数控火焰切割机
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数控火焰切割机范文第1篇
随着现代工业的快速发展，优势较为明显的数控火焰切割技术得到了相当广泛的运用，明显地提升了工业切割的效率。但是，数控火焰切割技术在实际的运用过程中，由于各种各样的原因，容易导致切割件变形，这需要花费时间和精力进行变形复原，有些难以复原的只能直接报废等，造成了人力、物力和财力的大量浪费。因此，我们需要对自动化控制技术的优势进行分析，进而提出相应的通过自动化控制技术解决切割件变相的策略，最终促进切割效率的有效提升。
1 自动化控制技术的优势
1.1 自动化控制技术能够使切割任务处理迅速化
在传统的切割中，需要耗费大量的时间来对切割件的性状进行测量和评估，然后才能够根据实际的情况指定相应的切割方案，采用相应的切割工艺来对切割件进行切割。这样容易导致切割的效率较低，同时还容易因为在切割的过程中处理不当导致切割件在切割过程中容易变形。而通过采用自动化控制技术进行切割，能够实现对切割件性状的自动化识别，然后根据其实际状况选择最符合切割要求的切割工艺、切割流程以及切割顺序等。此外，自动化控制系统中还包含有批量处理设置，能够对性状相同的切割件进行批量切割和批量进行防变形处理。
1.2 自动化控制技术能够更加准确地完成切割任务
在人工控制的切割过程中，对于切割件的判断和测量都存在着一定的误差，同时对切割过程中切割件发生的变形也不能够完全控制，因而容易导致切割件变形。而在采用自动化技术控制的切割中，能够实现对切割件具体数据的精准掌握，然后根据这些数据掌握的情况来精准地确定切割位置、控制切割工艺等，同时，能够对切割过程中的切割件进行实时监控，根据切割件的变化实时开展防变形控制，最终保障切割任务的准确和高效完成。
2 自动化控制技术的内涵
自动化控制技术是指通过对相应的硬件设备进行自动化的控制，从而使硬件设备能够按照命令要求实现相应的动作，完成作业过程的一项技术。自动化技术需要有相应的软件技术的支持，同时也离不开能够准确执行软件命令的硬件设备。自动化控制技术是相对于人工控制技术而言的，在自动化控制技术中，全程没有或者很少有人工参与，自动化控制系统就能够根据参数设置，使控制对象运行工作流程，实现参数控制的结果。自动化控制技术能够大幅解放人力，使人们将精力投入到更加有创造力的活动当中去，同时还能够避免人们在操作过程中受到伤害。因而，自动化控制技术的发展和应用是大势所趋，自动化控制系统能够在更多的领域取代人工控制，需要我们对其予以足够的关注。
3 运用自动化控制技术防止切割变形的策略
3.1 运用自动化控制技术对切割件进行切割控制
运用自动化控制技术对切割件进行控制的流程如下：人工在自动化控制端输入切割件的材料、长宽高、硬度以及制作工艺等/自动化控制系统根据安装的红外线装置自动检测切割件的长宽高以及重量，根据这些条件自主算出密度――根据输入或者计算出来的数据在数据库中进行检索和分析，选择出合适的切割速度、喷嘴型号和切割流程――控制人员对上述内容进行检查，选择是否执行切割，然后系统发出相应的命令（不执行切割返回第二步，重新检索和计算，执行切割继续下一步）――切割设备接收到系统发出的命令之后，自动设定切割速度、适配喷嘴型号，执行切割流程――切割命令执行完毕之后，返回完成信号，自动化控制系统对切割状况进行重新检测，然后测算出合适的冷却环境，制定出冷却环境参数――自动化操作系统自主调整冷却环境，使切割件顺利冷却。这样，就能够根据切割件的状况来实现切割工艺的自动化调整，避免因为材料密度不均匀、受热不均等导致的切割变形状况。
3.2 运用自动化控制技术实现对切割顺序的控制
对顺序进行控制是自动化控制技术的一个重要功能，同时，通过对顺序进行控制也能够有效保障切割件的稳定，避免切割件由于受热不均导致的变形。在利用数控火焰切割技术进行切割件切割时，正确的顺序应该是按照小大，内外，圆方的顺序来进行的，按照这样的顺序能够有效保障在切割的过程中受力、受热以及散热等的均匀，最终保证切割件不会变形。因此，我们需要充分地运用自动化控制中的顺序控制技术来实现对切割顺序的控制。首先，人工将需要切割的参数输入到自动化控制系统当中，系统根据控制人员输入的参数来实现对切割件大小和外形的分析，进而自主排列出切割的先后顺序。其次，控制人员对切割的先后顺序进行确认操作，然后系统按照切割要求进行顺序切割，实现对切割顺序的控制。
3.3 运用自动化控制技术实现对切割工艺的控制
针对不同的材料选择不同的切割工艺有助于防止切割件在切割过程中变形，因此，我们需要运用自动化控制技术来实现对切割工艺的控制。现有的防止数控火焰切割变形的技术有留割技术和搭桥技术等，因此，我们在自动化控制系统中针对这两种技术进行自动化切割程序设计，然后在对切割件进行切割时自主根据不同的切割工艺来进行切割，有效减少切割件的变形。
4 结语
综上所述，在数控火焰切割的过程中，会由于切割件的原因、切割工艺的选择原因以及受热和散热的原因从而导致切割件的变形，导致大量的时间和精力浪费在切割件形状的恢复上面，而有些难以恢复的切割件只能报废等，造成了大量的浪费。因此，我们需要通过自动化控制技术来对数控火焰切割过程进行控制，最终保障数控火焰切割质量的有效提升。
参考文献
[1]吴新哲，边江，银海.提高数控火焰切割质量的途径[J].机械管理开发， 2011（02）.
