焊接钢管引熄弧板自动切割机的设计

焊接钢管引熄弧板自动切割机主要用于直缝焊管引熄弧板的切割作业，直缝埋弧焊管在内外焊接工序之后，钢管通过横移车运送到该引熄弧板自动切除工序，通过旋转辊、切割小车、等离子切割设备进行引熄弧板的自动切除，提高引熄弧板切割质量和生产效率，降低生产成本，优化工作环境，降低工人的劳动强度。针对引熄弧板自动切割机的设计，从切割方式选择、等离子切割电源和附件选型、引熄弧板自动切割工艺布置、切割机的结构设计等进行了详细阐述。

根据直缝埋弧焊接钢管生产工艺，钢板首先进行引熄弧板的焊接，经过铣边、板边预弯、成型、气保焊预焊以及内外焊接等工序后，还需要进行引熄弧板的切除。目前生产线上没有专用的引熄弧板切割设备，都是由人工手动操作进行火焰切割，生产效率低、劳动强度大、切割质量不好，易造成钢管反切，增加了材耗而且影响后续钢管的水压、倒棱等工序正常进行。为解决以上问题，设计该直缝埋弧焊管的引熄弧板全自动切割机实现引熄弧板的自动切割。

设计内容主要包括确定自动切割机性能指标、切割方式、等离子切割电源和附件选型、切割机的工艺布置和结构设计、动作流程等。设备主要用于直缝焊管生产线内外焊工序之后引熄弧板的切割作业。内外焊之后的钢管通过横移车运送到该引熄弧板自动切除工序，通过旋转辊、自动切割机、等离子切割设备进行引熄弧板的全自动切除，提高引熄弧板切割质量和生产效率，降低生产成本，优化工作环境，降低工人的劳动强度，提高直缝埋弧焊管生产线自动化水平。

1引熄弧板全自动切割机性能指标

引熄弧板全自动切割机性能指标如下：

（1）钢管直径508～1 422 mm；

（2）钢管长度8 000～12 500 mm；

（3）钢管壁厚6.4～40 mm；

（4）切割时间为≤50 s/根；

（5）切割缝光滑、整齐，管端切斜≤1.6mm。

2切割方式的选择

2.1氧切割优缺点

（1）氧切割优点：设备简单、操作简便、机动灵活、投资小。

（2）氧切割缺点：①自动切割装置需要配备自动点火装置，但是自动点火装置寿命及可靠性偏低。②自动切割时，需要设置预热时间，才能开始正式切割，钢板较薄时易引起切割变形，而切割厚板时，在切割面垂直度不够时，板边预热时间较长。这些都给自动控制造成很大难度，同时切割气存在爆炸的安全隐患。

2.2等离子切割优缺点

（1）等离子切割的优点：①与气割相比，等离子弧具有能量集中，切割厚度大、变形小，起始切割时不用预热，切割板厚范围大等优点；②等离子切割面比较整齐、光滑；③电气控制方式较火焰切割简单可靠。

（2）等离子弧切割的缺点：①与气割相比，等离子切割设备投资稍大（约3.5万元/台）；②切割时会产生有毒烟尘，因此应配备良好的排风除尘装置。与火焰切割相比等离子弧柱的温度极高，可达10 000～30 000℃，远远超过了所有金属或非金属材料的熔点，因此，等离子弧的切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料的。其切割的适用范围比火焰切割大得多，且其切口窄，切割面的质量好，切割速度快。由于等离子弧高温、高速的特点，选用等离子切割能达到满意的切割质量、较高的切割速度，更容易实现切割过程的自动控制。但需要注意一点，因为等离子切割过程中会产生有毒气体，需要配备良好的排风除尘装置。

本设计结合现场情况选用等离子切割方式。

3等离子切割电源和附件的选择

等离子切割按切割形式可分为接触式切割和非接触式切割两种。接触式切割时可将割炬（也称割机）中的喷嘴直接与工件接触起弧进行切割，其操纵简单、方便灵活，但仅局限于小电流的（≤80 A，因电流大时容易损坏喷嘴）手动切割。在切割电流大于100 A时均采用非接触式切割的形式，其在切割时喷嘴与工件离开一定的距离，引弧时利用非转移弧过度到转移弧的形式，所以能适用于大电流的手动、半自动、自动切割。

本自动切割机选用非接触式切割。

3.1等离子切割电源的选择

根据切割材料，钢板厚度小于50 mm。拟选用常州泛洋电气设备有限公司PC250-D型号的切割电源即可满足要求，其系统参数见表1。电源固定摆放，由电缆线与切割小车连接。

3.2等离子割机的选择

附配件中的割炬（也称割机）以及割炬中使用的喷嘴、电极是等离子切割中的关键部件之一很大程度上决定了切割质量的好坏和切割时间的长短。

根据所选等离子切割电源可确定割机形式为PC200型直把割机，其割炬照片如图1所示。

PC200型割矩为二次压缩气冷加内循环双水冷式大功率割炬，按外形分直把和弯把两种形式，直把适用于自动切割，弯把适用于手动或半自动切割。其内部电极和机体为水冷的形式，喷嘴采用气冷的形式。适用于切割电流带有100~400A档位的各种机型，切割厚度在2~100mm的场合，是当前用于大功率等离子切割中，厚材料采用最为广泛的割炬之一。

