第3章-备料工艺与设备

第3章备料工艺与设备焊接生产§3.1材料的复验与储存§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存§3.1.1

材料的入厂复验一、原材料的复验(1)焊接结构生产常用原材料(2)外观检验一般包括板材、型材、管材等规格形式；按化学成分：碳素钢、优质碳素钢、合金钢、低合金高强钢；按用途：结构钢、工具钢、特殊钢；按冶炼方法：平炉钢、转炉钢和电炉钢。出厂质量检验证明书（合格证）；外部质量检验，检查在运输中产生的外部缺陷，对存有严重外部缺陷的材料应标记、取出，严禁转入生产；抽样复核，防止材料型号错乱；无出厂证明材料必须化学成分分析、力学性能试验和焊接性试验后方可投产使用。§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存(3)性能检验(4)入库钢板不得有机械分层和严重的金相组织分层；钢板表面不得有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂、压入的氧化皮等缺陷；根据供货状态对化学成分、力学性能（一般为1个拉伸试验、1个弯曲试验、3个V形缺口试验）进行复检；如有探伤要求，进行超声波探伤检查。同一批材料，做标记（打钢印）入库。§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存二、焊接材料的复验1.焊条的检验

（1）焊条的检验技术焊条检验主要分为外观质量检验、工艺性能检验、理化性能的检验或其它特殊性能检验。1）焊条外观质量的检验焊条的外观质量检验主要包括：焊条偏心度、焊条直径、焊条长度、药皮强度、耐潮性、裂纹、起跑。竹节、损伤、破头、包头、磨尾长度和印字等。①焊条偏心度指焊条截面药皮中心与焊芯中心的偏移。主要采用铁磁性偏心测定仪或无磁性偏心测定仪检测。§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存②焊条尺寸的检验焊条尺寸一般包括：焊条直径、焊条长度、夹持端长。焊条直径≤4.0mm时，焊条夹持端长度为10~30mm；焊条直径≥5.0mm时，焊条夹持端长度为15~35mm。③焊条药皮裂纹纵向裂纹或龟裂纹总长度大于20mm；横向裂纹长度超过焊条半圆周，判为不合格。§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存2）焊条的焊接工艺性能的检验3）焊条熔敷金属化学成分试验4）焊条熔敷金属力学性能试验①拉伸试验②V形缺口冲击试验③硬度试验焊条的工艺性能是指焊条在整个焊接过程中所表现的各种特性，如电弧稳定性、再引弧性、熔渣的流动性、覆盖性、脱渣性、飞溅大小、焊缝成形、全位置焊接的适用性、焊接烟尘大小等。各种焊条所采用的化学成分分析方法不完全相同，通常在平焊位置进行堆焊试样，采用切削加工的方法。应测定抗拉强度、屈服点。断后伸长率、断面收缩率。数量1件。按国标取样，5件，冲击吸收功。按国标制样，布氏、洛氏或维氏硬度测定，5~10点。§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存2.

焊丝的检验

（1）气体保护焊用焊丝的检验1）焊丝的化学成分检验2）焊丝尺寸检验3）焊丝表面质量4）熔敷金属力学性能试板的射线探伤检测5）熔敷金属力学性能试验探伤应符合GB/T3323中2级规定。与焊条熔敷金属拉伸试验、V型冲击试验、硬度试样相同。表面必须光滑平整、不应有毛刺、划痕、锈蚀和氧化皮等。表面镀铜层均匀牢固。包括焊丝直径、挺度、松弛直径等。焊丝直径0.8~1.6mm时，允许偏差为+0.01~-0.04mm；直径0.8~1.2mm时，焊丝抗拉强度应≥930MPa。当焊丝盘外径≥200mm时，松弛直径应≥250mm。从焊丝上截取≤1mm长的焊丝段，检测化学成分。§3.备料工艺与设备§3.1材料的复验与储存

（2）药芯焊丝的检验

（3）埋弧焊用焊丝的检验一般需进行熔敷金属化学成分试验、拉伸试验、V形缺口冲击试验、力学性能试板的射线探伤检测、角焊缝试验。根据GB/T14957和17854规定，检测外圆尺寸、化学成分、表面质量等。3.

焊剂的检验根据GB/T5293、GB12470和GB/T17854规定，检测熔敷金属的拉伸性能、熔敷金属V形缺口冲击吸收功、渣系主要成分、焊接试件射线探伤、焊剂颗粒度、焊剂抗潮性、焊剂机械夹杂物、焊剂的焊接工艺性能、焊剂的硫磷含量等。碳钢和低合金钢埋弧焊用焊剂渣系中的硫含量应≤0.060%，磷含量应≤0.080%；颗粒度：分为普通颗粒度和细颗粒度普通颗粒度为0.45mm（40目）~2.50mm（8目）；小于0.45mm的质量百分比含量不得大于5%，颗粒度大于2.50mm的不得大于2%。细颗粒度为0.28mm（60目）~2.00mm（10目）；小于0.28mm的质量百分比含量不得大于5%，颗粒度大于2.00mm的不得大于2%。§3.2材料的预处理1.

机械除锈法§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理

（1）喷丸处理钢材的表面预处理是钢材进入划线、号料或下料工序之前的一道工序，以减少钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等对产品制造质量的影响。机械除锈法主要使用喷丸机、喷砂机、滚筒机、刷辊机等设备，通过中间介质的冲击或研磨，将铁锈和油污剥落或磨掉，也可采用角向磨光机、风动钢丝刷、砂纸、砂布等器材进行小面积手工除锈操作。大型焊接生产企业一般选择机械喷丸、喷砂处理。1）原理喷丸处理（抛丸处理）是利用净化的压缩空气气流，带动金属钢丸以较高的速度从喷嘴中喷出，在短距离内强力撞击金属材料表面，去除金属表面的锈蚀、油污等杂物，得到洁净的金属表面状态。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理2）设备电磁吊上料→辊道输送→预热（40~50℃）→喷丸除锈→清理丸料→自动喷漆→烘干（60~70℃）→轨道输送出料。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理3）应用①去除铸件、锻件或机械零件热处理后，零件表面的型砂及氧化皮；②去除焊件表面的锈蚀、焊渣、积碳、旧油漆层和其它干燥了的油污；③去除切削加工零件表面的毛刺和方向性磨痕；④降低零件表面的粗糙度，以提高零件表面油漆和其它涂层的附着力；⑤使零件表面呈漫反射的消光状态，提高零件表面外观效果；⑥利用零件表层产生的压应力，提高零件的疲劳强度和抗应力腐蚀性能等。4）钢丸种类

