應(yīng)用于超厚鋼板的熱切割工藝

應(yīng)用于超厚鋼板的熱切割工藝摘要：承接風(fēng)電塔筒門(mén)框、大型軋機(jī)的牌坊、軸承座、大型齒輪箱體、伸縮臂、拉桿等零部件加工，采用數(shù)控?zé)崆懈罟に?；通過(guò)CAD輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化，氧、燃?xì)鈮毫?、流量，起刀點(diǎn)選擇及切割方向控制的影響，從而達(dá)到超厚鋼板切割質(zhì)量、精度的提升。關(guān)鍵詞：超厚鋼板；切割質(zhì)量、精度；零部件；CAD設(shè)計(jì)；數(shù)控火焰切割；工藝參數(shù)；氧流量；切割速度引言：在國(guó)內(nèi)金屬加工行業(yè)，通常把厚度300mm以上的鋼板進(jìn)行工藝切割，稱(chēng)知為超厚鋼板切割；廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、冶金機(jī)械、石油化工、煤炭化工機(jī)械、水力、電力、礦山機(jī)械等領(lǐng)域。使用在大型制造設(shè)備；制造大型設(shè)備需要大型的零部件來(lái)完成大型基礎(chǔ)制造裝備加工，轉(zhuǎn)化成大型裝備的高端設(shè)備。

火焰切割超厚鋼板大型零部件的工藝技術(shù)，評(píng)定于零部件的幾何尺寸精度，切割質(zhì)量等數(shù)據(jù)；往往抉擇于大型制造設(shè)備的使用率、磨損率、壽命時(shí)間，及作業(yè)時(shí)的高效率、高質(zhì)量等動(dòng)能消耗。對(duì)此，根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于超厚鋼板熱切割工藝介紹如下:一、切割精度控制切割精度是指數(shù)控火焰切割完的零部件幾何尺寸與圖紙尺寸對(duì)比誤差關(guān)系；其還存在著一個(gè)上下技術(shù)偏差，其體現(xiàn)出數(shù)控火焰切割的技能工藝水平。（一）切割設(shè)備補(bǔ)償設(shè)置及CAD輔助設(shè)計(jì)結(jié)合切割精度控制可以用設(shè)備補(bǔ)償設(shè)置及CAD輔助設(shè)計(jì)結(jié)合，在切割過(guò)程中實(shí)現(xiàn)更高、更好的切割精度，是數(shù)控火焰切割工藝的重要部分之一，來(lái)準(zhǔn)確的提高數(shù)控火焰切割加工的精度和效率。通?；鹧媲懈钤O(shè)備參數(shù)補(bǔ)償設(shè)置在1.0mm~5.0mm之間，補(bǔ)償設(shè)置根據(jù)鋼板厚度調(diào)節(jié)：來(lái)掌控零部件尺寸外輪廓、內(nèi)孔的上下偏差切割精度；由于超厚鋼板的厚度影響，設(shè)備參數(shù)補(bǔ)償無(wú)法滿足割嘴噴射火焰氧流帶來(lái)的間隙，需要CAD輔助設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)。如圖1,326mm異形件軸承座，尺寸偏差控制±2mm；進(jìn)行火焰切割工藝分析；設(shè)備參數(shù)割縫補(bǔ)償設(shè)置把數(shù)控火焰切割界面參數(shù)割縫補(bǔ)償設(shè)置為5.0mm，數(shù)控火焰切割對(duì)超厚鋼板零部件進(jìn)行加工，火焰割嘴選用JMY-300mm型號(hào)；噴射口直徑達(dá)到6.5mm，超過(guò)機(jī)器補(bǔ)償5.0mm，實(shí)施火焰切割完全影響到工件本體（在數(shù)控火焰切割過(guò)程中，割嘴JMY-300mm型號(hào)噴射氧流行走過(guò)程的縫隙是根據(jù)切割頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)和材料的物理特性等因素，導(dǎo)致割嘴在行走過(guò)程中與工件之間存在間隙過(guò)大，從而影響切割質(zhì)量和精度）。CAD輔助設(shè)計(jì)對(duì)零部件尺寸加量1）CAD軟件輔助設(shè)計(jì)實(shí)施工藝零部件更改（角度不變）：外形及內(nèi)孔尺寸單邊縮放2mm。外形尺寸放量：底座836mm、高度750mm，內(nèi)孔512mm等進(jìn)行轉(zhuǎn)化完整的圖形。設(shè)備割縫補(bǔ)償設(shè)置及CAD設(shè)計(jì)加量結(jié)合利用CAD軟件輔助設(shè)計(jì)對(duì)零部件尺寸進(jìn)行工藝調(diào)整：彌補(bǔ)機(jī)器參數(shù)補(bǔ)償5.0mm上限（噴射口徑6.5mm＞割縫補(bǔ)償最高參數(shù)）。可以通過(guò)設(shè)備補(bǔ)償和CAD輔助設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化和改善。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)備補(bǔ)償可以通過(guò)調(diào)整切割頭的補(bǔ)償參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)割嘴行走過(guò)程中的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，如間隙過(guò)大，無(wú)法彌補(bǔ)；通過(guò)使用CAD軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，減少割嘴行走過(guò)程中的偏差和誤差，提高切割精度和質(zhì)量。通過(guò)兩項(xiàng)結(jié)合，對(duì)326mm異形軸承座件進(jìn)行精度測(cè)量；如圖2外輪廓底座836mm，高度751mm，內(nèi)孔直徑510mm等；完全符合零部件尺寸偏差±2mm技術(shù)要求。

