切割枪的原理

切割枪的原理 数控火焰切割机切割圆管 (1)圆钢的高效气割 圆钢的高效气割是把数根圆钢平行紧靠排列进行连续气割的，如图16所示。先将第1根圆钢预热到燃烧温度，利用适当后倾的割炬以一定的速度进行切割。当割炬行至3,4和6,7位置时，切口中的熔融氧化铁加热下一根圆钢表面并达到燃点，在切割氧流的作用下开始气割过程，于是使数根圆钢得以连续的进行切割。连续切割的根数取决于圆钢的直径和切割机上割炬的有效行程。 切割圆形截面半成品时，最好在开始切割处用扁铲作出割痕，因为切割开始处有毛剌，能迅速地加热到熔化状态，切割过程容易开始。 在圆钢切割过程中，实际切割厚度经常处于变化中，切割速度也要随之变化。实践中，通常取一个相对合适的平均速度作为切割速度。此外，割炬高度从?,?位置需加以调节，以后只要保持?的高度即可。割炬后倾角α取决于圆钢直径和平均切割速度，由试验确定。连续气割碳素钢圆钢的工艺参数见下表。 圆钢连续气割的高效性在于单根圆钢气割时因起割处外表面是圆弧，预热时间占整个切割时间的40,,50,。连续气割时只需预热第1根圆钢，因此可使其切割效率提高1(5倍。 (2)钢管的气割 钢管的气割分为固定钢管和转动钢管的气割。不论哪一种管件的气割， 预热时，火焰均应垂直于钢管的表面。待切透以后，将割嘴逐渐倾斜，直到接近于管子的切线方向后，再继续切割。 固定钢管(横吊管)的气割如图17所示，首先从管子的下部(仰脸位置)开始预热。切割时，割嘴沿接近管子的切线方向按图中1所示的方向进行切割。当切割到管子的水平位置时，关闭切割氧，再将割炬移到管子的下部并沿图中2所示的方向继续切割。 这种由下至上的气割方法有以下优点: ? 切缝看得清楚，割炬移动方便; ? 当气割终了时，割炬正好在水平位置，不易被已切断的管子碰坏嘴头。 转动钢管的气割和快速气割示意如图18所示。首先预热管侧部位，嘴头与管子表面接近垂直。切透后嘴头往上倾斜并与管子成接近切线角度。切割过程中，割炬应不断改变位置，以保持这一切割角度。切割一段后暂时停止，将管子稍加转动后，再继续切割。较小直径的管子可分2,3次割完，较大直径的管子可多分几次，但分锻越少对切割越好。 大直径钢管或圆筒的快速气割如图18(b)所示。把圆管置于回转胎具上按逆时针方向转动，将割炬设在偏离圆管顶面一定距离处。切割时，切割氧流相对切口前缘形成一个攻角，同时炽热的熔渣沿管壁内、外表面把切口前缘预热至很高温度，大大加速了铁-氧燃烧反应，使切割速度大为提高。 割炬偏离管顶的距离按以下方法确定:从切割点作管子外圆的切线，使割炬轴线与此切线成15?,25?角，管壁厚时角度取大一些。 当采用适当的扩散形割嘴气割时，可达到下列切割速度: ? 钢管直径300,1020mm、壁厚12mm，切割速度15..,2500mm/min; ? 钢管直径700,800mm、壁厚10mm，切割速度3500,3600mm/min。 快速气割工艺在螺旋管生产线上用于管子害长切割。为了缩短预热时间，可采用起割处附加低碳钢粒或短段钢丝的办法来加速起割。 火焰切割技术 1(坡口的切割 焊接之前常需要对钢板的接头处开坡口，坡口切割方法有手工切割和机械切割两种。在设备条件好的情况下，可采用机械切割，如采用坐标式切割机、平面四边形切割机或专为切割坡口用的切割设备等。采用机械方法切割的坡口，只要把熔渣清理干净，不需要进行任何的机械加工就可进行焊接。在成批生产中，采用机械方法切割坡口的经济效益更为显著。 由于手工切割坡口设备简单(采用普通切割设备)，方便灵活，对于组合的部件和结构较复杂的零件以及单件生产，手工切割比较方便、有效。但手工切割坡口的质量在很大程度上受切割技术熟练程度的影响。