影響切割機切割質量的因素探討

龍川

文章編號：2095-6835（2016）13-0096-02

摘 要：主要對影響切割機切割質量的因素展開了探討，分別對切割用氣體、切割速度和割嘴高度三方面對切割質量的影響作了詳細的闡述和系統的分析，以期能為有關方面提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：切割機；切割質量；切割氧；切割速度

中圖分類號：TG481 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.096

隨著現代機械加工業的發展和對切割的質量、精度要求的不斷提高，切割機的使用也得到了大幅度的提升。當然，對其運作質量也會有相應的高要求。因此，為了保障切割機的切割質量，我們急需對影響切割機運作的因素進行分析，并做好防范及改進。基于此，本文就影響切割機切割質量的因素進行探討，相信對有關方面能有一定的幫助。

1 切割用氣體對切割質量的影響

1.1 切割氧的純度

火焰切割過程，就是利用氣體火焰（預熱火焰）將鋼材表面加熱到燃點，并形成活化狀態，然后通過高純度、高流速的切割氧，使鋼板中的鐵在氧環境下充分燃燒生成氧化鐵熔渣，同時放出大量的熱，借助這些燃燒熱和熔渣不斷加熱鋼材的中下層及切口前緣，使之也達到燃點，直至工件的底部；與此同時，利用高速的切割氧流把熔渣吹除，從而形成切口（割縫），將鋼材割開。由此可見，切割氧在鋼板切割過程中，不僅為達到鋼板的燃點提供必需的能量，使鋼材被預熱達到燃點后進行燃燒，還起到了及時吹除熔渣、形成割縫，使成品件與廢料相分離的作用。

在鋼板切割中，一般要求氧氣純度在99.5%以上，才能有效保證切割順利進行，對切割質量標準要求較高的氧氣純度需保證在99.7%以上。氧氣純度-時間關系如圖1所示。切割氧純度每下降0.5%，相應的切割速度就需放慢10%左右。氧氣純度不夠，鋼板整個切面不能被完全充分燃燒，不僅會在切割面底層形成不易清除的掛渣，切割面整體粗糙度也將增大，甚至出現明顯的波紋，而且隨著切割速度的降低，割縫也會變寬。這樣就會與事先設定的割縫補償值出現一定的偏離，從而使工件切割尺寸出現較大偏差，直接影響到加工尺寸精度。另外，切割速度下降，氣體消耗量必將增加，不僅降低了生產效率和產品加工質量，也增加了生產成本。因此，保證高純度的切割氧是提高火焰切割質量的前提。

1.2 切割火焰的調整

在火焰切割過程中，通過對氧氣和燃氣（比如乙炔氣等）的不同比例的調整，可得到3種相應的火焰，即中性焰、氧化焰和還原焰。

中性焰一般被稱為正常火焰，其焰芯的成分由氧氣和燃氣組成，接近圓柱形，末端呈均勻的圓形，焰芯的溫度一般可達1 000 ℃以上。還原區處于焰芯之外，其明顯特征是較焰芯區亮度暗。還原區主要是由燃氣未完全燃燒的氧化碳和氫氣組成，其溫度可達到3 000 ℃左右。位于還原區外的為外焰區，即完全燃燒區，主要由燃氣完全燃燒后的二氧化碳、水蒸氣、氮氣組成，其溫度在1 300～2 500 ℃之間。氧化焰是在氧氣過剩的情況下產生的，其焰芯呈圓錐形，長度變短，亮度變暗，同樣還原區和外焰也縮短，在實際切割過程中火焰呈紫藍色，并且伴有響聲，響聲的大小與氧氣的壓力有關，氧化焰溫度高于中性焰。如果使用氧化焰切割，將嚴重影響到切割面質量。還原焰是在氧氣不足、燃氣過剩的情況下產生的切割火焰，其焰芯沒有明顯的輪廓，焰芯的末端邊緣呈淡綠色，依此可判斷燃氣是否過剩。還原區異常明亮，和焰芯幾乎混為一體，外焰呈黃色。當燃氣過剩太多時，就會冒黑煙，這是燃氣燃燒缺乏必需的氧氣造成的。

