淺談數控火焰切割機切割質量控制

趙柏霖，魏慶友

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

數控技術控制方面使用的切割設備主要是數控火焰切割機，其具有加工成本低廉、較強的火焰穿透力、設備損耗較小、切割厚度大等特點，很多制造行業都應用該種設備，尤其是在海上鉆井的平臺搭建、船舶制造、礦山機械制造以及鋼結構建筑等工作中使用。然而數控火焰切割機也有其自身的不足之處，尤其是在切割的過程中能產生大量的熱量，進而造成被切割的材料表面出現裂紋、塌陷以及粗糙等問題。切割機在切割過程以及之后產生的問題導致其具有較低的切割效率，而且也造成了切割材料的浪費，進而導致企業的生產工作中出現問題[1]。

1 使用數控火焰切割機出現的問題

1.1 切割面出現坍塌問題

工作人員在使用數控火焰切割機的過程中，其機器造成工作溫度非常高，進而導致切割的部分極速受熱融化，但是因為其冷卻速度較慢，導致其不能及時凝固，融化的部分材料出現了流動現象，進而導致切割面出現坍塌問題。同時，由于材料在融化后沒有及時吹除加上重力的影響導致切割后的邊緣出現水滴狀的大量顆粒。

1.2 切割面出現粗糙、裂紋問題

數控火焰切割機在切割的過程中會使切割面出現不均勻的受熱情況，進而導致切割面的材料出現不均勻的融化程度，最終導致切割面出現粗糙、凹凸不平的情況。切割面出現粗糙的問題主要是因為其中間部分出現嚴重的凹陷，而邊緣部分是圓角的形狀，從而出現波紋形狀。另外，由于火焰切割機使用時的火焰引入或引出切割材料的過程中停留時間較長，進而導致受影響的材料受熱程度不同，進而出現凹陷的現象。此外切割的速度也會對切割質量造成影響，速度過快或過慢都會導致切割面出現切割紋問題。此外，有趣數控火焰切割機的實際火焰溫度已經超過了被切割材料的實際承受范圍，切割機在切割過程中因為過高的溫度導致切割面易被燒傷，從而出現了裂紋現象[2]。

1.3 切割面邊緣掛渣

數控火焰切割機在切割過程中由于其自身的氧氣壓力不足，使已經融化的材料不能完全吹除，最終導致融化的材料分布在不同的邊緣，其主要分布在下邊緣，融化的材料在凝固之后會產生不同的下邊緣和殘渣粘連。

1.4 切割面出現不垂直問題

數控火焰切割機在切割過程中由于工作人員在操作過程中出現問題導致已經被固定的待切割材料放在工作臺上存在一定的雜物，進而導致固定后的材料豎直面與工作臺未呈現垂直角度，最終造成火焰切割機切開的材料，尤其是其切割面與水平面出現一定的角度，最終切割面出現不垂直現象。

2 數控火焰切割機應用控制切割質量的方式

2.1 控制切割變形的措施

一般在使用數控火焰切割機進行材料切割的過程中，我們不難發現切割后的材料實際尺寸與計劃的尺寸存在著一定的偏差，一般是實際尺寸比計劃尺寸要小。出現這種現象的主要原因是切割過程中，材料因為數控火焰切割機自身的火焰溫度導致熱脹冷縮的情況發生。在切割的過程中，材料受熱后體積膨脹，進而導致被切割的材料尺寸和計劃的尺寸相同，然而，材料在冷卻后，體積又恢復到原來大小，進而導致尺寸小于計劃的尺寸。加上材料和材料厚度的不同，材料最終切割冷卻后的變形情況不同。研究發現材料出現熱讓冷縮的主要部位是火焰經過的地方，因此相關的工作人員在進行切割方案的設計中，首先需要了解到材料的受熱膨脹規律，之后考慮到切割溫度以及材料厚度問題，計算出大概的材料受熱變化程度，進而根據計算設計出合理的切割措施。技術人員在進行數控程序的編寫過程中需要根據切割措施在程序中添加上對應的變化長度，這樣，材料在進行冷卻時，體積能夠收縮并且恢復到計劃的尺寸大小。

