等离子气的纯度为99.995%以上；等离子气的流量为260-300L/min。
3.根据权利要求1所述的一种切割金属钛的方法，其特征在于，步骤S4中的引弧工艺参数设置为：引弧气压0.2-0.3MPa，引弧水压0.15-0.25 MPa，非转移弧电流80-90A，空载电压380V-400V。
4.根据权利要求1所述的一种切割金属钛的方法，其特征在于，步骤S4中的切割工艺参数设置为：切割电压在150V-180V的范围内连续可调，输出电流在380A-600A的范围内连续可调；切割速度为700-4000mm/min。
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