钢丸的种类包括铸铁丸、铸钢丸、玻璃丸、陶瓷丸等。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理①铸铁丸的材料脆性大，易破碎，其硬度为HRC58~65。使用寿命较短，主要用于高强度材料的喷丸处理。②铸钢丸具有较好的强度和冲击韧性，其硬度一般为HRC40~50，当金属硬度较高时，可采用铸钢丸硬度为HRC57~62。铸钢丸的使用比较广泛，使用寿命为铸铁丸的数倍。③玻璃丸和陶瓷丸的硬度较低，主要用于不锈钢、钛、铝、镁及其它不允许铁元素污染的金属材料。也用于铸钢丸喷丸处理后的二次喷丸处理，降低铁元素污染和零件表面粗糙度。5）喷丸处理工艺参数的选择焊接生产实际要求喷丸处理必须对零件表面有足够的覆盖率，即要使未被喷丸处理的表面尽量少。因检查表面覆盖率较难，一般采用喷丸强度（代表所要求的压应力值）进行表示，利用弧高计进行测量。弧高计测量方法：将厚0.8mm、1.3mm或2.4mm的冷轧板标准试样固定在专用夹具上，对其一面进行喷丸处理，然后用弧高计测量弯曲了的钢条试样的弧高，所得值为喷丸强度。喷丸强度决定着喷丸质量，而喷丸强度又受其他喷丸处理工艺参数的影响。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理①钢丸直径尺寸越大，冲击能量越大，则喷丸强度也越大，但大直径钢丸的覆盖率降低，所以，在保证所需喷丸强度的前提下，应尽量减小钢丸尺寸。钢丸尺寸的选择也受零件的形状制约，一般钢丸的直径不应超过零件沟槽或内圆半径的一半，钢丸粒度一般选用60~50目之间。②当钢丸的硬度大于零件的硬度时，钢丸硬度的变化不会影响喷丸强度；当钢丸的硬度小于零件的硬度时，钢丸硬度值的降低，将使喷丸强度降低。③钢丸的喷射速率越高，其撞击强度越大，但速度过高时，钢丸破碎量会增多，一般要求钢丸的完整率不低于85%。所以常采用控制压缩空气压力的办法控制钢丸的喷射速率。④钢丸喷射角度一般选用垂直射入状态，喷丸处理效果好，氮如果受零件形状限制，必须以小角度喷丸处理时，应适当加大钢丸的尺寸与喷射速度。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理

（2）机械喷砂清理机械喷砂清理是利用净化的压缩空气，将砂流剧烈地喷向金属材料表面，利用磨料的强力撞击作用，去除金属材料表面的油污。其清理效果不如喷丸处理，但生产成本较低。分为干喷砂法和湿喷砂法。1）干喷砂法干喷砂法分为机械喷砂与空气压力喷砂两种类型，分别采用手工、半自动或连续自动等作业方式。喷砂机有自流式、离心式、吸入式和压力式等类型。实际生产中常用吸入式和压力式喷砂机。吸入式喷砂机设备简单、但效率低，适用于小型零件；压力式喷砂机主要用于大、中型零件的批量生产，适用性广，效率高。干喷砂法采用砂料是氧化铝砂（天然和人造两种）、石英砂（二氧化硅）、碳化硅（人造金刚砂）等。氧化铝砂不易氧化，劳动条件好，砂料可以循环适用；碳化硅砂也不易氧化，劳动条件好，但价格昂贵，很少适用；石英砂易氧化，但不污染零件的表面质量，实际应用较多。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理2）湿喷砂法湿喷砂法是在砂料中加入一定量的水，使之成为砂水混合物，以减少砂料对金属表面的冲击作用，从而减少金属材料的磨损量，使金属表面更光洁。湿喷砂法通常有雾化喷砂、水-气喷砂和水喷砂三种类型，常用水-气喷砂法。湿喷砂法所用的砂料与干喷砂法相同。湿喷砂法的水砂比值，一般控制在7:3为宜。320~400目的水砂粒中，应加入10%的膨润土作为悬浮剂，防止沙粒沉入储存箱底。钢材采用湿喷砂法时，水中可加入0.5%碳酸钠和0.5%的重铬酸钠作为缓蚀剂。双层焊件因腐蚀问题，不宜采用湿喷砂法。薄截面焊件因湿喷砂法工作压力比干喷砂法大，水的冲击易使其产生变形，不宜采用湿喷砂法。§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理

（3）机械修磨法3）喷砂后金属材料的表面处理经过喷砂的金属材料应尽量减少触摸，并及时进行表面处理，如处理不完，金属材料可浸入50g/L的碳酸钠溶液中储存防锈。采用湿喷砂法的钢材，应浸入含苯甲酸钠8.66g/L、亚硝酸钠4.33g/L，温度高于70℃的热防锈溶液中处理。奥氏体不锈钢和耐热钢材料喷砂后，应在含有250~300g/L的HNO3溶液中钝化2h，然后用冷水清洗，热压缩空气吹干。机械修磨法是利用风动砂轮机或电动角向磨光机磨削金属表面。采用风动砂轮机时，应将压缩空气工作压力控制在0.45~0.55MPa范围内，以免压力过高，影响砂轮使用寿命。使用电动角向磨光机，应平稳移动磨削，不宜用于铜材和铝材等金属材料。2.

化学除锈法§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理化学除锈法是利用酸性或碱性除锈液在室温条件下对钢材上的锈蚀层、油污和氧化皮产生溶解、渗透、剥离作用，使钢材表面的杂质很快溶解和脱落，钢材表面净化后，再浸敷钝化液，它能在室温条件下自动调整pH值，使钢材表面处于钝化状态形成钝化膜。效率高，质量均匀稳定，可以保持钢材一个月不再生锈，并产生新的化学活性中心，增强与涂层的附着力。常用10%~15%的盐酸或2%~4%的硫酸等酸洗液去除氧化皮，将钢材放入酸洗槽中，铁元素与酸发生化学反应时产生氢离子，在氢离子形成氢分子的过程中，产生的自由电子对氧化皮起到机械剥离作用，但酸洗时间不宜过长。钢材酸洗后，立即放入1%~2%的石灰液体中，中和钢材表面残留的酸液。钢材从石灰液槽中取出后进行烘干，表面会被覆盖一层石灰粉，可防止钢材再次发生氧化反应。化学除锈法对焊件表面质量影响较少，常用于批量生产的薄板冲压件、不锈钢和有色金属等材料，但废液处理不当，会产生严重的环境污染，生产成本较高。3.

电解除锈法§3.备料工艺与设备§3.2材料的预处理电解除锈法是借助直流电源产生的电流通过电解池溶液，将电能转变为化学能，在特定条件下的金属材料表面发生氧化还原反应，而将金属材料表面的铁锈、油污溶解的过程。电解抛光过程中，抛光工具不断向金属材料缓慢送进，使两个电极之间保持0.1~1mm的间隙，当具有一定压力的电解液以5~50m/s的高速从间隙流过时，电流从金属材料阳极经电解液流向阴极，阳极金属材料的表面锈蚀逐渐被清除，并被电解液冲走。电解抛光液通常含有磷酸、硫酸、铬酸、高氯酸及水等，可有一种或几种成分配制而成。§3.3材料的矫正1.

矫正的目的及原理§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正（1）目的材料在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当、或装卸条件不良及其它原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。当变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其它加工带来困难，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以，划线、下料前应予以矫正。钢材在加工过程中，由于受力不均匀等工艺原因和其它原因，而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保质量，需矫正，称为半成品工序间矫正。在装配-焊接后，工件因焊接等原因产生某些变形，也需矫正，称为成品矫正。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正（2）原理

矫正（矫形）就是使钢板或工件在外力的作用下产生于原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程。钢材或工件的弯曲以及其它任何变形，都是由于其中一部分纤维被拉长而另一部分纤维被压缩的缘故。所以，矫正的实质是将被拉长的纤维缩短或将被缩短的纤维拉长，以恢复原状或使其它部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形，从而达到矫正的目的。

在实际矫正中，因压缩纤维比拉长纤维更困难，故多采用拉长纤维的方法。

对工件或制品来说，是否需要矫正机矫正的次数多少，将依据钢材及工件的变形程度和工艺要求而定。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正2.

