劉俊權(quán)

（1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518045；2.中建二局陽光智造有限公司，廣東 河源 517000）

1 概述

公司在構(gòu)件的生產(chǎn)加工過程中常用的切割設(shè)備有數(shù)控火焰切割機(jī)和數(shù)控等離子切割機(jī)。數(shù)控切割的效率高，割縫質(zhì)量好，尺寸精度高，相比手工下料，仿形切割優(yōu)勢明顯。

火焰切割是利用可燃?xì)怏w所放出的熱量來切割金屬的一種氣體火焰加工方法。利用氣體火焰的能量將割件預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使其燃燒，由高速氧氣流吹掉，從而形成切口。由于切割厚度大，精度高，切割成本較低，火焰切割被廣泛應(yīng)用于建筑，橋梁，船舶等行業(yè)。但是由于火焰切割的熱影響區(qū)較大，因此切割變形的問題經(jīng)常出現(xiàn)，造成零件尺寸出現(xiàn)偏差，無法裝配，影響構(gòu)件質(zhì)量，甚至直接報(bào)廢的情況。

2 變形的分析

2.1 鋼板本身的變形

在吊裝及運(yùn)輸過程中由于操作不當(dāng)會(huì)造成鋼板變形，這個(gè)類變形不屬于數(shù)控切割變形，也比較容易處理和控制，只需要通過校平機(jī)校平即可。

2.2 切割過程中熱變形

使用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割時(shí)，鋼板在切割過程中受到不均勻的加熱或者冷卻，材料內(nèi)部的應(yīng)力使被切割件發(fā)生了不同程度的彎曲或者移位，也就是割熱變形。在切割長寬比較大的零件時(shí)熱變形尤為嚴(yán)重。由于材料的熱膨脹和收縮還會(huì)發(fā)生位移，數(shù)控切割機(jī)是計(jì)算機(jī)控制，工件的外形尺寸已輸入到程序中，所在切割位置的坐標(biāo)定位不會(huì)因?yàn)殇摪遄冃蜗鄳?yīng)改變，因而造成了切割后的零件尺寸與原尺寸有誤差。但是切割熱變形并不是不可控，我們可以通過一些方法將熱變形降至最低，滿足零件的尺寸要求。

3 減小切割變形型的措施

3.1 切割工藝參數(shù)的選擇

3.1.1 火焰切割機(jī)氣體壓力，切割速度如表1所示，不同的鋼板厚度選用不同的割嘴，氣壓及切割速度

1）根據(jù)不同的板厚選取合適的氣體壓力，切割氧壓力太高，不但造成浪費(fèi)，而且在接近頂部切割件都會(huì)產(chǎn)生有規(guī)則的溝槽。切割氧壓力太低，切割面有較厚的鱗皮融入，難以清除。乙炔壓力過高將形成過熱，接近頂部的切割面形成較大的槽；乙炔壓力過低則難以保證切割的順利進(jìn)行。

2）切割速度直接影響切割過程的穩(wěn)定性和切割斷面的質(zhì)量，強(qiáng)制調(diào)高切割速度會(huì)使切割斷面質(zhì)量變差，反而不能提高生產(chǎn)效率。切割速度不能過快，也不能過慢，過快會(huì)使切割斷面質(zhì)量變差，出現(xiàn)凹陷和掛渣，甚至是切割中斷。過慢會(huì)產(chǎn)生過多的熱量，出現(xiàn)切口上邊緣融化塌邊，下邊緣產(chǎn)生圓角，同時(shí)切割斷面下半部分出現(xiàn)水沖狀的深溝凹坑等，增加熱變形。（見表1）

表1 割嘴切割性能及基本參數(shù)表

割嘴號 切割氧孔徑mm切割厚度mm切割速度mm/min氣體壓力Mpa 氣體消耗量氧氣 丙烷 氧氣m3/h 丙烷L/h 00 0.8 5-10 600-450 0.2-0.3 ＞0.03 0.9-1.3 340 0 1.0 10-20 480-380 0.2-0.3 ＞0.03 1.3-1.8 340 1 1.2 20-30 400-320 0.25-0.35 ＞0.03 2.5-3 470 2 1.4 30-50 350-280 0.25-0.35 ＞0.03 3-4 470 3 1.6 50-70 300-240 0.3-0.4 ＞0.04 4.5-6 620 4 1.8 70-90 260-200 0.3-0.4 ＞0.04 5.5-7 620 5 2.0 90-120 210-170 0.4-0.6 ＞0.04 8.5-10.5 620 6 2.4 120-160 180-140 0.5-0.8 ＞0.05 12-15 780 7 2.8 160-200 150-110 0.6-0.9 ＞0.05 21-24.5 1000 8 3.2 200-270 120-90 0.6-1.0 ＞0.05 26.5-32 1000 9 3.6 270-350 90-60 0.7-1.1 ＞0.05 40-46 1300 10 4.0 350-400 70-50 0.7-1.2 ＞0.05 49-58 1600

