數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)工藝改進(jìn)及應(yīng)用

1、摘要分析板材的切割變形和橫梁成形的焊接變形原因、影響因素和在制作過程中采用合理的切割工藝， 選用合適的切割方式，控制切 割、焊接變形的措施以及焊接殘余應(yīng)力的消除方法，從而獲得橫梁長期工作時其幾何尺寸和形位公差的穩(wěn)定，保證橫梁的使用壽命和機(jī)械 性能。關(guān)鍵詞切割機(jī)；焊接；變形；殘余應(yīng)力大型鋼結(jié)構(gòu)件目前在船舶、橋梁、建筑等領(lǐng)域已得到了廣泛運(yùn)用。數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)也用到了大型鋼結(jié)構(gòu)件的制作。切割機(jī)鋼結(jié)構(gòu)件中，以橫梁最為典型，其長度可達(dá)10m以上，但尺寸精度和形位公差要求 都很高。作為鋼結(jié)構(gòu)件，其下料、切割、裝配、焊接困難頗多。數(shù)控裝備的鋼結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)流程框圖如圖1所示。1生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及應(yīng)用橫梁是切割機(jī)的

2、主要部件，其質(zhì)量對整機(jī)性能起著決定性 作用，而橫梁的制作工藝則直接關(guān)系切割機(jī)質(zhì)量的優(yōu)劣。按常規(guī)工藝生產(chǎn)，橫梁的變形時有發(fā)生。經(jīng)長期實(shí)踐及反復(fù)地進(jìn)行工藝分析研究、比對，認(rèn)為在模具生產(chǎn)工藝流程中切割和焊接是兩個 關(guān)鍵。鋼板切割是橫梁制作過程中最基本的工序。焊接亦對橫梁制作起著至關(guān)重要的作用。所以，抓住切割與焊接這兩個關(guān)鍵點(diǎn)并加以全方位的工藝優(yōu)化整合， 就能有效提高橫梁制作的質(zhì) 量。1.1下料切割1.1.1鋼板氣切割變形的原因1氣割時，板材切割區(qū)域由于受到了高溫加熱和迅速降溫，使切割區(qū)域局部出現(xiàn)了快速的膨脹收縮，從而導(dǎo)致發(fā)生材板熱變形。2切割機(jī)橫梁使用的板材為薄形板條，其剛度和抗彎強(qiáng)度較差，從而使氣

3、割時 板材變形會更大。1.1.2切割變形對橫梁使用的板材影響1板條形薄鋼板的變形主要是在平面內(nèi)彎曲， 它會影響切割零件的尺寸精度。2校直已變形的板條需耗費(fèi)大量工時，且效果不佳。同時，環(huán)境、場地和人員等因素也會影響校形工作。控制變形是保證質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，在下料切割的源頭就必須采取一些強(qiáng)制措 施以控制變形。1.1.3切割工藝及防治措施1根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)件圖紙要求，編制切割工藝，排出切割路徑順序，以確保下料件的精 度。2切割下料前，對所使用的半自動氣割機(jī)及其相關(guān)器材進(jìn)行適用確認(rèn)，并特別注意半自動氣割機(jī)行車的平穩(wěn)性和軌道直線度。3選用合適的切割方法，如割炬大小，切割氧氣壓力、流量和切割速 度等。4應(yīng)反復(fù)套

4、料、反復(fù)對比，以提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本。5減少切割變形，須從切割下料開始，特別是長線條切割。可采用切割后每隔11 .5m就做橋點(diǎn)固，可使切割邊彎曲變形減少80%以上。6少量長度7m以上的切割件，偶爾直線度誤差超過3mm，可以用錘擊法矯正。矯正前錘擊法如圖2所示。經(jīng)錘擊矯正后，切割件直線度可控制在2 mm以內(nèi)，有利于下一步裝配、焊接成形。割件矯正后如圖3所示。經(jīng)過對上述各方面不斷優(yōu)化，可以穩(wěn)定獲得合格的切割件。下料切割完工后，即著手裝配、焊接，切割機(jī)橫梁簡圖如圖4所示。1. 2焊接焊接不僅生產(chǎn)工序簡單，而且能夠完成復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)件制 造，然而其過程中形成的殘余應(yīng)力會對焊接鋼結(jié)構(gòu)件的承載能力、