矫正的方法与设备§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正（1）手工矫正矫正可分为冷矫和热矫两种。通常采用冷矫，热矫仅在材料塑性较差、变形严重或设备能力不足等不能采用冷矫的情况下采用。热矫又分为整体矫正和局部矫正两种。整体矫正需在炉内加热；局部矫正多采用火焰和电进行加热。对于不锈钢类钢材，一般不宜采用热矫，倘要必须热矫，则需要采取相应的热处理措施。按操作方法，矫正分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种。手工矫正常用的工具有大锤、手锤、平锤、由于型材的各种型锤和木锤等。一般多用于厚度小（3mm以下）、数量少的小块板矫正。手工矫正是一种原始的矫形方法，生产效率低，劳动强度大，工件表面易留下锤痕等缺陷，噪声大且不安全。随着生产技术的发展，手工矫正逐渐被机械矫正所取代。但手工矫正比较方便，适应性强，在无法进行机械矫正的场合，手工矫正却有其独特的优越性。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正钢板中间凸起超过其变形允许偏差值时，操作顺序。在凸起部位的四周，用大锤或手锤有次序地敲击捶打，并对称地向凸起中心靠拢，同时减小锤击力，直到矫平。钢板太薄或较厚时，不能采用此法，且在同一部位的锤击次数不能太多，以免材料硬化二损伤材料的力学性能。将钢板置于平面上，用锤子锤击工件缩短的区域，使之伸长，从而达到矫正的目的。“马刀形”变形§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正（2）机械矫正按加力方式和对工件的作用，可分为弯曲矫正法、张力（拉伸）矫正法和辗轧矫正法等。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正1）钢板的矫正多辊矫平机是金属板材、带材矫平的通用矫平设备。一般矫平辊数目越多，矫平质量越好。通常5~11辊用于矫平中、厚板；11~21辊用于矫平薄板。使板料通过矫平机的上下两列辊子之间，在辊子压力作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀地伸长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。矫平的次数与矫平机上下两列辊子间调整的净空距离有关。一般是略小于被矫钢板的厚度。为了提高矫平效果，可使辊间距离前后不等，前边辊间距离较小，使钢板产生较大的变形，以使弯曲均匀；后面的辊间距离较大，使钢板的变形逐渐减小和平直。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正矫平机的辊子直径、辊间距离和辊子数目是影响矫平效果的主要因素。辊间距相当于两支点间距，辊间距越大，辊子使钢板弯曲变形所需的压力越小，但在相同的压量时矫平效果差。辊间距越小，钢板弯曲变形所需压力加大，矫平效果好，但此时钢板与辊子间的接触应力加大，加速辊子的磨损并损伤被矫钢板。最小辊间距取决于辊子与钢板间允许的最大接触应力。辊间距t按接触应力计算确定后，辊子直径按D=（0.9~0.95）t选择，并根据被矫钢板强度、最大厚度可宽度校核。辊子数目越多，矫平精度越高，但设备越复杂。钢板的矫平条件与被矫材料内的应力度系数α有关。辊数越多，矫平曲率半径越小，α越大，矫平质量越高；板厚越薄、材料屈服点越高、α越小，越难矫平。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正2）特殊变形钢板的矫正一般，钢板的矫正只需将矫平机的上下工作辊间距调节适当，将被矫钢板引入于两排辊之间并放正位置。开动矫平机经过一次，或几次辊压即可矫平。在板材有特殊变形或尺寸过小、厚度过大等情况时，需采取一定的措施才能矫平。钢板较厚时，矫平机能力不足，可用三辊卷机代为矫平。利用三点受力使钢板弯曲而达到矫平。只是变形较大，需往复辊压多次，甚至要翻转钢板几次。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正3）型材的矫正型材的矫正一般在常温下冷矫，只有极少数的特殊情况下采用手工矫正或加热矫正。在进行冷矫时应考虑被矫钢材的变形情况，在一定的变形范围内才可进行冷矫。一般低碳钢型材有可冷矫的最小曲率半径及最大挠度，超过范围应采取适当的措施，防止型材截面畸变和弯曲。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正常见的型材机械矫正的方法有两种：采用弯曲矫直机矫正，采用辊式专用型材矫直机矫正。弯曲矫直机结构简单，作用力大，一般多用于较大型截面型材的矫正。弯曲矫直机有单向和双向两种，以单向为多。单向矫直机有有一个冲压头和两个支撑。冲压头也叫推撑，与滑块相连，滑块在机械动力或液压传动的作用下，在一定的滑槽内作往复运动，推动冲压头前进向工件施加一定压力而产生弯曲作用。两个支撑间距离可以根据需要进行调节，支撑与冲压头之间的距离有的也可调节，以适应不同工件截面尺寸。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正辊式专用型材矫直机结构复杂，矫正能力有一定限制，但矫正精度比较高，多用于较小截面的型材，主要是对角钢、管材、棒料的矫直。

工作原理与钢板矫平机相同。只是上下两列辊子的形状不是长的圆筒形表面，而应与所矫型材的界面相吻合。辊轮根据型材截面可进行更换。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正矫正机械设备的选择应根据加工零件的加工技术要求和规格尺寸范围。加工能力不足，无法满足加工要求，选择的过渡，造成设备的浪费。大批量生产时，选用专业化程度较高的专业设备；生产的产品不确定或种类较多，被加工工件种类杂而数量少，且规格尺寸分散性较大，应选用万能型的通用设备。由检测、控制、压头及取送料机械手四部分组成。可自动检测弯曲程度并转换成可以计数的脉冲信号，以此向压下机构发送指令。压下机构按指令完成矫直工作，还可根据检测数据来计算矫直所需压弯曲率及递减情况。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正（3）火焰矫正1）火焰矫正原理火焰矫正是用气体火焰局部加热金属，利用金属材料热胀冷缩的特性，使金属产生局部变形而达到矫正目的的一种方法。因制造时的应力（焊接变形、受热不均、强力组装、吊运时的碰撞等）而产生新的变形，而这种变形往往无法用机械矫正，有时又不能用手工矫正，一般采用火焰矫正。金属具有热胀冷缩的特性。在对钢板翘曲部位进行局部加热时，就会产生膨胀，当金属被加热处受到来四周的压缩力超过其屈服点时，变形部位就会受到挤压；同时加热部位在冷却时会产生巨大的收缩力而产生缩短，使钢板在热应力作用下恢复原来形状。为加强矫形效果，有时用冷水喷洒加热区的四周及在冷却时喷洒加热区，以增强其挤压和收缩作用。这种水激法只适用于塑性较好而无淬硬倾向的低碳钢等材料。§3.备料工艺与设备§3.3材料的矫正2）火焰矫正方法一般使用气焊或气割的大号焊炬或割炬或特制火焰矫形枪，采用中性氧乙炔焰或其它气体火焰作为加热源。加热温度的高低取决于工件厚度、材质、结构形式和变形量的大小，一般应控制在钢材回火温度以下。加热的部位及形状也依工件的结构形式和变形情况而定。其基本原则是在平面突起部位及弯曲凸出的一侧，即纤维被拉长处进行加热。加热区的大小和数量依完全得到矫正为据。三种火焰矫正方法。§3.4放样、划线与号料§3.4.1

放样§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料1.

