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      氣體火焰切割工藝及參數
      作者:武漢拓晟  來源:本站  發表時間:2010/9/9 15:23:23  點擊:6582

      影響氣割過程的主要參數
      影響氣體火焰切割過程(包括切割速度和質量)的主要工藝因素有:
      ①切割氧的純度;
      ②切割氧的流量、壓力及氧流形狀;
      ③切割氧流的流速、動量和攻角;
      ④預熱火焰的功率;
      ⑤被切割金屬的成分、性能、表面狀態及初始溫度;
      ⑥其他工藝因素。
      其中切割氧流起著主導作用。切割氧流既要使金屬燃燒,又要把燃燒生成的氧化物從切口中吹掉。因此,切割氧的純度、流量、流速和氧流形狀對氣割質量和切割速度有重要的影響。
      、徘懈钛醯募兌
      氧氣的純度是影響氣割過程和質量的重要因素。氧氣純度差,不但切割速度大為降低、切割面粗糙、切口下緣沾渣,而且氧氣消耗量的增加。氧氣純度從99.5%降到98%,即下降1.5%,切割速度下降25%,而耗氧量增加50%。一般認為,氧氣純度低于95%,就不能氣割,要獲得無粘渣的氣割切口,氧氣純度需達到99.6%。
      ⑵切割氧流量
      切割厚度12mm鋼板時氧氣流量對切割速度的影響如圖1所示。由圖可見,隨著氧流量的增加,切割速度逐漸增大,切割速度提高,但超過某個界限值反而降低。因此,對某一鋼板厚度存在一個最佳氧流量值,此時不但切割質量最高,而且切割質量最好。

      ⑶切割氧壓力
      隨著切割氧壓力的提高,氧流
      量相應增加,因此能夠切割板厚度隨之增大。但壓力增加到一定值,可切割的厚度也達到最大值,再增大壓力,可切割的厚度反而減小。切割氧壓力對切割速度的影響大致相同。如圖2所示。


       
      由圖2可見,用普通割嘴氣割時,在壓力較低的情況下,隨著壓力增加,切割速度也提高,但當壓力超過0.3MP以后,切割速度反而下降;再繼續加大壓力,不但切割速度降低,而且切口加寬,切口斷面粗糙。用擴散形割嘴氣割時,如果切割氧壓力符合割嘴的設計壓力,則壓力增大時,由于切割氧流的流速和動量增大,所以切割速度比用普通割嘴時也有所增加。
      氣割工藝參數
      氣割的工藝參數包括預熱火焰功率、氧氣壓力、切割速度、割嘴到工件的距離以及切割傾角等。
      ⑴預熱火焰的選擇
      預熱火焰是影響氣割質量的重要工藝參數。氣割時一般選用中性焰或輕微的氧化焰。同時火焰的強度要適中。應根據工件厚度、割嘴種類和質量要求選用預熱火焰。
      ① 預熱火焰的功率要隨著板厚的增大而加大,割件越厚,預熱火焰功率越大。氧-乙
      炔預熱火焰的功率與板厚的關系見表1。
      表1 氧-乙炔預熱火焰的功率與板厚的關系
      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在切割較厚鋼板時,應采用輕度碳化焰,以免切口上緣熔塌,同時也可使外焰長一些。
      ③使用擴散行割嘴和氧簾割嘴切割厚度200mm以下鋼板時,火焰功率選大一些,以加速切口的前緣加熱到燃點,從而獲得較高的切割速度。
      ④切割碳含量較高或合金元素教多的鋼材時,因為他們燃點較高,預熱火焰的功率要大一些。
      ⑤用單割嘴切割坡口時,因熔渣被吹向切口外側,為補充能量,要加大火焰功率。
      氣體火焰切割的預熱時間應根據割件厚度而定,表2列出火焰切割選定預熱時間的經驗數據。

       


