鋼板切割加工5．裂紋 現(xiàn)象在切割斷面上出

　　數(shù)控火焰切割工藝—下料工必_機械/儀表_工程科技_專業(yè)資料。數(shù)控火焰切割工藝 氣割精度是指被切割完的工作幾何尺寸與其圖紙尺寸對比的誤差關(guān)系，切割 質(zhì)量是指工件切割斷面的表面粗糙度、切口上邊緣的熔化塌邊程度、切口下邊緣 是否有掛渣和割縫寬度的均勻性等。 9.1

　　數(shù)控火焰切割工藝 氣割精度是指被切割完的工作幾何尺寸與其圖紙尺寸對比的誤差關(guān)系，切割 質(zhì)量是指工件切割斷面的表面粗糙度、切口上邊緣的熔化塌邊程度、切口下邊緣 是否有掛渣和割縫寬度的均勻性等。 9.1 影響鋼板火焰切割質(zhì)量的三個基本要素（氣體、切割速度、割嘴高度） 1．氣體 （1）氧氣 氧氣是可燃氣體燃燒時所必須的，以便為達到鋼材的點燃溫度提 供所需的能量；另外，氧氣是鋼材被預熱達到燃點后進行燃燒所必須的。 切割鋼材所用氧氣必須要有較高的純度，一般要求在 99.5%以上，一些先進 國家的工業(yè)標準要求氧氣純度在 99.7%以上。氧氣純度每降低 0.5%，鋼板的切割 速度就要降低 10%左右。如果氧氣純度降低 0.8%-1%，不僅切割速度下降 15%-20%， 同時，割縫也隨之變寬，切口下端掛渣多并且清理困難，切割斷面質(zhì)量亦明顯劣 變，氣體消耗量也隨著增加。顯然，這就降低了生產(chǎn)效率和切割質(zhì)量，生產(chǎn)成本 也就明顯地增加了（見圖 9-1）。 響。 圖 9-1 在相同的氧氣壓力下，氧氣純度對切割時間和氧氣消耗量的影 采用液氧切割，雖然一次性投資大，但從長遠看，其綜合經(jīng)濟指標比想象的要好 得多。 氣體壓力的穩(wěn)定性對工件的切割質(zhì)量也是至關(guān)重要的。波動的氧氣壓力將使切割 斷面質(zhì)量明顯劣變。氣壓壓力是根據(jù)所使用的割嘴類型、切割的鋼板厚度而調(diào)整 的。切割時如果采用了超出規(guī)定數(shù)值的氧氣壓力，并不能提高切割速度，反而使 切割斷面質(zhì)量下降，掛渣難清，增加了切割后的加工時間和費用。 表 9-1 是國內(nèi)常用的氣焊機生產(chǎn)的 GK1 系列快速割嘴（即采用拉伐爾噴管 結(jié)構(gòu)的割嘴）的使用參數(shù)（家可能隨時對參數(shù)進行修改，應以割嘴所附說明書 為準，此表僅供參考）。 表 9-1 GK1 割嘴性能參數(shù)表 （2）可燃性氣體 火焰切割中，常用的可燃性氣體有乙炔、煤氣、天然氣、丙烷 等，國外有些家還使用 MAPP，即：甲烷+乙烷+丙烷。 一般來說，燃燒速度快、燃燒值高的氣體適用于薄板切割；燃燒值低、鋼板下料燃燒速度 緩慢的可燃性氣體更適用于厚板切割，尤其是厚度在 200mm 以上的鋼板，如采用 煤氣或天然氣進行切割，將會得到理想的切割質(zhì)量，只是切割速度會稍微降低一 些。 相比較而言，乙炔比天然氣要貴得多，但由于資源問題，在實際生產(chǎn)中，一般多 采用乙炔氣體，只是在切割大厚板同時又要求較高的切割質(zhì)量以及資源充足時， 才考慮使用天然氣。 （3）火焰的調(diào)整 通過調(diào)整氧氣和乙炔的比例可以得到三種切割火焰：中性焰（即 正常焰），氧化焰，還原焰，見圖 9-2。 正�；鹧娴奶卣魇窃谄溥�原區(qū)沒有自由氧和活性碳，有三個明顯的區(qū)域，焰芯有 鮮明的輪廓（接近于圓柱形）。