由此可見，切割火焰能量的大小與切割質量有著密切的聯系——在正常的切割速度下，切割火焰能量增大，金屬燃燒產生的反應熱就會增大，同樣也增強了切割點前沿的預熱能力。這樣就會使切割上邊緣出現嚴重熔化塌邊。如果切割火焰能量過弱，切割金屬將不能及時充分燃燒，迫使切割速度下降，甚至切割中斷或切割面出現波紋等現象，嚴重影響到切割質量。因此，切割火焰調到最佳中性焰狀態是獲得良好切割質量的有效保證。在實際切割中，可根據經驗通過觀察火焰焰芯、外焰顏色、切割聲響等調整火焰，以獲得良好的切割效果。

1.3 切割氣體壓力的穩定性

如果切割氧壓力太高，不僅會造成浪費，還會使切割件切口變寬，切割面頂部出現有規則的溝槽和凹坑，底部變得不光滑，難以清渣；如果切割氧壓力太低，切割面會形成較厚的鱗皮，不易清理。乙炔等燃氣壓力太高，則會導致過熱，切割面頂部會形成較大凹槽，也易塌邊；壓力過低，則難以保證切割順利進行。因此，氣壓壓力的調整需根據所使用的割嘴類型、切割的鋼板厚度進行相應調整。如果采用不合乎規定數值的氣體壓力，不僅不能提高切割速度，反而還使切割斷面質量下降，掛渣難清，增加切割后的修磨加工時間和成本。根據不同切割工件的厚度、割嘴型號適時對氣體壓力合理調整，可得到良好的切割質量。一般情況下，厚度在50 mm以下的鋼板，氧氣壓力可調為0.5～0.6 MPa，乙炔壓力0.05～0.06 MPa；厚度大于50 mm小于100 mm的工件，氧氣壓力可調為0.65～0.7 MPa，乙炔壓力0.07 MPa。氣體壓力可根據經驗及具體切割參數、介質的不同調整。

2 切割速度對切割質量的影響

鋼板的切割速度是與金屬在氧氣中充分燃燒的速度相對應的，切割速度要根據鋼板材質、厚度、氣體質量和種類以及使用割嘴的性能參數調整。切割速度直接影響到切割的穩定性和切割面質量——如果速度過快，切割面將會出現凹陷或者掛渣，甚至會出現割不透以及中斷切割過程的現象；而切割速度過慢，切割上邊緣就會塌邊熔化，下邊緣出現圓角等。

一般情況下，切割速度可隨著工件厚度的增大而降低，也可根據切割氧流量帶出熔渣從割縫中噴出的方向來判斷切割速度是否適中。在正常切割過程中，切割氧流量方向相對于垂直的割炬會有一個稍微偏后的角度，這個角度叫作“后拖量”。在速度過低時，不會產生后拖量，割縫下邊火花束會向切割方向偏移；而當提高切割速度或切割速度過快時，火花束會向與切割相反的方向明顯偏移，后拖量增大；在切割速度適中時，火花束與切割氧流幾乎就會平行。因此，在實際切割中，可以依照火花束的偏移方向調整不同割嘴、板厚情況下的切割速度，以達到滿意的效果。

3 割嘴高度對切割質量的影響

割嘴到工件表面距離（割嘴高度）可根據工件厚度、預熱火焰長度來確定。一般預熱火焰焰芯離工件表面2～4 mm為宜，割嘴高度過低，會使切割上邊緣發生塌邊及增碳現象，飛濺時極易堵塞割嘴甚至引起回火；割嘴距離過高，預熱面積增大，工件變形量增大，而且熱損失增加，使預熱火焰對切口前沿的預熱不充分，影響到切割面質量，產生難清理的切割渣，同時，進入切口的氧氣純度降低，切割速度降低，導致后拖量和切割寬度增大。因此，合理調整割嘴高度，對工件加工質量和生產效率起著至關重要的作用。

4 結束語

綜上所述，影響切割質量的因素是多方面的，因此，為了保證產品的技術性，獲得良好的切割效果，我們必須在不斷的實踐和探索中，采取有效的措施對影響因素進行控制，以保障切割機的切割質量，從而提高生產的效率。

參考文獻

[1]張全萬.數控火焰切割機影響切割質量的因素和措施[J].商品質量，2011（S7）.

[2]康碧波.影響數控火焰切割質量因素的分析[J].價值工程，2015（10）.

〔編輯：劉曉芳〕