白云冰

（新疆油田公司工程技術公司，新疆克拉瑪依834000）

1 引言

某公司制造的出口鍋爐對流段重要部件管板（長2813mm、高3370mm），共開234 個孔（分別為準138mm 和準100mm 孔），這些孔沿對流段管板布局集中分塊均勻分布，板厚為啄=16mm/Q235B，孔間距最小處14mm，特點是孔距近、管孔密集，如加工不當造成管孔直徑偏大，導致管孔外緣間距過小，會影響管板強度；若加工孔偏小，造成對流段爐管穿管困難或者壓根就穿不進去，還對高溫熱膨脹產(chǎn)生影響。由于管板尺寸過大，要進行高度方向拼版，這就要求加工好的管板，管孔要錯開焊縫并沿焊縫兩側(cè)對稱分布，確保管板強度。因此，對注汽鍋爐管板加工進行工藝研究，實現(xiàn)精密加工勢在必行。

2 篩選加工工藝

2.1 加工工藝方法研究

因沒有裝備空氣等離子切割設備，油田注汽鍋爐制造對流段管板常采取兩種加工工藝：機械冷加工工藝和氧氣乙炔火焰熱切割加工工藝。

機械冷加工的設備通常采用立式鏜床鏜孔加工管孔，由于鏜床加工管孔過程軸向力和扭矩較大等因素的影響，不易折斷切屑，黏結(jié)住了切屑，致使切屑難以排出，最終可能導致加工硬化，同時加快刀頭切削角磨損；在加工管板時，由于管板幅度大、剛度較差，頻繁產(chǎn)生共振，也導致加工偏差，進而對進給量、鏜削速度進行限制，致使鏜孔生產(chǎn)工效低，影響出口鍋爐工期時限。

常規(guī)的氧氣乙炔火焰熱切割加工存在管孔掛渣和清渣、管板變形大等問題外，由于管板的管孔密集、間距小，加工精度難以保證，為后續(xù)矯正變形和穿管造成極大困難[1]。

空氣等離子切割是逆變電源、等離子切割技術和數(shù)控技術集成的新技術，是工件切口處的局部金屬被由逆變電源產(chǎn)生的高溫等離子電弧發(fā)出的熱量熔化（和蒸發(fā)）的切割加工過程，由于空氣中含體積分數(shù)約78%的氮氣，因此，利用加壓的高速壓縮空氣對等離子切口處產(chǎn)生的熔渣進行吹掃，其主要優(yōu)點在于等離子電弧的能量大，切割速度快，提高了加工精度、節(jié)約材料、提高了勞動生產(chǎn)率。尤其在切割普通碳素薄鋼板時，加工出的工件變形小、切割面光潔、精度高的管板管孔，效率是氧氣乙炔切割的5～6 倍[2]。

2.2 加工方法試驗

以現(xiàn)有加工條件，使用氧氣乙炔火焰熱切割加工和空氣等離子加工進行加工進行試驗。通過實際試驗驗證，加工注汽鍋爐管板，氧氣乙炔火焰熱切割加工的管板變形嚴重，管孔表面夾渣，端面切痕嚴重，焊嘴燒損嚴重，不符合管板加工要求。為獲得良好的出口鍋爐管板加工質(zhì)量，利用空氣等離子切割，首次進行加工試驗。切割時，為獲得能量的高密度，采取大幅縮小噴嘴孔尺寸產(chǎn)生極高壓縮弧，配合壓縮加壓空氣，通過等離子切割加工的管板，管孔成型效果良好。在切割板厚為啄=16mm/Q235B 的普通碳素鋼管板時，速度約可達氧氣乙炔火焰熱切割加工的5 倍，切割斷面光潔，熱變形小，幾乎沒有熱影響區(qū)，變形極小，符合出口鍋爐管板質(zhì)量要求，最終選取空氣等離子切割加工注汽鍋爐管板。