焰芯的成分是乙炔和氧氣，其末端呈均勻的圓形 和光亮的外殼。外殼由赤熱的碳質(zhì)點組成。焰芯的溫度達 1000℃。還原區(qū)處于 焰芯之外，與焰芯的明顯區(qū)別是它的亮度較暗。還原區(qū)由乙炔未完全燃燒的產(chǎn)物 ——氧化碳和氫組成，還原區(qū)的溫度可達 3000℃左右。外焰即完全燃燒區(qū)，位 于還原區(qū)之外，它由二氧化碳和水蒸氣、氮氣組成，其溫度在 1200~2500℃之間 變化。 氧化焰是在氧氣過剩的情況下產(chǎn)生的，其焰芯呈圓錐形，長度明顯地縮短，輪廓 也不清楚，亮度是暗淡的；同樣，還原區(qū)和外焰也縮短了，火焰呈紫藍色，燃燒 時伴有響聲，響聲大小與氧氣的壓力有關(guān)，氧化焰的溫度高于正常焰。如果使用 氧化焰進行切割，將會使切割質(zhì)量明顯地惡化。 還原焰是在乙炔過剩的情況下產(chǎn)生的，其焰芯沒有明顯的輪廓，其焰芯的末端有 綠色的邊緣，按照這綠色的邊緣來判斷有過剩的乙炔；還原區(qū)異常的明亮，幾乎 和焰芯混為一體；外焰呈黃色。當乙炔過剩太多時，開始冒黑煙，這是因為在火 焰中乙炔燃燒缺乏必須的氧氣造成的。 預熱火焰的能量大小與切割速度、切口質(zhì)量關(guān)系相當密切。隨著被切工件板厚的 增大和切割速度的加快，火焰的能量也應隨之增強，但又不能太強，尤其在割厚 板時，金屬燃燒產(chǎn)生的反應熱增大，加強了對切割點前沿的預熱能力，這時，過 強的預熱火焰將使切口上邊緣嚴重熔化塌邊。太弱的預熱火焰，又會使鋼板得不 到足夠的能量，鋼板切割加工逼使減低切割速度，甚至造成切割過程中斷。所以說預熱火焰的 強弱與切割速度的關(guān)系是相互制約的。 一般來說，鋼板下料切割 200mm 以下的鋼板使用中性焰可以獲得較好的切割質(zhì)量。在切割 大厚度鋼板時應使用還原焰預熱切割，因為還原焰的火焰比較長，火焰的長度應 至少是板厚的 1.2 倍以上。 2．切割速度 鋼板的切割速度是與鋼材在氧氣中的燃燒速度相對應的。在實際生產(chǎn)中，應根據(jù) 所用割嘴的性能參數(shù)、氣體種類及純度、鋼板材質(zhì)及厚度來調(diào)整切割速度。切割 速度直接影響到切割過程的穩(wěn)定性和切割斷面質(zhì)量。如果想人為地調(diào)高切割速度 來提高生產(chǎn)效率和用減慢切割速度來地改善切割斷面質(zhì)量，那是辦不到的， 只能使切割斷面質(zhì)量變差。過快的切割速度會使切割斷面出現(xiàn)凹陷和掛渣等質(zhì)量 缺陷，嚴重的有可能造成切割中斷；過慢的切割速度會使切口上邊緣熔化塌邊、 下邊緣產(chǎn)生圓角、切割斷面下半部分出現(xiàn)水沖狀的深溝凹坑等等。 通過觀察熔渣從切口噴出的特點，可調(diào)整到合適的切割速度。 在正常的火焰切割過程中，切割氧流相對垂直的割炬來說稍微偏后一個角度，其 對應的偏移叫后拖量（見圖 9-3）。速度過低時，沒有后拖量，工件下面割口處 的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的運行速度，火花束就會向相反的方向偏 移，當火花束與切割氧流平行時，就認為該切割速度正常。速度過高時，火花束 明顯后偏，見圖 9-4。 3．