[發明專利]大功率類激光等離子弧切割系統

有效

• 申請號: 201310703568.5
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103692072A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 王振民;張新;方小鑫;馮允樑
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 梁瑩;李衛東

技術領域

本發明涉及焊接工藝及設備技術，更具體地說，涉及一種大功率類激光等離子弧切割系統。

背景技術

近年來，在海洋工程、核電、航空航天、汽車、風電、火電、船舶、軌道交通、石油化工等裝備制造業，其設備日趨大型化、結構日益復雜化以及材料趨于多元化，迫切需要大量高效、高性能切割加工技術和設備。其中，氣割、等離子切割和激光切割是工業生產中應用較廣泛的熱切割方法。激光切割主要適用于薄板的切割，其具有精度高、割口窄和能夠節約大量切割材料的優點，但是采用激光切割的設備成本以及生產成本都較高。相比傳統的氣割方法，等離子弧切割具有熱變形小、切割速度更快、生產率高、適用范圍更廣和能切割幾乎所有材料的特點，在切割同樣厚度的碳鋼時，其切割速度是氧乙炔切割的5～7倍；而相對于激光切割，等離子弧切割設備和工作成本較低，并能達到很高的切割質量，尤其是在中、厚板切割方面，其更具有成本和效率的優勢。

但是，現有的大功率等離子弧切割的割口相對較寬，切割精度還不夠高，切割加工過程還需預留較大的留量，甚至達到火焰氣割的1.5-2倍，材料利用率不高，損耗較多。目前，我國等離子弧切割的材料利用率在68%左右，而國外工業發達國家已超過80%，按照我國一年切割鋼材7000萬噸計算，如果能夠將材料利用率提高到80%，每年可節省鋼材840萬噸，將產生巨大的經濟效益和社會效益。

目前，國外正在大力開發精細等離子弧切割方法，國內也有不少廠家開展了相關的研發工作，部分產品的切割精度已接近激光切割的水準，但是切割厚度還是有限的，并且切割延時時間長，從而影響了生產效率。此外，隨著切割厚度的增加，必須要提高切割電流和切割電壓；同時，為了提高切割精度，減少割口留量，又需要進一步壓縮等離子弧，使熱源更集中，使得電弧斑點處的能量密度非常高。上述兩個因素會導致電極產生嚴重燒損，影響到切割電極的壽命，甚至影響生產效率和成本。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種切割精度高、切割能力強、使電極端部的熱量分布更為均勻、能減少電極燒損和使用壽命長的大功率類激光等離子弧切割系統；該等離子弧切割系統在中厚板切割時的切割精度接近于激光切割水平，材料利用率提高5%以上，從而提高生產效率和生產成本。

為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種大功率類激光等離子弧切割系統，其特征在于：其輸入端連接三相交流輸入電源；包括等離子弧切割機、磁控裝置和協同控制器；所述磁控裝置的一端與三相交流輸入電源連接，另一端分別與協同控制器和等離子弧切割機連接；所述等離子弧切割機一端與三相交流輸入電源連接，另一端與協同控制器相互連接。

在上述方案中，本發明的等離子弧切割系統在等離子弧切割機上增加一個高性能的磁控裝置，通過協同控制器的協同控制，利用外加磁場提高等離子弧射流的磁致壓縮效應，使電弧更集中，減少割口寬度，使得該等離子弧切割系統在中厚板切割時的切割精度接近于激光切割水平，材料利用率提高5%以上，從而提高生產效率和生產成本。此外，本發明利用外加磁場控制電極上等離子弧斑點進行勻質化運動，使電極端部的熱量分布更為均勻，減少電極燒損，從而延長電極的使用壽命。

所述等離子弧切割機包括等離子弧切割電源、壓縮氣體裝置、冷卻水裝置、等離子弧割槍和執行機構；所述等離子弧割槍分別與等離子弧切割電源、壓縮氣體裝置、冷卻水裝置和執行機構連接；所述冷卻水裝置與等離子弧切割電源連接；所述協同控制器分別與執行機構和等離子弧切割電源相互連接；所述等離子弧切割電源與三相交流輸入電源連接。

更具體地說，所述等離子弧切割機為模擬控制型等離子弧切割機，或者所述等離子弧切割機為數字化控制的等離子弧切割機。本發明的等離子弧切割機既可以是傳統的模擬控制型等離子弧切割機，也可以是數字化控制的等離子弧切割機。

所述協同控制器包括ARM微控制系統、可視化人機界面、繼電器模塊、信號檢測模塊、通信接口模塊和信號驅動模塊；所述ARM微控制系統分別與可視化人機界面、繼電器模塊、信號檢測模塊、通信接口模塊和信號驅動模塊連接；