鋼板切割加工5．裂紋 現象在切割斷面上出

　　數控火焰切割工藝—下料工必_機械/儀表_工程科技_專業資料。數控火焰切割工藝 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系，切割 質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系，切割 質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，這就降低了生產效率和切割質量，生產成本 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，其綜合經濟指標比想象的要好 得多。 氣體壓力的穩定性對工件的切割質量也是至關重要的。波動的氧氣壓力將使切割 斷面質量明顯劣變。氣壓壓力是根據所使用的割嘴類型、切割的鋼板厚度而調整 的。切割時如果采用了超出規定數值的氧氣壓力，并不能提高切割速度，反而使 切割斷面質量下降，掛渣難清，增加了切割后的加工時間和費用。 表 9-1 是國內常用的氣焊機生產的 GK1 系列快速割嘴（即采用拉伐爾噴管 結構的割嘴）的使用參數（家可能隨時對參數進行修改，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量以及資源充足時， 才考慮使用天然氣。 （3）火焰的調整 通過調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。 正常火焰的特征是在其還原區沒有自由氧和活性碳，有三個明顯的區域，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。外殼由赤熱的碳質點組成。焰芯的溫度達 1000℃。還原區處于 焰芯之外，與焰芯的明顯區別是它的亮度較暗。還原區由乙炔未完全燃燒的產物 ——氧化碳和氫組成，還原區的溫度可達 3000℃左右。外焰即完全燃燒區，位 于還原區之外，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，氧化焰的溫度高于正常焰。如果使用 氧化焰進行切割，將會使切割質量明顯地惡化。 還原焰是在乙炔過剩的情況下產生的，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、切口質量關系相當密切。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。在實際生產中，應根據 所用割嘴的性能參數、氣體種類及純度、鋼板材質及厚度來調整切割速度。切割 速度直接影響到切割過程的穩定性和切割斷面質量。如果想人為地調高切割速度 來提高生產效率和用減慢切割速度來地改善切割斷面質量，那是辦不到的， 只能使切割斷面質量變差。過快的切割速度會使切割斷面出現凹陷和掛渣等質量 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、 下邊緣產生圓角、切割斷面下半部分出現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，使用不同參數的割嘴，應調整相應的高度。 為保證獲得高質量的切口，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，材料內部應力的作用將使被 切割的工件發生不同程度的彎曲或移位——即熱變形，具體表現是形狀扭曲和切 割尺寸偏差。由于材料內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 鋼板從鋼鐵經過一系列的中間環節到達切割車間，在這段時間里，鋼板表面難 免產生一層氧化皮。再者，鋼板在軋制過程中也產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構生產中一個不可缺少的環節。 9.4 數控火焰切割質量缺陷與原因分析 在實際生產過程中，經常會產生這樣或那樣的質量問題，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量缺陷的原因主要表現在 如下幾個方面：割炬、割嘴、鋼材本身質量、鋼板材質。 1．上邊緣切割質量缺陷 這是由于熔化而造成的質量缺陷。 （1） 上邊緣塌邊 現象：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）上邊緣塌邊并呈現房檐狀（見圖 9-10） 現象：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）切割斷面呈現出大的波紋形狀（見圖 9-16） 現象：切割斷面凸凹不平，呈現較大的波紋形狀。 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） 現象：切口不垂直，出現斜角。 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工序的加工質量，切 斷面的粗糙度與割紋的超前量及其深度有關。 （1）切割斷面后拖量過大（圖 9-20） 現象：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，出現割紋超前量（見圖 9-21） 現象：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； 現象：在靠近切割斷面下邊緣處出現割紋超前量太大。 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生難以清除的掛渣。 （1）下邊緣掛渣（見圖 9-23） 現象：在切割斷面的下邊緣產生連續的掛渣。 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）切割斷面上產生掛渣 現象：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 現象：在切割斷面上出現可見裂紋，或在切割斷面附近的內部出現脈動裂紋，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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