专利名称：在穿孔开始后增加气态氧的压力和/或流量来火焰切割钢零件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种避免在金属板的预热与穿刺之间出现熔融金属的喷溅或使该喷 溅最小化的氧气切割工艺，该工艺尤其适用于缺少用于改变切割氧的供给压力的装置的 设备。
背景技术：
氧气切割是广泛用于切割钢或更一般地铁质材料_即含铁材料的切割工艺。从工业的角度，使用这样的设备或机器来执行该工艺，该设备在最简单的形式 中包括1或2个并行运行的火炬，而在最复杂的形式中包括高达6至12个并行运行的火 炬。通常地，氧气切割机包括1至8个火炬。实际上，氧气切割是通过金属与纯氧射流的连续局部燃烧进行切割的切割工 艺。此工艺在工业中是众所周知的。所述工艺首先在被称为起动或预热阶段的阶段期间 通过高温氧气燃料火焰进行起动，该高温氧气燃料火焰使待切割的工件局部地达到其燃 烧温度-即约1150°C，然后在穿孔阶段开始并维持燃烧反应，接着通过沿所期望的切割 路径提供氧气射流来进行实际切割。能够被氧切割的材料主要是那些含铁的材料，尤其是低合金钢或非合金钢，特 别是碳素钢。影响切割性能的主要因素是切割设备，尤其是切割喷嘴的选择、气体(燃料和 氧气)的纯度、待切割的材料以及操作者的技能。氧气切割主要用于切割厚度大于IOmm的钢工件，因为对于更小的厚度，所述 工艺将达到其极限，即从工业角度不可接受的切割质量和性能。对于厚度大于30mm的情况，当远离板-即待切割工件-的边缘并且在工件刚预 热之后对该板穿孔时，已注意到，某些经常出现的问题仍存在，例如熔融金属回溅到喷 嘴上和无意的回火，这些问题造成切割设备的退化、由于污染喷嘴产生切割缺陷、非垂 直的切割面缺陷以及起动切割困难。实际上，这些问题大部分是由在板刚预热之后即对该板穿孔期间产生的粘附性 的熔融金属喷溅造成的。当在高压-通常高于Sbar-下以及利用高的氧气流量-至少39001/h的流量-使 用喷嘴时此现象更严重，这是由于与所到达的大量氧气发生了即时反应。另外，当若干氧气切割火炬并行运行以及当使用具有7-12bar的瞬时切割氧气流 量的高压喷嘴时，此现象被放大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的氧气切割(气割)工艺，该工艺在开始切 割时通过使板的穿孔期间熔融金属的喷溅最小化或避免熔融金属的喷溅来避免上面提到的所有或一些问题或将上面提到的所有或一些问题减至最少。本发明的解决方案为一种用于氧气切割含铁的金属工件的工艺，所述工艺采用 至少一个配设有切割喷嘴的火炬，该工艺根据下列步骤进行a)通过火焰预热工件的局部区域，该火焰通过可燃气体与氧气的燃烧产生；和b)沿在步骤a)中被预热的局部区域的方向供应处于第一压力和/或第一流量的 气态氧以便开始穿孔，同时沿切割方向移动火炬，此工艺的特征在于，它还包括如下步骤C):c)当步骤b)中工件的穿孔已经开始之后，将沿穿孔开始的区域的方向供应的气 态氧的压力和/或流量增大至第二压力和/或第二流量以便使工件穿孔，所述第二压力和 /或第二流量高于所述第一压力和/或第一流量。如果需要，本发明的工艺可包括下列一个或多个特征-通过面向工件的上表面定位的喷嘴供应步骤a)的可燃气体和步骤a)、b)和c) 的氧气；-在步骤a)中，将工件预热到直至在工件的所述局部区域中至少达到工件的金 属的着火温度，优选地达到大于或等于1150°c的温度；_在步骤b)中，将喷嘴进一步移离工件的上表面，以便将喷嘴定位在距离工件 的上表面lcm_5cm、通常约2cm_3cm的穿孔距离(d)处；-在喷嘴已移离工件的上表面之后但在工件穿孔之前，相对于工件移动喷嘴，以 便至少形成切口 ；-在步骤c)中，将喷嘴朝向工件的上表面移动至0.5cm-1.5cm的切割距离(d，) 处，其中d’ <d，与之相伴地，增大沿穿孔区域的方向供应的气态氧的压力和/或流 量；-所述第一氧气压力低于约2bar，所述第二氧气压力高于2bar，优选地高于 5bar ；-工件的厚度大于25mm，优选地在30mm和IOOmm之间；-工件由钢制成；_在步骤a)中使用的可燃气体包含乙炔、乙烯、天然气或LPG(液化石油气)； 和-该工艺采用布置在多个火炬上的多个切割喷嘴，这些火炬同时运行以便在所述 工件内同时产生多个切口。另外，本发明还涉及一种用于氧气切割工件的设备，该设备用以实施上述工 艺，该设备包括至少一个配设有切割喷嘴的火炬；至少一个可燃气体源和至少一个氧 气源，所述至少一个可燃气体源和至少一个氧气源向该火炬供应所述可燃气体和所述氧 气；用于向切割喷嘴供应气态氧的装置，该装置包括气体回路；以及用于沿工件的切割 路径移动火炬的装置，例如通常被用于在焊接/切割设备上使火炬移动的机动化系统， 该设备的特征在于，所述气体回路包括主气体管线和旁通管线，所述主气体管线设置有 用于控制所述主通道中的气体压力/流量的装置，使得在预热工件的局部区域的步骤a) 期间，在主通道中流动的气体的流量或压力可被完全阻止或被限制，并且相反地，允许 在步骤b)期间气体在所述局部区域的方向上以一定流量和一定压力流动，从而获得以较高压力和/或较高流量供应的气体。优选地，所述用于控制气体的压力和/或流量的装置为阀或者压力和/或流量调 节器或者任何其它类似的装置。有利地，所述设备包括布置在多个火炬、尤其高达12个火炬或甚至更多个火炬 上的多个切割喷嘴，尤其是安装在移动梁、支承框架等上的喷嘴。
根据下面参照附图对穿孔原理和运行模式的详细描述，将对本发明有更好的理解。图1至4示出应用到30mm厚的钢板上的根据本发明的氧气切割工艺的原理。
