廖學(xué)勇

超厚板數(shù)控火焰切割

廖學(xué)勇

【摘要】隨著裝備大型化和以鋼代鑄的廣泛使用，超厚板在設(shè)備制造業(yè)中使用越來越廣泛?；鹧媲懈钭鳛榻Y(jié)構(gòu)件生產(chǎn)加工的首要工序，加之火焰切割的不可逆性，超厚板數(shù)控火焰切割工藝已是大型設(shè)備制造廠家的必備技術(shù)。因此研究和掌握超厚板數(shù)控火焰切割工藝具有重要意義。

大包回轉(zhuǎn)臺是煉鋼廠方圓坯項(xiàng)目中的重要設(shè)備，由于該設(shè)備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大，使用條件惡劣，制作質(zhì)量要求高，制作難度大，首要是厚板的數(shù)控火焰切割下料，大包回轉(zhuǎn)臺的部分構(gòu)件使用超厚鋼板，如圖1所示的上連桿中序號9鋼板厚度達(dá)到220mm。必須針對超厚板的切割特點(diǎn)進(jìn)行分析，制定相應(yīng)的措施保證產(chǎn)品的切割質(zhì)量。

1. 超厚板火焰切割特點(diǎn)

（1）氧氣和乙炔由于超厚板零件尺寸通常較大，因而消耗的氧氣和乙炔的總量要多得多。超厚板數(shù)控切割要一次性完成單個(gè)零件的切割必須要保證足夠的氧氣和乙炔持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)。

（2）厚板尺寸和質(zhì)量大如220mm×2200mm×8000mm，質(zhì)量約30t。單個(gè)零件質(zhì)量有時(shí)也很大，圖1中上連接桿序號9鋼板，質(zhì)量能達(dá)4t多。

（3）容易產(chǎn)生切割缺陷除了常見的切割缺陷外，超厚板還會產(chǎn)生如切割不透等缺陷。

（4）材料邊角料損失大由于超厚板的邊料損失較多，故邊料難以再利用。

（5）切割變形大 鋼板受熱量大，導(dǎo)致鋼板切割時(shí)產(chǎn)生移料變形，導(dǎo)致零尺寸出偏差，在巨大的應(yīng)力作用下，如鋼板突然彈開還可能引起安全事故，故制定切割工藝時(shí)需防止切割變形導(dǎo)致的質(zhì)量和安全問題。

2. 超厚板切割斷面易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷

（1）上邊緣切割缺陷上邊緣塌邊或水滴狀熔豆串，割縫上邊緣熔化過快，造成圓角塌邊。原因：一是鋼表面有難熔的較厚氧化皮；二是切割速度太慢，預(yù)熱火焰太強(qiáng)； 三是割嘴與工件之間的高度太高或太低，使用的割嘴號太大，火焰中的氧氣過剩，如圖2所示。

（2）切割面平面度差①切割斷面上邊緣下方，有凹形缺陷現(xiàn)象（見圖3），同時(shí)上邊緣有不同程度的熔化塌邊，這是由于切割氧壓力太高，或割嘴與工件之間的高度太大；割嘴有雜物堵塞，使風(fēng)線受到干擾所致。②切割斷面粗糙度過大，這是因切割速度拖得過快或鋼板內(nèi)部有雜質(zhì)而影響成形的，如圖3所示。

圖1　上連桿結(jié)構(gòu)

