CN116000407B - 一种特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属切割技术领域，公开一种特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法。所述穿孔装置由保护罩、出气管、螺母、接头、橡胶软管、喉箍、供气管、控制阀、氧气瓶组成；所述穿孔工艺方法包括定位、准备、预热、穿孔、清理五个步骤。本发明可直接在钢板上进行穿孔作业，穿透钢板厚度可达340mm，避免大型机加设备的占用，节约转运成本，安全性高，不会发生堵塞而中止作业，穿孔效率极高，穿孔成本极低，可有效降低生产成本并显著提高生产效率。

Description

一种特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法

技术领域

本发明涉及金属切割技术领域，尤其涉及一种特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法。

背景技术

水电机组环板、上下圆盘等部件多采用特厚钢板，钢板厚度最大可达到340mm，材质为Q345B或S500Q，在部件组装前首先应进行下料，按图纸要求需在钢板上采用火焰切割方式开一些圆孔或方孔然后参与装配，由于孔位于钢板内部有时甚至在钢板的几何中心，采用常规的数控气割方式可实现在钢板边部起弧，但若采用钢板边部起弧气割孔会造成原材料的极大浪费甚至会导致钢板报废，因此，需在钢板内部设定切割起弧点。对于160mm以下厚度的钢板可直接通过数控切割机的火焰穿透能力在钢板上直接穿孔然后切割，对于更大厚度的钢板而言，由于切割机上割嘴尺寸较小，无法形成足够的热量和压力穿透钢板，且在穿孔的过程中熔化的钢水易造成大量飞溅，不仅会造成割嘴堵塞，还可能会烧毁机床，使切割作业中止。

因此，目前，对于厚度超过160mm的特厚钢板常采用机械加工的方式在钢板表面钻孔，然后按照正常工艺进行切割。但采用机械加工方式钻孔由于钢板尺寸大，需要占用大型机加设备，加工周期长，加工成本高，且钢板转运到机加车间费时费力，不利于生产效率的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法，解决现有技术中对于160mm以上特厚钢板的火焰切割穿孔飞溅量大、加工周期长、加工成本高、占用大型机加设备、转运成本高、生产效率低下等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：特厚钢板起弧孔穿孔装置，由保护罩、出气管、螺母、接头、橡胶软管、喉箍、供气管、控制阀、氧气瓶组成；所述出气管和所述供气管的一端分别套设螺母，所述接头的一端卡接在所述螺母内侧，另一端穿过所述螺母，所述橡胶软管的两端分别套设在穿过螺母的所述接头的一端上，所述喉箍密封接头和橡胶软管；所述出气管的另一端穿过保护罩顶部的圆孔，所述供气管的另一端通过焊接方式连接在氧气瓶上，所述供气管上安装有控制阀，所述控制阀的打开和关闭状态控制供气管与氧气瓶的连通和闭合，所述保护罩顶部设有直径φ40mm的圆孔，保护罩下侧圆筒开有200mm×200mm的矩形门，所述螺母加工有内螺纹和第一止口，所述接头下侧呈球状，外圆柱部分加工有第二止口和阶梯状台阶，中心部分加工有通气孔，所述接头的第二止口与螺母的第一止口紧密贴合。

在上述特厚钢板起弧孔穿孔装置中，所述与螺母连接处的出气管和供气管加工有外螺纹，出气管和供气管外径为18mm，壁厚为3mm，材质为Q235B，长度为2500mm。

在上述特厚钢板起弧孔穿孔装置中，所述橡胶软管内径为8mm，壁厚为3mm，长度为30m，额定工作压力为15~20MPa。

本发明还提供一种特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法，其使用如前所述的特厚钢板起弧孔穿孔装置，包括以下步骤：