      表2 氣體火焰切割選定預熱時間的經驗數據
      板厚/mm 預熱時間/s 板厚/mm 預熱時間/s
      20 6-7 150 25-28
      50 9-10 200 30-35
      100 15-17 - -
      ⑵切割氧壓力的選定
      切割氧壓力取決于割嘴類型和嘴號,可根據工件厚度選擇氧氣壓力。切割氧氣壓力過大,易使切口變寬、粗糙;壓力過小,使切割過程緩慢,易造成沾渣。
      表3 切割氧氣壓力的推薦值
      板厚/mm 切割氧壓力/MP
      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
      在實際切割工作中,最佳切割氧壓力可用試放“風線”的辦法來確定。對所采用的割嘴,當風線最清晰、且長度最長時,這時的切割壓力即為合適值,可獲得最佳的切割效果。
      ⑶切割速度
      切割速度與工件厚度、割嘴形式有關,一般隨工件厚度增大而減慢。切割速度必須與切口內金屬的氧化速度想適應。切割速度太慢會使切口上緣熔化,太快則后拖量過大,甚至割不透,造成切割中斷。在切割操作時,切割速度可根據熔渣火花在切口中落下的方向來掌握,當火花呈垂直或稍偏向前方排出時,即為正常速度。在直線切割時,可采用火花稍偏向后方排出的較快的速度。
      氧化速度快,排渣能力強,則可以提高切割速度。切割速度過慢會降低生產率,且會造成切口局部熔化,影響割口表面質量。機器切割速度比手工切割速度平均可提高20%,表4列出機械化切割時切割速度的推薦數據。
      ⑷割嘴到工件表面的距離
      割嘴到工件表面的距離是根據工件厚度及預熱火焰長度來確定。割嘴高度過低會使切口上線發生熔塌,飛濺時易堵塞割嘴,甚至引起回火。割嘴高度過大,熱損失增加,且預熱火焰對切口前緣的加熱作用減弱,預熱不充分,切割氧流動能下降,使排渣困難,影響切割質量。同時進入切口的氧純度也降低,導致后拖量和切口寬度增大,在切割薄板場合還會使切割速度降低。
      表4 機械切割時切割速度的推薦數據
      鋼板厚度 切割形式
       半制品直線切割 有機加工余量的切割 表面切割質量要求低的切割 精確的直線切割 精確的成形切割
      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
      (5)切割傾角
      割嘴與割件間的切割傾角直接影響氣割速度和后拖量。切割傾角的大小主要根據工件厚度而定,工件厚度在30mm
      以下時,后傾角為20°~30°;工件厚度大于30mm時,起割是為5°~10°的前傾角,割透后割嘴垂直于工件,結束時為5°~10°的后傾角。手工曲線切割時,割嘴垂直于工件。
      割嘴的切割傾角與切割厚度的關系如圖3所示。


       
      氣體火焰切割的工藝要點
      (1)氣割前的準備工作
      被切割金屬的表面,應仔細地清除鐵銹、塵垢或油污。被切割件應墊平,以便于散放熱量和排除熔渣。決不能放在水泥地上切割,因為水泥地面遇高溫后會崩裂。切割前的具體要求如下。
      ①檢查工作場地是否符合安全要求,割炬、氧氣瓶、乙炔瓶(或乙炔發生器及回火防止器)、橡膠管、壓力表等是否正常,將氣割設備按操作規程連接好。
      ②切割前,首先將工件墊平,工件下面留出一定的間隙,以利于氧化鐵渣的吹除。切割時,為了防止操作者被飛濺的氧化鐵渣燒傷,必要時可加擋板遮擋。
      ③將氧氣調節到所需的壓力。對于射吸式割炬,應檢查割炬是否有射吸能力。檢查的方法是:首先拔下乙炔進氣軟管并彎折起來,再打開乙炔閥門和預熱氧閥門。這時,將手指放在割炬的乙炔過氣管接頭上,如果手指感到有抽力并能吸附在乙炔進氣管接頭上,說明割炬有射吸能力,可以使用;反之,說明割炬不正常,不能使用,應檢查修理。
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      ④檢查風線,方法是點燃火焰并將預熱火焰調整適當。然后打開切割氧氣閥門,觀察切割氧流(即風線)的形狀,風線應為筆直、清晰的圓柱體并有適當的長度。這樣才能使工件切口表面光滑干凈,寬窄一致。如果風線不規則,應關閉所有的閥門,用通針或其他工具修整割嘴的內表面,使之光滑。
      預熱火焰的功率應根據板材厚度不同加以調整,火焰性質應采用中性焰。
      (2)手工氣割的操作要點
      氣割操作中,首先點燃割炬,隨即調整火焰;鹧娴拇笮「鶕摪宓暮穸冗M行調整,然后預熱工件和進行切割。
      1)火焰調整
      根據燃氣與氧的混合比不同,切割火焰分為碳化焰、中性焰和氧化焰,如圖4所示。