2.2 變革切割方式減少材料受熱過度

在進行板材的長度切割過程中，由于火焰在相應的部位停留時間較長，切割面出現熱脹冷縮現象較為明顯。在這種情況下，工作人員可以從板材的兩端向中間的方向進行切割，進而有效地控制材料的變形。在實際的切割中，工作人員可以同時開啟兩個火焰切割槍，使之能夠從板材的兩端進入，然后順著切割的方向，進而到達中間位置。這樣的切割方式能夠有效地縮短板材的長度，在切割中，板材不會再長時間中被加熱，這樣就會有效地避免材料變形，既可以縮短切割的時間，也能夠有效地提高切割的質量。

2.3 選擇合適的切割槍高度和引入位置

工作人員在進行切割時需要確定好切割槍的高度和引入位置，一般情況切割的位置主要是材料的邊緣。所以切割槍的高度要確定好。若是切割槍的高度過高，那么材料的表面預熱面積會增大，材料在接觸火焰之前，就已經受熱并發生了膨脹，若是高度過低，那么材料在被火焰接觸和穿透之前就出現熔渣飛濺的現象，這種情況下切割槍的槍口很容易被堵塞，進而影響到火焰的噴射和切割質量，因此工作人員在切割時要選擇合適的高度和引入位置進行切割[3]。

2.4 選擇合適的切割順序

在用數控火焰切割機進行切割時，為了能夠減少切割的變形情況，工作人員要遵照相應的切割原則選擇合適的切割順序進行切割。例如，在進行圓孔零件的切割時，應該要先進行內圓切割然后再切割外圓；在進行存在形狀大小差異的零件切割時，需要先切割尺寸較小的部位然后切割尺寸較大的地方。另外在切割中需要注意設備的補償原則，因為數控火焰切割機再切中火焰是非常細的一條線，這樣按照火焰的一點進行切割，然而在實際的切割中，火焰是呈現圓柱形的，因此技術人員在進行切割程序的編寫中需要保留與火焰半徑一致的補償余量[5]。

2.5 控制好火焰的引出位置

數控火焰切割機的切割引出位置也會嚴重影響到材料的質量，所以在實際的切割過程中，工作人員一般采用圓弧的引出方式進行切割，這樣引出位置是比較平滑的曲線，防止直線切割后材料表面出現粗糙的現象，也避免了出現有毛邊的邊緣。圓弧引出位置中材料也不易傷害到工作人員，而且呈現出的切割面安全也很美觀，同時有效地提高了材料的切割質量。

2.6 確定好切割方向

數控火焰切割機的切割方向不同也會影響到切割的質量，因此在切割時需要確定好切割方向。工作人員在切割中一般是遵循著先小邊后大邊的原則，因為小邊在切割時耗時比較短，減少了材料的受熱變形程度，進而避免影響之后的切割。另外，在切割時，工作人員要確保切割的軌跡能夠受到母材的制約，進而保證材料在進行最后的切割時能夠全部脫落，這樣會保證材料不能提前脫落，不會影響到質量[6]。

2.7 不同厚度板切割

不同板厚需采用不同割嘴型號、切割速度以及切割氣體壓力，6mm～20mm薄板因受熱易變形，切割零件時需采取穿孔使其邊緣形成封閉狀態，且確保鋼板邊緣與割縫之間存在一定距離，避免因變形所致的零件尺寸偏差；20mm～100mm厚板可從鋼板邊緣切入，切割前可試切橫向與縱向兩個切口，用直角尺調整垂直度，確保切割面垂直于鋼板表面。

2.8 培訓操作人員

數控火焰切割機的使用過程中，操作人員的操作技術和能力是十分重要的。因此為了能夠有效地控制切割質量，一個有效的措施就是對操作人員進行培訓。通過對數控火焰切割機的特點以及對鏟平質量的要求進行學習，操作人員能夠明確了解操作過程中需要注意的技術要點，將操作行為更加規范化，進而更好地確定好質量觀念，保證材料的切割質量。

3 總結

總之，在利用數控火焰切割機進行材料切割時，工作人員需要注意操作過程中可能夠出現的質量問題，提前做好詳細的計算和設計方案，在操作中按照要求進行操作，進而控制好切割質量。