斜面火焰切割質量控制研究

吳俊杰 朱征宇 張強勇

摘要：利用自行設計的圓管自動切割裝置進行圓管斜面切割試驗，用以模擬現實中斜面位置切割的場景，并對切口質量進行分析。試驗表明：向上切割的切口都朝外側突出，且隨著斜面傾斜角的增大，朝外側突出的傾斜角也隨之增大。同向下切割相比，向上切割切口面光潔度以及背面掛渣程度要明顯較小。斜面切割時，宜采用割槍和切割面垂直條件，且采用向上切割方向更容易獲得傾斜角度較小、表面較光潔且背面掛渣程度較少的高質量切口。

關鍵詞：火焰切割;斜面切割;切口傾斜角;切口面光潔度;背面掛渣

0 引言

火焰切割具有切割鋼板厚度大、切割效率較高、切割成本較低等優勢，目前在我國各切割下料行業中有非常廣泛的用途。火焰切割在實際切割過程中往往會遇到不能進行水平切割而需要帶角度斜面切割的情況。

本文利用自行設計的圓管自動切割裝置進行圓管切向的斜面切割試驗，專門用來模擬現實中的斜面切割場景。

1 切割試驗平臺及工作原理

切割試驗平臺主要由氣瓶、割槍、專用自動圓管切割平臺、氣閥、氣管等部分組成，如圖1所示。實際切割裝夾如圖2所示。

切割試驗平臺的工作原理為切割平臺帶動圓管做圓周運動，割槍從側面對圓管按照一定角度切割，用以模擬非水平位置的斜面切割狀況。割槍高度、角度以及圓管轉動方向和轉動速度均可以在一定范圍內連續調節。切割平臺上設計有三爪卡盤，專門用于固定圓管。

2 試驗方案及參數

割槍與圓管切口位置布置如圖3所示，割槍距離圓管側面一定距離，并和割槍與圓管外圓面的交點處的切面呈一定角度，用以模擬空間帶角度斜面切割狀況。圓管順時針轉動時，記為向下切割，逆時針切割時記為向上切割。

本次試驗所選用的圓管R=66.5 mm，δ=10 mm，L=38 mm，h=5 mm，分別模擬斜面切割角度為45°、60°和90°的情況。通過調節割槍垂直桿高度H和轉角α，使L始終保持在38 mm位置，同時β分別為90°、60°以及45°，氧氣壓力取0.6 MPa，乙炔壓力取0.05 MPa，割槍高度取5 mm，切割速度取3.83 mm/s。圓管材質為Q235B低碳鋼。

3 試驗結果及分析

切割試驗的切口圖片如圖4所示。

從圖中可以看出，45°、60°以及90°斜面下，向上切割的切口都朝外側突出，且隨著斜面的增大，朝外側突出的傾斜角也隨之增大，如圖5所示。這是因為向上切割時，割口內熔池的鐵水在重力作用下朝著切割火焰的方向流淌，對切割火焰起到了一定的阻礙作用，導致切割火焰的能率降低，因此切口面呈現出一定的朝外側傾角，且隨著斜面的角度增加，火焰穿透割管的厚度以及熔池鐵水的厚度增加，吹力減小，所以朝外突出的傾斜角度也隨之增大。此外，同向下切割相比，向上切割切口面光潔度以及背面掛渣程度要明顯較小，這是因為向下切割時，下淌的熔池未對切口形成阻礙作用，火焰能率較高，切口熔化的鐵水較多，當氣體吹力不足時，割渣不容易吹除，導致切口面光滑程度下降以及背面掛渣程度增多。

從以上試驗結果綜合來看，斜面切割時，宜采用割槍和切割面垂直條件，并采用向上切割方向更容易獲得傾斜角度較小、表面較光潔且背面掛渣程度較少的高質量切口。

4 結論

（1）向上切割的切口都朝外側突出，且隨著斜面傾斜角的增大，朝外側突出的傾斜角也隨之增大。

（2）同向下切割相比，向上切割切口面光潔度以及背面掛渣程度要明顯較小。

（3）斜面切割時，宜采用割槍和切割面垂直條件，且采用向上切割方向更容易獲得傾斜角度較小、表面較光潔且背面掛渣程度較少的高質量切口。

[參考文獻]

[1] 黃文榮，徐賓，湯光平，等.大角度斜面激光切割加工的工藝研究[J].激光技術，2001，25（4）：290-292.

[2] 趙柏霖，魏慶友.淺談數控火焰切割機切割質量控制[J].中國金屬通報，2020（2）：256-257.

[3] 覃燕瓊.數控火焰切割機切割質量的影響因素及切割工藝探討[J].裝備制造技術，2020（3）：146-147.

[4] 馬京京，才影.鋼管切割的半自動火焰切割機技術改造[J].水力采煤與管道運輸，2019（2）：120-121.