割嘴與被切工件表面的高度 在鋼板火焰切割過程中，割嘴到被切工作表面的高度是決定切口質(zhì)量和切割速度 的主要因素之一。不同厚度的鋼板，使用不同參數(shù)的割嘴，應調(diào)整相應的高度。 為保證獲得高質(zhì)量的切口，割嘴到被割工件表面的高度，在整個切割過程中必須 保持基本一致。 9.2 熱變形的控制 在切割過程中，由于對鋼板的不均勻的加熱和冷卻，材料內(nèi)部應力的作用將使被 切割的工件發(fā)生不同程度的彎曲或移位——即熱變形，具體表現(xiàn)是形狀扭曲和切 割尺寸偏差。由于材料內(nèi)部應力不可能平衡和完全消除，所以只能采取一些措施 來設法減少熱變形。 9.3 鋼板表面預處理 鋼板從鋼鐵經(jīng)過一系列的中間環(huán)節(jié)到達切割車間，在這段時間里，鋼板表面難 免產(chǎn)生一層氧化皮。再者，鋼板在軋制過程中也產(chǎn)生一層氧化皮附著在鋼板表面。 這些氧化皮熔點高，不容易燃燒和熔化，增加了預熱時間，降低了切割速度；同 時經(jīng)過加熱，氧化皮四處飛濺，極易對割嘴造成堵塞，降低了割嘴的使用壽命。 所以，在切割前，很有必要對鋼板表面進行除銹預處理。 常用的方法是拋丸除銹，之后噴漆防銹。即將細小鐵砂用噴丸機噴向鋼板表面， 靠鐵砂對鋼板的沖擊力除去氧化皮，再噴上阻燃、鋼板下料導電性好的防銹漆。 鋼板切割之前的除銹噴漆預處理已成為金屬結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中一個不可缺少的環(huán)節(jié)。 9.4 數(shù)控火焰切割質(zhì)量缺陷與原因分析 在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生這樣或那樣的質(zhì)量問題，一般有如下幾種缺陷： 邊緣缺陷，切割斷面缺陷，掛渣、裂紋等。而造成質(zhì)量事故的原因很多，如果氧 氣純度保證正常，設運行正常，那么造成火焰切割質(zhì)量缺陷的原因主要表現(xiàn)在 如下幾個方面：割炬、割嘴、鋼材本身質(zhì)量、鋼板材質(zhì)。 1．上邊緣切割質(zhì)量缺陷 這是由于熔化而造成的質(zhì)量缺陷。 （1） 上邊緣塌邊 現(xiàn)象：邊緣熔化過快，造成圓角塌邊。 原因： ① 切割速度太慢，預熱火焰太強； ② 割嘴與工件之間的高度太高或太低；使用的割嘴號太大，鋼板切割加工火焰中的氧氣過剩。 （2）水滴狀熔豆串（見圖 9-9） 現(xiàn)象：在切割的上邊緣形成一串水滴狀的熔豆。 原因： ① 鋼板表面銹蝕或有氧化皮； ② 割嘴與鋼板之間的高度太小，預熱火焰太強； ③ 割嘴與鋼板之間的高度太大。 （3）上邊緣塌邊并呈現(xiàn)房檐狀（見圖 9-10） 現(xiàn)象：在切口上邊緣，形成房檐狀的凸出塌邊。 原因： ① 預熱火焰太強； ② 割嘴與鋼板之間的高度太低； ③ 切割速度太慢；割嘴與工件之間的高度太大，使用的割嘴號偏大，預熱火焰 中氧氣過剩。 （4）切割斷面的上邊緣有掛渣（見圖 9-11） 現(xiàn)象：切口上邊緣凹陷并有掛渣。 原因： ① 割嘴與工件之間的高度太大，切割氧壓力太高； ② 預熱火焰太強。 2．切割斷面凹凸不平，即平面度差 （1）切割斷面上邊緣下方，有凹形缺陷（見圖 9-12）現(xiàn)象：在接受切割斷面上 邊緣處有凹陷，同時上邊緣有不同程度的熔化塌邊。 