[2]仇礼娟.浅析板坯自动火焰切割系统的控制及应用[J].机电工程技术，2012（03）.
作者简介
李彦凯（1987-），男，河北省邯郸市人。大学本科学历。现为冀中能源机械装备集团通方煤矿机械有限公司机械助理工程师。研究方向为数控火焰切割变形控制。
数控火焰切割机范文第2篇
【关键词】坡口 割炬 切割机器人 自动行进式双面坡口机 数控三边双面坡口成型机
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）35-046-01
引 言
根据设计或工艺要求，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状和尺寸的沟槽，叫坡口。其作用是使热源（电弧或火焰）能保证根部焊透；便于操作和清理焊渣；调整焊缝成型系数，获得较好的焊缝成型；调节基本金属与填充金属的比例。
为获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口型式。坡口的选择，主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。选择时应尽量减少填充金属量；坡口形状容易加工；便于焊工操作和清渣；焊后应力和变形尽可能小。
本文结合焊接结构件的坡口特点，重点介绍了几种平板焊接坡口的切割方式及其优缺点。
1.坡口加工方法分类
坡口加工方法可分为：a气割、等离子切割、碳弧气刨等热切割加工；b切削、剪切、磨削等机械加工方法两大类。
2.热切割
（1）手持割炬切割。割炬又称火焰枪。采用的燃气不同，构造也不同。本公司常用的是氧一乙炔火焰枪，两种气体分别通过各自的通路在火焰枪内混合燃烧，人工可调节喷出的火焰大小和性质，手持火焰枪进行切割。主要用于对焊接质量要求不高，位置隐蔽等坡口的加工。
（2）切割机器人。切割机器人由机器人和切割设备二部分组成，切割设备就是割炬切割，不同的是与机器人进行组合，通过对机器人进行编程来控制割炬的行走轨迹完成对不同工件的坡口作业。当批量工件进行坡口加工，可显著提高生产效率。
3.机械加工
（1）自动行进式双面坡口机。自动行进式双面坡口机采用铣刀片对钢板边缘按所需角度进行铣切，以得到焊接所需的坡口。解决了火焰切割等操作工艺的角度不规范、坡面粗糙、工作噪音大等缺点，能自动根据材料的边缘自动的行走加工坡口的同时沿板材边缘自动行进，降低了劳动工作强度。不受工作场地限制方便于外阜作业，但坡口加工量较大时需多次加工，适用长距离直边钢板的加工。
（2）数控三遍双面坡口成型机。 数控双面三边坡口成型机是专门为自动完成三边坡口需要而设计的产品，当钢板吊装到送料工作台后，左端面进入切削区域内，待完成坡口、直线切削程序之后，工件开始向右方向运行，进入双边同步切削进给，当完成双边坡口、直线切削程序之后，设备各个机构恢复原位置，至此完成三边坡口直边的加工程序。
结 论
1.手持割炬切割坡口优点是不受工件位置及形状所限，灵活方便，缺点是坡口质量一般，不适用于对焊接质量有一定要求的坡口进行加工。
2.切割机器人由于需要根据坡口形式进行编程，所以更适用于大批量，不规则坡口工件的加工，坡口表面质量较好。
3.自动行进式坡口机可以数倍提高生产效率、降低劳动强度，没有噪音、粉尘等污染。尤其对薄板长距离坡口件的加工，可一次成型。适用于外阜作业。对不规则形式的坡口 不适用。
4.数控三边双面坡口成型机加工坡口质量高，效率高。适用于规矩的板材坡口的加工，尤其是中厚板可一次成型，对刀头的不同选择还可以进行各种样式坡口的加工。设备成本较高。
数控火焰切割机范文第3篇
关键词：数控系统；特点；机械制造系统；软硬件组成
中图分类号：TG48 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0510169—01
0 引言
改革开放以来我国经济迅速发展，近几年我国成为公认的“世界工厂”，这些得益于我国制造业的快速发展，我们的机械制造在国际市场已经占据重要地位。数控切割机是机械制造业的基础设备，可以说数控技术的水平一定程度上决定着机械制造业的发达水平。这些年数控系统不断更新完善，但不得不承认现在市场出现了工大需求的现象，买家对产品的质量和价格也越来越苛刻，所以我们在购买时，技术人员必须了解数控机床的特点以及各组成部分，这对设备的维护有现实意义。
1 数控系统的简介和组成
1.1 数控技术的简介
数控技术就是数字程序控制技术，利用现代化的数字计算技术实现对工业设备的控制。数控机床就是数控技术的具体载体，它把对设备的控制信息用机器码形式输入微机控制中心，再由控制中心解读机器码，进而依靠传输机构传递给设备，实现设备的动作。数控切割机也就是终端控制设备是切割机，利用切割机切割各种零件。数控技术解决了人工不能控制复杂的零件加工，提高了设备的精确度，尤其是精密仪器的制造。同时，数控技术实现了成批量生产，改善工人的工作环境，提高了安全系数。