对于重要构件或受压容器的焊接坡口，在没有把握的情况下最好不用手工切割。 焊接结构中常见的焊接坡口有V形、Y形、X形(带钝边或不带钝边)、U形，如图1所示。其中V形和Y形坡口当单侧坡口角度大于30?时，通常不易切割，需把坡口面置于背面进行切割。 在正确掌握切割参数和操作技术的条件下，切割坡口的质量良好，可直接用于工件装配和焊接。 (1)V形坡口的切割 用机械方法切割单面V形坡口时，可采用两把割炬同时进行切割。一 把割炬垂直于被切割金属表面，另一把割炬与切割表面成一定角度。调整好割炬倾角后，一般用半自动切割机或手扶式半自动切割机进行切割。垂直的割炬在前移动，倾斜的割炬在后面移动。须按实际切割厚度选定割嘴号码和切割参数。 也可用手工方法切割单面V形坡口。单割炬切割V形坡口的示意见图2。切割前先按坡口尺寸划好线，然后将割嘴按坡口角度找好，以往后拖或向前推的操作方法进行切割，切割速度稍慢，预热火焰功率应适当增加，切割氧的压力也应稍大些。 为了得到宽窄一致和角度相等的切割坡口，可将割嘴靠在扣放的角钢上进行切割，如图3所示。为了更好地控制切割坡口的角度，还可将割嘴安装在角度可调的滚轮架上(一般是自制的)，这样可以进一步保证切割质量，而且操作灵活〔见图3(c)〕。利用角钢切割直边及斜边(坡口)的操作示意见图4。 手工切割与机械切割的不同之处在于:手工切割时，不能同时用两把割炬进行切割，应先割好垂直缝，再按要求的宽度划好线，将割嘴偏斜一个角度，沿着划线向前或向后移动割炬，就能切割出单面坡口。 ? 单割炬二次切割，即先切割直边，再切割坡口斜边。单割炬切割Y型坡口的示意如图5所示。 ? 双割炬切割可一次完成坡口制备。双割炬切割Y形(或倒Y形)坡口时的割嘴配置如图6所示。 (3)X形坡口的切割 (1)大厚度钢板的切割 通常把厚度超过100mm的工件切割称为大厚度切割。大厚度钢板切割时由于工件较厚，切割有一定难度。切割大厚度钢板的主要难点是: ? 预热处钢材上、下部受热不均匀，如果操作不当，起割时往往不能沿厚度方向顺利穿透而造成切割失败; ? 因为钢材比较厚，燃烧反应沿厚度方向传播需要一定时间，同时越到切口下部，切割氧流动量越小、纯度越低，使后拖量增加。 ? 熔渣多，切割氧流排渣能力减弱，容易在切口底部形成熔渣堵塞，使正常切割过程遭到破坏。 切割大厚度钢件，由于氧气压力增高，不但使氧气流变成圆锥形，而且氧气流的冷却作用也增大，因而影响切割质量及切割速度。如果切割更厚的钢件(600mm以上)，由于预热火焰加热钢件的下层金属困难，使钢件受热不均匀，结果下层金属的传热就比上层金属来得慢。这样，切割厚钢板时，上部金属与下部金属燃烧是不均匀的，总是上部快下部慢，使切割氧射流在前进方向呈现一弧形，相应地在工件上产生一向后拖延的弧形割缝，这弧形割缝始末端之间的距离称为后拖量(见图9)。 如果割缝产生很大的后拖量，容易使熔渣堵塞割口底部造成切割困难。厚大板切割的后拖量，可以从割缝上观察到并且能测量出来。切割过程中，后拖量是不可避免的。后拖量小时，割缝宽度均匀、表面光滑、没有大梳齿凸出和横向的线槽。 实现大厚度钢板切割的最重要条件是向切割区提供足够的氧气流量，所需的切割氧流量Q可按下式估算，即 Q,0.09,0.14δ (1) 式中 Q——大厚度钢板切割时所需的切割氧流量，m3/h; δ——钢板厚度，mm。 整个供氧系统，包括减压器、各种接头和阀件、割炬进气管、割嘴孔径等都要满足相应的供氧能力，避免产生节流现象。要根据钢板厚度和切割长度，准备足够的气源，以免中途因氧气用尽而中断切割(大厚度钢材要重新起割是很困难的)。 