4引熄弧板自动切割机工艺布置及结构

4.1引熄弧板自动切割工艺布置

引熄弧板自动切割工艺布置如图2所示。钢管经内外焊接后由横移车运送至引熄弧板自动切割工序，完成切割后再由横移车送至下一工序引熄弧板自动切割主要包括切割机、旋转辊、钢管横移车、等离子切割电源割机、电气控制系统、气动系统等组成，其切割方案如图3所示。

4.2引熄弧板自动切割机的结构设计

4.2.1引熄弧板自动切割机结构组成

引熄弧板自动切割机结构如图4所示，其主要组成有：切割小车、翻料小车、小车轨道、连接销、切割大臂调整装置和割机调整装置。切割小车和翻料小车用铰链和连接销连接，切割小车为主动，装有直连减速器的变频电机，来带动齿轮从而驱动两个小车在导轨上行走。同时切割小车上还装有切割大臂调整装置，带动切割臂上下移动从而适应不同规格钢管的生产需要。切割臂一端固定在螺旋升降机机架上，另一端连接割机调整装置。割机调整装置上有机械仿形靠轮，气缸和直线导轨副。割机调整装置通过气缸带动压下和抬起，仿形靠轮沿钢管内壁滚动来实现机械定位。翻料小车用来收集切下来的引熄弧板，它主要由车体和翻料板等构成，引熄弧板掉落后落在翻料板上，沿着斜坡滑入到废料筐中。料筐可以通过天车吊出，方便倾倒废料。

4.2.2切割小车和翻料小车的结构特点

图5所示为切割小车结构，该小车由小车导向轮组、小车行走电机减速机（采用SEW RF37 DT90S4/BMG/VR齿轮、齿条、车体等组成。切割小车通过电机减速机带动齿轮旋转，通过固定在小车导轨上的齿条前后运动。为保证切割小车运行平稳，车体上安装导向车轮组（共4个每一个由两个导向轮2和一个导向轮1组成，小车运行时沿导轨平稳运动，保证了切割时的良好定位和切割质量。

翻料小车结构如图6所示，该小车由4个带单边轮缘支撑轮、车体、接料板、废料箱等组成。翻料小车与切割小车之间通过两个连接销连接，翻料小车为被动形式通过切割小车带。

动。引熄弧板切割后落到接料板上，靠自重滑落到废料箱内进行收集。接料板和车体采用销子连接，方便接料板长时间使用后的更换。

4.2.3切割大臂和割机调整装置的结构特点

切割大臂调整装置如图7所示，该装置由立柱、电机减速机（博能电机直连螺旋升降机JWM025DR-24-220PI-CRL37-5-Y-0.55-A直线导轨副、切割大臂等组成，切割大臂调整装置通过螺钉与切割小车连接。

割机调整装置如图8所示，由靠轮、直把割机、连接板、直线导轨副、气缸等组成，靠轮下表面和割机割嘴高度差为切割高度，（一般在5mm~10mm之间，具体根据不同切割工艺确定。割机调整装置安装在切割大臂上，更换钢管规格时由切割大臂调整装置进行高度调整，气缸（采用FESTO标准气缸行程为50mm）驱动连接在连接板上的靠轮、割机上下运动。

引熄弧板自动切割机动作流程

引熄弧板自动切割机动作流程如下：

横移车将钢管放在引熄弧板切割工位的旋转辊上，保证此时引熄弧板位置在上部（钢管在外焊后引熄弧板在上部两组旋转辊中心线下方的传感器检测到钢管，给小车信号，小车开始向管端运动，这一阶段小车采用高速度快进；

切割小车高速前进，切割探臂上的1"传感器（位于靠轮位置）检测到管端，小车减速以低速前进，2”传感器（位于割机位置）再次检测到管端且管端机械限位挡块与管端接触时，小车停止，此时割机对准管端切割位置；

旋转辊带动钢管旋转，通过3”和4~传感器（用于检测引熄弧板位置）检测引息弧板的在管端的圆周位置，检测到位后旋转辊停止旋转此时割机对准引熄弧板的圆周起始点；

割机调整装置上的气缸动作落下，靠轮和割机与钢管内表面接触，实现割机的高度定位。（割机工作高度在5~10mm之间）

启动等离子电源和旋转辊进行工进速度旋转，从而实现引熄弧板的切割；

通过传感器检测到切割完成后（切割后的引熄弧板到落到废料箱内等离子电源和旋转辊停止工作；

气缸动作，带动割机和靠轮抬起；

切割小车快速退回；

钢管送料横移车将钢管运至下一工序钢管进料横移车将下一根钢管运送到旋转辊上，进行下一根钢管的切割。结语

该引熄弧板自动切割机设计特点：①小车的行走采用变频调速电机，可实现行进过程的高速行走，在接近钢管的管端实现慢速行走，节约引熄弧板切割的辅助时间；②切割臂的升降采用螺旋升降机和直线导轨导向，可利用丝杠的自锁精确定位；③根据管径的不同可通过切割臂的升降满足切割位置的要求；④割机定位采用传感器定位和机械定位相结合的方式，既保证了割机位置的可靠性又保证了切割过程的稳定性；⑤引熄弧板切割后靠自重通过翻料小车滑落至废料箱收集。

该切割机不但能应用于直缝埋弧焊管的引熄弧板切割作业，对于预精焊螺旋焊管的引熄弧板切割同样适用。但应注意的一点是，等离子切割时会产生有毒气体必须配备完善的通风除尘设备。