火焰切割工艺参数汇总

火焰切割工艺汇总 火焰切割精度是指被切割完的工作几何尺寸与其图纸尺寸对比的误差关系， 切割质量是指工件切割断面的表面粗糙度、切口上边缘的熔化塌边程度、切口下 边缘是否有挂渣和割缝宽度的均匀性等。而火焰切割精度依靠其工艺参数来保 证，影响火焰切割的主要因素有以下几种： 1、可燃气体种类；2、割炬型号；3、切割氧纯度、压力、流量、氧流形状； 4、切割速度、倾角；5、火焰调整；6、预热火焰能率；7、割嘴与工件间 的倾斜角、割嘴离工件表面的距离等。 其中切割氧流起着主导作用。切割氧流既要使金属燃烧，又要把燃烧生成的 氧化物从切口中吹掉。因此，切割氧的纯度、流量、流速和氧流形状对火焰切割 质量和切割速度有重要的影响。 一、可燃气体种类 火焰切割中，常用的可燃性气体有乙炔、煤气、天然气、丙烷等，国外有些 厂家还使用 MAPP，即：甲烷+乙烷+丙烷。一般来说，燃烧速度快、燃烧值高的 气体适用于薄板切割；燃烧值低、燃烧速度缓慢的可燃性气体更适用于厚板切割， 尤其是厚度在 200mm 以上的钢板，如采用煤气或天然气进行切割，将会得到理想 的切割质量，只是切割速度会稍微降低一些。 相比较而言，乙炔比天然气要贵得多，但由于资源问题，在实际生产中，一 般多采用乙炔气体，只是在切割大厚板同时又要求较高的切割质量以及资源充足 时，才考虑使用天然气。 二、割炬型号 被割件越厚，割炬型号、割嘴号码、氧气压力均应增大，氧气压力与割件厚 度、割炬型号、割嘴号码的关系详见下表 三、切割氧纯度、压力、流量、氧流形状 切割氧纯度 氧气的纯度对氧气消耗量、切口质量和气割速度也有很大影响。氧气纯度降 低，氧气中的杂质如氮等在气割过程中会吸收热量，并在切口表面形成气体薄膜， 阻碍金属燃烧，会使金属氧化过程缓慢、切割速 度大为降低、割缝也随之变宽、切割面粗糙、切 口下缘沾渣，而且氧气消耗量的增加。图为氧气 纯度对气割时间和氧气消耗量的影响曲线，1 表 示气割时间；2 表示氧气消耗量。在氧气纯度为 97.5％～99.5％的范围内，氧气纯度每降低 l％ 时，气割 1m 长的割缝，气割时间将增加 10％～ 15％；氧气消耗量将增加 25％～35％。 因此,气割用的氧气的纯度应尽可能地提高， 一般要求在 99.5％以上。若氧气的纯度降至 95％ 以下，气割过程将很难进行。要获得无粘渣的气 割切口，氧气纯度需达到 99.6%。 采用液氧切割，虽然一次性投资大，但从长 远看，其综合经济指标比想象的要好得多。 切割氧压力 当割件较薄时，切割氧压力可适当降低。但切割氧的压力不能过低，也不能 过高。若切割氧压力过高，则切割缝过宽，切割速度降低，不仅浪费氧气，同时 还会使切口表面粗糙，而且还将 对割件产生强烈的冷却作用。若 氧气压力过低，会使气割过程中 的氧化反应减慢，切割的氧化物 熔渣吹不掉，在割缝背面形成难 以清除的熔渣粘结物，甚至不能 将工件割穿。 随着切割氧压力的提高，氧 流量相应增加，因此能够切割板 厚度随之增大。但压力增加到一 定值，可切割的厚度也达到最大 值，再增大压力，可切割的厚度 反而减小。切割氧压力对切割速 度的影响大致相同。 由图可见，用普通割嘴气割时，在压力较低的情况下，随着压力增加，切割 速度也提高，但当压力超过 0.3MP以后，切割速度反而下降；再继续加大压力， 不但切割速度降低，而且切口加宽，切口断面粗糙。用扩散形割嘴气割时，如果 切割氧压力符合割嘴的设计压力，则压力增大时，由于切割氧流的流速和动量增 大，所以切割速度比用普通割嘴时也有所增加。 切割氧气压力的推荐值 板厚/mm 切割氧压力/MPa 3-12 0.4-0.5 12-30 0.5-0.6 30-50 0.5-0.7 50-100 0.6-0.8 100-150 1.0-1.4 在实际切割工作中，最佳切割氧压力可用试放“风线”的来确定。