数控技术在机械制造业的应用是人类二十世纪最重大的技术进步。数控技术也是人类进入现代化制造业的标志，这些最终得益于计算机以及控制技术的进步。不得不承认数控技术起源于美国等西方国家，大多数的技术也都源于西方，现在数控机床的生产厂家大多也是西方，国内的技术和设备虽有很大进步但产品还不是主流产品。数控技术在现在的发展主要分为两个部分，一个是在控制技术上，也就是微控制器部分，从最早的单板机，现在更多使用PLC更适合工业生产，当然DSP和ARM的使用使控制技术更加的先进，在实时性和精确度上都大有改进。另一方面就被控制设备，现在激光技术已经可以使用，这使得切割技术和切割能力大为改进。
1.2 数控技术的组成
1）硬件系统。数控系统的硬件部分是工作的基础部分，它首先基于工业PC机，在PC机的控制主板上留有许多扩展槽，可以插入选用的控制模块，插入模块即可组成控制中心。在这里我们以PMAC为例说明，工控机的主板上的CPU和PMAC组成双微控制器系统。这两个CPU各有自己的工作，PMAC主要是完成对机床的控制，包括机械轴的运动、面板控制和信息的采集以及模数转化。控制机部分则要完成对整个系统的管理，包括各个部分的协调以及控制部分的输入。对于PMAC部分还必须有相应的输入输出接口，以及伺服驱动单元，伺服电机、编码器等，对于工控机还要有足够的存储空间，另外控制部分对电源的要求很高，电力部分以及备用电源也是必不可少的。
2）软件组成，现在的数控系统大多数都是前后台的结构，对于软件部分也相应的分为前台和后台程序。前台部分多为PMAC的实时控制软件程序，包括补模块、伺服驱动模块、PLC监控模块、加工程序解释模块、数据采集及数字化加工模块等，当然这部分很灵活，根据实际的需要可以添加其他的部分。后台程序主要是为了管理服务，主要实现控制程序的初始化，参数输入以及系统管理、CPU间的通讯等等。
对于数控系统的组成这里只是大体的简单介绍，主要是因为它的组成受实际情况的限制，有些系统实际上非常简单，而一些大型的控制系统都有自己特殊部分。
2 数控切割机的特点
数控切割机之所以能够取代普通的切割机床得益于它在软硬件的优势，下面我们介绍一下数控切割机几点优势。
2.1 可编程，软操作
数控机床利用现在的微机控制技术，可意根据加工对象的改变实时的改变程序，或者加工目的的不同改变程序。硬件本身并不需要进行大的改动，普通的机床可能在改变对象时需要对硬件的某些部分进行改变，甚至进行大的改动。
2.2 高精确度，误差小
普通的机床工作依靠人工的经验和目测，但是一些零件的误差可能是0.01mm，人是很难目测的，即便是千分尺的话可能还有0.0001的误差。另外普通机床本身的机械部件精确度也不高，加工的零部件就更难要求精确度。数控机床的精确地是由微控制器控制的，以及该灵敏度的传感器检测，极大地提高了精确度，减小了误差。
2.3 高效率，成批量
数控机床的功率一般都比较大，刚性也好，传动机构都是无级变速，极大缩短的单个零件的加工时间。微控制器的工步都是毫秒级，指令的实现时间极短，现在的微控制器的频率越来越高，速度也将更快。在程序和功率的支持下，数控机床更容易实现大批量的生产，这也是现代工业的要求。
3 数控切割机在产品中的具体应用
火焰等离子数控切割机是目前比较常用的一类切割机，由于他们本身具备手工和自动化工作两种工作方式，在实际的生产中有极大的优势，既可用于小型的生产加工，也可以是大型设备的加工。下面我们给出一个具体的例子，首先是制图，利用CAD对对象制图，然后对CAD制图进行技术处理，对制图的处理一定仔细这是加工前的第一步，而且对数据的处理也要科学合理，对数据的精确度要有足够的重视。把dwg的文件转换成dxf的文件，为进一步的处理做好准备。其次，设计工步，进行编程，生成机器码，对控制器进行烧写程序，当然通常这些都有机器完成。对数控系统初始化，试运行，以及对管理系统的输入输出检查。最后，进行数值计算。由于是自动编程，即图形交互式编程，大部分的节点、基点坐标数值都由计算机算出，只需在问答式的对话框中设好穿孔点位置、引入引出线（长度和角度）即可，根据图形界面提示，在输出代码前进行相应割嘴补偿。最后，拷盘，复查，试制。在实际的产品中一些步骤也可以删减，因为一些重复的工作可能降低效率，尤其是相似产品的大批量生产。
再简单介绍一下实际控制方案，还是举一个实际的例子，机床本体不更换，继续使用；纵向驱动由单边改为双边，加装电机、减速箱、齿轮齿条；同时原单边驱动的电机、减速箱也要更换；横向传动系统增加钢带箱和从动溜板；同时更换电机、减速箱；升降机构拆掉原来的丝杠换为新的精密丝杠；对导轨面重新修刮去掉锈斑；大车架再进行焊接加固。
4 结束语
数控系统的应用标志着新时代的机械加工技术的应用，极大促进了工业的发展。在新时代下，继续改革和创新数控技术对我国机械制造业由中国生产到中国创造有现实意义。数控切割机是我们最常用的数控机械，是机械制造业的基础设备之一。本着简单介绍了数控技术的发展以及软硬件的组成，简单介绍了一些应用，对数控技术的变成部分本文并没有重点介绍，主要基于现在各种跨平台的编程操作过于混乱。
参考文献：
[1]董广强，双贮丝筒可调电极丝恒张力控制装置的研究[J].农机化研究，2005（5）：83-8.
