大型焊接件数控切割质量影响及控制措施分析

摘要：文章对大型焊接构件数控切割下料中影响切割质量的因素进行了分析，针对不同的因素提出了具体的解决方法，实践表明，对大型焊接件数控切割质量影响及控制措施进行分析提高了大型焊接结构件的切割质量，产生了较好的经济效益。

关键词：数控切割机；切割质量；控制措施；焊接件；切割精度 文献标识码：A

中图分类号：TG483 文章编号：1009-2374（2017）04-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.032

第四机械厂是国内大型石油装备的制造服务基地，石油装备涉及到大量的焊接结构件，而结构件的质量直接取决于下料件的质量。由于多方面原因，切割出的产品易出现质量问题，主要表现在实际下料尺寸与理论尺寸出现偏差。本文通过研究和分析生产过程中影响切割质量的因素，并采取有力的控制措施，使大型焊接构件切割质量得到明显改观。

1 程序对切割质量的影响及控制措施

1.1 编程对产品切割质量的影响

数控切割机由计算机采取实时控制来完成自动切割，根据程序指令来完成相应切割步骤，编程对切割精度、质量起着决定性的影响，具体有以下五个因素：

1.1.1 切入点：在套料编程时，切入点是数控切割机在钢板上穿孔切割的第一点，是切割轨迹的决定因素，若选用不当会使产品出现严重的热变形。

1.1.2 切割引入（引出）线方式：针对产品各部位的质量要求，选择适当的引入（引出）线方式，引线方式不当，会导致产品未割断或出现切割点凹坑。

1.1.3 割缝补偿值：割缝补偿值的大小必须与实际切割割缝相符，给定割缝补偿值偏小，而实际切割割缝偏大，会直接造成产品尺寸偏小。

1.1.4 套料时切割顺序：在编程套料指定切割顺序时，产品切割顺序不当，会导致在切割过程中对钢板的不均匀加热和冷却，使被切割的产品发生不同程度的弯曲或移位。

1.1.5 切割方向：切割方向选择不当，会导致产品过早地与母板分离，不足以抵抗切割过程中出现的热变形应力，造成产品在切割过程中移位，出现尺寸超差。

1.2 控制措施

1.2.1 定义合适的切入点：选择切入点时，要保证切割过程中产品的长边与钢板相连，钢板变形最小，另外，产品的关键尺寸、形状尽可能最后与母材脱离，以减少热变形、位移、拘束不够等因素对产品的尺寸影響。

1.2.2 定义合适的切割引入（引出）线方式：一般切割内轮廓时，定义为圆弧引入（引出）方式，沿切割边的切线方向逐渐逼近，实现割口截面的光滑过渡，不损伤切入点；切割外轮廓时，切入点尽可能沿板边定义。

1.2.3 设置适宜的割缝补偿值：编程时，针对不同的板厚，选用相应规格的割嘴，设置相应的割缝补偿值，割缝补偿应该和割缝宽度保持一致。

1.2.4 优化切割顺序：切割顺序的选择取决于钢板上的套料情况，总的原则是：先内后外、先小后大、先繁后简。

1.2.5 正确选择切割方向：正确的切割方向应该保证在产品切割完成以前都必须使产品与钢板具有足够的连接刚度。如图1所示：封板的两种切割方向，方案一选择的切割方向为切割引入线→A→B→C→D→A，见图1（a）；方案二选择的切割方向为切割引入线→D→A→B→C→D，见1（b）。这两种方案在切割过程中封板与整张钢板的连接刚度随切割点的前进都在降低，但方案一中的连接刚度在切割点到达D点时已降至很低，从而无法保证D→A段切割的刚度，故产品尺寸无法保证。方案二切割过程中的连接刚度在D→A→B→C段都比较高，只有在接近D点时连接刚度才迅速降低，但到达D点时产品的切割也随之完成，故产品尺寸能够得到保证。

2 设备对切割质量的影响及控制措施

2.1 设备对切割精度的影响

2.1.1 机床导轨的直线度、平面度误差的影响：机床导轨（主导轨、横梁导轨）的直线度误差将直接影响纵向割缝和横向割缝的直线度，机床导轨（主导轨、横梁导轨）的平面度误差会导致割嘴与钢板间的距离波动，造成割缝的宽度也不一致，从而引起产品尺寸精度。