对所 采用的割嘴，当风线最清晰、且长度最长时，这时的切割压力即为合适值，可获 得最佳的切割效果。 切割氧流量 切割厚度 12mm 钢板时氧气流量对切割速度的影响如图所示。由图可见，随 着氧流量的增加，切割速度逐渐增大，切割速度提高，但超过某个界限值反而降 低。因此，对某一钢板厚度存在一个最佳氧流量值，此时不但切割质量最高，而 且切割质量最好。 四、切割速度、倾角 切割速度 切割速度与工件厚度、割嘴形式有关，一般随工件厚度增大而减慢。切割速 度必须与切口内金属的氧化速度想适应。切割速度直接影响到切割过程的稳定性 和切割断面质量。如果想人为地调高切割速度来提高生产效率和用减慢切割速度 来最佳地改善切割断面质量，那是办不到的，只能使切割断面质量变差。切割速 度太慢会降低生产率，使切口上缘熔化塌边，下边缘产生圆角、切割断面下半部 分出现水冲状的深沟凹坑等；太快则后拖量过大，使切割断面出现凹陷和挂渣等 质量缺陷，严重的甚至割不透，造成切割中断。 机器切割速度比手工切割速度平均可提高 20%，表列出机械化切割时切割速 度的推荐数据。 机械切割时切割速度的推荐数据 钢 板 厚 度 切割形式 半制品直线 切割 有机加工余 量的切割 表面切割质 量要求低的 切割 精确的直线 切割 精 确 的 成 形切割 5 --- 330-350 710-760 590-640 400-500 10 710-730 330-470 570-620 480-520 320-400 20 580-630 400 470-500 390-420 260-330 30 520-560 350 410-450 350-380 230-290 50 440-480 330 350-380 300-320 200-250 100 380-420 290 310-330 260-280 170-220 150 360-390 260 290-310 240-260 160-200 通过观察熔渣从切口喷出的特点，可调整到合适的切割速度。在正常的火焰 切割过程中，切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度，其对应的偏移叫 后拖量（见图）。切割速度可根据熔渣火花在切口中落下的方向来掌握，速度过 低时，没有后拖量，工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的运 行速度，火花束就会向相反的方向偏移，当火花束与切割氧流平行或稍偏向前方 排出时时，就认为该切割速度正常。速度过高时，火花束明显后偏。 直线切割时，可采用火花稍偏向后方排出的较快的速度 切割倾角 割嘴与割件间的切割倾角直接影响气割速度和后拖 量。切割倾角的大小主要根据工件厚度来确定。一般气割 4mm以下厚的钢板时，割嘴应后倾 25°～45°；气割 4～ 20mm厚的钢板时，割嘴应后倾 20°～30°；气割 20～30mm 厚的钢板时，割嘴应垂直于工件；气割工件厚度大于 30mm 时，起割时为 5°～10°的前倾角，割透后割嘴垂直于工 件，结束时为 5°～10°的后倾角。手工曲线切割时，割 嘴垂直于工件。 割嘴的切割倾角与切割厚度的关系如图所示。 割嘴与工件间的倾角对气割速度和后拖量产生直接影响， 如果倾角选择不当，不但不能提高气割速度，反而会增加氧气的 消耗量，甚至造成气割困难。 五、火焰的调整 通过调整氧气和乙炔的比例可以得到三种切割火焰：中性焰（即正常焰）， 氧化焰，还原焰，见下图。 