圖2（二）起割點(diǎn)的選擇及切割方向的設(shè)置數(shù)控火焰切割不同形狀和厚度的零部件需要選擇不同的起割點(diǎn)，來(lái)確保零部件尺寸精度要求。其與之密切相關(guān)的切割方向（順時(shí)針、逆時(shí)針的順序方向），它的作用是割嘴起割的方向應(yīng)緊靠著面積大的鋼板相連一側(cè)行走，從鋼板邊緣切割避開(kāi)熱變形、應(yīng)力排斥等現(xiàn)象。這些切割的工藝手法同樣也是切割工藝的重要部分之一。本文主體講的是厚切割工藝，因此對(duì)超厚鋼板切割工藝分析如下（圖3）

圖3圖中所示同樣也是326mm的異形件軸承座，對(duì)其展開(kāi)切割工藝解析；1.切割點(diǎn)的選擇及設(shè)置左右兩塊零部件的外輪廓、內(nèi)孔的起割點(diǎn)位置在同一方位的基點(diǎn)；是因?yàn)楦钭靽娚浠鹧嫜趿鳠o(wú)法穿孔切割，利用輔助設(shè)備（鉆孔搖臂機(jī)）鉆孔，外輪廓起割點(diǎn)的兩個(gè)位置共用一個(gè)打孔位置，目的是節(jié)約成本，減少動(dòng)能時(shí)間，提高工作效率。另圖中內(nèi)孔設(shè)置為倒三角切割點(diǎn)，是利用CAD輔助設(shè)計(jì)在軸承座內(nèi)孔切割閉環(huán)交點(diǎn)加了個(gè)倒三角工藝，也是屬于超厚鋼板火焰切割工藝的一個(gè)小技巧；在超厚鋼板火焰切割內(nèi)孔閉環(huán)的起割交點(diǎn)中，割嘴噴射大量的氧流在燃燒金屬會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量缺陷（傷到工件本體內(nèi)側(cè)）及精度誤差。倒三角的工藝作用，把切割閉環(huán)交點(diǎn)脫離至工件本體上方；氧流燃燒過(guò)程中只傷害多余的倒三角區(qū)域，不傷及工件本體。切割方向的設(shè)置圖3在切割過(guò)程中的方向順序是不同的，因起割點(diǎn)的位置需要鉆孔切割，切割方向也隨之改變，做出相對(duì)應(yīng)的調(diào)整；按照工藝要點(diǎn)設(shè)置為左右對(duì)立的方向。其目的是，火焰切割過(guò)程中外輪廓起割點(diǎn)為基點(diǎn)切割方向應(yīng)在鋼板邊緣行走，閉環(huán)結(jié)束；以及排除熱能量變形、應(yīng)力排斥導(dǎo)致未完成加工的零部件走位，影響到切割幾何尺寸精度的變異。文中（圖4）就是超厚鋼板切割下料的實(shí)體圖。

圖4二、切割質(zhì)量控制切割質(zhì)量是指工件切割面切口上邊緣菱角的熔化塌邊程度、下邊緣切口是否掛熔渣等現(xiàn)象及切割面的表面粗糙度等。影響熱切割質(zhì)量的三大基本要素有：可燃?xì)怏w種類(lèi)、切割氧的純度及壓力、流量、流速；切割速度；預(yù)熱火焰能量；在切割質(zhì)量工藝?yán)锲鹬鲗?dǎo)作用。（一）、預(yù)熱火焰能量的介紹在數(shù)控火焰切割過(guò)程中，火焰調(diào)控的好壞直接影響切割質(zhì)量和精度。調(diào)控操作不當(dāng)導(dǎo)致切割缺陷、切口面粗糙、切割變形等問(wèn)題，因此，在數(shù)控火焰切割加工中，需要對(duì)火焰調(diào)控進(jìn)行精細(xì)化控制，確?；鹧婺芰康木鶆蚍植己秃线m的形狀，以達(dá)到最佳的切割效果。1.預(yù)熱火焰能量的技能工藝通過(guò)可燃?xì)怏w和氧氣的調(diào)配可劃分三種火焰：還原焰，氧化焰，中性焰（即正常焰），如（圖5）。

