中建二局安装工程有限公司 四川制造分公司
摘要：数控火焰切割机因加工成本低，加工厚度大，广泛的应用在钢结构等行业中。但在实际切割加工中，经常会出现厚板切割不透、切割孔上下孔径不一、切割孔内壁表面割痕严重、孔切割引线起始端表面凹坑或凸起。本文通过春之眼项目柱底板割孔，对大厚度钢板火焰割孔产生的各种切割质量问题进行分析，通过研究改进数控火焰割孔的工艺与措施，提升火焰切割孔的割孔质量，避免割孔后二次打磨加工，提高后期现场安装精度。对提高生产效率，降低生产成本有重要意义。
关键词：数控火焰割孔；厚板切割；孔切割质量
1.引言
钢结构相比其他建筑材料，具有重量轻，强度高、塑性韧性好，易于工业化生产、施工安装周期短、可拆卸维护等优点。近年来，我国钢结构产业发展迅速，各种节点类型的钢结构构件广泛应用于大型的场馆、桥梁、工业厂房、高层建筑等工程。钢结构最大的优势在于在厂内可预制好钢结构构件，在现场进行拼装，最后焊接成整体，因此构件组装精度就尤为重要，其中钢结构地脚螺栓的定位孔安装精度较高。并且底板厚度一般较大，一般采用数控火焰切割，因此对切割孔要求较高。因此对大厚板数控火焰割孔产生的质量问题进行分析、总结后采取有效的控制措施，对提高生产效率，降低生产成本有重要意义。
2.火焰切割孔缺陷案例
2019年3月，质检人员在车间进行检查时发现，春之眼钢构件柱底板切割孔外观质量问题比重占构件质量问题比重较高，导致部分地脚螺栓不易穿孔，问题严重。并且在当月质量例会中，商务和生产部门也提出由此造成的构件制作成本（二次整改费用增加）和加工时间增加。且切割下料使用属于源头控制，不及时发现将严重影响后续工序，造成无法估量的损失。
因此，春之眼钢构件柱底板出现的数控火焰切割孔外观质量问题，我们不仅要找出数控火焰割孔缺陷问题所在，还须分析缺陷产生的根本原因，制定有效的预防措施。
3.火焰切割孔缺陷以及原因分析
3.1 火焰切割孔的主要缺陷
在春之眼钢构件柱底板出现的数控火焰割孔外观质量问题中我们可以看出，其中出现的主要缺陷是切割孔未割透、切割孔内壁不光滑有马牙、切割孔上下孔的尺寸孔径大小不一、切割孔切割引线起始端表面凹坑或凸起等缺陷。
3.2火焰切割孔的缺陷的原因分析
我们通过分析可以得出，切割之前未充分进行预热，切割速度与板厚不匹配，切割嘴到钢板表面距离，数控火焰切割时切割路径的不同都是造成以上质量问题的关键因素。
3.2.1火焰预热
火焰切割是利用气体火焰的热量把钢材需要切割处预热到燃点之后，再高速出氧气流，这样会使得钢板能够不断的燃烧并放出大量的热，完成切割任务。所以预热十分关键，只有将钢板充分预热后才能开始进行切割。
3.2.2切割速度
切割速度与钢板的厚度有关，一般随工件厚度增大而减慢，切割速度必须与切割钢板氧化速度要相适宜。切割速度太快，会造成马牙等外观缺陷，甚至切割不透，切割太慢会使切割孔上端熔化，造成孔径偏大与外观不平整。
3.2.3切割嘴到钢板表面距离
割嘴到钢板表面的距离主要根据钢板的厚度与焰心的位置来对进行确定。若割嘴到被钢板的距离过大，一是造成热能损失，浪费能源；二是造成预热时间过长，降低了切割氧的动能而使排渣情况恶化，造成粘渣、割不透等质量缺陷。若割嘴到工件的距离过低就会造成被切割件切口处发生增碳和熔塌的现象，并且在飞溅的时候容易出现堵塞割嘴的情况发生。这样也易造成进入到割件切口处氧气的纯度降低，从而会导致后拖量和切口的宽度有所增大。通常情况下，一般将预热火焰的焰心选取为离被切割工件表面的距离为到为宜。
3.2.4数控火焰切割时切割路径与厚板预穿孔技术
在厚板切割过程中，温度由钢板上表面向下递减，切割开始时，氧气压力为逐渐增加，最后在钢板厚度方向达到一致，这就导致在切割起始位置钢板厚度方向燃烧不一致，产生孔切割起始端表面凹坑、孔上下孔径不一致。由于该缺陷产生的原因无法避免，为此需通过设置合理的切割引入引出线、切割路径，将缺陷尽可能减小或将缺陷转移至切割余料上。
