專利名稱：一種超長單面齒條的火焰切割方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種齒條的火焰切割方法，特別涉及一種用于自升式海洋平臺樁腿的超長單面齒條的火焰切割方法，屬于機械加工技術領域。
背景技術：
自升式海洋平臺由平臺和支撐平臺的若干樁腿組成。海洋平臺作業(yè)時，樁腿下降并支承于海底，平臺沿樁腿上升至離開水面一定的高度，以減小波浪的沖擊。平臺轉移時， 平臺下降浮于水面，樁腿自海底升起并保持大部分升出水面，以減小移位時的水阻力。樁腿的正常升降是確保海洋平臺正常作業(yè)的基礎，因而驅動樁腿升降的升降系統(tǒng)是海洋平臺的非常重要的結構?，F(xiàn)有自升式海洋平臺的升降系統(tǒng)分為齒輪齒條式和液壓油缸頂升式，其中，齒輪齒條式以其升降速度快、操作簡單、易對井位等優(yōu)點被多數(shù)系統(tǒng)優(yōu)先采用。齒輪齒條式升降系統(tǒng)的核心部件是齒條。齒條沿樁腿軸向焊接在樁腿壁上，用于將液壓系統(tǒng)的驅動力傳動至樁腿，其承受荷載大、受力復雜，因而對齒條的加工精度和表面質量要求很高。而用于海洋平臺升降系統(tǒng)的齒條屬于超長、超大模數(shù)齒條，齒條長度一般超過5米，遠大于超長齒條的常規(guī)下限1. 5米，加工難度很大，且齒條選用高強度調質鋼材質，碳當量很高，切割性能差，因而，現(xiàn)有技術中用于海洋平臺樁腿的齒條在切割加工過程中的熱變形不易控制，造成齒條加工精度低、輪齒變形大、齒面光潔度低，難以滿足海洋平臺升降系統(tǒng)中對齒條的質量要求。發(fā)明專利申請名稱為“一種樁腿主舷管齒條的切割方法”，申請公布號CN 101987390A，申請公布日2011.03.23，公開了一種樁腿主舷管齒條的切割方法，包括如下步驟步驟a、將待加工件放置在切割胎架上；步驟b、將待加工件切割齒條的部位加熱至 100 30(TC ；步驟C、通過火焰切割機對待加工件進行齒條切割，步驟C中，優(yōu)選地，沿所述待加工件長度方向對所述待加工件的兩邊同時進行齒條切割。該發(fā)明申請通過對待切構件的預熱改善了構件的切割性能，提高了切割質量，使切割誤差控制在1毫米之內，切割厚度達到170毫米以上，并且切割表面光潔度達到▽ 4級，而且通過對兩邊齒廊的同時切割， 一定程度地消除了切割過程的變形，提高了加工精度。但該發(fā)明專利申請仍然存在明顯缺陷一是對切割件的預熱為局部預熱，局部預熱需要單獨增設加熱裝置，增加了結構成本，且加熱裝置需在構件上移動加熱，操作復雜不便，更重要的是，局部預熱形成鋼板部分區(qū)域溫度突變，導致材料理化性能改變，從而降低齒條加工精度；二是對兩邊齒廊同時切割的方法僅適用雙面齒條，而對于一邊為曲線、一邊為直線的單面齒條則不能適用，使單面齒條的切割變形仍然不易控制；三是采用在切縫中插入銷子以防止齒條偏移的方法，由于線形的切縫并不能有效固定銷子，因而銷子也不能有效地固定切割件，使切割件在切割中仍然容易產生偏移，影響齒條的切割精度
發(fā)明內容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有齒條的火焰切割方法存在的局部預熱需增加加熱設備、操作復雜不便，且產生的材料理化性能改變導致切割精度降低，以及兩邊同時切割齒廊的方法不能適用單面齒條的切割，以及切割件固定不可靠、容易產生偏移而影響切割精度的缺陷與不足，提供一種超長單面齒條的火焰切割方法，利用現(xiàn)有的退火爐對切割件進行整體預熱，以及從兩邊同時切割齒廊、再從中間直線分割成兩個單面齒條的方法，使切割件的預熱速度快、操作方便且無需額外增加加熱設備，并且能夠有效消除單面齒條的熱變形、切割精度高，特別適用于海洋平臺樁腿的單面齒條的切割加工，且切割速度快、切割效率高。本發(fā)明為實現(xiàn)技術目的采用的技術方案是
一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于包括以下步驟
A.將待切割的鋼板整體預熱至200 300°C；
B.將預熱后的鋼板固定在切割平臺上；