5、穩(wěn)定性等將產(chǎn)生較大的影響。因此，為保證焊接鋼結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，必須控制和減少焊接殘余應(yīng)力。1.2. 1焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因焊接殘余應(yīng)力的一部分是由焊接時型材本身的金相組織由于溫度突變而產(chǎn)生的，另一部分則是由原來型材本身在制造過程中已形 成的殘余應(yīng)力與焊接后的殘余應(yīng)力疊加而生產(chǎn)的。但其產(chǎn)生的主要原因則是焊接時焊件受熱和冷卻時溫度改變的快慢程度。1.2. 2焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)件的影響焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)件 的主要影響是結(jié)構(gòu)剛度、焊接件的穩(wěn)定性和機(jī)械加工性能。針對焊接殘余應(yīng)力的影響，可采用下列焊接工藝來控制1按工藝規(guī)定清 點(diǎn)，確認(rèn)合格的切割件。2為減少焊接變形應(yīng)采用直流焊機(jī)，并在焊前對焊機(jī)實(shí)施點(diǎn)檢。

6、3對焊接平臺、定位器材進(jìn)行檢驗(yàn)，保障定位有效夾具也必須一一確認(rèn)。4為減少鋼結(jié)構(gòu)件焊后變形，應(yīng)盡可能避免矯正，并在焊前和焊接過程中要做好預(yù)案采用選 配和調(diào)整法組裝；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，適度采用反變形措施；盡量使 用角焊、間斷焊方式，以減少焊接變形；焊接過程中，嚴(yán)密監(jiān)控焊 接變形，必要時采用交替焊法或進(jìn)一步優(yōu)化焊接參數(shù)。經(jīng)過長期的探索優(yōu)化，目前切割機(jī)橫梁長度在1Om上下， 焊后尺寸精度一 般可以達(dá)到3 mm,其直線度誤差小于2 mm,很少使用火工矯正法， 生產(chǎn)工藝優(yōu)化效果十分明顯，橫梁的制作質(zhì)量也已基本得到保證。 為了避免鋼結(jié)構(gòu)件因長期工作其幾何尺寸的改變及其形位公差的降 低，焊后初驗(yàn)合格的鋼結(jié)構(gòu)件還必

7、須進(jìn)行振動消除應(yīng)力處理，確保其長期工作的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2焊接殘余應(yīng)力的消除措施為有效提高焊接件的承載能力和穩(wěn)定性，保證鋼結(jié)構(gòu)件在焊接組裝后的機(jī)械加 工性能，目前常采用熱處理和機(jī)械的振動方法來減少焊接后的殘余應(yīng)下，對橫梁進(jìn)行多次循環(huán)振動，使其內(nèi)部晶格恢復(fù)平衡，以消除殘余 應(yīng)力，從而保證橫梁長期工作的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。3結(jié)論橫梁具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件截面小等特點(diǎn)，在切割和焊接過程中易產(chǎn) 生變形和殘余應(yīng)力。為有效控制變形和殘余應(yīng)力，便于鋼結(jié)構(gòu)件的后續(xù)加工，應(yīng)制定相應(yīng)的防治措施。鋼板切割應(yīng)采用合理的切割工藝，選用適當(dāng)?shù)那懈罘绞郊捌鞑模匾獣r采用錘擊法矯正。 焊接過程中也應(yīng)采用合理的焊接工藝，選用合適的裝

8、配、焊接方法并 優(yōu)化焊接參數(shù)。最后采取相應(yīng)的方法來消除殘余應(yīng)力，從而保證橫梁的使用壽命和機(jī)械性能。作者吳銘江單位上海船舶工藝研究所參考文獻(xiàn)1高洪一.淺析焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及其消除方 法J.農(nóng)機(jī)使用與維修，2015,24344.2 商衛(wèi) 東，王華明.大直徑工程井鋼筋混凝土井壁預(yù)制中容易出現(xiàn)問題的探 討與研究J.水利與建筑工程學(xué)報，2 0 1 1,1 6 6 6 9.下，對橫梁進(jìn)行多次循環(huán)振動，使其內(nèi)部晶格恢復(fù)平衡，以消除殘余 應(yīng)力，從而保證橫梁長期工作的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。3結(jié)論橫梁具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件截面小等特點(diǎn)，在切割和焊接過程中易產(chǎn) 生變形和殘余應(yīng)力。為有效控制變形和殘余應(yīng)力，便于鋼結(jié)構(gòu)件的后續(xù)加工，應(yīng)制定相應(yīng)的防治措施。鋼板切割應(yīng)采用合理的切割工藝，選用適當(dāng)?shù)那懈罘绞郊捌鞑?，必要時采用錘擊法矯正。 焊接過程中也應(yīng)采用合理的焊接工藝，選用合適的裝配、焊接方法并 優(yōu)化焊接參數(shù)。最后采取相應(yīng)的方法來消除殘余應(yīng)力，從而保證橫梁的使用壽命和機(jī)械性能。作