放样的目的在生产中，对结构复杂和特殊形状的产品、部件、零件，划线前应先行放样，即按设计图样在放样平台上，将其局部或全部按1:1的比例画出结构部件或零件的图形和平面展开尺寸。（1）通过放样，显示图样上各图形相互关系，零件、部件间的相互配合，修正设计时可能出现的尺寸上的矛盾、结构上的不合理等差错。（2）通过放样确定零件的真实形状和实际尺寸。放样时应考虑焊接结构制造的特点，如焊接的收缩变形、各种加工余量等，以便确定零件划线时毛坯的实际尺寸。（3）通过放样制作样板。成批或大量生产，或虽小批量生产却有相同外形零件时，为减少划线工作量，使零件外形准确，有互换性，利用样板进行划线排料，将边角废料降低到最低程度。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2.

展开放样1）可展表面是运用某种方法把设计曲面摊平到一个平面上，形成展开图的放样过程。（1）可展与不可展表面的基本知识可展表面是指焊件表面相邻的两条素线处于平行或相交的状态（即能构成一个平面）。可展表面能够全部平整地摊开在一个平面上而不发生撕裂或皱折。典型的可展表面有平面、柱面和锥面。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2）不可展表面不可展表面是指焊件表面母线为曲线或相邻的两条素线处于交叉的状态。不可展表面只能进行近似的展开处理。典型的不可展表面有球面、圆环面及螺旋面等。（2）展开放样的方法展开图样的方法有计算法、图解法和计算机辅助法等。1）计算法根据零件的已知几何尺寸，推导计算形成零件展开图样需要的几何尺寸参数。对于可展表面，一般可以直接推导出展开图上边界曲线的方程，但习惯上仍求出曲线上各等分素线端点的位置。对于不可展表面，可计算出近似展开所需的长度、半径等几何参数，可利用它们绘制零件的展开图。计算法具有展开准确、迅速，不受作业场地大小的限制。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料计算法展开的基本步骤：

①绘制出焊件的必要视图，有时可徒手画出；②将焊件的截面分为若干等分，等分数越多。则展开图越准确；③由等分点向相关视图引素线至结合线，如为相贯体大致求出结合线；④绘制放样草图，并标注用于计算的各线代号；⑤把等分点折算成角度，可按计算公式依次作出计算，但要校验；⑥把计算出的结果按照放样图直接展开在钢板上。2）图解法图解法展开是按照投影原理进行，先画出相关视图，在视图中增加一些辅助性线条，然后求出实长、实形和相贯线等，再作出展开图。由于受作图手段、工具、积累误差等因素的影响，相对精度较低，但对于一般焊件的精度要求，可以满足。同时受场地、位置的制约，大型焊件的展开作业比较困难，往往先分块展开，然后再拼接合成。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料②研究开发计算机辅助展开放样系统。通用性强、功能全面、使用方便，具有参数化和可视化特点。用户输入原始条件后，系统可输出展开图的数据信息（如板料质量、重心）、图形信息等。这些信息科直接用于制造展开样板，也可作为计算机辅助制造的数据源。利用计算机辅助展开放样系统、计算机编程自动切割系统，把划线、切割等工序一次完成，是高效而经济的先进加工技术，是焊接结构制造中金属材料放样展开的发展方向。计算机辅助展开放样的编程有两个重要步骤：一是建立构件展开的计算公式（数学模型）；二是采用计算机能识别的算法语言编制程序。①把计算法中得到的数学公式作为数学模型，通过编程由计算机进行运算得到数据，按照数据进行展开放样。该方法计算效率高，结果准确。3）计算机辅助法计算机辅助展开放样方法有两种。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料（3）展开实例1）球面的分瓣展开使用“平行线法”，展开步骤：①将俯视图作12等分，并与圆顶的O相连，即为12瓣的结合线；②在主视图中从圆顶边1`起6等分，得点1`、2`、3`、4`、3`、2`、1`，作水平线交于圆周，然后投影到俯视图中即为4个园；…③在俯视图上取分段中点M，连接OM并延长，取1-1长等于主视图1`-1`的弧长。过各点作垂线，且量取俯视图各个瓣交点1-1（弧长）、2-2（弧长）……1-1（弧长）对应的弧长，然后光滑连接成曲线，即得展开图。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2）球的分带展开§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料3）正圆柱螺旋面的展开三角形展开法：①将俯视图12等分，得到12各四边形，再讲四边形分为2三角形，则俯视图由24各三角形组成；②求出a、b、c的实长，然后用三角形作出展开图。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料图解法：§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料4）两节等径90°弯头的展开（计算法）计算公式：§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料5）圆管偏心平交正圆锥的展开（图解法）§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料6）两节等径弯头的展开（计算机辅助法）§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.4.2

划线§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料1.

样板划线法划线是根据设计图样及工艺上的要求（如留取加工余量、焊缝收缩量等），按1:1的比例，将待加工工件形状、尺寸及各种加工符号划在钢板或经初加工的坯料上的加工工序。划线按使用工具可分为手工划线和机械自动划线；手工划线又分为直接划线和样板划线。对于单件生产、零件形状简单，可直接划线，但生产效率低，且难以保证划线工件的精度和质量，在实际生产中很少应用。为了提高生产效率，减少不必要的重复性劳动；保证零件尺寸和形状的准确性；当进行大批量生产时，便于套材号料，合理利用材料；便于对工件尺寸形状进行检查控制，保证零件的准确性和相互间的一致性。（1）制作样板的方法样板制作方法有两种。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2）过样法（2）样板的种类1）号料样板2）加工样板1）直接放样法根据施工图样直接在样板材料上划出零件实形，并标注产品合同号、图号、材质规格尺寸等参数的作图方法。先将工件实形按1:1的比例在划线平台上，并作实形线条的延长线；再将大于工件的样板材料覆盖在已放样的实形图上，用划针或粉线将各条延长线过到样板材料上，然后按轮廓线剪出样板的方法。根据用途的不同，可分为：用于在钢板或型材上实地划线的样板。在变形加工中用来检查工件弯曲形状和角度是否达到要求的样板。主要用于弯曲成形工序，也称为卡样板。有内卡样板和外卡样板之分。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料3）检查样板专门用来检查工件质量的样板，又称检具。加工样板有时也可用作检查样板。（3）样板的材料国内多用油毡纸和普通薄铁板（0.4~1.0mm）作为样板材料。为了保持样板平面刚性和形状准确，有时需要钉上木板架。用于重要工件及作长期保存和反复使用的样板，有时也用镀锌薄钢板制作。在工件数量较少，短期使用，质量要求不高的情况下，也可采用黄纸板来制作。要求所制作的样板或样杆表面平整光洁，易于划线和标记，厚度一般不大于2mm；有一定强度而又易裁剪，且弹性尽量低；不受环境温度和湿度的影响，尺寸不易发生变化；轻便易携带，经济实用。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2.