为了使切割过程顺利进行，往往在起割时使割炬倾斜一角度，等火焰穿透工件后，割炬一边移动一边逐渐将割炬恢复到垂直位置。 大厚度切割容易产生后拖，切割将要结束时由于后拖原因，工件底部有切不透现象，使工件不能分离。为了解决这个问题，可在切割将要结束、割炬将要移出工件时，将割炬后倾约10?左右，并放慢切割速度，这样可减少后拖。 切割厚度300mm以上的大厚度工件时，要选用大型号的割炬和割嘴，而且切割时氧气要供应充足。开始切割时，预热火焰要大，首先由工件的边缘棱角处开始预热，将工件预热到切割温度时，逐渐开大切割氧气并将嘴头后倾;待工件边缘全部切透时，加大切割氧气流，并使嘴头垂直于工件，同时割嘴沿割线向前移动。切割更大厚度钢板时前进速度更慢，割嘴要作横向月牙形摆动(见图10)。 如果氧气流进入工件过我〔见图11(b)〕或火焰过如，上部起割后就移动割炬，会出现图11(c)所示的现象，并产生图11(d)所示的结果，在端部下方残留未割穿的角形部分。如果切割氧压力过高或切割速度不合适，将 会出现图11(e)所示的现象。切割氧压力过低或起割时割炬移动速度过快，会出现图11(f)所示的情况。这些不正确的起割方式都会导致切割失败。 (2)薄钢板的切割 切割厚度4mm以下的钢板时，因钢板较薄，氧化铁渣不易吹掉，而且冷却后氧化铁渣粘在钢板背面更不易清除。薄板受热快而散热慢，当割嘴刚过去时，因割缝两边还处在熔融状态，这时如果切割速度稍慢及预热火焰控制不当，易使钢板变形过大，且钢板正面棱角也被熔化，形成割开后又熔合在一起的现象。 切割薄板时，为了得到较好的切割效果，应注意以下几点: ? 预热火焰功率要小，加热点落在切割线上，并处于切割氧流的正前方; ? 割嘴应向前倾斜，与钢板与25?,45?角，割嘴与工件表面的距离为10,15mm; ? 切割速度要尽可能快; ? 选用G01-30割炬及小号割嘴。 厚度3,6mm钢板使用1号割嘴可以进行正常切割，主要问题是工件因受热变形而发生翘曲。如切割板条时，出现平面侧弯;在切割板边、板内开孔和成形零件时，则产生上凸下凹变形，难以获得正确的零件形状和尺寸精度。 为此，对于一般低碳钢板，为了尽可能减小切割变形，在减小预热火焰功率、提高火焰集中度的同时，可在切割过程中一边切割，一边洒水进行冷却，也可在板内穿孔进行周边切割以减小变形。 图12所示为切割薄板时洒水管的配置。洒水管与割嘴的垂直距离为20,50mm(以50mm为最佳)，洒水量以2L/min为宜，水量过多并不能产生更好的效果。洒水管可使用一般像胶管。割嘴使用最小呈的，预热燃料应采用汽油(因火焰的热扩散性小)，而不可用丙烷和石油气。洒水冷却法切割薄板的工艺参数见表9。 (1 )叠板切割的特点 叠板切割是把数张乃至数十张薄钢板板叠成一摞进行切割的一种高效切割法，图13所示为多层叠板切割的示意。这种方法特别适用于厚度1.0,5.0mm薄钢板的切割，这类薄板切割时因热变形很难获得所需形状和尺寸精度良好的零件。板厚大于14mm后，由于不易压紧，就不适合用这种方法。 与单层切割相比，叠板切割具有以下优点: ? 减小切割时间，提高生产效率。叠板总厚度100,120mm时，切割效率高于高速等离子弧单件切割的效率; ? 切割质量好，单张板之间的间隙小于0.1mm时可获得无粘渣的切割边; ? 板与板之间的摩擦力限制了切割过程中的热变形，割出的零件具有良好的尺寸精度; ? 燃料消耗量大大降低，显著的节约能源，降低生产成本。 实现叠板切割的重要条件是板与板之间必须贴紧，切割前要将多层钢板夹具夹紧，尽可能不留空隙。为了夹紧钢板，一般可采用大的卡兰夹紧， 也可用两张厚度8mm左右的钢板作为上、下盖板。如果钢板的尺寸大，可使用气动压紧装置。