圖5圖中描述：有三個(gè)明顯的區(qū)域的劃分；焰心：是由丙烷和氧氣的成分燃燒形成的碳質(zhì)點(diǎn)，有鮮亮的輪廓（接近于圓柱形態(tài)），其溫度可達(dá)成1000°C。還原區(qū)：是在焰芯之外的區(qū)域，與焰芯的區(qū)域有著明顯的亮度區(qū)分。還原區(qū)的由來(lái)是在燃燒過(guò)程的產(chǎn)物-氧化碳和氫組成，沒(méi)有活性碳和自由氧，還原區(qū)的溫度可達(dá)3000℃。外焰:位于還原區(qū)之外(屬完全燃燒區(qū))，它的成分組成：水蒸氣、二氧化碳，氮?dú)?；其溫度?200~2500℃之間變化。1)氧化焰是指氣體燃燒過(guò)程中，注入氧氣及壓力成分過(guò)多的情況下產(chǎn)生；焰芯就會(huì)改變成圓錐形態(tài)，長(zhǎng)度縮短、輪廓模糊，亮度暗淡；同時(shí)還原區(qū)和外焰也隨之縮短，火焰顏色呈紫藍(lán)色，燃燒時(shí)有距離的響聲（氧氣壓力過(guò)大造成），其火焰特征能量溫度＞中性焰；在火焰起割過(guò)程中，切割零部件，質(zhì)量會(huì)明顯地惡化。2）還原焰是指氣體燃燒過(guò)程中，注入丙烷流量成分過(guò)多的情況下產(chǎn)生；焰芯改變形態(tài)沒(méi)有明顯的輪廓，焰芯的區(qū)域有綠色的邊緣，同時(shí)還原區(qū)的亮度非常明顯，幾乎和焰芯混成一體；火焰顏色呈黃色。還原焰特征：丙烷注入流量過(guò)多，割嘴燃燒氣體過(guò)程中冒煙呈黑色，是因?yàn)闆](méi)有相同比例的氧氣注入所造成。2.預(yù)熱火焰能量切割的參數(shù)值預(yù)熱火焰能量的作用是割嘴噴射氧流利用火焰高溫能量對(duì)金屬進(jìn)行預(yù)熱切割，使其金屬材料加熱至氧氣燃燒的溫度；同時(shí)金屬材料表面產(chǎn)生熱膨脹，氧化皮剝離和熔化，從而降低材料的硬度和韌性；有效的進(jìn)行后續(xù)切割零部件加工成行。預(yù)熱火焰能率參數(shù)也是影響火焰切割質(zhì)量的重要之一。隨著切割的鋼板厚度的增大，火焰的能率參數(shù)設(shè)置也隨之增強(qiáng)；被切割的金屬燃燒溫度值增高，加強(qiáng)了對(duì)切割點(diǎn)前沿的能力。如火焰能率過(guò)大，在切割過(guò)程中，切口上邊緣就會(huì)嚴(yán)重熔化塌邊；如火焰能率過(guò)小，傳遞熱量速度太慢使的厚板得不到足夠的能量，切割面質(zhì)量下降；會(huì)造成鋸齒形形態(tài)，甚至切口下邊緣未穿透，導(dǎo)致反熔渣。下列表1是氣體預(yù)熱火能率及預(yù)熱時(shí)間根據(jù)厚度而定的參數(shù)值。來(lái)對(duì)超厚鋼板進(jìn)行切割。表1預(yù)熱火焰能率的參數(shù)值鋼板厚度/mm火焰功率/L.min-1預(yù)熱時(shí)間

/s90~11012.5~17.515~20110~130150~18017.5~17.918~35180~25017.9~19.540~80250~35020.5~21.5120以上350~450在切割300mm厚度以上的鋼板時(shí)應(yīng)使用還原焰預(yù)熱切割，因?yàn)檫€原焰的火焰比較長(zhǎng)，火焰的長(zhǎng)度應(yīng)至少是板厚的1.2倍以上，如圖6所示；

