浅谈数控火焰切割机切割质量控制

赵柏霖，魏庆友

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）

数控技术控制方面使用的切割设备主要是数控火焰切割机，其具有加工成本低廉、较强的火焰穿透力、设备损耗较小、切割厚度大等特点，很多制造行业都应用该种设备，尤其是在海上钻井的平台搭建、船舶制造、矿山机械制造以及钢结构建筑等工作中使用。然而数控火焰切割机也有其自身的不足之处，尤其是在切割的过程中能产生大量的热量，进而造成被切割的材料表面出现裂纹、塌陷以及粗糙等问题。切割机在切割过程以及之后产生的问题导致其具有较低的切割效率，而且也造成了切割材料的浪费，进而导致企业的生产工作中出现问题[1]。

1 使用数控火焰切割机出现的问题

1.1 切割面出现坍塌问题

工作人员在使用数控火焰切割机的过程中，其机器造成工作温度非常高，进而导致切割的部分极速受热融化，但是因为其冷却速度较慢，导致其不能及时凝固，融化的部分材料出现了流动现象，进而导致切割面出现坍塌问题。同时，由于材料在融化后没有及时吹除加上重力的影响导致切割后的边缘出现水滴状的大量颗粒。

1.2 切割面出现粗糙、裂纹问题

数控火焰切割机在切割的过程中会使切割面出现不均匀的受热情况，进而导致切割面的材料出现不均匀的融化程度，最终导致切割面出现粗糙、凹凸不平的情况。切割面出现粗糙的问题主要是因为其中间部分出现严重的凹陷，而边缘部分是圆角的形状，从而出现波纹形状。另外，由于火焰切割机使用时的火焰引入或引出切割材料的过程中停留时间较长，进而导致受影响的材料受热程度不同，进而出现凹陷的现象。此外切割的速度也会对切割质量造成影响，速度过快或过慢都会导致切割面出现切割纹问题。此外，有趣数控火焰切割机的实际火焰温度已经超过了被切割材料的实际承受范围，切割机在切割过程中因为过高的温度导致切割面易被烧伤，从而出现了裂纹现象[2]。

1.3 切割面边缘挂渣

数控火焰切割机在切割过程中由于其自身的氧气压力不足，使已经融化的材料不能完全吹除，最终导致融化的材料分布在不同的边缘，其主要分布在下边缘，融化的材料在凝固之后会产生不同的下边缘和残渣粘连。

1.4 切割面出现不垂直问题

数控火焰切割机在切割过程中由于工作人员在操作过程中出现问题导致已经被固定的待切割材料放在工作台上存在一定的杂物，进而导致固定后的材料竖直面与工作台未呈现垂直角度，最终造成火焰切割机切开的材料，尤其是其切割面与水平面出现一定的角度，最终切割面出现不垂直现象。

2 数控火焰切割机应用控制切割质量的方式

2.1 控制切割变形的措施

一般在使用数控火焰切割机进行材料切割的过程中，我们不难发现切割后的材料实际尺寸与计划的尺寸存在着一定的偏差，一般是实际尺寸比计划尺寸要小。出现这种现象的主要原因是切割过程中，材料因为数控火焰切割机自身的火焰温度导致热胀冷缩的情况发生。在切割的过程中，材料受热后体积膨胀，进而导致被切割的材料尺寸和计划的尺寸相同，然而，材料在冷却后，体积又恢复到原来大小，进而导致尺寸小于计划的尺寸。加上材料和材料厚度的不同，材料最终切割冷却后的变形情况不同。研究发现材料出现热让冷缩的主要部位是火焰经过的地方，因此相关的工作人员在进行切割方案的设计中，首先需要了解到材料的受热膨胀规律，之后考虑到切割温度以及材料厚度问题，计算出大概的材料受热变化程度，进而根据计算设计出合理的切割措施。技术人员在进行数控程序的编写过程中需要根据切割措施在程序中添加上对应的变化长度，这样，材料在进行冷却时，体积能够收缩并且恢复到计划的尺寸大小。