数控火焰切割机范文第4篇
关键词：数控切割机；切割质量；控制措施；焊接件；切割精度 文献标识码：A
中图分类号：TG483 文章编号：1009-2374（2017）04-0062-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.04.032
第四机械厂是国内大型石油装备的制造服务基地，石油装备涉及到大量的焊接结构件，而结构件的质量直接取决于下料件的质量。由于多方面原因，切割出的产品易出现质量问题，主要表现在实际下料尺寸与理论尺寸出现偏差。本文通过研究和分析生产过程中影响切割质量的因素，并采取有力的控制措施，使大型焊接构件切割质量得到明显改观。
1 程序对切割质量的影响及控制措施
1.1 编程对产品切割质量的影响
数控切割机由计算机采取实时控制来完成自动切割，根据程序指令来完成相应切割步骤，编程对切割精度、质量起着决定性的影响，具体有以下五个因素：
1.1.1 切入点：在套料编程时，切入点是数控切割机在钢板上穿孔切割的第一点，是切割轨迹的决定因素，若选用不当会使产品出现严重的热变形。
1.1.2 切割引入（引出）线方式：针对产品各部位的质量要求，选择适当的引入（引出）线方式，引线方式不当，会导致产品未割断或出现切割点凹坑。
1.1.3 割缝补偿值：割缝补偿值的大小必须与实际切割割缝相符，给定割缝补偿值偏小，而实际切割割缝偏大，会直接造成产品尺寸偏小。
1.1.4 套料时切割顺序：在编程套料指定切割顺序时，产品切割顺序不当，会导致在切割过程中对钢板的不均匀加热和冷却，使被切割的产品发生不同程度的弯曲或移位。
1.1.5 切割方向：切割方向选择不当，会导致产品过早地与母板分离，不足以抵抗切割过程中出现的热变形应力，造成产品在切割过程中移位，出现尺寸超差。
1.2 控制措施
1.2.1 定义合适的切入点：选择切入点时，要保证切割过程中产品的长边与钢板相连，钢板变形最小，另外，产品的关键尺寸、形状尽可能最后与母材脱离，以减少热变形、位移、拘束不够等因素对产品的尺寸影。
1.2.2 定义合适的切割引入（引出）线方式：一般切割内轮廓时，定义为圆弧引入（引出）方式，沿切割边的切线方向逐渐逼近，实现割口截面的光滑过渡，不损伤切入点；切割外轮廓时，切入点尽可能沿板边定义。
1.2.3 设置适宜的割缝补偿值：编程时，针对不同的板厚，选用相应规格的割嘴，设置相应的割缝补偿值，割缝补偿应该和割缝宽度保持一致。
1.2.4 优化切割顺序：切割顺序的选择取决于钢板上的套料情况，总的原则是：先内后外、先小后大、先繁后简。
1.2.5 正确选择切割方向：正确的切割方向应该保证在产品切割完成以前都必须使产品与钢板具有足够的连接刚度。如图1所示：封板的两种切割方向，方案一选择的切割方向为切割引入线ABCDA，见图1（a）；方案二选择的切割方向为切割引入线DABCD，见1（b）。这两种方案在切割过程中封板与整张钢板的连接刚度随切割点的前进都在降低，但方案一中的连接刚度在切割点到达D点时已降至很低，从而无法保证DA段切割的刚度，故产品尺寸无法保证。方案二切割过程中的连接刚度在DABC段都比较高，只有在接近D点时连接刚度才迅速降低，但到达D点时产品的切割也随之完成，故产品尺寸能够得到保证。
2 设备对切割质量的影响及控制措施
2.1 设备对切割精度的影响
2.1.1 机床导轨的直线度、平面度误差的影响：机床导轨（主导轨、横梁导轨）的直线度误差将直接影响纵向割缝和横向割缝的直线度，机床导轨（主导轨、横梁导轨）的平面度误差会导致割嘴与钢板间的距离波动，造成割缝的宽度也不一致，从而引起产品尺寸精度。
2.1.2 传动系统精度的影响：传动系统连接件出现松动或齿轮、齿条磨损严重，会导致机械传动部件的间隙偏大，最终导致割枪的移动出现误差，影响产品尺寸。
