Fiber laser cutter China
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等离子切割机原理及维修

一:等离子弧的产生和特点:

   等离子弧是由等离子体组成,等离子体是物质的第四态,是充分电离的气体,其中正负电荷数量相等,就其整体来说是中性的.等离子弧是将普通电弧进行强迫压缩,集中而获得的比普通电弧温度更高(达15000~30000度),能量更集中的热源.

  等离子弧是经过三种形式的压缩效应得到的:在钨极和工件间的电弧通过喷嘴的细孔道,产生机械压缩效应,而喷嘴是通水强迫冷却的,产生了热压缩效应;同时由于电弧周围存在着磁场,使电弧又受到了电磁收缩效应,这样将电弧压缩成能量高度集中的高温等离子弧焰.同时喷嘴孔道内弧柱周围的冷却气体被弧柱加热,在喷嘴孔道内形成高温高压气体,从喷嘴向大气中高速喷出,使等离子弧的焰流在孔道内出口处具有很高的速度(可达到声速或超声速),表现出强大的冲击力.

二、等离子切割的原理与应用

切割，一般指的是金属的切割。等离子弧切割是利用极细而高温的等离子弧，使局部金属迅速熔化，再用气流把熔化的金属吹走的切割方法。等离子弧切割由于切割效率高、损耗低、适用范围广等优点已广泛应用于各类工程建设、制造等行业。

三、等离子切割的起弧方式

等离子弧切割一般有两种起弧方式：

1.接触式：即把与极针绝缘的喷嘴贴在工件（联接切割电源正端）上，然后把高频高压电流加到联接电源负端的电极针（钨针），使极针喷出电弧，电弧在电压、气压、磁场作用下形成等离子弧，通过大电流维持等离子弧稳定燃烧，然后稍抬高喷嘴（避免炽热的工件损坏喷嘴），开始切割。这种切割方式多适用于小电流小功率的切割机

2.转移弧式（维弧式）：即把电源正端通过一定的电阻和继电器开关联接到喷嘴上，使得极针与喷嘴间形成电弧（由于有电阻限流，电弧较小），然后把喷嘴靠近直接联接电源正端的工件上，极针与工件间便形成能量更大的电弧，电弧被压缩后形成等离子弧，而喷嘴与电源正端的联接被断开，开始切割。转移弧式切割方式可以避免电弧在气压的作用下偏离喷嘴中心而损坏喷嘴。此种方式适用于大功率切割机。   

四、切割机的技术参数:

    等离子弧切割机采用具有陡降的外特性的直流电源,电源空载电压一般在150~400伏之间,电源类型是专用的硅整流器电源.切割机输出要求有较高的电压(一般100~180伏)而电流较小.(一般为30~160安)。相对于焊机，切割机的技术参数有所改变：

1） 主变压器匝数比变小，以得到较高的输出电压

2） 慢（缓）起动时间变长，以保证气体的供给与气压

3） 反馈增益变小，反馈运放增益由开环增益变为闭环增益；

4） 占空比变大（90%以上），以得到较高的输出电压

5） 电抗器阻抗变大，以防高频干扰并保证控制继电器可靠的关断。

五、电气控制部分:

    切割电源包括主电路及控制电路两部分，主电路包括接触器，高漏抗的三相电源变压器，三相桥式整流器，高频引弧线圈及保护元件等组成。由高漏抗引成陡降的电源外特性。控制电路通过割炬上的按钮开关来完成整个切割工艺过程：

   预通气—主电路供电—高频引弧—切割过程—息弧—停止。主电路的供电由接触器控制；气体的通断由电磁阀控制；由控制电路控制高频振荡器引燃电弧，并在电弧建立后使高频停止工作。此外，控制电路尚具备以下内部锁定功能：热控开关动作，停止工作 。

六、等离子切割机的工作原理:

   接通电源开关后，三相漏抗变压器、整流桥得电后输出l20～180V(机型不同．电压不同)的空载直流电压处于待机状态。接通工作开关后，控制组件得电，如果此时按下切割开关(附在供气、电的喷嘴头部)，供气电磁闸打开供气，同时接通高压逆变组件电源。若此时没有进行切割，放电间隙即行释放部分高压以免击穿工作整流管，如果此时已接上导线到工件并且喷嘴已接近需切割的金属制品，气流在高压电场作用下被电离．一百多伏的电压即沿着电离子通路形成电弧，在离子、电压、电弧、气压的作用下金属迅速熔化，从而达到切割金属的目的。

七、等离子切割机的故障与维修:

