摘要：大型储罐结构包括罐底板、罐壁板及附件等，罐壁板板材尺寸大，板材用量大，预制工作量大，预制质量好才能保证组对焊接质量。板材的预制切割技术不断发展，从手工火焰切割、半自动火焰切割机切割到数控火焰切割机切割、数控等离子弧切割，极大地提高了板材预制效率和预制质量。
关键词：大型储罐；罐板材；预制；切割技术
随着能源需求的日益增长，国家战略性储备油库大量建设，大型储罐建设日新月异。储罐结构包括罐底板、罐壁板及附件等，壁板板材尺寸大，比如10000m3原油储罐，罐壁直径80000mm，罐壁板净料规格为12560m﹡2440m，板厚一般为10～32 mm，素材通过预制切割，达到图纸规定的外形尺寸和坡口形式，才能进行组对焊接。
大型储罐壁板预制主要采用热切割的方法切割下料，尤以氧-乙炔气体火焰热切割的应用最为普遍，半自动切割机切割下料、数控切割机切割下料技术已经成熟，近几年数控等离子切割机切割下料技术也在逐渐推广，每一次切割方法的推广使用都带来了储罐板材切割技术的进步。
1、板材采用半自动切割机切割下料
半自动切割机切割下料是将割炬安装在小车上，小车沿着轨道行走代替人工移动割炬，边行走边切割钢板。切割小车是无极调速的，使用直线导轨能对板材进行直线和坡口的切割。当板材的厚度发生变化时，应更换合适型号的割嘴。
半自动切割机切割板材的技术关键是：
（1）罐壁板切割下料工作要将板料一张张散开放在事先做好的胎具上，由工人在钢板上号料、划线，划线要准确且保证直线度；
（2）在钢板上画出切割小车轨道的放置线，将直线导轨沿着所划的线放好，将切割小车放在导轨上进行切割。由于导轨长度有限（一般每根导轨长2m），需要两根导轨前后倒着使用，两根导轨接口要紧密，一边的轨道长边要沿着划线直放；
（3）切割时割嘴与板材表面间距一般为10～15 mm，速度要快慢适当。板材规方切割时割嘴要与板材表面垂直，切割坡口时割嘴角度应按照图纸所示坡口角度来调整；
（4）切割后要复查其几何尺寸，坡口处的熔渣、氧化皮、硬化层等应清除干净。
半自动切割机切割下料的优缺点是：操作方便，但是需要划线号料，切割质量不稳定，切割精度不高，切割效率不高。
2、板材采用数控火焰切割机切割下料
数控火焰切割机由数控装置（专用计算机）和自动切割机组成，在计算机上编制切割程序，利用计算机控制自动切割系统，按照预定的切割程序进行切割作业。其切割技术关键是：
（1）数控火焰切割机轨道安装质量直接关系到板材的切割质量，两根轨道安装的间距、直线度、平行度、水平度要严格控制。
（2）被切割的板材定位要准确。在数控火焰切割机放板胎具的一侧安置两个可拆卸的挡块，让它们与一侧轨道平行，当板材放上胎具后只要板材一边挨上挡块即可保证要切割的板料边缘与轨道平行，当钢板放好后拆下挡块即可。
（3）数控火焰切割机可以配备三个割炬（分别用于切割直口、上坡口和下坡口），在切割之前，按图纸上的要求调整好三个割炬的角度，只需要行走一次，三个切割口便一次成型。
（4）数控火焰切割机配有特殊的数控跟踪探头，在切割过程中可以自动控制割嘴的运行轨迹，这样就使不正确操作的概率大大下降，而切割钢板的质量就能够保持稳定，同时也使得板材切割效率大大提高。
数控火焰切割机切割板材具有以下优点：
（1）数控火焰切割机切割省去了划线、放样、号料等工序，节省了时间；
（2）数控火焰切割机可以配置多个割炬同时进行切割工作，可以同时切割直边、K型或者V型坡口，生产效率高；
（3）板材切割面的加工精度高、切割质量好，切割件的表面粗糙度可达到Ra=12.5～25µm,尺寸误差可以小于1mm，可以使板材之间组对间隙均匀、准确，减少焊缝收缩的不均匀性和变形，从而提高板材装配和焊接质量；