3 空氣等離子精密切割加工對流段管板

影響等離子切割質(zhì)量的主要因素包括：

1）控制保持切割斜角在0毅: 通過調(diào)節(jié)割炬高度、調(diào)節(jié)弧壓來實現(xiàn)調(diào)整切割斜角；

2）高速熔渣量、頂部熔渣量的多少可以通過逐步減少弧壓來消減，直至消除；

3）調(diào)整切割速度至1200mm/min，有效消除了切割截面上的波紋深度；操作切割機時，及時清理割嘴上的飛濺熔渣，也能消減切割截面上的波紋，而且還能使割嘴的使用壽命加長；

4）穩(wěn)定弧柱電壓和控制空載電壓：足夠高的空載電壓是空氣等離子切割引弧容易和離子弧燃燒穩(wěn)定的條件，保持弧柱電壓在空載電壓的約1/2，提高弧柱電壓來增加等離子弧的功率，加快切割速度或者切更厚的板；通過氣體流量調(diào)節(jié)和電極內(nèi)縮量加大，調(diào)節(jié)弧柱電壓，弧柱電壓超過65%的空載電壓時，等離子弧處于不穩(wěn)定狀態(tài)；

5）氣體流量的控制：氣體流量的增加會提高了弧柱電壓，使弧柱的壓縮作用增強，集中能量的等離子弧形成更強的噴射力，提高了切割質(zhì)量和速度。但過大的氣體流量使弧柱變短，導致?lián)p失熱量增加，進而切割能力減弱，不能開展正常切割過程；

6）割嘴高度調(diào)整：確保合適的被割工件表面至割嘴端面4～10mm 的割嘴高度距離才能充分體現(xiàn)等離子的切割效率。同樣和上面提到的電極內(nèi)縮量，不合適的距離，會使割嘴頻繁燒損，更談不上切割質(zhì)量和切割效率。

以上各種因素直接影響等離子弧的壓縮效應，也就是影響等離子弧的溫度和能量密度，而等離子弧的高溫、高能量決定著切割速度，所以以上的各種因素均與切割速度有關。在保證切割質(zhì)量的前提下，應盡可能地提高切割速度，不僅提高了生產(chǎn)率，還能減少被割零件的變形量和割縫區(qū)的熱影響區(qū)域。若切割速度不合適，其效果相反，而且會使粘渣增加，切割質(zhì)量下降。

通過對上述影響等離子切割的重要因素的研究發(fā)現(xiàn)，這幾個因素都對等離子弧的壓縮效應產(chǎn)生直接作用，進而決定等離子弧的能量密度以及溫度高低。而最能直觀體現(xiàn)的切割速度就是由等離子弧的高能量密度和高溫度決定的，因此，切割速度就與上述的幾個因素密切關聯(lián)了。對于用空氣等離子精密加工切割對流段管板來講，工效的提升就是在既保證切割質(zhì)量又能獲得盡可能高的切割速度，同時減小空氣等離子加工切割對流段管板的變形量和熱影響區(qū)域。

4 管板切割實際效果

鍋爐管板共開孔234 個，沿對流段管板布局集中均勻分布。管孔錯開焊縫并沿焊縫兩側(cè)實現(xiàn)對稱分布，確保管板強度。采用空氣等離子加工單個對流段管板用時120耀150min 完成，加工效率高；板孔表面加工質(zhì)量良好，開孔表面光滑，無殘渣附著，不存在嚴重掛渣或收弧凹坑；空氣等離子加工成型后的管板裝配在對流段上，后續(xù)完成不銹鋼襯套焊接后，順利完成穿管焊接作業(yè)，極大地提高了出口注汽鍋爐制造工效。

5 結(jié)語

此次通過出口鍋爐對流段管板空氣等離子切割加工工藝研究，并得到良好的成活質(zhì)量，通過加工方法的研究和試驗、設置合適的工藝參數(shù)，實際效果顯示管板加工開孔無掛渣及得到了較高的切割精度、熱變形小，保證了后續(xù)的穿管順暢程度及焊接對位質(zhì)量，在提高工效和質(zhì)量的同時,也改善了作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境，減輕了作業(yè)人員的勞動強度，更重要的是為出口鍋爐制造任務的及早完成贏得了時間。