| 在較厚金屬板的穿孔加工領域，等離子系統穿孔技術的使用日漸受到用戶青睞。這項技術經過工程師們的不懈努力和試驗，不但實現了運行成本的降低，同時也令穿孔能力又邁向了一個新臺階。 |
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大多數制造廠和鋼加工中心必須具備穿孔金屬板的能力。加工速度快代表著高生產效率和收益，由於使用等離子系統穿孔速度和切割速度較快並且精加工出的產品光潔，所以等離子系統取代火燄切割系統成為最理想的切割系統。
盡管等離子系統有許多優勢，但是生產實踐中已經發現，使用等離子系統很難針對超過1.25英寸厚的金屬材料進行穿孔加工。不僅如此，工廠操作人員也經常發現割炬堵滿易損件熔渣，或是易損件上附有一層熔渣。
現如今，經過等離子割炬及易損件方面的改進，等離子穿孔能力正得到顯著提高。那麼，傳統穿孔技術對穿孔有哪些限制？特別是針對厚金屬材料的切割，將如何改進等離子系統從而使其成為理想的切割系統？這將是本文著重關注的。
穿孔工藝及相關注意事項
1.穿孔工藝理論
使用等離子割炬進行穿孔時，等離子弧貼在金屬板的上表面，並且傳遞足夠的能量將上表面的金屬熔化。通常會使用非載流冷空氣和等離子保護氣將這些熔渣吹走。之後，等離子弧轉移到孔底，繼續加深熔化金屬板直到將其穿透，穿孔工藝結束。
2.幾種穿孔技術的注意事項
a.穩定穿孔方法
通常割炬在整個固定穿孔過程中保持在制造商推薦的穿孔高度。這是本行業中使用的最簡單並且最直接的穿孔技術。本技術的問題在於對割炬及易損件的損壞以及運行成本高。
b.低弧轉移/拉弧方法
使用低弧轉移/拉弧方法，在等離子弧轉移到金屬板時提升割炬，以實現拉弧。使用此方法，雖然可以降低對割炬及易損件的影響，但是穿孔時間將會延長，並且不是所有升降體和控制器都可以使用該技術。
c.移動穿孔方法
使用移動穿孔技術，割炬定位到距目標穿孔點一定距離的金屬板上。操作工使用此技術時需確保引入電纜長度足夠長以穿透整個材料。另外還需特別注意大量的火花飛濺到切割床上，從而可能引發火災。
d.雙弧穿孔技術
通過將割炬定位到金屬板上系統最大弧轉移高度以開始雙弧穿孔工藝。雖然該技術可以很大程度上增大等離子系統的穿孔能力，但是依然有缺點。該技術將增大穿孔和原材料浪費且會延長穿孔時間。
等離子穿孔的實際操作問題
上述的穿孔工藝理論很好，但是，隨著穿孔的開始且逐步加深，會出現4個問題限制該工藝。
首先是將能量傳遞到孔底的相關問題。等離子弧的能量隨著孔不斷加深而減少，並且需要傳遞到孔底和孔周圍，從而擴大了金屬板上表面的孔，並且降低了穿孔速度。隨著孔不斷加深和擴大，割炬和工件間的距離也變長，從而需要增大弧壓，否則等離子弧有可能熄滅。即使電源電壓足夠維持等離子弧燃燒，但長時間穿孔使得割炬一直接觸熔化的熱鋼材，易損件有可能開始熔化，尤其是保護帽。
第二，清除孔中熔渣用流體動力學問題。冷等離子氣體和保護氣體本該將熔渣從孔和工件中吹掉。但是，隨著孔加深，很難做到這點。結果在孔底形成一個熔池。
第三，穿孔厚金屬材料時產生的熔渣問題，這也是最嚴重的問題。大多數割炬頭都會卷起。由於割炬直接貼在要穿孔的金屬上，熔化掉的金屬以及產生的熱量將返回到割炬。隨著割炬溫度，尤其是保護帽溫度不斷升高，熔化掉的金屬很容易附著在割炬上。這樣會將更多的熱傳遞給保護帽，致使熔渣和熱量不斷堆積。不斷增多的熔渣將會堵塞排氣孔和主孔，並且影響割炬初始高度感應。所有這些都將降低穿孔能力和切割質量。最終，保護帽乃至噴嘴都可能熔化掉。
第四，就是熔化掉的金屬即使未使割炬卷起，也經常會使金屬板上表面翹起。金屬板上表面穿孔邊緣附近通常會出現明顯的熔池。熔池覆蓋金屬板的面積很大，並且相當厚。如果在變硬後的熔渣上移動割炬，則可能會損壞割炬頭（尤其是保護帽）。帶電壓控制的割炬升降體能夠將割炬提升至高於此熔池從而防止實際接觸。但是在切割過程中提升割炬，則可能導致割炬移過熔池時切割邊緣出現條紋。解決此問題最好的辦法就是切割時提供足夠長的引入電纜，以防止割炬路徑通過熔池。一般來講，建議引入電纜與切割材料厚度相等。
解決實際操作之難題
讓等離子穿孔實際操作問題“迎刃而解”非常重要，而用戶公司通過使用等離子切割系統取代切割速度慢且成本昂貴的切割系統，可以順利地改良自身生產效率，從而穩步擴大自己的客戶群和業務範圍。
針對穿孔厚金屬板或能量傳遞到孔底的問題，HPR XD的物理結構可以解決。
對於穿孔厚金屬板時清除孔內熔渣的問題，則可以通過不同的穿孔技術解決。穩定穿孔、低弧轉移/拉弧穿孔、移動和雙弧穿孔技術可以幫助清除熔渣。
針對穿孔厚金屬板時熔化的金屬附著在割炬和易損件，尤其是保護帽的問題，雖然確實無法阻止熔渣接觸割炬，幸運的是海別得的工程師找到了阻止熔渣附著在上面的方法：工程師們發現通過降低保護帽的溫度可以減小熔化的金屬在保護帽上的附著，通過使用不同的冷卻方法進行多次試驗之後，最終成功地將內置循環冷卻系統直接連接到保護帽後部，使保護帽接觸熔渣的部位由冷卻液冷卻。
試驗過程中，海別得的工程團隊使用水作為冷卻液，使用冷卻器/加熱器控制溫度。在實驗室使用海別得新系統—高性能HPR400XD穿孔1.5英寸厚低碳鋼板進行試驗，得出3種不同的溫度：38°F（約3.3℃）、85°F（約29.4℃）和135°F（約57.2℃）。該試驗中使用了400A氧氣切割系統，進行了300次穿孔。在每25次穿孔後，將保護帽和保護罩進行稱重，以計算保護帽上堆積的熔渣。反復進行了300次穿孔，得到了上述溫度。
上述試驗結果是變化的。保護帽溫度（使用冷卻液）保持在135°F時，整個試驗過程中產生熔渣總重198g（如下圖中a所示）。保持在85°F時，經過300次穿孔產生的熔渣重量相對明顯減少到175g（如下圖中b所示）。保護帽溫度降低到38°F時，出現了重大變化，在這個溫度僅有31g熔渣（如下圖中c所示）。
a: 熔渣總重198g b: 熔渣總重175g c: 熔渣總重31g
穿孔試驗結果對比圖
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將這項PowerPierce強力穿孔保護帽技術應用到等離子割炬及易損件設計中，實踐驗証等離子穿孔能力獲得了很大提高。海別得等離子系統現在能夠穿孔2英寸厚低碳鋼。另外，專業的水冷保護帽技術可以防止其被熔化，從而延長易損件使用壽命。 ■
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