[发明专利]大功率类激光等离子弧切割系统

说明书

技术领域

本发明涉及焊接工艺及设备技术，更具体地说，涉及一种大功率类激光等离子弧切割系统。

背景技术

近年来，在海洋工程、核电、航空航天、汽车、风电、火电、船舶、轨道交通、石油化工等装备制造业，其设备日趋大型化、结构日益复杂化以及材料趋于多元化，迫切需要大量高效、高性能切割加工技术和设备。其中，气割、等离子切割和激光切割是工业生产中应用较广泛的热切割方法。激光切割主要适用于薄板的切割，其具有精度高、割口窄和能够节约大量切割材料的优点，但是采用激光切割的设备成本以及生产成本都较高。相比传统的气割方法，等离子弧切割具有热变形小、切割速度更快、生产率高、适用范围更广和能切割几乎所有材料的特点，在切割同样厚度的碳钢时，其切割速度是氧乙炔切割的5～7倍；而相对于激光切割，等离子弧切割设备和工作成本较低，并能达到很高的切割质量，尤其是在中、厚板切割方面，其更具有成本和效率的优势。

但是，现有的大功率等离子弧切割的割口相对较宽，切割精度还不够高，切割加工过程还需预留较大的留量，甚至达到火焰气割的1.5-2倍，材料利用率不高，损耗较多。目前，我国等离子弧切割的材料利用率在68%左右，而国外工业发达国家已超过80%，按照我国一年切割钢材7000万吨计算，如果能够将材料利用率提高到80%，每年可节省钢材840万吨，将产生巨大的经济效益和社会效益。

目前，国外正在大力开发精细等离子弧切割方法，国内也有不少厂家开展了相关的研发工作，部分产品的切割精度已接近激光切割的水准，但是切割厚度还是有限的，并且切割延时时间长，从而影响了生产效率。此外，随着切割厚度的增加，必须要提高切割电流和切割电压；同时，为了提高切割精度，减少割口留量，又需要进一步压缩等离子弧，使热源更集中，使得电弧斑点处的能量密度非常高。上述两个因素会导致电极产生严重烧损，影响到切割电极的寿命，甚至影响生产效率和成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种切割精度高、切割能力强、使电极端部的热量分布更为均匀、能减少电极烧损和使用寿命长的大功率类激光等离子弧切割系统；该等离子弧切割系统在中厚板切割时的切割精度接近于激光切割水平，材料利用率提高5%以上，从而提高生产效率和生产成本。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种大功率类激光等离子弧切割系统，其特征在于：其输入端连接三相交流输入电源；包括等离子弧切割机、磁控装置和协同控制器；所述磁控装置的一端与三相交流输入电源连接，另一端分别与协同控制器和等离子弧切割机连接；所述等离子弧切割机一端与三相交流输入电源连接，另一端与协同控制器相互连接。

在上述方案中，本发明的等离子弧切割系统在等离子弧切割机上增加一个高性能的磁控装置，通过协同控制器的协同控制，利用外加磁场提高等离子弧射流的磁致压缩效应，使电弧更集中，减少割口宽度，使得该等离子弧切割系统在中厚板切割时的切割精度接近于激光切割水平，材料利用率提高5%以上，从而提高生产效率和生产成本。此外，本发明利用外加磁场控制电极上等离子弧斑点进行匀质化运动，使电极端部的热量分布更为均匀，减少电极烧损，从而延长电极的使用寿命。

所述等离子弧切割机包括等离子弧切割电源、压缩气体装置、冷却水装置、等离子弧割枪和执行机构；所述等离子弧割枪分别与等离子弧切割电源、压缩气体装置、冷却水装置和执行机构连接；所述冷却水装置与等离子弧切割电源连接；所述协同控制器分别与执行机构和等离子弧切割电源相互连接；所述等离子弧切割电源与三相交流输入电源连接。

更具体地说，所述等离子弧切割机为模拟控制型等离子弧切割机，或者所述等离子弧切割机为数字化控制的等离子弧切割机。本发明的等离子弧切割机既可以是传统的模拟控制型等离子弧切割机，也可以是数字化控制的等离子弧切割机。

所述协同控制器包括ARM微控制系统、可视化人机界面、继电器模块、信号检测模块、通信接口模块和信号驱动模块；所述ARM微控制系统分别与可视化人机界面、继电器模块、信号检测模块、通信接口模块和信号驱动模块连接；