大型焊接件數(shù)控切割質量影響及控制措施分析

摘要：文章對大型焊接構件數(shù)控切割下料中影響切割質量的因素進行了分析，針對不同的因素提出了具體的解決方法，實踐表明，對大型焊接件數(shù)控切割質量影響及控制措施進行分析提高了大型焊接結構件的切割質量，產生了較好的經濟效益。

關鍵詞：數(shù)控切割機；切割質量；控制措施；焊接件；切割精度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG483 文章編號：1009-2374（2017）04-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.032

第四機械廠是國內大型石油裝備的制造服務基地，石油裝備涉及到大量的焊接結構件，而結構件的質量直接取決于下料件的質量。由于多方面原因，切割出的產品易出現(xiàn)質量問題，主要表現(xiàn)在實際下料尺寸與理論尺寸出現(xiàn)偏差。本文通過研究和分析生產過程中影響切割質量的因素，并采取有力的控制措施，使大型焊接構件切割質量得到明顯改觀。

1 程序對切割質量的影響及控制措施

1.1 編程對產品切割質量的影響

數(shù)控切割機由計算機采取實時控制來完成自動切割，根據(jù)程序指令來完成相應切割步驟，編程對切割精度、質量起著決定性的影響，具體有以下五個因素：

1.1.1 切入點：在套料編程時，切入點是數(shù)控切割機在鋼板上穿孔切割的第一點，是切割軌跡的決定因素，若選用不當會使產品出現(xiàn)嚴重的熱變形。

1.1.2 切割引入（引出）線方式：針對產品各部位的質量要求，選擇適當?shù)囊耄ㄒ觯┚€方式，引線方式不當，會導致產品未割斷或出現(xiàn)切割點凹坑。

1.1.3 割縫補償值：割縫補償值的大小必須與實際切割割縫相符，給定割縫補償值偏小，而實際切割割縫偏大，會直接造成產品尺寸偏小。

1.1.4 套料時切割順序：在編程套料指定切割順序時，產品切割順序不當，會導致在切割過程中對鋼板的不均勻加熱和冷卻，使被切割的產品發(fā)生不同程度的彎曲或移位。

1.1.5 切割方向：切割方向選擇不當，會導致產品過早地與母板分離，不足以抵抗切割過程中出現(xiàn)的熱變形應力，造成產品在切割過程中移位，出現(xiàn)尺寸超差。

1.2 控制措施

1.2.1 定義合適的切入點：選擇切入點時，要保證切割過程中產品的長邊與鋼板相連，鋼板變形最小，另外，產品的關鍵尺寸、形狀盡可能最后與母材脫離，以減少熱變形、位移、拘束不夠等因素對產品的尺寸影響。

1.2.2 定義合適的切割引入（引出）線方式：一般切割內輪廓時，定義為圓弧引入（引出）方式，沿切割邊的切線方向逐漸逼近，實現(xiàn)割口截面的光滑過渡，不損傷切入點；切割外輪廓時，切入點盡可能沿板邊定義。

1.2.3 設置適宜的割縫補償值：編程時，針對不同的板厚，選用相應規(guī)格的割嘴，設置相應的割縫補償值，割縫補償應該和割縫寬度保持一致。

1.2.4 優(yōu)化切割順序：切割順序的選擇取決于鋼板上的套料情況，總的原則是：先內后外、先小后大、先繁后簡。

1.2.5 正確選擇切割方向：正確的切割方向應該保證在產品切割完成以前都必須使產品與鋼板具有足夠的連接剛度。如圖1所示：封板的兩種切割方向，方案一選擇的切割方向為切割引入線→A→B→C→D→A，見圖1（a）；方案二選擇的切割方向為切割引入線→D→A→B→C→D，見1（b）。這兩種方案在切割過程中封板與整張鋼板的連接剛度隨切割點的前進都在降低，但方案一中的連接剛度在切割點到達D點時已降至很低，從而無法保證D→A段切割的剛度，故產品尺寸無法保證。方案二切割過程中的連接剛度在D→A→B→C段都比較高，只有在接近D點時連接剛度才迅速降低，但到達D點時產品的切割也隨之完成，故產品尺寸能夠得到保證。

2 設備對切割質量的影響及控制措施

2.1 設備對切割精度的影響

2.1.1 機床導軌的直線度、平面度誤差的影響：機床導軌（主導軌、橫梁導軌）的直線度誤差將直接影響縱向割縫和橫向割縫的直線度，機床導軌（主導軌、橫梁導軌）的平面度誤差會導致割嘴與鋼板間的距離波動，造成割縫的寬度也不一致，從而引起產品尺寸精度。

2.1.2 傳動系統(tǒng)精度的影響：傳動系統(tǒng)連接件出現(xiàn)松動或齒輪、齒條磨損嚴重，會導致機械傳動部件的間隙偏大，最終導致割槍的移動出現(xiàn)誤差，影響產品尺寸。