圖2　上邊緣水滴狀熔豆串缺陷

圖3　上邊緣下方凹形缺陷

（3）斷面垂直度差①切割縫上寬下窄或上窄下寬，原因是切割速度過快或過慢；割嘴有雜物堵塞使風(fēng)線受到干擾；切割氧

太小或太大，造成金屬燒損不足和過多。②出現(xiàn)斜角，由于割炬與工件面不垂直或風(fēng)線不正造成的。

（4）下邊緣切割缺陷①接近下邊緣處凹陷并且下邊緣熔化成圓角, 原因是切割速度太快，割嘴堵塞或者損壞，風(fēng)線受阻變壞。②在切割斷面上或下邊緣產(chǎn)生難以清除的掛渣，形成原因是切割速度太快或太慢，使用的割嘴號太小，切割氧壓力太低；預(yù)熱火焰中燃?xì)膺^剩，鋼板表面有氧化皮銹蝕或不干凈；割嘴與工件之間的高度太大，預(yù)熱火焰太強(qiáng)；合金成分含量太高也會造成斷面及下邊緣掛渣（見圖4）。

（5）裂紋在切割斷面或熱影響區(qū)出現(xiàn)微裂紋。其原因是鋼板碳當(dāng)量太高，裂紋敏感性高卻未采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱及緩冷措施。

（6）變形在切割時(shí)由于鋼板局部受熱，導(dǎo)致鋼板切割時(shí)產(chǎn)生移料變形，從而使切割的零件出現(xiàn)尺寸偏差，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，如圖5所示。

3. 切割工藝

（1）切割供氣系統(tǒng)由于厚板切割所需氧氣和乙炔供氣量很大，且需保證在較長時(shí)間內(nèi)、較高氣壓下供氣穩(wěn)定。部分大型結(jié)構(gòu)廠有較穩(wěn)定的氧、乙炔供氣站系統(tǒng)。然而由于各種原因很多單位并無此供氣系統(tǒng)，多采用瓶裝氧、乙炔氣體。而一個(gè)厚板零件的氧氣或乙炔使用量往往超過一瓶，在零件切割中途就中斷，中斷處的切割缺陷肯定影響切割質(zhì)量；為保證氧、乙炔氣體的連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，可將多瓶氣體并聯(lián)使用，保證乙炔穩(wěn)定連續(xù)供氣。制作并聯(lián)供氣包（見圖6），用一φ100mm的鋼管作為氣包，兩端用鋼板堵焊上，在鋼管上制作6根進(jìn)氣管，一根出氣管（注意焊接質(zhì)量，保證氣包不漏氣）。在每根進(jìn)氣管和出氣管上加上氣密性好的球閥，和接管裝置。使用時(shí)將6瓶乙炔氣與進(jìn)氣管相連，出氣管與數(shù)控切割機(jī)供氣管相連，形成6瓶氣并聯(lián)供氣的局面。如6瓶氣仍不夠用，可先開其中三瓶氣打開，使用快完時(shí)，打開另外三瓶新氣后關(guān)閉這三瓶快用完的氣，并用三瓶新氣更換。如此循環(huán)可保證氣包連續(xù)供氣。

（2）切割支撐架由于厚板尺寸和質(zhì)量大，最重達(dá)30t，且單個(gè)零件尺寸和質(zhì)量大，最重達(dá)4t，所以原有數(shù)控切割機(jī)支撐架因板條支承力不夠不能滿足切割要求（見圖7a），另外，由于切割厚板的火焰穿透力強(qiáng)，零件切割后也會將板條切割斷，導(dǎo)致零件將支撐架壓塌，使切割質(zhì)量不能達(dá)到使用要求。所以為保證支撐架穩(wěn)定支撐，需對支撐架進(jìn)行改造。經(jīng)分析研究和討論，決定采用廢舊H型鋼做為厚鋼板支撐架。具體措施： ①在廢舊H型鋼中找到寬度一致的H型鋼。②根據(jù)要切割厚鋼板的尺寸要求，所以用選出來H型鋼搭建一長寬適度的支撐架。③利用排料圖檢查，確保每個(gè)零件切割下來后都會得到穩(wěn)定的支撐，否則在相應(yīng)零件下方再加支撐。④將支撐架用數(shù)控床切割嘴頭找水平。⑤將厚鋼板再次找平后準(zhǔn)備切割。