对比较平整的薄板，也可用焊接方法将叠板固定，如图14所示。 为了使开始起割顺利，可将上、下钢板错开，使端面叠成3?,5?的倾角。 叠板切割可切割0.5mm以上的钢板，总厚度不宜超过120mm。叠板切割最好选用切割能力大于总厚度的割嘴，要有充分的余量。叠板切割用的设备一般采用半自动切割机，零件外形复杂可使用移动式仿形切割机。如果零件尺寸比较大，而同形零件的批量又多，也可采用专用自动化叠板切割设备。 图15所示为叠板光电跟踪自动切割装置。它由光电跟踪装置、水冷式6割炬切割门架、压紧装置等构成。适用于切割厚度6,14mm的钢板组成的叠板，最大叠板总厚度120mm。 2)叠板切割工艺要点 ? 每张待切割钢板的表面必须平整、清洁，允许有轻度锈痕。 ? 钢板之间的间隙(一般不应超过0.5mm)对切割质量和切口下缘粘渣程度有很大影响。切割面粗糙度要求低于50μm时，间隙应控制在0.1mm以内。 ? 叠板总厚度较大时，为了便于起割，应把上面的每张板边稍伸出一些(见图14)。这样，实际切割厚度逐渐增大，有利于保证切割质量。必须从板的内部开始起割的场合，可采用预钻起割孔的方法，从钻孔处割入。 ? 为确保割出零件的质量，可在叠板的上表面加放一张薄板，作为工艺板。 ? 割嘴选用切割氧压力0.69MPa的扩散型割嘴。切割气孔径按下述原则选定: a( 叠板总厚度?30mm时，割嘴的切割能力应大于总厚度10,; b( 叠板总厚度?50mm时，割嘴的切割能力应大于总厚度的80,,90,(例如，总厚度为60mm，应选用能切割厚度110mm的割嘴)。 ? 预热火焰功率增大些，但火焰应采用轻微碳化焰。 钢管的切割分为固定钢管和转动钢管的切割。不论哪一种管件的切割，预热时，火焰均应垂直于钢管的表面。待切透以后，将割嘴逐渐倾斜，直到接近于管子的切线方向后，再继续切割。 固定钢管(横吊管)的切割如图17所示，首先从管子的下部(仰脸位置)开始预热。切割时，割嘴沿接近管子的切线方向按图中1所示的方向进行切割。当切割到管子的水平位置时，关闭切割氧，再将割炬移到管子的下部并沿图中2所示的方向继续切割。 这种由下至上的切割方法有以下优点: ? 切缝看得清楚，割炬移动方便; ? 当切割终了时，割炬正好在水平位置，不易被已切断的管子碰坏嘴头。 转动钢管的切割和快速切割示意如图18所示。首先预热管侧部位，嘴头与管子表面接近垂直。切透后嘴头往上倾斜并与管子成接近切线角度。切割过程中，割炬应不断改变位置，以保持这一切割角度。切割一段后暂 时停止，将管子稍加转动后，再继续切割。较小直径的管子可分2,3次割完，较大直径的管子可多分几次，但分锻越少对切割越好。 大直径钢管或圆筒的快速切割如图18(b)所示。把圆管置于回转胎具上按逆时针方向转动，将割炬设在偏离圆管顶面一定距离处。切割时，切割氧流相对切口前缘形成一个攻角，同时炽热的熔渣沿管壁内、外表面把切口前缘预热至很高温度，大大加速了铁-氧燃烧反应，使切割速度大为提高。 割炬偏离管顶的距离按以下方法确定:从切割点作管子外圆的切线，使割炬轴线与此切线成15?,25?角，管壁厚时角度取大一些。 当采用适当的扩散形割嘴切割时，可达到下列切割速度: ? 钢管直径300,1020mm、壁厚12mm，切割速度15..,2500mm/min; ? 钢管直径700,800mm、壁厚10mm，切割速度3500,3600mm/min。 快速切割工艺在螺旋管生产线上用于管子害长切割。为了缩短预热时间，可采用起割处附加低碳钢粒或短段钢丝的办法来加速起割。 5( 难切割材料的切割 (1)不锈钢的振动切割 不锈钢在切割时生成难熔的Cr2O3，所以不能用普通的火焰切割方法进行切割。