2.2 变革切割方式减少材料受热过度

在进行板材的长度切割过程中，由于火焰在相应的部位停留时间较长，切割面出现热胀冷缩现象较为明显。在这种情况下，工作人员可以从板材的两端向中间的方向进行切割，进而有效地控制材料的变形。在实际的切割中，工作人员可以同时开启两个火焰切割枪，使之能够从板材的两端进入，然后顺着切割的方向，进而到达中间位置。这样的切割方式能够有效地缩短板材的长度，在切割中，板材不会再长时间中被加热，这样就会有效地避免材料变形，既可以缩短切割的时间，也能够有效地提高切割的质量。

2.3 选择合适的切割枪高度和引入位置

工作人员在进行切割时需要确定好切割枪的高度和引入位置，一般情况切割的位置主要是材料的边缘。所以切割枪的高度要确定好。若是切割枪的高度过高，那么材料的表面预热面积会增大，材料在接触火焰之前，就已经受热并发生了膨胀，若是高度过低，那么材料在被火焰接触和穿透之前就出现熔渣飞溅的现象，这种情况下切割枪的枪口很容易被堵塞，进而影响到火焰的喷射和切割质量，因此工作人员在切割时要选择合适的高度和引入位置进行切割[3]。

2.4 选择合适的切割顺序

在用数控火焰切割机进行切割时，为了能够减少切割的变形情况，工作人员要遵照相应的切割原则选择合适的切割顺序进行切割。例如，在进行圆孔零件的切割时，应该要先进行内圆切割然后再切割外圆；在进行存在形状大小差异的零件切割时，需要先切割尺寸较小的部位然后切割尺寸较大的地方。另外在切割中需要注意设备的补偿原则，因为数控火焰切割机再切中火焰是非常细的一条线，这样按照火焰的一点进行切割，然而在实际的切割中，火焰是呈现圆柱形的，因此技术人员在进行切割程序的编写中需要保留与火焰半径一致的补偿余量[5]。

2.5 控制好火焰的引出位置

数控火焰切割机的切割引出位置也会严重影响到材料的质量，所以在实际的切割过程中，工作人员一般采用圆弧的引出方式进行切割，这样引出位置是比较平滑的曲线，防止直线切割后材料表面出现粗糙的现象，也避免了出现有毛边的边缘。圆弧引出位置中材料也不易伤害到工作人员，而且呈现出的切割面安全也很美观，同时有效地提高了材料的切割质量。

2.6 确定好切割方向

数控火焰切割机的切割方向不同也会影响到切割的质量，因此在切割时需要确定好切割方向。工作人员在切割中一般是遵循着先小边后大边的原则，因为小边在切割时耗时比较短，减少了材料的受热变形程度，进而避免影响之后的切割。另外，在切割时，工作人员要确保切割的轨迹能够受到母材的制约，进而保证材料在进行最后的切割时能够全部脱落，这样会保证材料不能提前脱落，不会影响到质量[6]。

2.7 不同厚度板切割

不同板厚需采用不同割嘴型号、切割速度以及切割气体压力，6mm～20mm薄板因受热易变形，切割零件时需采取穿孔使其边缘形成封闭状态，且确保钢板边缘与割缝之间存在一定距离，避免因变形所致的零件尺寸偏差；20mm～100mm厚板可从钢板边缘切入，切割前可试切横向与纵向两个切口，用直角尺调整垂直度，确保切割面垂直于钢板表面。

2.8 培训操作人员

数控火焰切割机的使用过程中，操作人员的操作技术和能力是十分重要的。因此为了能够有效地控制切割质量，一个有效的措施就是对操作人员进行培训。通过对数控火焰切割机的特点以及对铲平质量的要求进行学习，操作人员能够明确了解操作过程中需要注意的技术要点，将操作行为更加规范化，进而更好地确定好质量观念，保证材料的切割质量。

3 总结

总之，在利用数控火焰切割机进行材料切割时，工作人员需要注意操作过程中可能够出现的质量问题，提前做好详细的计算和设计方案，在操作中按照要求进行操作，进而控制好切割质量。