正常火焰的特征是在其还原 区没有自由氧和活性碳，有三个 明显的区域，焰芯有鲜明的轮廓 （接近于圆柱形）。焰芯的成分是 乙炔和氧气，其末端呈均匀的圆 形和光亮的外壳。外壳由赤热的 碳质点组成。焰芯的温度达 1000℃。还原区处于焰芯之外， 与焰芯的明显区别是它的亮度较 暗。还原区由乙炔未完全燃烧的 产物——氧化碳和氢组成，还原区的温度可达 3000℃左右。外焰即完全燃烧区， 位于还原区之外，它由二氧化碳和水蒸气、氮气组成，其温度在 1200~2500℃之 间变化。 氧化焰是在氧气过剩的情况下产生的，其焰芯呈圆锥形，长度明显地缩短， 轮廓也不清楚，亮度是暗淡的；同样，还原区和外焰也缩短了，火焰呈紫蓝色， 燃烧时伴有响声，响声大小与氧气的压力有关，氧化焰的温度高于正常焰。如果 使用氧化焰进行切割，将会使切割质量明显地恶化。 还原焰是在乙炔过剩的情况下产生的，其焰芯没有明显的轮廓，其焰芯的末 端有绿色的边缘，按照这绿色的边缘来判断有过剩的乙炔；还原区异常的明亮， 几乎和焰芯混为一体；外焰呈黄色。当乙炔过剩太多时，开始冒黑烟，这是因为 在火焰中乙炔燃烧缺乏必须的氧气造成的。 预热火焰的能量大小与切割速度、切口质量关系相当密切。随着被切工件板 厚的增大和切割速度的加快，火焰的能量也应随之增强，但又不能太强，尤其在 割厚板时，金属燃烧产生的反应热增大，加强了对切割点前沿的预热能力，这时， 过强的预热火焰将使切口上边缘严重熔化塌边。太弱的预热火焰，又会使钢板得 不到足够的能量，逼使减低切割速度，甚至造成切割过程中断。所以说预热火焰 的强弱与切割速度的关系是相互制约的。 一般来说，切割 200mm以下的钢板使用中性焰可以获得较好的切割质量。在 切割大厚度钢板时应使用还原焰预热切割，因为还原焰的火焰比较长，火焰的长 度应至少是板厚的 1.2倍以上。 六、预热火焰能率 预热火焰的作用是把金属工件加热至金属在氧气中燃烧的温度，并始终保持 这一温度，同时还使钢材表面的氧化皮剥离和熔化，便于切割氧流与金属接触。 预热火焰是影响气割质量的重要工艺参数。气割时一般选用中性焰或轻微的氧化 焰。碳化焰因有游离碳的存在，会使切口边缘增碳，所以不能采用。同时火焰的 强度要适中。应根据工件厚度、割嘴种类和质量要求选用预热火焰。如在气割厚 钢板时，由于气割速度较慢，为防止割缝上缘熔化，应相应使火焰能率降低；若 此时火焰能率过大，会使割缝上缘产生连续珠状钢粒，甚至熔化成圆角，同时还 造成割缝背面粘附熔渣增多，而影响气割质量。如在气割薄钢板时，因气割速度 快，可相应增加火焰能率，但割嘴应离工件远些，并保持一定的倾斜角度；若此 时火焰能率过小，使工件得不到足够的热量，就会使气割速度变慢，甚至使气割 过程中断。 1、预热火焰的功率要随着板厚的增大而加大，割件越厚，预热火焰功率越 大； 氧-乙炔预热火焰的功率与板厚的关系 板厚/mm 火焰功率/L.min-1 3-25 4-8.3 25-50 9.2-12.5 50-100 12.5-16.7 100-200 16.7-20 200-300 20-21.7 2、在切割较厚钢板时，应采用轻度碳化焰，以免切口上缘熔塌，同时也可 使外焰长一些。 3、使用扩散型割嘴和氧帘割嘴切割厚度 200mm 以下钢板时，火焰功率选大 一些，以加速切口的前缘加热到燃点，从而获得较高的切割速度。 4、切割碳含量较高或合金元素教多的钢材时，因为他们燃点较高，预热火 焰的功率要大一些。 5、用单割嘴切割坡口时，因熔渣被吹向切口外侧，为补充能量，要加大火 焰功率。 气体火焰切割的预热时间应根据割件厚度而定，以下列出火焰切割选定预热 时间的经验数据。 