不锈钢焊接结构的制造中，如果厚度适宜，应尽量采用切割质量好、效率高的等离子弧切割工艺。但是等离子弧切割的厚度有限。随着厚度的增加，电源的功率增加，切割质量变差，电极喷嘴耗损严重。当厚度超过100mm时，用等离子弧切割方法已难以切割。 对于虽有等离子弧切割条件，但遇到需要切割厚度150,200mm以上的不锈钢冒口或大厚度钢板时，或没有等离子弧切割条件时，可采用振动 切割和金属粉末切割法(氧-熔剂切割法)。也可以采用氧-熔剂切割的工艺方法。 振动切割法是采用普通割炬而使割嘴不断摆动来实现切割的方法。这种方法虽然切口不够光滑，但突出的优点是设备简单、操作技术容易掌握，而且被切割工件的厚度可以很大，甚至可达300mm以上。 不锈钢振动切割的示意如图19所示。 不锈钢振动切割的工艺要点如下: 采用普通的G01-300型割炬，预热火焰较一般碳钢切割火焰要大且集中。氧气压力要大15,,20,，采用中性火焰。切割开始时，先用火焰加热工件边缘，待其达到红热熔融状态时，打开切割氧气阀门，少许抬高割炬，熔渣即从切口处流出。此时割炬应立即做一定幅度的前后、上下摆动，便可进行连续切割。 割嘴摆动的频率为每分钟80次左右，振幅为10,15mm。利用火焰的高温(3200?)来破坏切口处的氧化膜，使铁继续燃烧，并借助于火焰中的氧流前后、上下振动的冲击研磨作用，冲掉熔渣，达到连续切割的目的。 (2)复合钢板的切割 不锈复合钢板的切割不同于一般碳钢的切割。由于不锈钢复合层的存在，给切割带来一定的困难，但它比单一的不锈钢板容易切割。用一般切割碳钢的规范来切割不锈复合钢板，经常发生切不透的现象。保证不锈复合钢板切割质量的关键是使用较低的切割氧气压力和较高的预热火焰氧气压力。因此，应采用等压式割炬。 切割不锈复合钢板时，基层(碳钢面)必须朝上，切割角度应向前倾， 以增加切割氧流所经过的碳钢的厚度，这对切割过程非常有利。操作中应注意将切割氧阀门开得较小一些，而预热火焰调得较大一些。 切割16mm，4mm复合钢板时，采用半自动自动切割机分别送氧的切割工艺参数为:切割氧压力0.2,0.25MPa，预热气压力0.7,0.8MPa。改用手工切割后所采用的切割工艺参数为:切割速度360,380mm/min，氧气压力0.7,0.8MPa，割嘴直径为2,2.5mm(G01-300型割炬，2号嘴头)，嘴头与工件距离5,6mm。 (3)铸铁的振动切割 火焰切割操作工艺 核心提示:一:机床加工范围及工作环境要求1.本数控火焰切割机是一种用于金属板材切割下料的数字称或许控制的自动化设备.该设备在工业计算机 一:机床加工范围及工作环境要求 1.本数控火焰切割机是一种用于金属板材切割下料的数字称或许控制的自动化设备.该设备在工业计算机的控制下采用燃气火焰切割作切割源,可以在低碳钢等金属材料上切割任意图形,切割厚度可以从6mm--150mm. 2.本机床的供电电源应保持在380V?10%,50HZ?1HZ,并建议使用的电网与车间其他部分(如电焊机等)的电网分开或配备交流稳压电源,相对环境温度应该为: -10?C—+40?C,相对湿度应?95% 二:加工前的准备 1.检查被切割工件的表面有无铁锈.尘垢或油污，被切割件应摆放平整， 以便 于散放热量和排除熔渣 2.检查氧气.乙炔.橡胶管和压力表是否正常，将气割设备按操作规程连接好 3.工件摆放时应尽量保证与X.Y轴平行和垂直 三:开.关机流程 1.开机 机床主电源开 控制面板电源开 伺服电机开 预热氧总阀开 切割氧总阀开 选择割矩(割枪) 调入程序 点火 调火 试割 2.关机 切割氧关 预热氧关 切割氧总阀关 预热氧总阀关 伺服电机 关 控制面板电源关 机床主电源关 四:机床常用操作 1.