2.1.2 传动系统精度的影响：传动系统连接件出现松动或齿轮、齿条磨损严重，会导致机械传动部件的间隙偏大，最终导致割枪的移动出现误差，影响产品尺寸。

2.1.3 割嘴的影响：割嘴通径偏大，氧气流大，导致割缝大，易造成下料尺寸不足；割嘴通径偏小，不但切割速度慢，而且切割不充分，易粘渣。此外，割嘴磨损会造成切割火焰风线不集中，焰束扩散，割口宽，切割面倾斜，切割质量差。

2.1.4 割嘴与钢板表面的垂直度的影响：割嘴与钢板表面不垂直，会导致切割面为斜面，沿厚度方向出现切割坡口，产品上表面与下表面尺寸不一致。

2.1.5 数控下料平台不平的影响：钢板支承面长期处于火焰切割的高温环境中，容易因高温烧灼造成高低不平，从而导致钢板放置不平，这种不平度严重时，会影响产品尺寸。

2.2 控制措施

2.2.1 保障机床导轨的直线度、平整度误差：提高机床的安装质量，定期对直线度、平整度进行检测，保证导轨的直线度、平整度误差在允许的范围内，日常工作中加强保养和维护。

2.2.2 保障传动系统的精度要求：定期对直接影响传动系统精度的轴承、纵、横向齿轮和齿条要进行检查、更换，加强相应的维护保养及精度检测。

2.2.3 正确选择和使用割嘴：根据不同板厚，选用相应型号割嘴，参考表1，操作人员还需定期对割嘴进行检查、清洁和保养，保持割嘴通道清洁光滑。

2.2.4 保障割嘴与钢板表面的垂直度：操作者需对割枪、割嘴进行调整、校检，确保割枪、割嘴与钢板垂直，降低因支承工作台不平、割嘴中心轴线和割嘴不同轴及割嘴孔的堵塞等问题对垂直度的影响。

2.2.5 保障数控下料平台的平整度：定期对数控下料平台进行检测、修整，不平度必须满足≤10mm的要求。

3 操作对切割精度的影响及控制措施

3.1 操作对切割质量的影响

3.1.1 切割氧的压力及纯度：切割氧的压力及纯度直接决定着下料件的质量。切割氧压力过大，割口变宽，表面粗糙；压力过小，气割过程缓慢，在切口表面形成粘渣，甚至无法割穿；氧气纯度较低，也会出现产品切割面粗糙，切口边缘还会有粘渣，导致产品质量问题。

3.1.2 预热时间：预热时间过长，预热温度过高，将出现切割边塌边、结疤、挂渣量大等问题；预热时间过短，又会造成预热温度太低，会使钢板得不到足够的能量，甚至造成切割过程中断。

3.1.3 切割速度：切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷，严重的还有可能造成切割中断；切割速度太慢会使切口边缘化，下边缘产生圆角等缺陷。

3.1.4 割嘴与钢板距离：割嘴离钢板表面的距离太近，会造成切口上缘熔化，增大割缝渗碳的可能性；距离太远，则热量损失太大，延长预热时间。

3.2 控制措施

3.2.1 正确选择切割氧压力和纯度：依据产品厚度选取切割氧的壓力，取得较好的切割质量，如表1所示；氧气纯度对割件热变形也有影响，在氧气纯度为97.5%～99.5%的范围内，氧气纯度每降低1%，气割1m长的割缝，气割时间将增加10%～15%，预热火焰释放的热量也增加10%～15%，从而增加了产品的热变形，切割氧的纯度控制在98.5%以上。

3.2.2 正确控制预热时间：预热时间的长短决定于被切割产品的厚度，当氧-乙炔焰作为预热火焰时，预热时间见表1所示。

3.2.3 正确设定切割速度：切割速度的正确设定可以使切割面的挂渣减少，甚至无挂渣现象，清渣方便容易。在实际生产中，切割速度可以通过声音、观察熔渣流动情况来判断是否合适。具体参考数值见表1所示。

3.2.4 保持合适的割嘴与钢板距离：切割过程中，由于钢板不平及其他原因要及时调整割嘴与钢板的距离，一般情况下，可根据表1推荐值选取。

4 结语

由分析可知，影响数控切割机切割质量的因素很多，在解决切割质量问题时，要多方面综合考虑，逐项分析、排查，找出问题所在并进行改善，数控切割质量将会得到提升。

参考文献

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[4] 孙凌翔，陈世和，李劲松.提高数控火焰切割机切割质量[J].电焊机，2007，（2）.

作者简介：齐风（1961-），男，中石化石油工程机械有限公司第四机械厂工程师，研究方向：下料工艺管理。

（责任编辑：蒋建华）