气体火焰切割选定预热时间的经验数据 板厚/mm 预 热 时 间 /s 板厚/mm 预热时间 /s 20 6-7 150 25-28 50 9-10 200 30-35 100 15-17 - - 七、割嘴与工件间的倾斜角、割嘴离工件表面的距离 割嘴到工件表面的距离是根据工件厚度及预热火焰长度来确定。割嘴高度过 低会使切口上线发生熔塌，飞溅时易堵塞割嘴，甚至引起回火。割嘴高度过大， 热损失增加，且预热火焰对切口前缘的加热作用减弱，预热不充分，切割氧流动 能下降，使排渣困难，影响切割质量。同时进入切口的氧纯度也降低，导致后拖 量和切口宽度增大，在切割薄板场合还会使切割速度降低。 割嘴离工件表面的距离 通常火焰焰 芯离开工件表面的距离应保持在 3～5mm 的范围内，这样，加热条件最好，而且渗 碳的可能性也最小。如果焰芯触及工件表 面，不仅会引起割缝上缘熔化，还会使割 缝渗碳的可能性增加。 一般来说，切割薄板时，由于切割速 度较快，火焰可以长些，割嘴离开工件表 面的距离可以大些；切割厚板时，由于气 割速度慢，为了防止割缝上缘熔化，预热 火焰应短些，割嘴离工件表面的距离应适 当小些，这样，可以保持切割氧流的挺直 度和氧气的纯度，使切割质量得到提高。 数控火焰切割质量缺陷与原因分析 在实际生产过程中，经常会产生这样或那样的质量问题，一般有如下几种缺 陷：边缘缺陷，切割断面缺陷，挂渣、裂纹等。而造成质量事故的原因很多，如 果氧气纯度保证正常，设备运行正常，那么造成火焰切割质量缺陷的原因主要表 现在如下几个方面：割炬、割嘴、钢材本身质量、钢板材质。 1、上边缘切割质量缺陷 这是由于熔化而造成的质量缺陷 (1)上边缘塌边 现象：边缘熔化过快，造成圆角塌边。 原因：①切割速度太慢，预热火焰太强; ②割嘴与工件之间的高度太高或太 低；③使用的割嘴号太大，火焰中的氧气过剩。 (2)水滴状熔豆串 现象：在切割的上边缘形成一串水滴状的熔豆。 原因：①钢板表面锈蚀或有氧化皮; ②割嘴与钢 板之间的高度太小，预热火焰太强; ③割嘴与钢板之 间的高度太大。 (3)上边缘塌边并呈现房檐状 现象：在切口上边缘，形成房檐状的凸出塌边。 原因：① 预热火焰太强；② 割嘴与钢板之间 的高度太低；③ 切割速度太慢；割嘴与工件之间 的高度太大，使用的割嘴号偏大，预热火焰中氧气 过剩。 (4)切割断面的上边缘有挂渣 现象：切口上边缘凹陷并有挂渣。 原因：① 割嘴与工件之间的高度太大，切割氧压力太高； ② 预热火焰太强。 2、切割断面凹凸不平，即平面度差 (1)切割断面上边缘下方，有凹形缺陷 现象：在接受切割断面上边缘处有凹陷，同时上边缘有 不同程度的熔化塌边。 原因：① 切割氧压力太高；② 割嘴与工件之间的高度 太大；割嘴有杂物堵塞，使风线受到干扰变形。 (2)割缝从上向下收缩 现象：割缝上宽下窄。 原因：① 切割速度太快；② 割嘴与工件之间的高度太 大，割嘴有杂物堵塞，使风线受到干扰变形。 (3)割缝上窄下宽 现象：割缝上窄下宽，成喇叭状。 原因：① 切割速度太快，切割氧压力太高；② 割嘴号 偏大，使切割氧流量太大；③ 割嘴与工件之间的高度太大； (4)切割断面凹陷 现象：在整个切割断面上，尤其中间部位有凹陷。 原因：① 切割速度太快；② 使用的割嘴太小，切割压力太低， 割嘴堵塞或损坏；③ 切割氧压力过高，风线受阻变坏。 (5)切割断面呈现出大的波纹形状 现象：切割断面凸凹不平，呈现较大的波纹形状。 原因：① 切割速度太快；② 切割氧压力太低，割嘴堵塞或损 坏，使风线变坏；③ 使用的割嘴号太大。 (6)切口垂直方向的角度偏差 现象：切口不垂直，出现斜角。 原因：① 割炬与工件面不垂直；② 风线不正。 (7)切口下边缘成圆角 现象：切口下边缘有不同程度的熔化，成圆角状。 