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一、切割
切割是各種板材、型材、管材焊接成品加工過程中的首要步驟,也是保證焊接質(zhì)量的重要工序。常用的切割方法有機械切割、火焰切割、電弧切割和激光切割等。
(一)機械切割
機械切割方法是利用機械方法將工件切斷。常用的切割機械主要有剪板機、弓鋸床、螺紋鋼筋切斷機、砂輪切割機等。
(1)剪板機是借助于運動的上刀片和固定的下刀片,采用合理的刀片間隙,對各種厚度的金屬板材施加剪切力,使板材按所需要的尺寸斷裂分離。剪板機屬于鍛壓機械的一種,主要用于金屬板材的切斷加工。
(2)弓鋸床是以鋸條為刀具,利用裝有鋸條的弓鋸作往復運動,以鋸架繞一支點擺動的方式進給,鋸切金屬圓料、方料、管料和型材的機床。該機床結(jié)構(gòu)簡單,體積小,但效率較低。
(3)螺紋鋼筋切斷機有全自動鋼筋切斷機和半自動鋼筋切斷機之分。目前應用較多的是液壓鋼筋切斷機,適用于各種建筑工地與鋼筋加工。
(4)砂輪切割機是以平形薄片砂輪切割金屬的工具。廣泛應用于建筑、五金、石化及水電安裝等部門,用以切割金屬管、扁鋼、工字鋼、槽鋼、圓鋼等型材。但其生產(chǎn)效率低、加工精度低,安全穩(wěn)定性較差。
(二)火焰切割
火焰切割是利用可燃氣體在氧氣中劇烈燃燒及被切割金屬燃燒所產(chǎn)生的熱量而實現(xiàn)連 續(xù)切割的方法。其工作原理是:用氧氣與可燃氣體混合后燃燒形成的高溫火焰,將被割金屬表面加熱到燃點,然后噴出高速切割氧流,使金屬劇烈氧化燃燒并放出大量熱量,高壓切割氧流同時將氧化燃燒形成的熔渣從割口間隙中吹除,形成割口,將被割金屬分離。
火焰切割按所使用的燃氣種類,可分為氧-乙炔火焰切割(俗稱氣割)、氧-丙烷火焰切割、氧-天然氣火焰切割和氧-氫火焰切割。實際生產(chǎn)中應用最廣的是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷火焰切割。
1.氣割金屬需滿足的條件
火焰切割過程包括預熱→燃燒→吹渣三個階段,但并不是所有金屬都能滿足該過程的要求,只有符合下列條件的金屬才能進行氣割;
(1)金屬在氧氣中的燃燒點應低于其熔點;
(2)金屬燃燒生成氧化物的熔點應低于金屬的熔點,且流動性要好;
(3)金屬在切割氧流中的燃燒應是放熱反應,且金屬本身的導熱性要低。
符合上述氣割條件的金屬有純鐵、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼以及鈦。其他常用的金屬材料如鑄鐵、不銹鋼、鋁和銅,由于不滿足此三條件,所以不能應用氣割。這些材料常用的切割方法是等離子弧切割。
2.氧-乙炔火焰切割
氧-乙炔火焰的最高溫度可達3300°C,對金屬表面的加熱速度較快。采用不同規(guī)格的割炬和割嘴,可以切割不同厚度的低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼。氧-乙炔火焰切割是一種傳統(tǒng)的切割方法,應用相當廣泛,通常切割厚度的范圍為3?150mm。
氧-乙炔火焰切割由于安全性差,對環(huán)境污染嚴重和乙炔氣制取成本高等原因,正逐步被氧-丙烷火焰切割所取代。
3.氧-丙烷火焰切割
氧-丙烷火焰切割與氧-乙炔火焰切割相比具有以下優(yōu)點:
(1)丙烷的點火溫度為580℃,大大高于乙炔氣的點火溫度(305℃),且丙烷在氧氣或空氣中的爆炸范圍比乙炔窄得多,故氧-丙烷火焰切割的安全性大大高于氧-乙塊火焰切割。
(2)丙烷氣是石油煉制過程的副產(chǎn)品,制取容易,成本低廉,且易于液化和灌裝,對環(huán)境污染小。
(3)氧-丙烷火焰溫度適中,選用合理的切割參數(shù)切割時,切割面上緣無明顯的燒塌現(xiàn)象,下緣不掛渣。切割面的粗糙度優(yōu)于氧-乙炔火焰切割。
氧-丙烷火焰切割的缺點是火焰溫度比較低,切割預熱時間略長,氧氣的消耗量亦高于氧-乙炔火焰切割,但總的切割成本遠低于氧-乙炔火焰切割。
4.氧-氫火焰切割
氧-氫火焰切割是利用電解水裝置產(chǎn)生的氫-氧混合氣做燃料的一種火焰切割方法。氫-氧焰溫度可達3000℃,火焰集中,割口表面光潔度高,無燒塌和圓角現(xiàn)象,不結(jié)渣。也可以用于火焰加熱。氧-氫火焰切割具有以下優(yōu)點:
(1)成本較低。利用氫-氧焰切割鋼材,燃氣費用僅為乙炔的20%,丙烷的30%?40%,且無須搬運和更換氣瓶,減輕了勞動強度,提高了工時利用率。