3.1.2 割嘴的選擇

根據(jù)氣體種類和板厚選擇割嘴。數(shù)控切割機(jī)的割嘴一般分為乙炔割嘴和丙烷割嘴（適用于煤氣、液化石油氣、丙烷）。

乙炔割嘴：燃燒速度快、燃燒值高，尤其適合厚度在200mm以上的鋼板。乙炔割嘴一般是一體式的，出氣孔一般是呈環(huán)形排列。

丙烷割嘴：燃燒速度與燃燒值較乙炔均低一些，適合厚度10-200mm的鋼板切割。丙烷割嘴一般是分體式的，出氣孔一般呈梅花型排列。由于丙烷的燃燒熱值低，所以丙烷割嘴的快風(fēng)出口都縮進(jìn)一點(diǎn)，以集中火焰，提高加熱的溫度，彌補(bǔ)燃燒值低的不足。

另外，選購割嘴時(shí)，還要根據(jù)所需要切割的板材的厚度，選擇合適的割嘴型號。

3.1.3 切割用氣體的選擇

切割氧純度的影響。氧氣純度對零件的熱變形也有影響，在氧氣純度為97.5%～99.5%的范圍內(nèi)，氧氣純度每降低1%，切割一米長的割縫，氣割時(shí)間將增加10%～15%，預(yù)熱火焰釋放能量也將增加10%～15%，從而增加了零件的熱變形。所以我們要求切割氧的純度在98.5%以上。

可燃?xì)怏w的影響。可燃?xì)怏w有乙炔，丙烷，天然氣等。在氧氣中燃燒火焰溫度和熱量分布上乙炔優(yōu)勢明顯，這都是有利于降低變形的。另外氣在純氧中燃燒產(chǎn)生的溫度約為2500℃，為了彌補(bǔ)這一缺憾在天然氣中加入增效劑，可將溫度提升到3300℃左右。同時(shí)天然氣更經(jīng)濟(jì)，更安全，燃燒時(shí)無污染。因此天然氣也是比較好的選擇。

3.2 切割過程中的控制

3.2.1 切割順序的控制

合理的切割順序是控制切割變形的有效措施。切割順序是指對鋼板上若干大小套嵌的套排零件依次進(jìn)行切割的順序。一般應(yīng)遵循“先內(nèi)后外，先小后大”的原則。先內(nèi)后外，即有內(nèi)輪廓的零件先切內(nèi)輪廓，內(nèi)輪廓中有嵌套零件的先切內(nèi)輪廓中的嵌套零件。如圖2所示，先切割1號零件，再切割內(nèi)輪廓圓，最后切割外輪廓。先小后大，即先切割零件尺寸較小的，再切割尺寸比它大的零件，尺寸小的零件產(chǎn)生的熱量少，可降低變形量。（見圖1）

圖1 正確的切割方向

圖2 錯(cuò)誤的切割方向

3.2.2 引入線的控制（起火點(diǎn)）

正常情況下，最理想的起火點(diǎn)在鋼板邊緣（鋼板邊緣的零件），已割零件的割縫中間（鋼板內(nèi)部的零件）。距離太大會(huì)增加鋼板穿孔，增加預(yù)熱時(shí)間，導(dǎo)致熱變形的增加，同時(shí)還降低割嘴壽命和生產(chǎn)效率。距離太小則會(huì)割壞零件本身。如圖1和圖2所示，1號零件引入線放在鋼板邊緣，3號零件引入線放在2號和3號之間的位置。

3.2.3 切割方向的控制

切割件一直受母材的牽制可有效降低切割件的變形，在切割方向上應(yīng)盡可能的保證最后一條切割邊與母材大部分脫離，如果過早的與母材大部分分離，則周邊的邊角框不足以抵抗切割過程中出現(xiàn)的熱變形應(yīng)力，造成切割件在切割過程中移位，出現(xiàn)尺寸偏差。1號零件的切割方向是A4-A3-A2-A1，那么在切割了A4-A3-A2時(shí)，1號零件已經(jīng)和母材分離了，受不到母材的牽制就很容易發(fā)生偏移，尺寸就會(huì)出現(xiàn)偏差。正確的切割方向A1-A2-A3-A4，B1-B2-B3（1號零件和2號零件共邊）。

3.3 易變形零件的控制

長寬比較大的細(xì)長條零件在切割過程中極易變形，采用常規(guī)的方法切割時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)上拱和旁彎的情況，操作稍不注意就會(huì)碰到割嘴，影響切割的順利進(jìn)行，并容易造成熄火或撞彎、撞斷割炬等事故。根據(jù)零件的種類，有兩種解決辦法。

零件為規(guī)則的矩形零件。建議使用直條機(jī)切割，多個(gè)割嘴同時(shí)切割，各個(gè)割嘴的火焰強(qiáng)度基本一致，零件長度方向同時(shí)受熱且切割速度均勻一致，因此可以有效的控制熱變形帶來的旁彎現(xiàn)象。

零件為不規(guī)則的異形零件?？刹捎昧舾畹姆椒ǎ慈藶閷⒏钸吜魩锥?5-30mm的橋不切割，使之與母材通過橋相連，以牽制冷縮，上拱和位移，

4 結(jié)語

由于火焰數(shù)控切割機(jī)的切割方式，從本質(zhì)上是無法完全杜絕切割受熱變形的問題，但是只要我們在切割的工藝參數(shù)上稍加修整，那么就可以將熱變形的影響降到最低?？刂茻嶙冃蔚姆绞讲粌H僅只有以上幾種，還有共邊切割和零件橋接等方法，都可以降低切割中的熱變形。我們要根據(jù)熱變形的不均勻性，了解其變形規(guī)律，制定出相應(yīng)的防變形措施，大限度的降低切割熱變形，保證切割零件的精度。