原因： ① 切割氧壓力太高； ② 割嘴與工件之間的高度太大；割嘴有雜物堵塞，使風線）割縫從上向下收縮（見圖 9-13） 現(xiàn)象：割縫上寬下窄。 原因： ① 切割速度太快； ② 割嘴與工件之間的高度太大，割嘴有雜物堵塞，使風線）割縫上窄下寬（見圖 9-14） 現(xiàn)象：割縫上窄下寬，成喇叭狀。 原因： ① 切割速度太快，切割氧壓力太高； ② 割嘴號偏大，使切割氧流量太大； ③ 割嘴與工件之間的高度太大； （4）切割斷面凹陷（見圖 9-15） 現(xiàn)象：在整個切割斷面上，尤其中間部位有凹陷。 原因： ① 切割速度太快； ② 使用的割嘴太小，切割壓力太低，割嘴堵塞或損壞； ③ 切割氧壓力過高，風線）切割斷面呈現(xiàn)出大的波紋形狀（見圖 9-16） 現(xiàn)象：切割斷面凸凹不平，呈現(xiàn)較大的波紋形狀。 原因： ① 切割速度太快； ② 切割氧壓力太低，割嘴堵塞或損壞，使風線變壞； ③ 使用的割嘴號太大。 （6）切口垂直方向的角度偏差（見圖 9-17） 現(xiàn)象：切口不垂直，出現(xiàn)斜角。 原因： ① 割炬與工件面不垂直； ② 風線）切口下邊緣成圓角（見圖 9-18） 現(xiàn)象：切口下邊緣有不同程度的熔化，成圓角狀。 原因： ① 割嘴堵塞或者損壞，使風線變壞； ② 切割速度太快，切割氧壓力太高。 （8）切口下部凹陷且下邊緣成圓角（見圖 9-19） 現(xiàn)象：接近下邊緣處凹陷并且下邊緣熔化成圓角。 原因： 切割速度太快，割嘴堵塞或者損壞，風線．切割斷面的粗糙度缺陷 切割斷面的粗糙度直接影響后續(xù)工序的加工質(zhì)量，切 斷面的粗糙度與割紋的超前量及其深度有關(guān)。 （1）切割斷面后拖量過大（圖 9-20） 現(xiàn)象：切割斷面割紋向后偏移很大，同時隨著偏移量的大小而出現(xiàn)不同程度的凹 陷。 原因： ① 切割速度太快； ② 使用的割嘴太小，切割氧流量太小，切割氧壓力太低； ③ 割嘴與工件的高度太大。 （2）在切割斷面上半部分，出現(xiàn)割紋超前量（見圖 9-21） 現(xiàn)象：在接近上邊緣處，形成一定程度的割紋超前量。 原因： ① 割炬與切割方向不垂直，割嘴堵塞或損壞； ② 風線受阻變壞； 現(xiàn)象：在靠近切割斷面下邊緣處出現(xiàn)割紋超前量太大。 原因： ① 割嘴堵塞或損壞，風線受阻變壞； ② 割炬不垂直或割嘴有問題，使風線．掛渣 在切割斷面上或下邊緣產(chǎn)生難以清除的掛渣。 （1）下邊緣掛渣（見圖 9-23） 現(xiàn)象：在切割斷面的下邊緣產(chǎn)生連續(xù)的掛渣。 原因： ① 切割速度太快或太慢，使用的割嘴號太小，切割氧壓力太低； ② 預熱火焰中燃氣過剩，鋼板表面有氧化皮銹蝕或不干凈； ③ 割嘴與工件之間的高度太大，預熱火焰太強。 （2）切割斷面上產(chǎn)生掛渣 現(xiàn)象：在切割斷面上有掛渣，尤其在下半部分有掛渣。 原因： 合金成份含量太高。鋼板切割加工 5．裂紋 現(xiàn)象：在切割斷面上出現(xiàn)可見裂紋，或在切割斷面附近的內(nèi)部出現(xiàn)脈動裂紋，或 只是在橫斷面上可見到裂紋。 原因： 含碳量或含合金成份太高，采用預熱切割法時，工件預熱溫度不夠，工件冷卻時 間太快，材料冷作硬化。
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