步骤一：定位，在钢板上拟加工起弧孔的位置做好标记，将保护罩置于钢板上，移动保护罩使其顶部的圆孔定位于起弧孔；

步骤二：准备，将出气管穿过保护罩顶部圆孔并使下侧出气孔与钢板表面的起弧孔接触，检查控制阀是否已处于关闭状态；

步骤三：预热，打开手持射吸式割炬的乙炔阀并点燃，打开手持射吸式割炬的氧气阀并调整为中性焰，使其燃烧稳定，将手持射吸式割炬从保护罩的矩形门中穿过，对准钢板表面的起弧孔进行预热，使其达到钢板与氧气自发燃烧的温度，钢板表面的起弧孔开始燃烧熔化，迅速抽出手持射吸式割炬并关闭乙炔阀和氧气阀；

步骤四：穿孔，打开控制阀通入氧气，使起弧孔钢板与氧气继续燃烧熔化，将出气管缓慢向下移动，熔渣在氧气流的作用下溢出至钢板表面，并保留在保护罩内，将出气管在15°~30°范围内沿圆锥面快速摆动，在氧气流的作用下使钢板心部继续燃烧熔化，当火焰穿透钢板厚度时，熔渣通过起弧孔从钢板下部流出，此时，将出气管抽出并关闭控制阀停止氧气供应，出气管的供气压力为8~10 MPa；

步骤五：清理，清理起弧孔周围钢板表面熔渣，为正式切割做好准备。

在上述特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法中，所述步骤三中手持射吸式割炬的乙炔阀压力为0.8MPa，手持射吸式割炬的氧气阀压力为6~8MPa。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1）本发明提出的穿孔装置结构简单，制造成本低，可直接在钢板原材料和已装配部件钢板上进行加工作业，避免了大型机加设备的占用。

2）本发明提出的穿孔装置拆卸和携带方便，可实现快速连接，通过本发明提出的穿孔方法可显著提高特厚钢板的起弧孔加工效率，可有效降低起弧孔加工成本并节省转运成本，单个孔加工时间和成本均不到传统机械钻孔的4%。

3）本发明提出的特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法，其出气管直径大、供给氧气压力足，在起弧孔加工过程中不易发生堵塞而中止作业，通过实践验证可穿透钢板最厚达340mm，有效解决了特厚钢板起弧孔加工难题，为行业内首创。

4）本发明中通过合理设计保护罩结构，解决了火焰加工起弧孔时钢水飞溅的问题，可有效地保证设备和人员的安全。

附图说明

图1为特厚钢板起弧孔穿孔装置主视图。

图2为特厚钢板起弧孔穿孔装置A-A截面图。

图3为特厚钢板起弧孔穿孔装置B-B截面图。

图4为特厚钢板起弧孔穿孔装置I区放大图。

图5为特厚钢板起弧孔穿孔装置I区的截面图。

图6为出气管和供气管上部外螺纹截面图。

图7为螺母截面图。

图8为接头截面图。

图9为特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法的步骤示意图。

图10为特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法的预热示意图。

附图中部件标号说明：

1-保护罩；2-出气管；3-螺母；4-接头；5-橡胶软管；6-喉箍；7-供气管；8-控制阀；9-氧气瓶；10-圆孔；11-矩形门；12-外螺纹；13-内螺纹；14-第一止口；15-第二止口；16-阶梯状台阶；17-通气孔；18-起弧孔；19-手持射吸式割炬；20-乙炔阀；21-氧气阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1~图5、图7及图8所示，特厚钢板起弧孔穿孔装置由保护罩1、出气管2、螺母3、接头4、橡胶软管5、喉箍6、供气管7、控制阀8、氧气瓶9组成；所述出气管2和所述供气管7的一端分别套设螺母3，所述接头4的一端卡接在所述螺母3内侧，另一端穿过所述螺母3，所述橡胶软管5的两端分别套设在穿过螺母3的所述接头4的一端上，所述喉箍6密封接头4和橡胶软管5；所述出气管2的另一端穿过保护罩1顶部的圆孔10，所述供气管7的另一端通过焊接方式连接在氧气瓶9上，所述供气管7上安装有控制阀8，所述控制阀8的打开和关闭状态控制供气管7与氧气瓶9的连通和闭合，所述保护罩1顶部设有直径φ40mm的圆孔10，保护罩1下侧圆筒开有200mm×200mm的矩形门11，所述螺母3加工有内螺纹13和第一止口14，所述接头4下侧呈球状，外圆柱部分加工有第二止口15和阶梯状台阶16，中心部分加工有通气孔17，所述接头4的第二止口15与螺母3的第一止口14紧密贴合。