C.測量鋼板溫度，當鋼板溫度在100 150°C之間時開始切割，切割時使用兩個割炬在鋼板上沿兩個切割軌跡1同時切割兩根齒邊，所述兩根齒邊的間距等于單根齒條的寬度加上割縫補償寬度，切割完成后得到一根雙面齒條；
D.將步驟C得到的雙面齒條沿切割軌跡2切割成兩部分，得到兩根單面齒條，完成齒條切割。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述步驟D之后還包括步驟E 待步驟D所得的兩根單面齒條冷卻至室溫后，再吊裝取出。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述步驟B中還包括步驟Bl 將預熱后的鋼板表面覆蓋保溫材料。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述保溫材料為硅酸鋁纖維。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述切割平臺的長邊緣超出鋼板的長邊緣的長度小于0. 5m，所述切割平臺的短邊緣超出鋼板的短邊緣的長度小于0. 5m。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述步驟B中，預熱后的鋼板與切割平臺通過間斷焊接固定，相鄰兩個焊點的間距小于an。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述步驟C和步驟D中的割炬為射吸式割炬， 切割氣體為氧-丙烷。一種超長單面齒條的火焰切割方法，切割鋼板時，保持切割氧壓力值以切割火焰超過鋼板厚度1/6為準，或者保持切割氧壓力為0. 75 0. 9MPA。一種超長單面齒條的火焰切割方法，切割鋼板的速度為130 170mm/min。一種超長單面齒條的火焰切割方法，所述步驟C中，割縫補償寬度為5 7mm。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的特點是
1.焊前整體預熱可利用現(xiàn)有退火爐設備而無需新增加熱設備，能有效地節(jié)約成本，并且整體預熱無需移動加熱設備，操作更為簡單方便。更重要的是，整體預熱可以使整個鋼板均勻受熱，切割性能整體變化，避免因局部加熱帶來的鋼板部分區(qū)域溫度突變，而導致材料理化性能改變，以及由此產生的加工精度降低的缺陷。2.本發(fā)明采用首先切割一個雙面齒條、再從中間直線切割成兩個單面齒條的方法，由于雙面齒條的兩個齒邊的線型和長度完全一致，切割時受熱均勻，避免了受熱不均導致的變形，從而顯著提高了單面齒條的切割精度，使加工成型的齒條完全能夠滿足海洋平臺的要求，并且兩面齒廊可以同時切割，既確保齒條雙面的變形保持一致，還顯著提升了切割加工效率。3.切割平臺的邊緣超出鋼板的邊緣的長度不大于0. 5米，能有效限制鋼板在切割作用下的位移，鋼板與切割平臺采用焊接固定的方式，其固定可靠，能夠確保鋼板在切割過程中不發(fā)生任何微小的位移，確保切割軌跡準確、切割精度高。切割完成后，將切割余料從切割平臺上切割分離即可，切割平臺可以重復利用。4.切割前預熱鋼板并覆蓋保溫材料硅酸鋁纖維對鋼板保溫，切割前測量鋼板溫度，當鋼板溫度在最佳切割溫度100 150°C之間時開始切割，可使鋼板處于最佳切割狀態(tài)，進一步確保切割質量，提高切割效率。5.根據(jù)超長單面齒條的切割特點確定相關切割參數(shù)，包括切割割炬選用射吸式割炬，切割氣體選用火焰溫度較低、切割變形小的氧-丙烷，調節(jié)氧氣壓力至切割火焰超過鋼板厚度的1/6，或者調節(jié)氧氣壓力為0. 75 0. 9MPA，切割速度選擇較低的速度130 170mm/min，進一步提高切割質量，確保加工成型的齒條能夠滿足海洋平臺樁腿的高精度、 高質量的要求。


圖1是鋼板切割軌跡示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的超長單面齒條的火焰切割方法，包括以下A D的步驟
A.將待切割的鋼板整體預熱至200 300°C；
B.將預熱后的鋼板固定在切割平臺上；
C.測量鋼板溫度，當鋼板溫度在100 150°C之間時開始切割，切割時使用兩個割炬在鋼板上沿兩個切割軌跡1同時切割兩根齒邊，兩根齒邊的間距等于單根齒條的寬度加上割縫補償寬度，切割完成后得到一根雙面齒條；