2.1.3 割嘴的影响：割嘴通径偏大，氧气流大，导致割缝大，易造成下料尺寸不足；割嘴通径偏小，不但切割速度慢，而且切割不充分，易粘渣。此外，割嘴磨损会造成切割火焰风线不集中，焰束扩散，割口宽，切割面倾斜，切割质量差。
2.1.4 割嘴与钢板表面的垂直度的影响：割嘴与钢板表面不垂直，会导致切割面为斜面，沿厚度方向出现切割坡口，产品上表面与下表面尺寸不一致。
2.1.5 数控下料平台不平的影响：钢板支承面长期处于火焰切割的高温环境中，容易因高温烧灼造成高低不平，从而导致钢板放置不平，这种不平度严重时，会影响产品尺寸。
2.2 控制措施
2.2.1 保障机床导轨的直线度、平整度误差：提高机床的安装质量，定期对直线度、平整度进行检测，保证导轨的直线度、平整度误差在允许的范围内，日常工作中加强保养和维护。
2.2.2 保障传动系统的精度要求：定期对直接影响传动系统精度的轴承、纵、横向齿轮和齿条要进行检查、更换，加强相应的维护保养及精度检测。
2.2.3 正确选择和使用割嘴：根据不同板厚，选用相应型号割嘴，参考表1，操作人员还需定期对割嘴进行检查、清洁和保养，保持割嘴通道清洁光滑。
2.2.4 保障割嘴与钢板表面的垂直度：操作者需对割枪、割嘴进行调整、校检，确保割枪、割嘴与钢板垂直，降低因支承工作台不平、割嘴中心轴线和割嘴不同轴及割嘴孔的堵塞等问题对垂直度的影响。
2.2.5 保障数控下料平台的平整度：定期对数控下料平台进行检测、修整，不平度必须满足≤10mm的要求。
3 操作对切割精度的影响及控制措施
3.1 操作对切割质量的影响
3.1.1 切割氧的压力及纯度：切割氧的压力及纯度直接决定着下料件的质量。切割氧压力过大，割口变宽，表面粗糙；压力过小，气割过程缓慢，在切口表面形成粘渣，甚至无法割穿；氧气纯度较低，也会出现产品切割面粗糙，切口边缘还会有粘渣，导致产品质量问题。
3.1.2 预热时间：预热时间过长，预热温度过高，将出现切割边塌边、结疤、挂渣量大等问题；预热时间过短，又会造成预热温度太低，会使钢板得不到足够的能量，甚至造成切割过程中断。
3.1.3 切割速度：切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷，严重的还有可能造成切割中断；切割速度太慢会使切口边缘化，下边缘产生圆角等缺陷。
3.1.4 割嘴与钢板距离：割嘴离钢板表面的距离太近，会造成切口上缘熔化，增大割缝渗碳的可能性；距离太远，则热量损失太大，延长预热时间。
3.2 控制措施
3.2.1 正确选择切割氧压力和纯度：依据产品厚度选取切割氧的毫Γ取得较好的切割质量，如表1所示；氧气纯度对割件热变形也有影响，在氧气纯度为97.5%～99.5%的范围内，氧气纯度每降低1%，气割1m长的割缝，气割时间将增加10%～15%，预热火焰释放的热量也增加10%～15%，从而增加了产品的热变形，切割氧的纯度控制在98.5%以上。
3.2.2 正确控制预热时间：预热时间的长短决定于被切割产品的厚度，当氧-乙炔焰作为预热火焰时，预热时间见表1所示。
3.2.3 正确设定切割速度：切割速度的正确设定可以使切割面的挂渣减少，甚至无挂渣现象，清渣方便容易。在实际生产中，切割速度可以通过声音、观察熔渣流动情况来判断是否合适。具体参考数值见表1所示。
3.2.4 保持合适的割嘴与钢板距离：切割过程中，由于钢板不平及其他原因要及时调整割嘴与钢板的距离，一般情况下，可根据表1推荐值选取。
4 结语
由分析可知，影响数控切割机切割质量的因素很多，在解决切割质量问题时，要多方面综合考虑，逐项分析、排查，找出问题所在并进行改善，数控切割质量将会得到提升。
参考文献
[1] 吴俊涛.数控下料件的误差分析及措施[J].中国高新技术企业，2009，（6）.
[2] 徐继达，徐晓航，孙志新.金属焊接与切割作业[M].北京：中国气象出版社，2008.
[3] 孙凤英.气割热变形原因分析及防治措施[J].河北煤炭，2004，（4）.