如图6所示，进一步地，所述与螺母3连接处的出气管2和供气管7加工有外螺纹12，出气管2和供气管7外径为18mm，壁厚为3mm，材质为Q235B，长度为2500mm。

进一步地，所述橡胶软管5内径为8mm，壁厚为3mm，长度为30m，额定工作压力为15~20MPa。

一种使用上述的特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法，包括以下步骤，如图9所示：

步骤一：定位，在钢板上拟加工起弧孔18的位置做好标记，将保护罩1置于钢板上，移动保护罩1使其顶部的圆孔10定位于起弧孔18；

步骤二：准备，将出气管2穿过保护罩1顶部圆孔10并使下侧出气孔与钢板表面的起弧孔18接触，检查控制阀8是否已处于关闭状态；

步骤三：预热，如图10所示，打开手持射吸式割炬19的乙炔阀20并点燃，打开手持射吸式割炬19的氧气阀21并调整为中性焰，使其燃烧稳定，将手持射吸式割炬19从保护罩1的矩形门11中穿过，对准钢板表面的起弧孔18进行预热，使其达到钢板与氧气自发燃烧的温度，钢板表面的起弧孔18开始燃烧熔化，迅速抽出手持射吸式割炬19并关闭乙炔阀20和氧气阀21；

步骤四：穿孔，打开控制阀8通入氧气，使起弧孔18钢板与氧气继续燃烧熔化，将出气管2缓慢向下移动，熔渣在氧气流的作用下溢出至钢板表面，并保留在保护罩1内，将出气管2在15°~30°范围内沿圆锥面快速摆动，在氧气流的作用下使钢板心部继续燃烧熔化，当火焰穿透钢板厚度时，熔渣通过起弧孔18从钢板下部流出，此时，将出气管2抽出并关闭控制阀8停止氧气供应，所述出气管2的供气压力为8~10 MPa；

步骤五：清理，清理起弧孔18周围钢板表面熔渣，为正式切割做好准备。

进一步地，所述步骤三中手持射吸式割炬19的乙炔阀20压力为0.8MPa，手持射吸式割炬19的氧气阀21压力为6~8MPa。

通过本实施方式可以看出，本发明可实现起弧孔的迅速准确定位，可直接在钢板上进行穿孔作业，避免了大型机加设备的占用，取消了机械加工钻孔的转运工序，大大节省转运成本和节约转运时间，穿孔时间极短，穿出的孔作为起弧孔便于后续在数控气割机床上气割出所需要更大尺寸的孔，极大地提高生产效率。

另外，本发明穿孔所使用的出气管2直径大、氧气压力足，可直接穿透厚达340mm的钢板，在穿孔作业过程中不会发生堵塞而中止工作，由于增加了保护罩1使在穿孔作业中熔化钢水不会向四周飞溅、扩散，安全性更高，有效地保护设备和人员的安全。