1．没有高频引导弧。

检查高频引弧电路，首先检查110VAC，并观察G1，G2之间是否有放电火花存在。若没有，一般是110VAC没过来或固定G1，G2胶木板受潮，受潮后G1，G2不能放电和产生高压。用电吹风吹干胶木板，恢复110VAC。若仍无引导弧，应检查高频引弧线，由于高频的集肤效应，高频线与喷嘴内的导电环接触不好或因为密封圈的原因与冷却水短路都不会有高频。拆开割枪，紧固高频线或更换密封圈，一般都能解决问题。

2．没有切割弧。

在观察到有高频火花的情况下，先检查是否有400VDC开路电压。若没有，检查三相电源是否缺相。再检查电源箱内的大功率可控硅及触发电路板。如果电源正常，打开PLC控制盒，检查PLC的输入、输出信号。输入包括冷却水、切割水流量信号，氮气、氧气压力信号。没有冷却水、切割水流量信号，应更换冷却水泵、切割水泵；没有氮气、氧气压力信号应检测氮气、氧气源，并检查管路是否有泄漏。如启动条件都满足，则要检查割枪，电极杆内密封圈或喷嘴上密封圈损坏都会有水渗到电极、喷嘴之间的空腔内，导致直流电源与喷嘴短路，无法与工件形成回路。更换密封圈，重新装配割枪即能解决问题。

3．切割质量差。

表现为割不穿工件，或挂渣多，割缝不均匀，这是主弧没有受到足够的压缩，弧柱变粗，穿透力不足造成的，主要原因是切割气压力不足或切割气管道有漏。检查控制切割气的组合电磁阀，组合开关和气管，如果使用仿制的喷嘴，其参数不对，造成电极喷嘴之间气流紊乱也会出现这种情况。

4.40A等离子切割机．只能切割很薄的铁板，切割较厚的铁板时只能打出一个坑点后死火。

因为其他正常，断定是切割电流不足，重点查漏抗变压器和整流器。经仔细检查，整流部分正常，发现三相漏抗变压器副边绕组内层已发黑烧断。此变压器是由硅钢片叠压成的三个心柱与上下各两个横轭组合焊接而成，需用手砂轮割开焊口取出横轭才能拆下线圈(实测是2mmx4mm扁铝线86匝)。购进同型号铝线后按原样绕制，经浸漆烘干后装配(注意：装配时线圈与铁芯间要有良好的绝缘，并且要安装得尽量紧，硅钢片对合时要用夹具压严接口才能焊接，以免增大损耗)。完成后试机一切正常。分析损坏的原因是线圈松动在电磁力作用下与铁芯相擦，引起线圈短路烧断。

5.40A等离子切割机不能点火。

试机检查无高压打火声．此机已使用年余，用压缩空气喷净里面灰尘后．看出是高压包高压整流输出的滤波瓷片电容(两串两并，4kW/2200pF)下面的两只已裂开，上面的两只中一只已漏电(用2500V摇表测。只有0.5Mn)。市场上无此种电容，从旧的电击枪拆下2000pF／10kV聚丙稀电容，换上后试机正常(注：拆前不管是否有高压．都要先放电)。

6.40A等离子切割机，工作中突然熄火，约半分钟后有油漆焦臭味发出，并有低频哼声。

此机是新机，仅使用十余天，尚在保修期内，由于用户已自行拆开，经销商不愿保修。拆机检查，漏抗变压器中间芯柱上原副线圈已略有变色(说明温度已太高)，试开机十几秒钟后发热很大，断定有短路或负载过重，用绝缘柄螺丝刀杆进行间隙放电(这点要切记)，拆下副绕组到整流桥的连线，再通电试机，变压器绕组已不再发热。试按切割开关，高压及供气正常。关机放电后测出是两个三相整流半桥中一个已击穿。换后试机正常。

7.火花发生器不能自动断弧

　　等离子切割机工作时，首先要引燃等离子弧，由高频振荡器激发电极与喷嘴内壁之间的气体，产生高频放电，使气体局部电离而形成小弧，这一小弧受压缩空气的作用，从喷嘴喷出以引燃等离子弧，这是火花发生器主要的任务。正常情况下，火花发生器的工作时间只有0.5～1s，不能自动断弧的原因一般是控制线路板元件失调，火花发生器的放电电极间隙不合适。应经常检查火花发生器放电极，使其表面保持平整，适时调整火花发生器的放电电极间隙（0.8～1.2mm），必要时更换控制板。

8.地线与工件接触不良

　接地是切割前一项必不可少的准备工作。未使用专用的接地工具，工件表面有绝缘物及长期使用老化严重的地线等，都会使地线与工件接触不良。应使用专门的接地工具，并检查是否有绝缘物影响地线与工件表面接触，避免使用老化的接地线