具体实施例方式本发明的氧气切割工艺如图1所示以待切割的板5的局部预热(在6处)的传统 步骤开始，该步骤通过向氧气切割火炬2的喷嘴1提供由氧和可燃气体形成的气体混合物 以建立加热火焰3来实现，其目的是预热待切割的板5，以使该板局部地(在6处)达到 其约1150°C的着火温度，以便保持随后输送的均勻的切割氧气射流。这是因为，要执行氧气切割操作，必须连续地利用至少一个“加热”火焰和一 个中心“切割氧气”射流。加热火焰必须能够非常快速地和局部地使板的表面达到材料的着火温度，即对 于钢而言通常为约1150°C。当达到着火温度时，释放切割氧气，并且含在钢中的铁的燃烧反应开始。因 此，最重要的是选择最适合的可燃气体，以便快速地达到着火温度。事实上，可使用多种可燃气体与氧气的混合物获得大于1500°C的温度。这些混 合物在下面的表格中给出。表格
权利要求
1.一种用于氧气切割含铁的金属工件(5，5a, 5b)的工艺，所述工艺采用至少一个配 设有切割喷嘴(1)的火炬(2)，该工艺根据下列步骤进行a)借助于由可燃气体与氧气的燃烧所产生的火焰(3)来预热所述工件(5，5a,5b)的 局部区域(6)；和b)沿在步骤a)中被预热的所述局部区域(6)的方向供应处于第一压力和/或第一流 量的气态氧以便开始穿孔，同时在切割方向(10)上移动所述火炬(2)，其特征在于，所述工艺还包括如下步骤C)c)当已经在步骤b)中开始工件的穿孔之后，将沿开始穿孔的区域的方向供应的气态 氧的压力和/或流量增大至第二压力和/或第二流量以便使所述工件(5，5a, 5b)穿孔， 所述第二压力和/或第二流量高于所述第一压力和/或第一流量。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，通过面向所述工件(5)的上表面(5a) 定位的所述喷嘴(1)供应步骤a)的可燃气体和步骤a)、b)和c)的氧气。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，在步骤a)中，将工件预 热到使该工件(5，5a, 5b)的所述局部区域(6)至少达到该工件的金属的着火温度，优选 地达到大于或等于1150°C的温度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，在步骤b)中，还使所述 喷嘴(1)远离工件的上表面移动，以将所述喷嘴定位在与所述工件(5)的上表面(5a)相 距lcm_5cm，通常约2cm_3cm的穿孔距离(d)处。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，在已经使所述喷嘴(1)远 离工件的上表面(5a)移动之后，但在工件(5)穿孔之前，相对于所述工件(5)移动所述 喷嘴(1)，以便至少形成切口(9)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，在步骤C)中，使喷嘴(1) 朝向工件(5)的上表面(5a)移动至形成0.5cm-1.5cm的切割距离(d’)，其中d’ < d， 同时增大在穿孔区域的方向上供应的气态氧的压力和/或流量。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，所述氧气的第一压力低 于约2bar，所述氧气的第二压力高于2bar，优选高于5bar。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，所述工艺采用布置在数 个火炬(2)上的数个切割喷嘴(1)，所述火炬(2)同时运行以便在所述工件(5，5a, 5b) 内同时地产生数个切口。
9.一种用于氧气切割工件(5，5a, 5b)的设备，所述设备包括-至少一个配设有切割喷嘴(1)的火炬(2)；-至少一个可燃气体源和至少一个氧气源，这些源向所述火炬供给所述可燃气体和所 述氧气；_用于向所述切割喷嘴(1)供应气态氧的装置，所述装置包括气体回路(20)；和-用于沿工件(5)的切割路径移动所述火炬(2)的装置，其特征在于，所述气体回路(20)包括主气体管线(21，22，23)和旁通管线(25)， 所述主气体管线(21，22，23)设置有用于控制所述主通道(21，22，23)中的气体压力/ 流量的压力/流量控制装置(24)。
10.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备包括布置在数个火炬(2)，尤其12个以内的火炬，上的数个 切割喷嘴(1)。
全文摘要
本发明涉及一种用于使用至少一个具有切割喷嘴(1)的吹管(2)火焰切割由含铁金属制成的零件(5)的方法，其中，根据如下步骤进行操作借助于通过可燃气体与氧气的燃烧所产生的火焰来预热所述零件(5)的局部区域，然后向被预热的局部区域供应处于第一压力和/或第一流量的气态氧以用于开始穿孔，而同时在切割方向(10)上移动所述吹管(2)。然后，当开始在所述零件中进行穿孔以后，使气态氧的压力和/或流量在穿孔开始区域的方向上增加至高于所述第一压力的第二压力和/或高于所述第一流量的第二流量，以在所述零件(5，5a，5b)中获得完整的穿孔。本发明还涉及相关的设备。
文档编号B23K7/00GK102015185SQ200980114342
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年4月24日
发明者M·塞兹, S·布里 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司