机械自动划线法（1）光学（电子）照相法先严格地按照零件图绘制成1:10或1:100的零件平面图，然后用照相的方法将平面图拍摄成底片，再在暗室中用光学放大设备讲点放大到与实物成1:1的试样，并投射到待加工的钢板上，工人按照投放在钢板上的零件实样进行划线。（2）数字程序控制自动划线法计算机数控划线与数字程序控制切割机联合使用，其基本原理是按施工图及工艺要求，编制出计算机程序，由计算机控制切割机割嘴运动，直接割出工件所需的形状。在切割的同时完成划线、号料工作。（3）电印（静电印刷）划线法是在光学照相法基础上发展起来的。利用氧化锌的光导电性能的一种静电照相法，是静电摄影原理所展示的静电印刷装置。将投影底片的线条和标记直接印刷到涂有感光剂的钢板上，整个划线过程完全在自动状态下进行。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料3.划线时的板厚处理§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料（1）板料的板厚处理当板厚≤1.5mm时，可以忽略板厚的影响。各种展开原理与方法均是面向零厚度的理想曲面的。实际上都存在板厚，当板厚较大时应考虑板厚对展开长度和两板面接口处形状的影响。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料（2）两构件接口处的板厚处理构件有两个以上的形体相交的结合处即为接口。分不开坡口和开坡口两种。1）两圆管形成90°接口（不开坡口）若不进行处理，接缝的中部缺肉，弯头夹角将小于90°。当内侧圆按外表皮展开，外侧圆按内表皮展开时，可的满意效果。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2）两圆管形成90°接口（开坡口）3）两圆管形构件相交形成接口4.划线放样时的余量开对称无钝边X形坡口时，完全是板中心层部分接触，展开时按中心层的尺寸展开。垂直相交时，支管以里皮尺寸展开，主管孔以外皮尺寸展开。斜角时，按1）和2）两项展开原则处理。放样展开的形状和尺寸是零件的设计尺寸（是加工制成后的尺寸）；样板的形状和尺寸是零件加工前的坯料尺寸，它是由零件的设计尺寸、工艺余量和加工余量组成。（1）工艺余量零件在加工过程中，由于工艺条件和工艺因素的影响而造成的尺寸变化和偏差，主要是焊缝收缩量和成形后的修边余量。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料焊缝收缩余量的大小与焊缝的数量、尺寸、形式及工件的厚度、尺寸形状、材料性质、焊接方法、焊接参数等因素有关。1）焊缝收缩量§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2）修边余量修边余量指的是在变形加工时，由于影响变形的因素很多，难以掌握工件的准确形状而预先加放的余量。

该余量待工件成形后，再按正确的尺寸进行二次划线，予以去除。余量的大小取决于设备的加工能力、工艺条件和生产技术水平，一般在20~50mm之间选取。（2）加工余量主要包括边缘加工余量和切割余量。1）边缘加工余量切割后需边缘机械加工（如刨边、端铣）时留取的余量。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2）切割余量切割余量（切割时切口的宽度）的大小取决于板厚和切割方法。§3.4.3

号料§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料1.

号料的准备及注意事项号料是用放样所取得的样板或样杆，在原材料或经粗加工的坯料上划下料线、加工线、检查线及各种位置线的工艺过程。（1）首先要熟悉和弄清施工图样，了解和掌握每一个工件的加工过程和每道工序的加工特点与技术要求，以便能正确掌握工件下料尺寸和画出必要的施工标记。（2）要认真检查、核对所用样板的正确性，弄清每一个零件的材质要求、规格和数量。检查各种使用工具是否安全可靠。（3）对数量、种类较多的零件号料时，应先进行排版布料，应尽可能地采用巧裁套料的方法，提高材料的利用率。可将使用相同牌号材料且厚度相同的零件集中在一起，统筹安排，长短搭配，但同时应考虑下道裁料工序的方便和加工的可能性。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料材料利用率的计算公式：（4）需要拼接的零件，应同时一次号料完成，且应做好拼接标记，划出拼接的基准线，并按照产品或结构单元成套进行下料，以利于装配而缩短生产周期。（5）用划针、石笔及粉线划好线后，为防止被涂抹不清和便于以后的加工，保证尺寸的精度，孔中心及中心线、基准线、加工线的两端都要用冲子打上印迹。此外，还要在坯料上标明各种加工符号，并指出正反面，如正弯、反弯及开坡口面等，以指导切割、成形、组焊等后续工序的进行。§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料2.划线、号料的尺寸公差3.二次号料（1）有变形加工的零件，在变形加工之前不能确定其下料尺寸，如封头的制作。在成形之后，要去掉多余的毛边和加工余量，需要进行二次号料。

在钢材上直接划线或用样板进行号料时的公差要求。二次号料是在加工过程中，工序间对工件或部件的又一次划线。

在下列情况下需要二次号料：（2）有要求钻孔的零件或构件，如连接孔、安装孔、装配孔等，位置及形状要求较严格，需要在变形加工后，装配-焊接之前，有的甚至是在装配-焊接之后，才进行加工制作，为确定其准确的位置和保证其正确的孔形，此时，也需要进行二次划线。

§3.备料工艺与设备§3.4放样、划线与号料（3）尺寸较大的构件，如桥式吊车主梁等长大构件，其长度尺寸要求很严，在不是大批量机械化生产的情况下，往往是采取先下加长的荒料，待装焊之后，再按要求的尺寸长度将多余的部分去掉，也需要进行二次划线。

二次划线号料是在第一次划线的基础之上进行的，就其划线方法来说，两者是一样的，有的也需要预先制作样板，照样板进行划线；有的则是在构件上直接进行划线。二次号料与第一次号料的不同：（1）二次号料是在成形的构件或部件上进行的，因此它受部件形状、尺寸和位置的影响，任意性小，难度较大，要求有更丰富的实践经验和操作技术水平。

（2）二次号料应先依据工件形状和技术要求来确定部件的基准点和基准线，然后再行划线，以保证划线的准确性。

§3.5下料工艺§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.5.1

机械切割1.

锯切准备制作焊接结构的原材料，经划线和号料后即转入下料工序。金属材料的下料可采用机械切割和热切割等完成。金属材料的机械切割包括剪切、冲切、锯切和联合冲剪等方法。锯切是一种以切削的方法将各种型材和一定规格的钢板实施切断的加工方法。锯切的切口平滑、尺寸准确、精度高；但切割速度慢、效率低，只能切割在一定尺寸范围内较小的型材、管材、棒材或板材，所以在焊接结构制造生产中应用较少。锯切分为有齿锯切、无齿锯切、砂轮锯切三种。无齿锯切（线切割），以高速旋转摩擦生热来加热软化金属，同时以强力推进磨削而切断金属材料，属于小型材料精密切割。砂轮锯切，是用厚为2.5~5mm的高强度砂轮片为切削刃具，高速旋转（可达5000r/min），对金属进行快速磨削加工而切断金属，主要用于切断小截面的管材、棒材和小规格型材。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2.