2.1.3 割嘴的影響：割嘴通徑偏大，氧氣流大，導致割縫大，易造成下料尺寸不足；割嘴通徑偏小，不但切割速度慢，而且切割不充分，易粘渣。此外，割嘴磨損會造成切割火焰風線不集中，焰束擴散，割口寬，切割面傾斜，切割質量差。

2.1.4 割嘴與鋼板表面的垂直度的影響：割嘴與鋼板表面不垂直，會導致切割面為斜面，沿厚度方向出現(xiàn)切割坡口，產品上表面與下表面尺寸不一致。

2.1.5 數(shù)控下料平臺不平的影響：鋼板支承面長期處于火焰切割的高溫環(huán)境中，容易因高溫燒灼造成高低不平，從而導致鋼板放置不平，這種不平度嚴重時，會影響產品尺寸。

2.2 控制措施

2.2.1 保障機床導軌的直線度、平整度誤差：提高機床的安裝質量，定期對直線度、平整度進行檢測，保證導軌的直線度、平整度誤差在允許的范圍內，日常工作中加強保養(yǎng)和維護。

2.2.2 保障傳動系統(tǒng)的精度要求：定期對直接影響傳動系統(tǒng)精度的軸承、縱、橫向齒輪和齒條要進行檢查、更換，加強相應的維護保養(yǎng)及精度檢測。

2.2.3 正確選擇和使用割嘴：根據(jù)不同板厚，選用相應型號割嘴，參考表1，操作人員還需定期對割嘴進行檢查、清潔和保養(yǎng)，保持割嘴通道清潔光滑。

2.2.4 保障割嘴與鋼板表面的垂直度：操作者需對割槍、割嘴進行調整、校檢，確保割槍、割嘴與鋼板垂直，降低因支承工作臺不平、割嘴中心軸線和割嘴不同軸及割嘴孔的堵塞等問題對垂直度的影響。

2.2.5 保障數(shù)控下料平臺的平整度：定期對數(shù)控下料平臺進行檢測、修整，不平度必須滿足≤10mm的要求。

3 操作對切割精度的影響及控制措施

3.1 操作對切割質量的影響

3.1.1 切割氧的壓力及純度：切割氧的壓力及純度直接決定著下料件的質量。切割氧壓力過大，割口變寬，表面粗糙；壓力過小，氣割過程緩慢，在切口表面形成粘渣，甚至無法割穿；氧氣純度較低，也會出現(xiàn)產品切割面粗糙，切口邊緣還會有粘渣，導致產品質量問題。

3.1.2 預熱時間：預熱時間過長，預熱溫度過高，將出現(xiàn)切割邊塌邊、結疤、掛渣量大等問題；預熱時間過短，又會造成預熱溫度太低，會使鋼板得不到足夠的能量，甚至造成切割過程中斷。

3.1.3 切割速度：切割速度直接影響到切割過程的穩(wěn)定性和切割斷面質量。過快的切割速度會使切割斷面出現(xiàn)凹陷和掛渣等質量缺陷，嚴重的還有可能造成切割中斷；切割速度太慢會使切口邊緣化，下邊緣產生圓角等缺陷。

3.1.4 割嘴與鋼板距離：割嘴離鋼板表面的距離太近，會造成切口上緣熔化，增大割縫滲碳的可能性；距離太遠，則熱量損失太大，延長預熱時間。

3.2 控制措施

3.2.1 正確選擇切割氧壓力和純度：依據(jù)產品厚度選取切割氧的壓力，取得較好的切割質量，如表1所示；氧氣純度對割件熱變形也有影響，在氧氣純度為97.5%～99.5%的范圍內，氧氣純度每降低1%，氣割1m長的割縫，氣割時間將增加10%～15%，預熱火焰釋放的熱量也增加10%～15%，從而增加了產品的熱變形，切割氧的純度控制在98.5%以上。

3.2.2 正確控制預熱時間：預熱時間的長短決定于被切割產品的厚度，當氧-乙炔焰作為預熱火焰時，預熱時間見表1所示。

3.2.3 正確設定切割速度：切割速度的正確設定可以使切割面的掛渣減少，甚至無掛渣現(xiàn)象，清渣方便容易。在實際生產中，切割速度可以通過聲音、觀察熔渣流動情況來判斷是否合適。具體參考數(shù)值見表1所示。

3.2.4 保持合適的割嘴與鋼板距離：切割過程中，由于鋼板不平及其他原因要及時調整割嘴與鋼板的距離，一般情況下，可根據(jù)表1推薦值選取。

4 結語

由分析可知，影響數(shù)控切割機切割質量的因素很多，在解決切割質量問題時，要多方面綜合考慮，逐項分析、排查，找出問題所在并進行改善，數(shù)控切割質量將會得到提升。

參考文獻

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作者簡介：齊風（1961-），男，中石化石油工程機械有限公司第四機械廠工程師，研究方向：下料工藝管理。

（責任編輯：蔣建華）