圖6使用相對(duì)應(yīng)的預(yù)熱火能率的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行預(yù)熱切割；數(shù)控火焰切割氧流利用高溫把金屬燃燒，從切口中吹掉燃燒生成的氧化顆粒；及零部件切口上邊緣的熔化塌邊程度全無(wú)，菱角也清晰可見(jiàn)。這種屬于切割質(zhì)量對(duì)火焰能率參數(shù)的掌控技術(shù)較高。（二）不同厚度鋼板加工，與切割氧壓力、流量與切割速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系當(dāng)火焰切割輕薄的鋼板時(shí)，切割氧壓力可適當(dāng)降低。但不能過(guò)低，也不能過(guò)高。若切割氧壓力過(guò)高，切割縫會(huì)過(guò)寬，切割速度恒定時(shí)，不僅浪費(fèi)氧氣，同時(shí)還會(huì)使切口表面上邊緣燒塌；還將對(duì)零部件產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷卻作用（導(dǎo)致裂紋）。若氧氣壓力過(guò)低，會(huì)使熱切割過(guò)程中的氧化反應(yīng)減慢，切口表面的氧化物熔渣（顆粒）吹不掉，在切口下面形成難以清除的熔渣粘結(jié)物，甚至不能將工件切透。當(dāng)火焰切割超厚鋼板時(shí)，切割氧壓力的提高，氧流量相應(yīng)增加，因此能夠切割板厚程度隨之增大。但壓力增加到一定值,可切割的厚度也達(dá)到最大值；需要切割速度來(lái)調(diào)橫。切割速度存在著重要的影響。切割速度過(guò)快，火焰的能量和熱量無(wú)法充分傳遞到厚板內(nèi)部，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法切透厚板的情況發(fā)生，導(dǎo)致反熔渣和切割面會(huì)出現(xiàn)較大的毛刺和切口不平整的現(xiàn)象。通常情況，切割速度需要根據(jù)不同的厚度的提升、氧壓力、流量與可燃?xì)怏w的壓力、流量提升進(jìn)行調(diào)整，以增加火焰的熱量傳遞和吸收時(shí)間以達(dá)到最佳的切割效果和質(zhì)量；特此設(shè)置一定的參數(shù)值；（表2）可見(jiàn)。表2高速割嘴火焰切割厚度參數(shù)值鋼板厚度/mm切割氧壓/流量（MPa）燃?xì)猓ㄒ胰?、丙烷等?壓力流量（MPa）切割速度/mm·min40~700.4~0.60.02~0.05350~25070~9090~1100.6`0.80.05~0.07300~200110~130150~1800.8`1.00.07~0.09200~150180~250250~3501.0~1.50.08~0.1150~80350~45080~40（三）根據(jù)切割后托量調(diào)整切割速度

1）切割后拖量切割后托量是指在數(shù)控火焰切割過(guò)程中根據(jù)切割氧壓力、流量的調(diào)控?cái)?shù)值不當(dāng)，金屬材料氧化燃燒過(guò)程中的熔渣過(guò)多，從而形成后脫量。通過(guò)觀察熔渣從切口下邊緣噴出的特點(diǎn)；來(lái)調(diào)控到合適的切割速度，以確保切割過(guò)程穩(wěn)定、高效。見(jiàn)（圖7）2）切割速度調(diào)整切割速度是根據(jù)不同的切割材料（普通低碳鋼，低合金，耐磨鋼，高強(qiáng)耐磨鋼等），厚度等因素進(jìn)行綜合考慮，在觀察實(shí)際情況切割的后拖量進(jìn)行調(diào)整；以確定最佳的切割速度和切割質(zhì)量。在正常的火焰切割過(guò)程中，熔渣火花在切口下邊緣中落下的方向來(lái)掌握，速度過(guò)低時(shí)，沒(méi)有后拖量；零部件下邊緣割口處的熔渣火花向切割方向偏移。當(dāng)提高割嘴的運(yùn)行速度，熔渣火花就會(huì)在相反的方向偏移，掉落的熔渣火花與切割氧流平行或略微偏向后方排出時(shí)，可以斷定該切割速度正常。如若切割速度持續(xù)提高，熔渣火花明顯后偏；速度過(guò)快，熱能無(wú)法傳遞切割點(diǎn)前沿；切割面質(zhì)量不保證，熔渣火花反噬；導(dǎo)致其切不透。（圖8）中，是在加工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)326mm的軸承座火焰切割過(guò)程中的一個(gè)抓拍；切口下邊緣掉落的熔渣火花明顯的體現(xiàn)到對(duì)超厚鋼板熱切割工藝的熟練理解。其成型的零部件切割面紋路情緒無(wú)缺陷，上表面菱角無(wú)融化塌邊；切割面與90°量器具緊靠無(wú)間隙！

圖8三、結(jié)語(yǔ)本文主要講述了對(duì)超厚鋼板熱切割工藝分析及實(shí)踐驗(yàn)證，通過(guò)工藝應(yīng)用結(jié)合過(guò)硬的技術(shù)手段，才能更好的在熱切割行業(yè)加工中保障高品質(zhì)的產(chǎn)品。同時(shí)，自身還要不斷學(xué)習(xí)、不斷創(chuàng)新；去突破全新的工藝切割，為企業(yè)提高效益與效率。參考文獻(xiàn)：[1]劉良義，楊志才.耐磨材料鋼板熱切割工藝的分析和研究[J]冶金與材料，2020.04（15）：56+58[2]易翰林，