剪切（1）剪切的原理及特点通过剪刃对钢材的剪切部位施加一定的剪切力，使剪刃压入钢材表面，当产生的切应力达到或超过金属的抗剪强度时，便会使金属产生断裂而分离。1）原理§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2）特点剪切具有操作方便，生产效率高，既可剪切板料，也可剪型材；切口平齐，加工质量高。剪切主要用于中、薄板的下料，受剪切机功率的制约，钢板剪切厚度≤40mm。剪切的工件都会发生弯曲、扭曲等变形，剪切后需矫平。切口边缘出现加工硬化区，硬化区域的宽度与板材厚度成正比，一般板厚≤25mm时，硬化区域在1~2.5mm范围内。（2）常用剪切设备及应用范围1）剪板机剪板机用于对板料的直线剪切。按其传动方式有机械传动剪板机（板厚≤10mm）、液压传动剪板机（板厚＞10mm）。①机械传动龙门式剪板机按刀刃装配位置不同分为：平刃剪板机（两刀刃上下平行）和斜刃剪板机（两刀刃成一定角度）。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺平刃剪切时，上、下剪刃的夹角为零，所需剪切力较大，适用于剪切厚度不大的板材，特别适用于薄板类坯料的剪切。斜刃剪切时，一般剪切角Φ为2°~6°。剪刃是逐渐与材料接触来完成剪切的，所需剪切力较小适用于剪切较厚的钢板。由于斜刃剪切材料受力不均，剪下的零件变形较大。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺②数控液压剪板机是传统的机械式剪板机的更新。其机架和刀架采用整体焊接结构，经振动消除应力，确保机架的刚性和加工精度。采用先进的集成式液压控制系统，提高了整体的稳定性与可靠性。采用先进数控系统，剪切角和刀刃间隙能无级调节，工件切口平整，无毛刺，能取得最佳的剪切效果。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2）联合冲剪机该机属于多工位冲剪机。机床一端装有上下剪刃，可进行板料剪切；另一端可进行冲剪加工，如冲孔、落料加工等；中间则可剪断型钢。上剪刃或冲头由同一传动轴通过偏心机构带动，各做上下往复运动，完成冲剪工作。既无自动停剪装置，又无压斜装置，也无大的放料平台，全由人工操作，质量难以保证，主要用于冲孔和剪切中小型材。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺3）圆盘剪切机通过圆盘刀具的不断旋转并对工件施加一定的剪切力是使工件沿剪口断裂分离而实现剪切的。依靠调整两刀刃间隙的大小（一般0.05~0.2mm）决定剪切厚度；依靠两剪轮的角度大小决定剪切材料的形状。按照圆盘的配置方法可分三种。直配置适用于将板料剪裁成条料或将方坯料剪切成圆坯料；斜直配置适用于剪裁圆形坯料或园内孔；斜配置用于剪裁任意曲线轮廓的坯料。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺4）振动剪床可用于剪切4mm以下钢板的直线或曲线工件（包括圆孔）。工作部分为刃口很短（20~30mm）的两把剪刀，下剪刀固定在车身上，上剪刀装在刀座上，刀座靠偏心轴经连杆带动，作每分钟1500~2000次快速振动。上剪刀的行程为4~8mm，两剪刃的间隙（约为0.2~0.3mm）及重叠部分的大小根据板料厚度调整。在剪切材料时，剪切过程是不连续的，生产率很低，且剪切质量差，适合小批量或单件生产。对剪切不同形状和尺寸的零件或毛坯适应性好。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺5）型钢剪断机型钢剪断机工作原理和操作方法基本上与钢板的剪切相同，只是上下剪刃的形状不同。型钢剪断机的剪刃形状应与被剪型钢的断面形状相适应。按照可剪断型钢的种类有单用和多用之分。单用途型钢剪断机如角钢剪断机、圆钢棒料剪断机等，其剪刃形状是不可更换的，适合于大量专业化生产中采用。多用途型钢剪断机有多个不同形状的剪口或具有多种形状的剪刃，可根据欲剪切型钢的类型进行更换。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.5.2

热切割1.