移动方向:在自动方式下按"X+,X-,Y+,Y-"可以移动X.Y轴相对应的方向 2.回参考点:在自动方式下按"H"可以直接回到所设置的原点,即X0,Y0 3.速度调整:在自动方式下,按【F】键选择所需要的速度然后按【ENTER】键,也 可以在加工过程中选择【F+】或【F-】键调整实时速度 4.U盘读入程序:在主菜单下按【文件管理】键,选择【USB输入】,移动光标选 择所需要的程序,按【ENTER】键 5. 坐标原点的设置: 当X.Y轴移动到一定位子时,在主菜单下按【手动辅助】, 选择【坐标设置】,再同时按【空格键】+【ENTER】实现坐标清零, 这时候所生成的原点既是加工程序要的原点 6.断点设置:系统的断点设置由两种方法,其一是通过加工中的暂停,自 动生成 暂停处的断点,只要在自动方式下按【F2】键再按【启动】键即可 以开始从断点穿孔继续加工。其二是在突然停电时生成的断点, 在 重新开机后按【F4】，再按【F2】键+【启动】键即以开始从点穿孔 继续加工 7.镜像加工:在自动方式下连续按【F5】键,选择X镜像.Y 镜像和不镜像,选X 镜像时,加工程序沿X轴对称方向执行,选择Y轴镜像则加工程序沿 Y轴对称方向执行 8.测位起点.测位终点:在摆放板材中,由于板材太大.太重,不可能使板材与机 床X.Y轴保持一定的垂直和水平，这时就要用到测位起点功能，使 切割的程序沿板材摆放的位子加工。测位起点.测位终点的设置方 法如下: A:测位起点:在手动辅助方式下，首先将割嘴对准基准线的一个起 点，用【F6】将X.Y的坐标设置为“0”，再按【F3】键 B:测位终点:在确定好测位起点以后，再将割嘴移动到基准线的另 一个终点后选择【F3】键，确定测位终点 五:影响气割过程的主要参数 1.切割氧的纯度:氧气的纯度使影响气割过程和质量的重要因数。氧气纯度差 不但切割速度降低.切割表面粗糙.切口下缘沾渣，而氧气的消耗量也随之增 加。若氧气的纯度从99.5,下降到98,，切割速度即下降25,，而氧耗量即 增加50,，一般认为氧气纯度低于95,就不能切割，要想获得无熔渣的切口， 氧气纯度必须达到96,。 2.切割氧的流量:随着氧流量的增加，切割速度逐渐加大，但超过某个界限值 后反而降低，如切割12mm钢板时的氧气流量对切割速度的影响如图1所示: 3.切割氧的压力:随着切割氧压力的不断提高，氧流量也相应增加，因此能够切 割的板材厚度也随之增大，但压力到达一定值后可切割的厚度也达到最大值， 如果再增大压力，可切割的厚度反而减小，具体数值如下图2所示: 5.切割氧的选择:切割氧压力取决于割嘴类型和嘴号,切割氧压力过大,易使切 口变宽.粗糙,压力过小使切割过程变慢,易造成沾渣。在实际切割工作中，可 以用试放“风线”的办法来确定，当风线最清晰且长度最长时的切割压力即 为合适值，可获得最佳的切割效果 6.切割速度:一般工件的厚度越大，切割速度而减慢，在切割操作时可根据熔 渣火花在切口落下的方向来掌握。当火花垂直或偏向前方排出时，即为最佳 速度。在直线切割时，可采用火花稍偏向厚方排出的较快速度 7.割嘴离工件表面的距离:割嘴到工件表面的距离是根据工件厚度及预热火焰 长度来确定的。割嘴高度过低会使切口上线发生熔塌，飞溅容易堵塞割嘴， 甚至引起回火。割嘴高度较大，热损失增加，且预热火焰对切口前缘的加热 作用减弱，预热不充分，切割氧流动能下降，使排渣困难，影响切割质量， 一般情况下，预热火焰焰心应离开工件表面2--4MM。 六:切割缺陷及防止措施 1:火焰切割作业中，常常因为气割工艺参数调整和操作不当会造成 各种切割缺 陷，切割之后的状态和分析原因如下表: