浅析管料的火焰切割和等离子切割

浅析管料的火焰切割和等离子切割

对于管料切割来说,从简单的切断,开坡口,到复杂的相贯线、“虾米节”等,火焰和等离子切割可满足各种切断要求,而且成本低,断面形状质量好,应用广泛。

标签：热切割等离子切割火焰切割相贯线

0 引言

管料切割机产品按照切割形式主要分为热切割和冷切割两种。其中,热切割主要是利用集中热能使材料熔化并且分离,它广泛用于国内造船、压力容器、工程机械、电站设备、桥梁和钢结构等行业中。热切割的方式也有多种,这里以最常用的火焰切割和等离子切割方法浅析管料热切割机的原理、结构和应用。

1 火焰切割和等离子切割的基本原理

火焰切割是一种古老的热切割方法,在切割中、大厚度钢板、切割多种形状的焊接坡口和多割炬大批量切割直条钢板等应用场合有一定的优越性。等离子弧切割金属材料已有近50年的历史,其良好的适用性和经济性已在长期的生产实践中得到了验证,在l~38mm厚的碳钢以及有色金属的切割中,等离子弧切割占据主导地位,并且有广阔发展空间。

1.1 火焰切割原理火焰切割也叫燃气切割,是利用氧化铁燃烧过程中产生的高温来切割碳钢,是一个用氧/燃气火焰燃烧的过程。首先,钢板的温度必须升至燃点。然后,氧流在狭长区域氧化金属,燃烧时所产生的溶渣被切割氧流吹除从而形成割缝。氧燃气切割可用于碳素钢及低合金钢,厚度可达到几个分米。切割质量取决于材料表面情况、切割速度及材料厚度。在薄板切割方面就存在不足,火焰切割的热影响区要大许多,热变形比较大,切割速度慢,生产效率相对较低。

1.2 等离子切割原理等离子弧切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化(和蒸发),并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割具有切割速度快,范围宽等特点,适合切割低厚度金属板材及多种非金属材料,最高切割速度可达10m/min,因此切割面光洁,热变形小。

在等离子切割领域,根据等离子气体的种类不同,可分成空气等离子切割、氧气等离子切割、氩氢等离子切割等。各种等离子弧切割工艺参数,如空载电压、切割电流和气体流量、电极内缩量和割嘴高度等都直接影响切割过程的稳定性、切割质量和效果。在保证切割质量的前提下,应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率,而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。

2 火焰切割和等离子切割设备的结构

火焰切割和等离子切割设备结构形式主要由主驱动机构和切割机构组成,其作用分别为:主驱动机构夹紧工件并带动工件旋转,切割机构按要求切割工件。主要有卡盘式和滚床式两种。

2.1 卡盘式切割机卡盘式切割机是卡爪式卡盘夹紧水平放置的工件,减速电机通过齿轮或链条等带动卡盘旋转,卡盘带动工件旋转。切割机构大致可分为三轴,五轴,六轴,七轴等。

2.1.1 三轴切割机的三轴为:工件绕X轴旋转,割炬沿X轴移动和割炬沿X轴摆动。

2.1.2 五轴切割机的五轴为:工件绕X轴旋转,割炬沿X轴移动,割炬沿Z轴移动,割炬沿X轴摆动和仿行跟踪。

2.1.3 六轴切割机的六轴为:工件绕X轴旋转,割炬沿X轴移动,割炬沿Y轴移动,割炬沿Z轴移动,割炬沿X轴摆动和仿行跟踪。

2.1.4 七轴切割机的七轴为:工件绕X轴旋转,割炬沿X轴移动,割炬沿Y轴移动,割炬沿Z轴移动,割炬沿X轴摆动,割炬沿Y轴摆动和仿行跟踪。

卡盘式切割机主要适用于中小管径φ25-φ630mm的管子切割,可切圆管和方管。一般为卡盘固定,托架托动工件升降调整工件中心高度以满足切断不同管径的管料。而如果需要轴向输送工件时,则为托架固定,卡盘升降调整中心高度以满足切断不同管径的管料。

2.2 滚床式切割机滚床式切割机的驱动机构是减速电机通过齿轮或链条带动托盘旋转,托盘靠工件自重形成的摩擦力带动工件旋转。切割机构和卡盘式相同。

滚床式切割机主要适用于大中管径φ60-φ1520mm的管子切割,只能切圆管,或者增加圆形旋转工装后可切割方管。一般滚床托盘固定,靠切割机构升降以满足切断不同管径的管料。而如果需要轴向输送工件时,则为可调整两托盘之间的距离,调整工件高度以满足切断不同管径的管料。

目前的滚床式切割机产品大都是主传动机构在一侧,使用电机和托盘之间使用齿轮传动,因此长距离轴输送扭矩,从电机端到另一端,长轴的扭转变形,会造成两端旋转速度不同,而很容易产生工件轴向窜动或卡滞。而如果把切割机主传动机构在中间,或者两端同步电机传动,则可有效降低两端旋转速差。

3 火焰切割和等离子切割的应用

火焰切割和等离子切割的切割形式和工件断面形状基本相同,一般用于管件相贯线的切割。而相贯线切割机按切割形式主要切割形状可分为:

3.1 三轴切割机①开槽切割;②四方孔切割;③端部切断并开坡口。

3.2 五轴切割机①开槽切割;②四方孔切割;③端部切断并开坡口;④斜交支管端头切割;⑤同径V字支管端头切割;⑥切割焊接弯头、虾米节两端斜截端面;

⑦两支管交叉相贯线切割;⑧三(多)支管交叉相贯线切割;⑨主管开相贯线孔;⑩固定坡口、定角坡口、定点坡口的切割。其中:定角坡口是割炬以固定角度进行切割;定点坡口是在切管的0°、90°、180°、270°点上设定角度,在定点位置之间割炬自动变化坡口角度进行切割; 固定坡口是输入相贯的焊接坡口角度,系统自动计算切割的坡口角度进行切割。

3.3 七轴切割机①能在主管上切割相贯孔,满足主管轴线与单根支管轴线偏心与非偏心、垂直与倾斜相交等条件;②能在支管端部切割相贯线端头,满足单根支管轴线与主管轴线偏心与非偏心、垂直与倾斜相交等条件;③能在管子上切割平行管轴心的方孔、腰形孔、圆角矩形孔,满足偏心与非偏心,垂直与倾斜相交等条件;④能在管子上切割平行管轴心的方槽、腰形槽、圆角矩形槽,满足偏心与非偏心,垂直与倾斜相交等条件;⑤切断型切割可同时开槽;⑥能切割焊接弯头“虾米节”的两端面及切割垂直和斜截端面;⑦能切割同规格管材多管对接端面;⑧能切割与环型主管相贯的支管相贯线端头,单根支管情况可偏心;⑨能切割与矩形管相贯的圆支管端头;⑩能切割无主管、有主管单管相贯,多管相贯的支管相贯线端头。支管与主管轴心需相交于一点。主管可直管、弯管或方管;可开定角度、变角度、定距离及变距离的坡口及360度的孔坡口。

在现代化生产中,管料热切割设备越来越多的应用于石油、煤矿、船舶、建筑、生活用品等很多方面。为满足自动化使用需要,提高生产效率和生产安全性,管料切割设备还可增加自动上下料系统,使其和其他前序加工和后续加工有机的连接成一个整体的生产线,更好的实现无人高效安全操作。

参考资料:

[1]殷浩澍.国内自动化热切割技术发展态势分析.上海船舶工艺研究所.2009-9-18.

[2]杭争翔.等离子切割在热切割中的地位.中国金属加工在线.2008-3-4.

[3]孔德杰,张光先,乔立强.数控等离子切割技术在我国的现状与发展.电焊机,2005-35-1.

[4]毕承恩,丁乃建.现代数控机床(上下册).上海交通大学出版社.1993.