数控火焰切割机范文第5篇
关键词：箱形梁 焊接 变形
一、引言
在电厂锅炉钢结构中经常设计有箱形结构。特别是蒸汽量为1025吨级锅炉钢结构中箱形梁结构很多，一台锅炉约有箱形结构梁柱350根。按一年制作三台此类锅炉钢结构计算，一年生产的箱形梁在1000根以上。
箱形梁的角焊缝焊接通常采用船形位置焊接，主要是船形位置焊接工艺成熟，焊缝成形美观。而国内目前将两条主角焊缝按同一规范用细丝斜角焊接方案的很少采用。主要是考虑斜角焊焊缝的成形不如船形焊焊缝成形美观。
船形角焊焊接工艺方案，四条焊缝分四次焊接完成。容易产生扭
曲变形。一旦产生扭曲变形，现有设备难以矫正，需用火焰经多次矫正，矫正成本很高，甚至于矫正不过来造成产品报废。
为此，对箱形梁的焊接变形难题有必要探索新的思路，创新焊接
工艺。如果将两条主角焊缝按同一规范斜角焊一次焊接完成，产生的焊接变形可以互相抵消，可以一定程度消除焊接变形的产生。我们要做的就是通过设备改造，试验新的斜角焊工艺，将箱形梁的焊接变形消除在焊接过程中。从而彻底解决箱形梁的焊接变形问题。
二、研究试验内容
1、 设备资源
系统构成：门架式带双埋弧焊机及相关配套设施。
硬件选型：无锡华联焊割设备公司成套门架型自动埋弧焊机的行
走及控制系统。其中两台自动埋弧焊机为美国原装林肯MZ8-2*1000埋弧焊机。
场地条件：6000*18000场地装置行走轨道，轨道上装设门式行走
系统及相关控制、回收系统，车间钢立柱上架设压风系统、供电系统、控制电缆系统。
2 主要研究内容及关键技术：
①以设备作保障，利用门式埋弧焊机双机头采用对称平行焊接以互相抵消单道焊缝产生的焊接变形。对焊机机头送丝机构加以改动，使之可用于实际焊接操作。
②对于角焊缝斜角埋弧焊工艺，先用工艺试板试验，获得可行的细丝斜角埋弧焊工艺参数。
③考虑较细的焊丝（φ3或φ2）不太常用，利用现有的最细的φ4焊丝，经试验找到合适的焊接规范。
三、焊接工艺试验
1 焊材选用
焊丝 H08MnA φ4mm
焊剂 HJ431
2 焊接工艺参数
电流
（A）
电压
（V）
送丝速度
（m/h）
焊接速度
（m/h）
焊缝尺寸及
成形
变形情况
580
32
80
25
焊脚尺寸不够咬边严重
变形很小
620
34
82
22
焊脚尺寸够咬边严重
变形很小
650
36
85
25
焊脚尺寸够焊缝侧偏
变形较小
680
38
87
28
焊脚尺寸够
焊缝侧偏严重
变形较大
640
34
82
26
焊脚尺寸够焊缝小许侧偏
变形小
640
36
84
26
焊脚尺寸够焊缝成形好
变形很小
四、工艺流程
1 工艺流程比较
改进前工艺流程
下料——手工箱型拼装——角焊缝埋船形焊——旁弯火焰热矫正——扭曲火焰热矫正——齐头——孔划线——打孔——组焊——涂装——入库
改进后工艺流程
平板——自动下料——手工箱型拼装——角焊缝埋弧斜角焊——检验——编程数控打孔——组焊——涂装——入库
2
制作流程
2.1
材 料
（1）主材
以前材料堆放零乱，没有进行分类，既没有专人保管，又没有明显标志，用料时花很多人工和机械台板查找所需材料。现在所有进厂材料均应有生产厂家的材质证明书，并经审核合格后方可入库，需做复验的，应按相应要求复验合格后，方可投料使用。所有材料均应分类摆放，专人保管，标记明晰，避免了因马虎而用错材料。专料专用，严禁私自代用，这样就不仅能节约材料，而且能方便成本核算，做到材料零库存。钢材入库前应进行100%的外观检查，不符合立即要求的退货，避免进一步的损失。
（2）焊接材料
以前焊接材料保管不妥，浪费严重。现在所有焊材由专职管理人员管理，并分配使用，对产品所使用的焊接材料牌号、数量进行核对后，方可发放。焊材应具有牌号、规格、数量、批号和检验编号等齐备的资料。存入焊接材料的库房须保持干燥和良好的通风环境。焊材的摆放应按牌号、规格分类，且标识明显。焊条的烘焙应严格执行其烘焙技术要求。焊条烘焙后，应放入保温筒，随用随取，保温筒温度宜控制在110℃左右。严禁使用药皮剥落、变质的焊条及严重锈蚀的焊丝，影响焊缝质量。
（3） 其他材料
高强度螺栓须符合设计要求。涂料的牌号、品种、颜色须符合用户的要求。涂料应存放于干燥、遮阳、避雨的固定场所，环境温度控制在0-40℃之间，并编号分类。