（4）切割信息易于准备、修改和保存，设备操作方便。
数控火焰切割机切割下料的缺点是：设备投资较高；设备轨道安装需要坚实稳定的基础，两根轨道之间要制作放置钢板的台架；需要掌握切割程序的编程人员和熟练的操作人员；还要注意氧气、乙炔气的连续供应，切割过程中气体中断会直接影响切割质量。
3、板材采用数控等离子切割机切割下料
目前应用最为广泛的是空气等离子切割机，用户在使用等离子切割机时需要配套空气压缩机以辅助等离子切割机使用。近年来，随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过100mm，拓宽了数控等离子切割机的应用范围。
数控等离子切割工艺参数主要包括切割电流、空载电压、切割速度、气体流量、电极内缩量、割嘴距工件高度等几个方面。
（1）切割电流：切割电流过大则易烧损电极和喷嘴，且易产生双弧，因此对应一定的电极和喷嘴有一合适的电流。切割电流也影响切割速度和割口宽度，切割电流越大，割口宽度越大，越易形成V形割口。
（2）空载电压：等离子切割电源必须具有足够高的空载电压，才能容易引弧和使等离子弧稳定燃烧，空载电压一般为120-600V。空载电压高则易于引弧，切割大厚度钢板时，空载电压相应要高一些。
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（3）切割速度：主要决定于板材材质与板厚、切割电流、切割电压、气体流量、喷嘴结构等。在保证切割质量的前提下，应尽可能地提高切割速度，这不仅能提高切割生产效率，而且能减少被切割板材的变形量和割缝区的热影响区域。
（4）气体流量：气体流量要与喷嘴孔径相适应。气体流量大，有利于压缩电弧，使等离子弧的能量更为集中，提高了工作电压，有利于提高切割速度和及时吹除熔化金属。如果气体流量过大，就会从电弧中带走过多的热量，从而降低切割能力，不利于电弧稳定。
（5）电极内缩量：是指电极到割嘴端面的距离，合适的距离可以使电弧在割嘴内得到良好的压缩，获得能量集中、温度高的等离子弧而进行有效的切割。距离过大或者过小，会使电极严重烧损、割嘴烧坏和切割能力下降。电极内缩量一般取8～11mm。
（6）割嘴距工件高度：是指割嘴端面至被切割工件表面的距离。在电极内缩量一定时，空气等离子弧割嘴距离工件的高度一般在4～8mm，割嘴距工件高度要合适才能充分发挥等离子弧的切割效率，否则会使切割效率和切割质量下降或使割嘴烧坏。
数控等离子切割的技术关键：
（1）数控等离子切割机轨道安装质量直接关系到板材切割质量，两根轨道安装的间距、直线度、平行度、水平度要严格控制。
（2）应根据工件材质种类和厚度选定喷嘴孔径，调整切割电流、气体流量和电极的内缩量。
（3）将割嘴与工件之间的距离调整至4～8mm，并将割嘴中心位置调整至板材切缝的起始点上方。
（4）开启遥控开关，切穿工件后，开启数控切割机电源开关，即可进行切割。在切割的初始阶段，应随时注意切缝情况，调整至合适的切割速度，并随时注意切割机工作是否正常。
（5）切割完毕，关闭遥控开关及切割机电源开关。
（6）操作人员必须戴好防护面罩、电焊手套、帽子、滤膜防尘口罩和隔音耳罩，不戴防护镜的人员严禁直接观察等离子弧，裸露的皮肤严禁接近等离子弧。
数控等离子切割的优点是：等离子弧能量更集中、温度更高，切割速度较快，切割工作效率高，工件变形小；切割软件简单易学，操作简单、灵活；切割精确度高，尤其对于薄板切割，等离子切割切口表面质量优于火馅切割，切口光洁、整齐，且挂渣很少；从成本角度看，由于去掉了切割燃气费用，等离子切割相对成本更为经济，特别是应用于大批量加工生产的时候，其加工成本控制将更为明显。
