海洋工程H 型鋼切割機的選型及應(yīng)用

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266000

1 H 型鋼切割機功能介紹

H 型鋼切割機針對型鋼加工工藝特點，將原有的型材切割多種加工工藝，集成于機器人專用切割模塊組上，模塊組包括切割單元、原材料儲存區(qū)、輥輪架及自動上料機、送進小車和小車軌道、成品工件出料站和存放區(qū)等，通過各傳輸輥道將型材輸送到切割站，由切割站對H 型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼任意相貫搭接形式，實現(xiàn)相貫口型及開孔的熱切割加工，一次性完成型材多種類型的快速切割，可實現(xiàn)型材批量化、自動化加工。主要用于型鋼切割下料等工作[1]。

H 型鋼切割機采用數(shù)控系統(tǒng)，操作者只需輸入被切割工件的相關(guān)參數(shù)；切割系統(tǒng)可自動計算，自動切割，相比H 型鋼的傳統(tǒng)切割大多采用制作樣板、劃線、人工放樣、手工切割、人工打磨等繁雜工藝。H 型鋼切割機的切割效率、切割質(zhì)量都有大幅度提升。

2 H 型鋼切割機的分類

2.1 按照驅(qū)動控制軸的形式區(qū)分，可分為機器人切割機與多軸聯(lián)動位移裝置切割機

機器人能夠一次就位；而位移裝置為通過幾次XYZ 軸的伺服電機位移聯(lián)動使割槍達到切割位置。

2.2 按照切割氣源的不同，可分為等離子切割機和火焰切割機

等離子切割機需要配置不同功率的等離子電源，具有切割速度快、切割口痕跡美觀等特點，主要應(yīng)用于翼緣板切割。火焰切割機需要根據(jù)用戶需求配置切割氣體、氧氣、氮氣等，主要應(yīng)用于腹板及工藝孔的切割。

2.3 按照設(shè)備安裝方式不同，可分為固定式切割機和便攜式切割機

固定式切割機主要應(yīng)用于固定廠房內(nèi)，有固定基礎(chǔ)，用于大批量管材的自動切割。

便攜式切割機主要應(yīng)用于工程項目施工現(xiàn)場，由臨時滾輪、移動桿、軌道壓板等裝置固定于型鋼上并進行移動，一般采用火焰切割，通常只能進行直口及簡單的同規(guī)格型鋼相交樣式切割，同時型鋼大小也有局限性。

3 H 型鋼切割機的選型依據(jù)

3.1 根據(jù)被切割型材的數(shù)量及作業(yè)環(huán)境選擇H 型鋼切割機的機型（便攜式或固定式）

室外作業(yè)，型材數(shù)量較小，煙塵小，可考慮選擇便攜式切割機；車間內(nèi)作業(yè)，型材數(shù)量多，有連續(xù)性切割需要時考慮選擇固定式結(jié)構(gòu)，并采用輥輪式上下料平臺進行自動上下料。

3.2 根據(jù)被切割管件的口型選擇切割裝置形式。

如只進行直口切割，機器人與位移裝置均可以滿足H 型鋼切割需要；如果切割的型材尺寸較大且有坡口切割需要，選擇機器人切割，因為相對面言，割槍的傾斜位移時間，機器人一次就位較位移裝置多軸依次就位有較大的效率優(yōu)勢。

3.3 根據(jù)被切割工件材質(zhì)、厚度選擇相貫線切割機的切割氣源（等離子或火焰）

目前市面的固定式H 型鋼切割機基本都能具備等離子與火焰切割，等離子切割相對于火焰切割效率高的多，但等離子切割槍頭直徑大，在切斷腹板以及H 型鋼端頭翼板與腹板相交部分（翼板揭蓋位置）回轉(zhuǎn)不便，所以通常在此兩處位置下使用火焰切割。火焰切割需要預(yù)熱及清渣，同時在切割模塊中進行兩種切割會導(dǎo)致流水作業(yè)效率降低。目前較為高效的方式是用等離子進行翼板切割，型材行走出切割區(qū)后，用手工火焰切割腹板進行切斷[2]。便攜式H型鋼切割機一般使用火焰切割。

3.4 其他原則

初期投資企業(yè)能夠負擔(dān)，后續(xù)可進行性能升級的現(xiàn)代化改裝；保證前期投入及正常運行、保養(yǎng)的經(jīng)濟性；整套設(shè)備安全可靠，使用壽命長，操作維護簡單；

4 海洋工程H 型鋼切割機的主要技術(shù)參數(shù)（常規(guī)參數(shù)）

綜上所述，海洋工程施工場地選用H 型鋼切割機應(yīng)為具備機器人自動定位功能的固定式切割機，同時具備等離子與火焰切割功能，結(jié)合工程材料需求，編制技術(shù)參數(shù)如下：

（1）型鋼切割機設(shè)備要求為6 軸及以上機器人式全自動型鋼加工設(shè)備。

（2）切割工件截面尺寸要求：滿足JIS，ASTM，GB，AS 及EN 等標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的型鋼截面范圍。

（3）適用的型材規(guī)格尺寸：H 型鋼腹板≥150mm 且≤1000mm，翼緣板≥150mm 且≤500mm；4、切割厚度要求：等離子切割：穿孔切割，垂直方向切割的有效厚度為：45mm；45°方向切割的有效厚度：38mm；火焰切割：垂直方向切割的有效厚度：32mm。

（5）切 割 工 件 長 度（進 料 長 度）范 圍：1600mm-12000mm。

（6）切割坡口形式為I 型、V 型0-50°一次成型、K 型。H型鋼腹板垂直直線坡口切割可實現(xiàn)V 型坡口。

（7）最小切割孔直徑孔徑10mm，孔徑＞1.2 倍板厚。

（8）精度及切割方式要求:腹板（在翼板揭蓋位置）切割精度：0-2mm；切割長度偏差：±2mm；腹板直口端頭的垂直度偏差：±1.5mm；坡口切割角度偏差：±2°，坡口直線度和垂直度偏差：±1.5mm；切割槍頭重復(fù)定位精度：±0.1mm；材料輸送后，切割前定位精度：±0.5mm；其他切割精度：±1.5mm；

（9）切割方式：等離子、火焰兩種切割方式。

5 H 型鋼切割機在切割領(lǐng)域中的應(yīng)用

H 型鋼切割機采用數(shù)字化控制，有機器人切割與多軸聯(lián)動位移切割等不同機型。機器在切割時實現(xiàn)工控電腦編程控制，具有切割各種端面、工藝孔、角度坡口等切割功能。廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑、橋梁工程，海洋工程等領(lǐng)域[3]。

6 行業(yè)裝備現(xiàn)狀

由于工控系統(tǒng)相對復(fù)雜，精度要求高，我國H 型鋼自動切割機生產(chǎn)與使用基本都處于起步階段。

產(chǎn)品生產(chǎn)廠家中，山東凱斯瑞，寧波金鳳等廠商具備一定的H 型鋼自動切割機自主研發(fā)與生產(chǎn)能力，已經(jīng)能生產(chǎn)最大切割能力1000mm 的機型，但產(chǎn)品可靠性尚待市場驗證；日本大東等國外企業(yè)的H 型鋼自動切割機的產(chǎn)品較為成熟，但存在后續(xù)軟件升級困難，維修維護費用高昂等問題。大部分型鋼生產(chǎn)單位還是采用人工手動方式進行切割下料。人工下料速度較慢，需要經(jīng)過人工進行劃線放樣，切割時采用手把割槍，精度及切割質(zhì)量均不能有效保證。