2.2 放样、下料
(1)材料的矫正
为了提高金属结构件的精度，放样划线前须对变形的钢板，型钢进行矫正，合格后方可进行划线作业。钢板矫正用平板机，型钢矫正用型钢矫正机。确保钢板的平面度和型钢的直线度，提高构件联接接面的接触比例。
(2) 所有在本工程中使用的量具均须经过计量合格方可使用，不得用不合格的量具，控制构件的尺寸误差。
(3) 放样前首先熟悉、核对图纸尺寸，计算无误后，由富有经验的工人承担划线工作。
(4) 切割前应将钢材表面的油污、铁锈等清除干净。切割断面不得有撕裂、分层及大于1mm的铁棱，并应清除干净熔渣，毛刺等。气割产生的钢渣、氧化铁、熔瘤等用打磨机磨平。
(5) 下料方法比较：
以前工具
现在工具
板条
半自动火焰切割机
九头自动火焰切割机
隔板
手工火焰割刀/剪板机
数控火焰切割机
板条：以前用半自动火焰切割机，速度慢且因单边受热板条容易变形，需要进行矫正；现在用九头自动火焰切割机，速度快且受热板平均板条不容易变形，不需要进行矫正。
节点板：以前用手工火焰割刀或剪板机，效率低劳动强度大工作环境差，材料损耗大：现在用数控火焰切割机通过编程，自动套料，不仅提高工作效率而且提高材料的利用率。
型钢： 以前用手工火焰切割机，要靠工人切割的技术来保证，切割面需用磨光机进行打磨，既工作效率低又提高成本。用带锯以后，不仅提高工作效率，且切割面光滑，不需打磨。
2.3 箱形梁组装
（1）隔板下料尺寸复核
隔板尺寸精确度是保证箱形梁组装质量的关键。隔板的垂直度直接影响组装的箱形梁的旁弯、扭曲度。所以在组装前需对隔板的垂直度等制作公差预以复核，使达到设计要求。
（2）箱形梁组装
①在上翼板上弹出腹板与其接合线的腊线。并弹出隔板与翼板的接合线。
②将隔板与翼板装组装好。
③再将腹板与翼板组装好。
④检查隔板的装配质量。
⑤焊接隔板与腹板及翼板的连接焊缝。
⑥覆盖下翼板，组装成形。
2.4 箱形梁组装主角焊缝焊接
①两条主角焊缝同时焊接，焊枪倾向翼板侧，即与翼板成30度左右。焊接第第一遍。
②焊枪倾向腹侧，即与腹板成30度左右。焊接第第二遍。
2.5 箱形梁制孔
提高钢结构的质量关键是提高构件的穿孔率，提高穿孔率的关键是提高打孔精度，提高打孔精度就要用数控加工代替落后的钻模钻孔。节点板钻孔加工以前利用普通钻床和钻模配合完成；现在节点板钻孔利用数控平面钻床完成。
数控钻床制孔的主要优点及保证加工精度措施：
1、
不需制作大量的钻模板，节约材料和减少工作量，缩短前期准备时间。
2、
没有划线工序，没有置放夹紧钻模板工作，直接在电脑里编程。避免了划线误差及装夹误差。
3、
液压自动装夹，打四面孔群时不需构件翻身。用钻模打孔打一面翻一次身，放一次钻模，重新找基准装夹。
4、
只有一个基准，没有重新找基准带来的误差。
5、
打孔精度高，打孔速度快。用钻模打孔在摇臂钻床操作，不能保证打孔精度，且效率底下。
2.6 箱形梁组装连接板
装配前首先检查各部件的记号，尺寸，材质得以确认后，再检查部件的切断面和加工面是否有不良的地方，检查完毕后，按照装配顺序，整理好部件。装配前应认真熟悉图纸，了解各零部件间的位置关系、连接型式、用途及定位基准等相关数据，并应校核装配尺寸是否有误。装配工作一律在经检查合格的拼装平台上进行，并必须准备好必要的工装夹具，以确保装配质量。使用工装夹具以防止焊接时的变形，注意留出焊接所产生的收缩量，使得拼装焊接后的产品形状和尺寸达到制作图的要求。组装前应对连接处及两侧各50mm范围内的铁锈油污、溶渣、毛刺等清除干净。对于H型钢的组对，视板厚情况，组对前应先将盖板进行机械或火焰方法的予变形处理。H型钢组对采用自动流水线作业进行。
2.7 箱形梁焊接
1．焊接的一般事项
参与本工程的所有焊工须持证上岗。焊接技术员必须具备相应的资格证书，并且能够对工程的焊接工作全面地计划、管理和进行技术指导。
施焊前首先清除干净焊缝区两侧各50mm范围内的油污、铁锈等，直至露出金属光泽。拼装焊缝及主贴角焊缝须设置与母材同材质、同厚度、同坡口形式的引、熄弧板。不得在非焊缝区的母材上引弧起焊，由引弧产生的裂纹或表面缺陷要修磨清除缺陷，并进行MT。焊接完毕，焊工应除去引弧板，并及时清除焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅。