原因：① 割嘴堵塞或者损坏，使风线变坏；② 切割速度太快， 切割氧压力太高。 (8)切口下部凹陷且下边缘成圆角 现象：接近下边缘处凹陷并且下边缘熔化成圆角。 原因：切割速度太快，割嘴堵塞或者损坏，风线受阻变坏。 3．切割断面的粗糙度缺陷 切割断面的粗糙度直接影响后续工序的加工质量，切断面的粗糙度与割纹的 超前量及其深度有关。 (1)切割断面后拖量过大 现象：切割断面割纹向后偏移很大，同时随着偏移量的大小 而出现不同程度的凹陷。 原因：① 切割速度太快；② 使用的割嘴太小，切割氧流量 太小，切割氧压力太低；③ 割嘴与工件的高度太大。 (2)在切割断面上半部分，出现割纹超前量 现象：在接近上边缘处，形成一定程度的割纹超前量。 原因：①割炬与切割方向不垂直，割嘴堵塞或损坏；② 风 线受阻变坏； 现象：在靠近切割断面下边缘处出现割纹超前量太大。 原因：① 割嘴堵塞或损坏，风线受阻变坏；② 割炬不垂直 或割嘴有问题，使风线不正、倾斜。 4、挂渣 在切割断面上或下边缘产生难以清除的挂渣 (1)下边缘挂渣 现象：在切割断面的下边缘产生连续的挂渣。 原因：① 切割速度太快或太慢，使用的割嘴号太小，切割 氧压力太低；② 预热火焰中燃气过剩，钢板表面有氧化皮锈蚀 或不干净；③ 割嘴与工件之间的高度太大，预热火焰太强。 (2)切割断面上产生挂渣 现象：在切割断面上有挂渣，尤其在下半部分有挂渣。 原因：合金成份含量太高。 5、裂纹 现象：在切割断面上出现可见裂纹，或在切割断面附近的内部出现脉动裂纹， 或只是在横断面上可见到裂纹。 原因：含碳量或含合金成份太高，采用预热切割法时，工件预热温度不够， 工件冷却时间太快，材料冷作硬化。 一、气割前的准备工作 被切割金属的表面，应仔细地清除铁锈、尘垢或油污。被切割件应垫平，以 便于散放热量和排除熔渣。决不能放在水泥地上切割，因为水泥地面遇高温后会 崩裂。切割前的具体要求如下。 ①检查工作场地是否符合安全要求，割炬、氧气瓶、乙炔瓶（或乙炔发生器 及回火防止器）、橡胶管、压力表等是否正常，将气割设备按连接好。 ②切割前，首先将工件垫平，工件下面留出一定的间隙，以利于氧化铁渣的 吹除。切割时，为了防止操作者被飞溅的氧化铁渣烧伤，必要时可加挡板遮挡。 ③将氧气调节到所需的压力。对于射吸式割炬，应检查割炬是否有射吸能力。 检查的方法是：首先拔下乙炔进气软管并弯折起来，再打开乙炔阀门和预热氧阀 门。这时，将手指放在割炬的乙炔过气管接头上，如果手指感到有抽力并能吸附 在乙炔进气管接头上，说明割炬有射吸能力，可以使用；反之，说明割炬不正常， 不能使用，应检查修理。 ④检查风线，方法是点燃火焰并将预热火焰调整适当。然后打开切割氧气阀 门，观察切割氧流（即风线）的形状，风线应为笔直、清晰的圆柱体并有适当的 长度。这样才能使工件切口表面光滑干净，宽窄一致。如果风线不规则，应关闭 所有的阀门，用通针或其他工具修整割嘴的内表面，使之光滑。 预热火焰的功率应根据板材厚度不同加以调整，火焰性质应采用中性焰。 二、钢板表面预处理 钢板从钢铁厂经过一系列的中间环节到达切割车间，在这段时间里，钢板表 面难免产生一层氧化皮。再者，钢板在轧制过程中也产生一层氧化皮附着在钢板 表面。这些氧化皮熔点高，不容易燃烧和熔化，增加了预热时间，降低了切割速 度；同时经过加热，氧化皮四处飞溅，极易对割嘴造成堵塞，降低了割嘴的使用 寿命。所以，在切割前，很有必要对钢板表面进行除锈预处理。 常用的方法是抛丸除锈，之后喷漆防锈。即将细小铁砂用喷丸机喷向钢板表 面，靠铁砂对钢板的冲击力除去氧化皮，再喷上阻燃、导电性好的防锈漆。 钢板切割之前的除锈喷漆预处理已成为金属结构生产中一个不可缺少的环 节。