以某水轮发电机组众多部件中的下圆盘为例，下圆盘尺寸为内径φ1180mm×外径φ3800mm×厚335mm，材质为Q345B钢板，下圆盘上有1个φ1180mm的大通孔和24个φ100mm的小通孔，共计需要开25个起弧孔，套裁用钢板原材料规格为长3820mm×宽3820mm×340mm厚。若采用传统火焰切割方法从边部起弧仅能气割外圆，而心部孔采用传统火焰切割方法无法直接穿透，而采用机械加工的方式钻一个φ20mm的孔作为气割起弧点，加工上述25个孔共需加工时间为25h，加工成本为1500元，而采用本发明所介绍的一种特厚钢板起弧孔穿孔装置及穿孔方法，穿透25个孔共需时间仅为37.5min，穿孔成本仅为50元。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种特厚钢板起弧孔穿孔装置，其特征在于，由保护罩（1）、出气管（2）、螺母（3）、接头（4）、橡胶软管（5）、喉箍（6）、供气管（7）、控制阀（8）、氧气瓶（9）组成；所述出气管（2）和所述供气管（7）的一端分别套设螺母（3），所述接头（4）的一端卡接在所述螺母（3）内侧，另一端穿过所述螺母（3），所述橡胶软管（5）的两端分别套设在穿过螺母（3）的所述接头（4）的一端上，所述喉箍（6）密封接头（4）和橡胶软管（5）；所述出气管（2）的另一端穿过保护罩（1）顶部的圆孔（10），所述供气管（7）的另一端通过焊接方式连接在氧气瓶（9）上，所述供气管（7）上安装有控制阀（8），所述控制阀（8）的打开和关闭状态控制供气管（7）与氧气瓶（9）的连通和闭合，所述保护罩（1）顶部设有直径φ40mm的圆孔（10），保护罩（1）下侧圆筒开有200mm×200mm的矩形门（11），所述螺母（3）加工有内螺纹（13）和第一止口（14），所述接头（4）下侧呈球状，外圆柱部分加工有第二止口（15）和阶梯状台阶（16），中心部分加工有通气孔（17），所述接头（4）的第二止口（15）与螺母（3）的第一止口（14）紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的一种特厚钢板起弧孔穿孔装置，其特征在于，所述与螺母（3）连接处的出气管（2）和供气管（7）加工有外螺纹（12），出气管（2）和供气管（7）外径为18mm，壁厚为3mm，材质为Q235B，长度为2500mm。

3.根据权利要求1所述的一种特厚钢板起弧孔穿孔装置，其特征在于，所述橡胶软管（5）内径为8mm，壁厚为3mm，长度为30m，额定工作压力为15~20MPa。

4.一种特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法，其使用如权利要求1所述的特厚钢板起弧孔穿孔装置，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：定位，在钢板上拟加工起弧孔（18）的位置做好标记，将保护罩（1）置于钢板上，移动保护罩（1）使其顶部的圆孔（10）定位于起弧孔（18）；

步骤二：准备，将出气管（2）穿过保护罩（1）顶部圆孔（10）并使下侧出气孔与钢板表面的起弧孔（18）接触，检查控制阀（8）是否已处于关闭状态；

步骤三：预热，打开手持射吸式割炬（19）的乙炔阀（20）并点燃，打开手持射吸式割炬（19）的氧气阀（21）并调整为中性焰，使其燃烧稳定，将手持射吸式割炬（19）从保护罩（1）的矩形门（11）中穿过，对准钢板表面的起弧孔（18）进行预热，使其达到钢板与氧气自发燃烧的温度，钢板表面的起弧孔（18）开始燃烧熔化，迅速抽出手持射吸式割炬（19）并关闭乙炔阀（20）和氧气阀（21）；

步骤四：穿孔，打开控制阀（8）通入氧气，使起弧孔（18）钢板与氧气继续燃烧熔化，将出气管（2）缓慢向下移动，熔渣在氧气流的作用下溢出至钢板表面，并保留在保护罩（1）内，将出气管（2）在15°~30°范围内沿圆锥面快速摆动，在氧气流的作用下使钢板心部继续燃烧熔化，当火焰穿透钢板厚度时，熔渣通过起弧孔（18）从钢板下部流出，此时，将出气管（2）抽出并关闭控制阀（8）停止氧气供应，所述出气管（2）的供气压力为8~10 MPa；

步骤五：清理，清理起弧孔（18）周围钢板表面熔渣，为正式切割做好准备。

5.根据权利要求4所述的一种特厚钢板起弧孔穿孔装置的穿孔方法，其特征在于，所述步骤三中手持射吸式割炬（19）的乙炔阀（20）压力为0.8MPa，手持射吸式割炬（19）的氧气阀（21）压力为6~8MPa。

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