2．焊接作业
选择合适的焊接顺序使得构件的变形和残留应力等被控制在最小的状态。焊接时，尽量采用水平姿势焊，以避免仰焊。埋弧自动焊时采用平位置或船形位置。焊接H型钢，主焊缝采用埋弧自动焊。节点板角焊缝采用CO2气体保护焊或手工电弧焊。
2.3 箱形梁最终检验
1．检验设备及其校准
所有的检测设备及工具均应校准合格，并做出标准保证完好。各种检测设备及量具均应按相关标准检测、核准并在有效期内。
2．工序检查
对划线工使用的钢材是否与发料单和配料单相符；检查材料移植标记是否正确。对加工部分的划线、精切、刨边、板材对接焊、坡口尺寸、制孔等工序的质量进行专检，经专检的检查人员确认合格签字后方可进行下道工序生产。检查装配尺寸是否符合施工图纸要求和施工工艺规程，不符合的不得施工和进入下道工序。检查焊工上岗合格证；检查高强度螺栓摩擦面处理是否符合设计要求。
3．产品检查
对所有成品构件的几何尺寸，包括构件的长、宽、高、垂直度、中心偏差、倾斜度和筋板、托架的位置以及表面的质量等等，是否符合图纸和技术标准的要求；焊缝尺寸、油漆质量是否符合设计要求；构件标号、发货标记等是否齐全、正确、清晰。
五 试验中的两点突破
1、
利用较粗焊丝（φ4）使用斜角焊工艺。
角接焊缝通常采用船形焊，主要是由于船形焊时焊丝为垂直状态，熔池处于水平位置，容易保证焊缝质量。但当焊缝间隙大于1.5mm后，则容易焊穿或流溢熔池金属的现象，帮对间隙的要求较高。而斜角焊由于焊件太大不易翻转或别的原因，焊件不能在船形位置进行焊接时，才采用焊丝倾斜的斜角焊接。其优点是对间隙的敏感性小，其缺点是单道焊焊脚最大不能超过8mm，只能使用多道焊。另外，焊缝隙的成形与焊件的相对位置关系很大。当焊丝位置不当时，易产生咬肉或使腹板未焊合。为保证焊缝的良好成形，焊丝与腹板的夹角应保持在15°~45°范围内（一般为20°~30°）；电弧电压不宜太高，这样可使熔渣减少，防止熔渣流溢。使用权用细丝可以减小熔池的体积，以防止熔池金属的流溢，并能保持电弧燃烧的稳定。所以斜角焊工艺国内通常采用细丝工艺。
但是由于公司细焊丝用得不多，所以我们需通过试验确定粗焊丝（φ4）的斜角焊工艺参数。获得了较好的焊接成形。
埋弧焊一般是大功率焊接的，当电弧长度发生变化时焊接电流的变化很大。例子如弧长增大，焊接电流就减小，焊件上加热斑点就扩大，使能量密度降低；反之，弧长减小，焊接电流就增大，使焊件加热斑点上的能量密度提高。因此，焊接过程中控制制弧长，是稳定焊接规范，保证焊缝质量的关键。
目前在埋弧焊生产中，弧长控制方法是用等送丝调节系统的电弧自身调节作用和。电弧的自身调节作用是指在焊接过程中，焊丝等速送进，利用焊接电源固有的电特性来调节器焊丝熔化速度，以控制电弧长度保持不变，从而达到焊接过程的稳定。
我们选用的埋弧焊电源为美国原装林肯MZ8-2*1000埋弧焊机。
为电弧电压反馈自动调节式。当电弧电压升高时，输入到晶闸管触发器的控制讯号增大，晶闸管的导通角加大，焊丝送丝速度提高，使用权电弧电压又恢复到原来的数值，从而起到自动稳定电流电压的作用。电弧稳定，焊接成形美观，达到满意的焊接效果。
2、
分两层各有侧重分别偏向腹板和翼板焊接成形。
如果一层以45°斜面角焊成形，一是焊脚尺寸不够，二是焊缝
向腹板一侧倾斜，造成翼板侧咬边严重。为此我们分两道焊，第一层以70°倾向腹板侧，第二层以15°倾向翼板侧。从而得到了满意的焊缝，焊脚尺寸达到要求，成形良好。
焊枪倾角示意图如下：
六 主要经济技术指标
采用新工艺后，制作每根箱形梁可节约成本分析如下表
节省人工
节约矫正用氧乙炔成本
节省矫正用起重机械台班
每根梁省去人工6工日。
节省氧气4瓶，乙炔2瓶。
节省10吨行车1.5台班
焊接时间缩短一半，不用矫正时间
不用矫正
无需矫正起重机械台班。
折算成人民币计算如下：
每根节省: 人工
50元/工*6工=300元。
氧乙炔
4瓶*10元/瓶+2瓶*80元/瓶=220元
起吊台班 1.5(天)*800元/(台班)*0.25(使子
用系数)=300元
每根共节省小计: 300+220+300=820元.