圖4　切割斷面掛渣

圖5　切割鋼板變形示意

圖6　并聯(lián)供氣包示意

圖 7

（3）切割程序優(yōu)化首先，引入引出點(diǎn)處理。超厚板（最厚達(dá)220mm）切割時(shí)最難保證的是切口質(zhì)量，特別是零件引入引出點(diǎn)位置，往往會產(chǎn)生切割缺陷，如圖8a、圖8b所示。厚板切割點(diǎn)往往不能垂直，切割點(diǎn)至引入點(diǎn)重合時(shí)，如果此時(shí)出現(xiàn)切割線轉(zhuǎn)折時(shí)就會導(dǎo)致根部未割斷的

現(xiàn)象，由零件重力引起斷裂而產(chǎn)生缺陷。為防止產(chǎn)生類似缺陷，可通過優(yōu)化切割程序中的引入引出線來避免。具體措施是：①如圖8c原程序切割引入引出點(diǎn)在零件直線上，實(shí)際切割時(shí)在引入引出點(diǎn)要停頓一下，對普通薄板或中厚板無關(guān)緊要，對于超厚板則會產(chǎn)生缺陷。②修改切割軌跡，切割引入引出點(diǎn)最好在零件轉(zhuǎn)角處，從起割點(diǎn)切入，在引入點(diǎn)不作停留直接切割進(jìn)入零件，零件切割結(jié)束后在引出點(diǎn)不作停留直接切割出零件。如零件沒有轉(zhuǎn)角如圖8d所示，軌跡引入線和引出線均為圓弧引入和圓弧引出。

其次，數(shù)控切割順序及切割走向研究，由于火焰切割過程中，零件和鋼板在割縫處受熱膨脹，所以在切割過程中如不注意走向，會導(dǎo)致零件走料，即零件被膨脹力擠走，導(dǎo)致零件尺寸與程序尺寸不一致。為解決這一問題，我們根據(jù)分析：鋼板在切割時(shí)質(zhì)量輕的因壓力小，致使與支撐架的摩擦力小而被膨脹力擠走，質(zhì)量大的因壓力大，致使與支撐架的摩擦力大而不被膨脹力擠走。在編寫程序時(shí)必須注意這一點(diǎn)，零件在切割時(shí)盡可能與質(zhì)量大的一塊相連。據(jù)此原則，上連桿的排料、切割順序、切割走向如圖9所示。

最后，排料優(yōu)化尺寸，這能節(jié)約較大的成本，設(shè)計(jì)程序時(shí)可在排料優(yōu)化上多用點(diǎn)時(shí)間考慮，剩下的邊料最好要有利用價(jià)值，由兩人以上交互檢查零件尺寸，確認(rèn)無誤后生成程序。被割件越厚，割炬型號、割嘴號碼、氧氣壓力均應(yīng)增大，氧氣壓力與割件厚度、割炬型號、根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備與切割經(jīng)驗(yàn)選擇，超厚板切割參數(shù)如附表所示。

（4）實(shí)施切割鋼板一經(jīng)切割，所以應(yīng)只能一次成功。在鋼板廢棄的邊角處試切割，調(diào)整好切割風(fēng)線，確保切割斷面沒有上述各種缺陷。在切割過程中現(xiàn)場跟蹤，發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間處理。

4.結(jié)語

通過充分的準(zhǔn)備和嚴(yán)格制定的切割工藝，使超厚板切割取得了一次性成功，產(chǎn)品切口質(zhì)量和外觀都達(dá)到了工藝要求，切割出了合格的產(chǎn)品零件（見圖10）。打通了在現(xiàn)有設(shè)備條件下火焰切割超厚鋼板生產(chǎn)工藝，為生產(chǎn)同類產(chǎn)品奠定了技術(shù)支撐。

圖 8

圖9　上連桿排料、切割順序、切割走向示意

圖10　切割實(shí)物

超厚板氧乙炔火焰切割參數(shù)

20150125

作者簡介：廖學(xué)勇，四川鴻艦重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司。