数控等离子切割的缺点：由于等离子流速高，弧光强，噪声、烟气和烟尘严重，工作卫生条件较差，对环境有一定的污染；厚度25mm以下的碳钢板切割时，等离子弧切割比氧-乙炔切割快5倍左右，而对厚度大于25mm的碳钢板切割时，氧-乙炔切割速度快些，等离子切割4～30mm钢板是比较理想的方法，可避免氧-乙缺火焰切割速度慢、变形大、切口镕化严重、挂渣严重等缺点；等离子切割割枪不宜多，因切割速度较快，易受气体流量、电弧长度、电流大小等因素的影响出现不协调，使切割质量不易保证，因此数控等离子弧切割板材一般只能垂直切割直口，数控等离子切割完直口的板材还要经过铣边机对板材的坡口进行机加工。
4、罐壁板切割预制方法的选择
（1）碳钢材质的罐壁板预制采用半自动切割机或数控切割机切割
在施工现场实际切割预制时，为了充分利用现场的设备资源、人力资源和作业面，一般先用数控切割机切割预制罐壁板的两个长边，之后将壁板吊到另外的胎具上用半自动切割机切割预制壁板的两个短边。（2）大型低温储罐壁板切割预制采用数控等离子切割机切割
大型低温储罐板材材质以9%镍钢的应用最为广泛，一般采用数控等离子切割机切割，数控等离子切割机只安装一支割枪，先垂直切割四边直口，再经过铣边机对板材的坡口进行机加工成型。
5、板材采用水切割机切割下料技术的探索
数控水切割机是利用高压水流切割工件的设备，在电脑程序的控制下进行切割工作。因为其成本不高，容易操作，切割质量好，受材料材质的影响小，水切割方式在工业生产上的应用越来越广泛。
（1）水切割原理。水切割技术是一种冷切割技术。它是利用高压泵将普通的水加压，产生高压水流，再从细小的喷嘴喷射而出，形成高速射流。切割正是利用这种高速射流的动能对工件的冲击破坏作用，达到切断、成形的目的。（2）数控水切割设备的构成。数控水切割设备由高压水泵、喷嘴、加工控制平台、磨料存放器及传输系统、开关水控制系统等构成。喷嘴一般采用人造(或天然)红宝石或蓝宝石，直径通常是0.1mm至0.5mm，水流通过喷嘴后高速喷出；利用数控技术将水切割割枪安装于数控机床，数控轨道及相应的台架即可成为加工控制平台，编制对工件的切割程序，即可进行切割作业。
在金属切割中，各种加工手段并存，包括机械加工、氧-乙炔气体火焰切割、等离子弧切割、水切割等方式。在众多的切割手段中，只有水切割属于冷态切割，切割过程中无化学变化，具有对切割材质理化性能无影响、无热变形、切缝窄、精度高、切面光洁、清洁无污染等优点；切口光滑、无熔渣，无需二次加工；自动化程度高，生产成本低；环保无污染、不产生有毒气体及粉尘。
大型储罐板材用量大，以10000m3原油储罐为例，一般设计每台储罐的壁板180张，如果采用水切割技术，除了设备购置需要一定的投入外，将大大提高切割效率和切割质量，板材不会产生热变形，省去了对切口进行打磨的工序，切割成本更为经济，特别是应用于大批量加工生产的时候，其加工成本控制将更为明显。只要技术人员认真研究，水切割技术将会越来越成熟，在不久的将来能够用来预制切割大型储罐板材。
以上是我对大型储罐壁板预制切割技术的一些体会，随着今后科学技术的不断进步，大型储罐壁板预制切割技术将会越来越先进，我们会在实践中探索总结出更多的板材切割施工方法。
参考文献
[1]徐靖宇、左卫阳主编.冷作钣金工（高级）.北京：机械工业出版社，2015.3.
[2]王洪光主编.冷作钣金工工作手册（第二版）.北京：化学工业出版社，2012.11.
论文作者:刘建平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：板材论文; 数控论文; 切割机论文; 壁板论文; 等离子论文; 工件论文; 火焰论文; 《基层建设》2019年第12期论文;