(2)安全性好。氫-氧發(fā)生裝置產(chǎn)生的氣體壓力較低,管理要求低,并設有多級安全保護,以確保操作安全性。由于氣體不儲存,即產(chǎn)即用,安全性比鋼瓶燃氣要高。
(3)環(huán)保。生產(chǎn)過程無污染,氫氧氣燃燒后產(chǎn)物為水,無毒、無味、無煙,給工人一個清爽的工作環(huán)境。
5.氧熔劑切割
氧熔劑切割是在切割氧流中加入純鐵粉或其他熔劑,利用它們的燃燒熱和廢渣作用實現(xiàn)氣割的方法。此種切割方法煙塵少,切斷面無雜質(zhì),可用來切割不銹鋼等。
(三)電弧切割
電弧切割按生成電弧的不同可分為等離子弧切割和碳弧氣割。
1.等離子弧切割
等離子弧切割是一種常用的切割金屬和非金屬材料的工藝方法。等離子弧切割的機理 與氧-燃氣切割有著本質(zhì)上的差別。它是利用高速、高溫和高能的等離子氣流來加熱和熔化被切割材料,并借助內(nèi)部的或者外部的高速氣流或水流將熔化材料排開,直至等離子氣流束穿透背面而形成割口。
等離子弧弧區(qū)內(nèi)的氣體完全電離,能量高度集中,能量密度很大,可達105?106W/cm2,電弧溫度可高達24000K以上,遠遠超過所有金屬以及非金屬的熔點。因此,等離子弧切割過程不是依靠氧化反應,而是靠熔化來切割材料,因而比氧-燃氣切割的適用范圍大得多,能夠切割絕大部分金屬和非金屬材料,如不銹鋼、高合金鋼、鑄鐵、鋁、銅、鎢、 鑰、陶瓷、水泥、耐火材料等。最大切割厚度可達300mm。
2.碳弧氣割
碳弧氣割是利用碳極電弧的高溫,把金屬局部加熱到熔化狀態(tài),同時用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹掉,從而達到對金屬進行切割的一種加工方法。利用該方法也可在金屬上加工溝槽。電弧切割的適用范圍及特點為:
(1)在清除焊縫缺陷和清理焊根時,能在電弧下清楚地觀察到缺陷的形狀和深度,生產(chǎn)效率高。
(2)可用來加工焊縫坡口,特別適用于開U形坡口。
(3)使用方便,操作靈活。
(4)可進行全位置操作。可以清理鑄件的毛邊、飛刺、澆鑄冒口及鑄件中的缺陷。
(5)加工多種不能用氣割加工的金屬,如鑄鐵、高合金鋼、銅和鋁及其合金等,但對有耐腐蝕要求的不銹鋼一般不采用此種方法切割。
(6)設備、工具簡單,操作使用安全。
(7)碳弧氣割可能產(chǎn)生的缺陷有夾碳、粘渣、銅斑、割槽尺寸和形狀不規(guī)則等。
(四)激光切割
激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束熔化或氣化被割材料,同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì),并使激光束移動而實現(xiàn)的無接觸切割方法。激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。
激光切割與其他熱切割方法相比較,主要特點有切口寬度小(如0.1mm左右)、切割精度高、切割速度快、質(zhì)量好,并可切割多種材料(金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復合材料、皮革、木材及纖維等)。激光切割由于受激光器功率和設備體積的限制,只能切割中、小厚度的板材和管材,而且隨著工件厚度的增加,切割速度明顯下降。此外,激光切割設備費用髙,一次性投資大。
(五)幾種常用的切割設備
1.小車式切割機
小車式切割機是切割行業(yè)傳統(tǒng)的板材下料設備,由于操作簡便、使用靈活等特點,在各行業(yè)中應用十分廣泛,多用于火焰切割和等離子切割。
2.門式數(shù)控切割機
我國門式數(shù)控切割機生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快,國內(nèi)仿形切割仍以門式數(shù)控切割機為主,只有這種數(shù)控切割方式才能有效地保證切割過程中的工序完全自動化。目前這類切割機仍以火焰式和普通等離子式切割機為主,大型水下等離子切割,精細等離子切割,激光切割等先進切割技術(shù)已開始應用在門式數(shù)控切割機中。
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(責任編輯:zyc)