       
      在使用乙炔的場合,氧與乙炔的體積比(O2/C2H2)為1.1~1.15時,形成的火焰為中性焰,由焰芯、內焰和外焰組成。焰芯為C2H2與O2的混合氣。內焰為C2H2與O2發生一次燃燒的反應區,其反應式為
      C2H2 O2→2CO H2
      在內焰中距離焰芯2~3mm處,溫度最高,約3100°C。外焰是一次燃燒生成的CO和H2、空氣中氧化合成而燃燒的區域,其反應式為
      2CO H2 1.5O2→2CO2 H2O
      火焰溫度約2500°C。外焰越長,保護切割氧流的效果越好。
      O2/C2H2比值小于1.1時形成碳化焰,也有焰芯、內焰和外焰,內焰中存在未燃燒的碳,火焰長而軟,溫度也較低。O2/C2H2比值小于1.15時形成氧化焰,只有焰芯和外焰兩部分;鹧娑潭χ辈殡S有“嘶、嘶……”聲,最高溫度可達約3300°C。因火焰中存在過剩氧,具有氧化性。
      氣割時一般應調整火焰到中性焰,同時火焰的強度要適中。一般不采用碳化焰,因為碳化焰會使切割邊緣增碳。調整好火焰后,應當放出切割氧,檢查火焰性質是否有變化。
      切割火焰過強時會出現以下問題:
      ① 切口上邊緣熔塌,并粘有顆粒狀熔滴;
      ② 切割面不平整,粗糙度變差;
      ③ 切口下緣粘渣。
      切割火焰過弱時會發生以下問題:
      ① 切割速度減慢,且易發生切割中斷現象;
      ② 易發生回火;
      ③ 后拖量增大。
      應根據工件厚度、割嘴種類和質量要求確定預熱和切割火焰,其要點如下:
      ① 預熱和切割火焰的功率(乙炔流量、氧氣流量)要隨著鋼板厚度增大而加大;
      ② 切割較厚鋼板時,火焰宜用輕度碳化焰,以免切口上緣熔塌,同時也可使外焰長一些;
      ③ 使用擴散形割嘴和氧簾割嘴切割厚度20mm以下鋼板時,火焰功率應大一些,以加速切口前緣加熱到燃點,從而獲得較高的切割速度;
      ④ 切割碳含量較高或合金元素含量較高的鋼材時,因它們的燃點較高,預熱火焰的功率要大一些;
      ⑤ 用單割嘴切割坡口時,因熔渣被吹向切口外側,為補充熱量,要加大火焰的功率;
      ⑥ 使用石油氣或天然氣作為燃氣,因其火焰溫度低,預熱時間較長;在切割小尺寸零
      件等需頻繁預熱起割的場合,為提高切割效率,可把火焰調節成氧化焰,開始切割后再恢復到中性焰。
      2)操作技術
      氣割操作因個人的習慣不同,可以有所不同。一般是右手把住割炬把手,以右手的拇指和食指把住預熱氧的閥門,以便于調整預熱火焰和當回火時及時切斷預熱氧氣。左手的拇指和食指把住開關切割氧的閥門,同時還要起掌握方向的作用。其余三個手指平穩地托住混合室。上身不要彎得太低,呼吸要有節奏;眼睛應注視和割嘴,并著重注視割口前面的割線。這種氣割方法為“抱切法”,一般是按照從右向左的方向切割。開始切割時,先預熱鋼板的邊緣,待切口位置出現微紅的時候,將火焰局部移出邊緣線以外,同時慢慢打開切割氧氣閥門。當有氧化鐵渣隨氧氣流一起飛出時,證明已經割透,這時應移動割炬逐漸向前切割。
      切割很厚的金屬時,割嘴與被切割金屬表面大約成10°~20°傾角,以便能更好地加熱割件邊緣,使切割過程容易開始。切割厚度50mm以下的金屬,割嘴開始應與被切割金屬表面成垂直位置。如果是從零件內廓開始切割,必須預先在被切割件上面作孔(孔的直徑等于切割寬度)。開始切割時,先用預熱火焰加熱金屬邊緣,直至加熱到使其能在氧中可以燃燒的溫度,即在割件表面層出現將要熔化的狀態時,再放出切割氧進行切割。切割時割嘴與被切割金屬表面的距離應根據火焰焰心長度來決定,最好使焰心尖端距割件1.5~3mm,絕不可使火焰焰心觸及割件表面。為了保證割縫質量,在全部氣割過程中,割嘴到割件表面的距離應保持一致。
      沿直線切割鋼板時,割槍應向運動反方向傾斜20°~30°,這時切割最為有效。但在沿曲線外輪廓切割時,割嘴必須嚴格垂直于切割金屬的表面。
      切割過程中,有時因割嘴過熱和氧化鐵渣的飛濺,使切割割嘴堵住或乙炔供應不及時,割嘴產生鳴爆并發生回火現象。這時應迅速關閉預熱氧氣閥門,阻止氧氣倒流入乙炔管內,使回火熄滅。如果此時割炬內還在發出嘶嘶的響聲,說明割炬內回火尚未熄滅,這時應迅速再將乙炔閥門關閉或迅速拔下割炬上的乙炔軟管,使回火的火焰氣體排出。處理完畢后,應先檢查割炬的射吸能力,然后才可以重新點燃割炬。
      氣割過程中,若操作者需移動身體位置時,應先關閉切割氧閥門,然后移動身體位置。如果切割較薄的鋼板,在關閉切割氧的同時,火焰應迅速離開鋼板表面,以防止因板薄受熱快,引起變形和使割縫重新粘合。當繼續切割時,割嘴一定要對準割縫的接割處,并適當預熱,然后慢慢打開切割氧氣閥門,繼續進行切割。
      切割臨近終點時,割嘴應向切割前進的反方向傾斜一些,以利于鋼板的下部提前割透,使收尾的割縫較整齊。當到達終點時,應迅速關閉切割氧氣的閥門并將割炬抬起,然后關閉乙炔閥門,最后關閉預熱氧氣閥門。如果停止工作時間較長,應將氧氣閥門關閉,松開減壓器調節螺絲,并將氧氣膠管中的氧氣放出。結束切割工作時,將減壓器卸下并將乙炔供氣閥門關閉。
      氣割缺陷及防止措施
      氣體火焰切割作業中,常常因為氣割工藝參數調整和操作不當,會造成各種切割缺陷。切割之后的切口狀態及原因見圖5。


       

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