气体火焰切割常见的钢材热切割方法有：气体火焰切割、等离子弧切割、激光切割等。（1）气割原理气割的实质是金属在氧中的燃烧过程。利用可燃气体和氧气混合燃烧的火焰产生的热量预热被切割金属表面，并使其呈活化状态，然后送进高纯度、高速度的切割氧流，使金属在氧气中剧烈燃烧生成金属氧化物熔渣，并放出大量的热量，借助这些燃烧热和高温熔渣的热传导，不断加热切口金属，直至工件底部；同时借助高速氧流把燃烧生成的氧化物熔渣吹除；再由被切割工件与割炬相对移动形成切缝。气割设备简单、使用灵活方便；切割速度快、生产效率高；成本低、适用范围广。可切割各种形状的金属零件，厚度达1000mm；可切碳钢、低合金钢；可用于零件毛坯的下料，也可用于零件的开坡口或割孔。气割三个阶段：预热、燃烧、吹渣§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（2）实现气割的条件气割的金属应满足一下条件：1）金属在氧气中的燃点应低于熔点。2）燃烧形成的金属氧化物的熔点应低于金属的熔点，且流动性好，粘度要小。这是保证气割进行的基本条件。如低碳钢燃点约为1100~1350℃，熔点约为1500℃，低碳钢气割性良好。随钢含碳量的增加，燃点相应提高，熔点下降，则气割性能变差。当Wc大于0.7%时，钢的燃点高于熔点，便难以气割。铜、铝、铸铁等是燃点高于熔点的材料，不能用气割下料，可选用等离子弧切割。便于高压氧从割缝中吹掉氧化物。低、中碳钢和普通低合金钢氧化物熔点低于金属本身，可气割。灰口铁、铝、不锈钢的氧化物熔点高于金属熔点，难以气割。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺3）金属燃烧时应能放出大量的热。4）金属应有较低的热导率。5）金属中含有阻碍气割过程中进行和增大金属淬硬性的成分及杂质要少。放出大量的热，以预热下层金属是实现连续切割的条件。低碳钢气割时所放出的热量占预热金属所需热量的70%。金属应具有较低的热导率，否则热量散失较快，切口温度降低，低于金属的燃点，使切割无法继续进行。铜、铝等金属因此难以气割。一些合金元素对气割过程的进行、金属淬硬性有影响。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（3）气割设备及其应用气割按其控制方式分为手工切割、机械切割和自动切割三种类型。1）手工切割设备手工切割设备的组成主要有割炬、燃气瓶、氧气瓶、减压阀和回火防止器等。割炬是实现手工气割的主要设备，其作用是将可燃气体与氧气按一定比例和方式混合后，形成具有一定热量和形状的预热火焰，并在预热火焰中心喷射切割氧气流进行切割。按结构不同，可分为射吸式割炬和等压式割炬。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺利用手工气割可完成直线和圆形工件的下料。切割速度的快慢和割嘴的高低是人工控制的，其在割缝较长和形成切割过程中，难以满足尺寸精度和表面粗糙度要求。虽然手工切割有其局限性，但在一些使用半自动和自动切割不方便的场合，特别是在野外和高空作业时还是必要的。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2）机械切割设备机械切割设备由机用割炬、行走小车或其它形式电动机驱动机械行走机构、电控系统和供气系统等组成。按其结构形式和功能可分为小车式直线切割机、摇臂仿形切割机、直角坐标仿形切割机。①小车式直线切割机又称半自动切割机。是通用的机械式气割设备，主要用来切割直线及开坡口。由直流电动机驱动，无极调速，切割小车沿直线导轨行走进行自动切割。若配用大号割炬，切割厚度可达300mm；配上圆心定位器和半径杆，可切割半径较大（直径大于200mm）的圆形工件。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺②摇臂仿形气割机当切割形状复杂多变的工件时，一般选择摇臂仿形切割机。仿形机构是采用磁轮在自转过程中跟踪靠模板的边缘复制切割轨迹，割炬随仿形机构运动完成仿形切割。磁轮由直流电动机驱动，可在较大范围内调节。仿形气割机可固定安装在工作平台上。设备结构紧凑，操作方便，只要样板准确、安装平稳，既可提高生产效率又能保证零件的质量，非常适合有一定批量的通形中、小尺寸零件的下料。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺③直角坐标仿形气割机利用磁头沿样板边缘移动，并通过传递机构门架和横梁作X-Y二轴移动，实现任何形状零件的自动切割。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺切割机横梁上安装3各割炬，同时切割3个形状和尺寸相同的工件。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺④门式气割机由驱动装置的门型机架和割炬组、轨道以及电气和气体操作盘等组成。是加工大规格钢板的板边、焊接坡口的气割设备。切割精度高，作为替代机械刨边或铣边加工的有效设备。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺3）自动切割设备自动切割设备是一种不需要在切割前划线，无需靠模板或样板进行全自动气割的切割机。具有切割效率、切割精度高的特点，已得到普遍使用。自动切割设备按自动控制的模式，可分为光电跟踪切割机和数控切割机两类。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺①光电跟踪气割机利用光电原理，按图样的线条或样板的轮廓进行自动跟踪，同时带动割炬进行仿形切割的一种自动化切割设备。光电跟踪切割机不需要编程和输入大量的数据，可省去制作号料样板和号料所需的材料和时间，而且能同时切割出多个零件。缺点是除了切割平台外，还需配备跟踪平台，切割机的占地面积较大。光电跟踪切割跟踪长度和跟踪宽度大多数在2m以下。既可气割，有能配上等离子割枪进行等离子弧切割，特别适合单件和小批量加工钢材和有色金属材料使用。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺②数控气割机数控气割机是一种高效的自动化切割设备，已成为批量生产型焊接结构加工单位不可缺少的下料工具。按所切割工件形式不同可分为板材坐标式数控气割机、型材数控气割机和管材数控气割机。根据加工工件图样和数控装置的规定由人工编出切割程序，由计算机根据程序进行运算，使割嘴沿图样要求的轨迹运动进行切割。是现代热切割技术与计算机技术相结合的产物。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺数控气割机的套料程序软件可通过重复、移动、旋转、组合及连接等方式，把多个套料程序组合起来形成一个套料程序，并且在指定切割顺序后，所有辅助功能，如起动、停止、切口补偿等程序自动生成。对于不配备自动套料软件的数控系统，为加快编程速度，缩短待机时间，采用FastCAM自动编程和自动套料软件，专用于板材的切割下料。该软件功能包括工程制图、工程图输入、DXF文件的优化编辑、切割路径的自动设计、批量零件的优化套排、切割过程中材料、时间和损耗等成本的核算和剩余材料的计算机管理等。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（4）气割用气体气割所用气体：助燃气体和可燃气体。1）可燃气体乙炔、丙烷、丙烯、氢、天然气、液化石油气等。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺气割时，可燃气体的选用应根据以下因素决定：①气体燃烧效率的高低可燃气体的热效率高低主要从发热量和火焰温度两方面进行评定。发热量是指单位体积可燃气体完全燃烧时放出的热量；火焰温度是指火焰内焰的温度。中性焰，在距焰心2~4mm处温度最高，可达3100~3150℃，主要用于气割时的预热。碳化焰的温度为2700~3000℃，易使工件边缘增碳，极少使用。氧化焰的温度可达3100~3300℃，气割时应用较多，主要适于切割碳钢、低合金钢、不锈钢等材料。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺②经济性③安全性④储运的方便性气割时，要从两方面考虑选择可燃气体的经济性：一是可燃气体本身造价的高低；二是气割时可燃气体与氧气的消耗量的大小。可燃气体易引起爆炸。固态最方便、液态次之、气态较不方便。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（5）影响气割质量的主要因素2）助燃气体助燃气体为氧气，切割用氧的纯度要求在99.5%以上。影响气割质量和气割过程的主要因素：预热火焰能率、切割氧纯度、切割氧流量、切割氧压力、氧流形状、割嘴到工件表面的距离、切割速度及钢材的初始温度。1）预热火焰能率火焰能率是指可燃气体的消耗量，主要取决于割据和割嘴的大小。火焰能率过大，易造成工件表面熔化，增加工件表面粘渣；但能率过低，热量不足，则气割速度减慢，使气割过程难以进行。预热火焰多采用中性焰（氧与乙炔的混合比β=1.1~1.2）或轻微的氧化焰（β＞1.2）。一般不采用碳化焰。2）切割氧气割的实质是铁和氧法人燃烧。影响燃烧反应的是氧的纯度、氧流量大小、压力和氧流形状。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺①切割氧纯度②切割氧流量③切割氧压力④切割氧流形状3）切割速度纯度越高，切割速度越快，氧消耗量下降。氧流量越大，吹渣力提高，切割速度加快，切口质量越高；但流量过大，切口被冷却，切割速度反而下降。压力越大，切割厚度增大，切口质量越好。氧流形状直而长，切割厚度增大，切口质量越好。切割速度的快慢与板厚、预热火焰、氧纯度和流量、钢板的初始温度、割炬形状等因素有关。一般来说，板厚越大，气割速度越慢；速度过快会使后拖量增加切割质量下降。指在气割过程中，在切割面上切割氧气流轨迹的始点与终点在水平方向上的距离。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺4）割嘴的倾斜角5）割嘴至工件表面的间距6）钢材初始温度一般割嘴应垂直于工件表面进行切割，在切割不同板厚的材料时，为减小后拖量，应注意割嘴的角度。当直线切割时，板厚在4~20mm，割嘴后倾20°~30°，以减小后拖量，提高气割速度；板厚在20~30mm，割据应与被割件表面垂直；板厚>30mm，割嘴应前倾20°~30°。间距越小，空气对氧气流的污染减小，切割速度提高；但间距过小，切口会发生渗碳，割嘴易被飞溅物堵塞，寿命降低。一般直筒形割嘴间距保持在3~5mm；扩散形割嘴，用氧-乙炔切割时距离为8~11mm，用氧-液化石油气切割时距离取6~10mm。初始温度越高，加热到燃点的时间缩短，切割速度提高。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2.

等离子弧切割（1）等离子弧切割原理及特点1）原理等离子弧切割是利用高速、高温、高能量的等离子弧焰流来加热和熔化被切割材料，利用空气或其它气体作为工作气体，借助等离子弧焰流的冲击力排出已熔化金属，从而达到切割金属的目的。

在高温等离子焰流形成的同时，喷嘴孔道内弧柱周围的冷却气体被弧柱加热，在孔道内形成高温高压气体，从喷嘴内向外高速喷出，使等离子弧的焰流在孔道口处具有很高的速度，表现出强大的冲击力。既可以采用氧化切割模式，也可采用熔化切割模式，或者两种模式共存。由于等离子弧柱温度远远超过金属、非金属的熔点，主要靠熔化切割。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺②切割质量高③切割速度快，生产效率高④切割用等离子弧的电源空载电压高，等离子流速高，热辐射强，噪声、烟气和烟尘严重，工作卫生条件较差。2）特点①适用范围广等离子弧是高能量密度的压缩电弧，温度一般在10000℃，最高温度可达50000℃