因此针对于此类厚钢板切割孔时，我们一般不采用火焰直接进行穿孔，而是我们可以将切割起始点设置在待切割孔的圆心处，并且采用机械加工的方法，在切割圆心处钻一个直径为20mm圆孔作为导引孔之后，再进行圆孔的切割。穿孔后钢板表面氧化渣易于清理，同时解决了二次切割内孔穿孔时泛渣引起的割嘴堵塞现象，保证了切割孔精度，降低孔缺陷的焊补修磨成本。
4.数控火焰切割孔质量控制对策分析
4.1绘制符合标准的零件图形
图形尺寸正确与否，需要放大或缩小部位的精确确定，都至关重要。编程工艺人员必须严格编制零件图且没有开环轮廓，操作者需要通过首检确认程序的正确性。
4.2制定合理的套料方案
在对数控零件进行套料的过程中，在保证质量的前提下合理排料，将零件的变形程度尽可能降低，提高零件质量，其次再考虑材料利用率，不能本末倒置。套料原则是先排料大尺寸零件，再插入小尺寸零件。先排料规则的，后排料不规则零件。
4.3对数控火焰切割的过程进行强化监控
要提高数控火焰切割的质量，就需要对数控火焰切割的过程进行强化监控。通过对工程中切割缺陷因素的分析总结，主要监控内容包括如下几点：（1）割嘴与被切割钢板是否垂直；（2）所确定的割缝值大小选择是否恰当；（3）割缝表面是否均匀。
4.4合理选择切割程序
数控切割机通过程序控制切割机运动、切割。因此，编程质量对切割的工件质量起着关键性的作用。
（1）选择起火点
理想的起火点一般是钢板边沿外己切割零件的割缝处，若起火点太远容易造成割嘴堵塞而出现回火的现象，同时对割口质量造成不良影响，降低割嘴寿命，生产效率也会降低，距离过小会伤及已割零件。
（2）切割顺序
正确的切割顺序一般应遵循“先小后大，先内后外”的原则，即需要先切割面积小的，后切割大的；先切割内轮廓，后切割外轮廓，否则造成在切割内轮廓或其他小零件时出现变形的情况，造成零件报废。另外，因钢板、零件形状等原因，需要保证易变形零件的质量，此时，并不能死板遵守“先小后大”的原则，而应按照谁易变形就优先切割谁的原则进行切割，比如长条件易产生旁弯，切割时需要优先考虑，使尽可能多的母材限制零件，将变形尽可能降低。
（3）引割方式
通常，引割方式包括直线引入、圆弧形引入、直线+圆弧引入，直线引入一般是垂直割边的方式引入，这样会造成在引入位置出现弧坑，对割口的外观造成严重的影响，废品率大幅度提升。直线引入最适合于有两条直边连接的零件，此时产生的缺陷最少，人工打磨劳动量小，且易于加工。圆形弧引入是指沿着被切割边切线的方向来逐渐地逼近，这样会产生光滑的割口过渡截面，一般适合于弧边零件。
（4）缺陷补偿
穿刺点处的切割缺陷在无特殊措施的情况下，切割豁口或多或少的存在，工人需要焊补打磨，劳动量较大，实际上，修补切割缺陷占了相当一部分劳动量。在编程中，对应力、外观要求较高的零件，如在无合适穿刺点的情况下，可以认为增加“突起”，补偿切割时产生的豁口，可以大幅减少焊补，尤其适用于圆弧形零件。
4.5提高切割质量的有效途径
如下图所示，该系统方案为提高切割质量的框图。
通过上述分析可以看出，注重加工部件的图形绘制、选择套料方案以及对整个切割过程进行质量监控，采用合理的火焰预热、正确的切割速度、恰当的切割嘴到钢板表面距离、合理的切割路径与厚板预穿孔技术，有利于保证内孔尺寸精度与切割孔的外观质量，减少内孔缺陷修补时间，节约了成本，提高了工作效率，为部件的优质加工和高效地生产奠定良好基础。
参考文献
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[3]张勇．氧－丙院火焰切割质量控制的研究［D］．山东：山东大学，2011．
论文作者:罗刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/7
标签：火焰论文; 钢板论文; 数控论文; 零件论文; 缺陷论文; 厚板论文; 质量论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;