。能切割现有的任何气体火焰和电弧所不能切割或难切割的不锈钢、铜、铝、铸铁以及其它难熔金属和非金属材料。切割厚度可达150mm，甚至更厚。由于等离子弧柱较细，冲刷力大，所以切口窄小，边缘平滑整齐，热影响区小，不会产生气割时出现的边缘淬裂、淬硬或变形较大等现象尤其适合加工各种成形零件。切割厚度≤25mm的碳钢时，速度可达气割的5~6倍，但切割厚板的能力不及气割。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（2）等离子弧切割方法及用途等离子弧切割方法，因采用不同的工作气体而有所不同。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（3）等离子弧切割设备按机械化和自动化程度，等离子弧切割设备可分为手工等离子弧切割、机械等离子弧切割和数控等离子弧切割设备。机械等离子弧设备主要由电源、高频发生器、供气系统、水路系统、控制箱、割炬、切割小车等组成。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（4）等离子弧切割工艺参数1）工作气体种类①氮气携热性好，动能大，热压缩效果好，价廉易得应用广；但引弧效果和稳弧性较差，要求较高的空载电压（165V）；且要求其纯度在99.5%以上，否则会增加钨极烧损而引起双弧现象、烧坏喷嘴。等离子弧切割是一种熔融切割方法，影响切割效率和质量的主要工艺参数有：工作气体的种类和流量、电源的空载电压和切割电压、切割速度、切割电流、割嘴与工件的距离、钨极到喷嘴的距离、喷嘴孔径等

。等离子弧切割用气体有：N2、Ar、H2及它们的混合气体，压缩空气、水蒸气等。采用纯氮气，空载U=250~350V，工作U=150~200V，可切割工件厚度≤120mm，且切口质量较高。②氩气热容大，引弧较容易，空载电压70~90V，弧焰温度较高；但切割厚度小于30mm，造价高，不经济，一般不使用纯氩作切割气体。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺③氢气携热和导热性好，压缩作用大，但空载高压高>350V，电弧稳定性较差，一般氢气是作为辅助气体来使用。在切割时，两种气体混合使用效果比单一气体要好，因为它们可以取长补短。选择时，主要根据被切割材料的性质、厚度及其它工艺条件确定。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2）气体流量气体流量应与喷嘴孔径相适应。3）空载电压与工作电压空载电压由切割电源决定，但与切割厚度及选用的气体有关。用Ar作工作气体，空载电压可低些；用N2、H2等双原子气体作工作气体时，空载电压应高些。电流和电压决定了等离子弧的功率P，P越大，可提高切割速度和切割厚度；但是电流越大，弧柱变粗，切口变宽，割嘴易烧损。所以，切割大厚度工件时，以提高切割电压为好。但也应注意，当工作电压达到空载电压的2/3时，就会出现电弧不稳现象，因此，为了提高工作电压需选用较高的空载电压（>150V）。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺4）切割电流5）切割速度切割电流的确定：是提高生产效率的主要标志，一般在保证切割质量的前提下尽量选用较高的切割速度。速度快，切口小，热影响区小。速度过快，不能割透工件；速度过慢，生产率下降，切口质量低。6）喷嘴到工件的距离距离越大，电压越高，弧柱在空气中显露长度增加，热量散失增多，且对熔融金属的吹力减小，切口处熔渣较多，切口质量降低；反之，距离太小，喷嘴和工件易断路，烧坏或堵塞喷嘴。一般取8~10mm。7）钨极到喷嘴的距离距离合适，电弧燃烧稳定，压缩效果好。但过大，引弧困难，电弧不稳；而过小，切割能力下降，一般取孔道偿L+（2~4）mm，月6~11mm。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺8）喷嘴直径喷嘴孔径d与孔道长度L是决定机械压缩效应强弱的主要因素。两者的大小一般由其比值来决定，即d/L=1:1.5~1:1.8较合理，一般d取2~4mm，L取4~7mm。3.

激光切割（1）激光的产生及特点激光是利用原子受激辐射原理在激光器中使工作物质受激励而获得经放大后射出的光。LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（LASER）1）激光的产生由原子结构可知，电子绕核旋转，具有不同的轨道，在不同的轨道上电子处于不同的能级。由于离子有趋于低能级的特性，平衡状态时，低能级粒子数多于高能级离子数（分布规律符合波尔兹曼公式）。若提供一个能源，使低能级离子吸收能量，跃迁到高能级，使高能级粒子数多于低能级粒子数，实现粒子居集数反转。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺高能级粒子有向低能级自发跃迁的趋势，一个电子自发跃迁一个能级，放出一个光子，进行自发辐射。自发辐射放出的光子频率与跃迁的能级差成正比，符合普朗克公式。光子又激发E2能级的粒子，使之受激放出频率、相位、方向与偏振方向完全一致的光子，即受辐射。

E2能级一粒子产生两个完全相同的光子，这两个光子再激发E2能级的粒子就产生4个相同的光子，雪崩式反应，使入射光子得到放大，使光强迅速增强。在粒子受激辐射系统两端设置两块相互平行的反射镜，构成光学谐振腔，平行于谐振腔轴线的光，在两个反射镜之间振荡放大，越来越强，直至E2能级的粒子都受激跃迁到E1能级时，粒子居集数反转现象消失，光强不再增加。在反复反射过程中，与谐振光方向、波长不一致的光，不能形成谐振的光随时逸出谐振腔外而消失，最后得到光束是方向一致、亮度极高的单色光，激光。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺（2）激光切割的原理、类型及特点1）激光切割的原理2）激光的特点①亮度高，是世界上最亮的光源；②方向性好，近于理想的平行光，远距离传播时，扩散面积很小；③单色性好，光谱宽度极窄，比氪灯的光谱还窄几个数量级；④功率密度高，激光束经聚焦后其光斑直径最小能达到0.01mm，相应的功率密度可达105~107W/cm2，经充分聚焦后可达106~1012W/cm2；⑤相干性好，光的相位相当一致；⑥具有反射、折射、投射及被聚焦的特性。利用经聚焦的高功率密度激光束的热能量将被切割工件切口区熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流（辅助气体）吹除熔化物而形成切口。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺2）激光切割的类型根据工件的热物理特性和辅助气体的形状，激光切割过程分为：①激光熔化切割利用激光加热工件使之熔化，同时借助非汽化辅助气体排出熔融物质形成切口。大多数金属材料的切割属熔化切割。②激光汽化切割当高功率密度的激光照射到工件表面时，材料在极短的时间内加热到汽化点，并以气体或者被气体冲击的液态、固态微粒形态逸出，形成切口。大部分有机材料和陶瓷的切割属于汽化切割。③激光燃烧切割利用激光热能将工件加热到燃点，利用活性辅助气体（氧气、空气）使材料燃烧，并排除燃烧产物，形成切口，类似气割过程。钢和钛等金属的切割属于燃烧切割。④激光烧蚀利用激光斑点的高温和穿透力，在脆性材料上烧刻小槽，然后施加一定的外力使材料沿槽口断开的方法。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺3）激光切割的特点①切口窄小、表面光洁，精度高。如切割一般低碳钢，切口宽度可小到0.15mm左右；切口表面光洁美观，工件的尺寸进度可达±0.5mm，一些工件激光切割后无需再加工，可直接使用或焊接。②可进行薄板高速切割和曲面切割，切口热影响区小、切后变形小。热影响区宽度仅为0.01~0.1mm。③激光束工作距离大，适合于可达性较差部位的切割加工；可实现多工位操作。④可切割软、硬、脆、易碎及合成材料。如木板、布匹、纸板等。⑤无接触切割、无工具磨损。⑥切割时噪声低，污染小缺点：设备昂贵，且受激光发生器输出功率的限制，目前只能切割中、小厚度材料，一般切割厚度小于15mm。§3.备料工艺与设备§3.5下料工艺4）材料的激光切割