D.將步驟C得到的雙面齒條的沿切割軌跡2切割成兩部分，得到兩根單面齒條，完成齒條切割。步驟A中，整體預熱可采用將鋼板整體放置于退火爐中加熱的方法。與現(xiàn)有技術的局部預熱相比，整體預熱操作簡單方便，且可利用現(xiàn)有設備而無需增加加熱設備，有效地節(jié)約成本。更重要的是，整體預熱可以使整個鋼板均勻受熱，切割性能整體變化，避免因局部加熱帶來的鋼板部分區(qū)域溫度突變，而導致材料理化性能改變，以及由此產生的加工精度降低的缺陷。整體預熱的溫度可選用200 300°C，選用上述預熱溫度預熱鋼板，使鋼板在后續(xù)的固定過程(大約2小時左右)中，正好自然冷卻到鋼板最佳切割溫度100 150°C內，便于后續(xù)的切割加工。當預熱溫度高于300°C時，會使鋼板產生較大的、不易控制的熱脹變形，影響切割精度；而當預熱溫度低于200°C，則可能使鋼板在固定過程中溫度降低到低于最佳切割溫度，使鋼板的切割性能大大下降。如果鋼板等待切割時間較長，還可以覆蓋保溫材料以保持溫度。保溫材料優(yōu)選硅酸鋁纖維，硅酸鋁纖維具有耐高溫、導熱系數(shù)低、容重輕、彈性好、無毒等特點，特別適用于金屬板材的保溫。
步驟B中，切割平臺的長邊緣超出鋼板的長邊緣的長度小于0.5m，切割平臺的短邊緣超出鋼板的短邊緣的長度小于0.5m。切割平臺的尺寸根據(jù)待切割鋼板尺寸確定，為方便固定鋼板，切割平臺的尺寸通常大于鋼板。但過大的切割平臺不利于鋼板的固定，因為鋼板在切割作用下有向兩邊移動的趨勢，如兩邊的空間過大，會鋼板發(fā)生較大的位移，影響切割精度。因此，本發(fā)明將切割平臺的尺寸設置為每條邊緣超出鋼板對應邊緣的長度小于 0. 5m，能有效限制鋼板的位移，提高切割精度。步驟B中，鋼板在切割平臺上的固定優(yōu)選選用間斷焊接固定，相鄰兩個焊點的間距小于2米。焊接固定的固定方式可靠，能夠確保鋼板在切割過程中不發(fā)生任何微小的位移，確保切割精度。鋼板切割完成后，可將鋼板余料從切割平臺上切割分離即可，切割平臺
可以重復使用。步驟C中，測量鋼板溫度，可選用紅外測溫儀測量。保持鋼板處于最佳切割溫度 100 150°C時，鋼板處于最佳切割狀態(tài)，能有效提高切割質量和切割效率。當溫度超過 150°C時，鋼板會因溫度的升高而形成較大的熱脹變形，而加工成型的齒條在冷卻過程中， 齒形的過大冷縮變形會較大程度地改變齒形的輪廓、尺寸等，影響齒條的精度。當溫度低于 100°C時，鋼板的切割性能不能得到很好的改善，影響切割質量和切割效率。步驟C和步驟D的切割加工，如圖1所示，第一步先沿兩條切割軌跡1同時切割兩條齒邊，得到一個雙面齒條，再沿切割軌跡2直線切割，得到兩個單面齒條?，F(xiàn)有技術切割單面齒條時，由于切割曲線邊和直線邊的線形、線長不同，齒條兩邊受熱不均而導致鋼板產生變形，加之海洋平臺用的齒條為超長齒條，長度達5米以上，切割變形逐步累積而最終形成較大的變形，極大地降低了齒條切割精度。而本發(fā)明采用同時切割兩條齒邊、再從中間切割分成兩個單面齒條的方法，同時切割兩條齒邊時，由于兩個齒邊的線型和長度完全一致，切割時受熱均勻，消除了受熱不均的變形，從而顯著提高了單面齒條的切割精度，使加工成型的齒條完全能夠滿足海洋平臺的要求，并且顯著提升了切割加工效率。步驟C中，割縫補償寬度與切割鋼板的厚度、割嘴的大小等有關，可以設置為5 7mm ο步驟C和步驟D中，切割割炬可選用射吸式割炬，切割氣體可選用為氧-丙烷。由于氧丙烷切割火焰溫度較低，切割變形小，因而可以進一步控制齒條變形，提高切割精度， 并且氧-丙烷切割氣體的低熱量可以保證鋼板切割上表面不會熔塌而影響切割質量。步驟C和步驟D中，切割氧壓力根據(jù)切割鋼板的厚度確定，厚度越大，氧氣壓力越大。優(yōu)選地，調節(jié)氧氣壓力至切割火焰超過鋼板厚度的1/6，或者調節(jié)氧氣壓力為0. 75 0. 9MPA。步驟C和步驟D中，切割速度可以為130 170mm/min。切割速度直接影響到切割過程的穩(wěn)定性和切割斷面質量，而過快的切割速度會使切割斷面出現(xiàn)凹陷和掛渣等質量缺陷，因此本發(fā)明綜合考慮切割燃氣、割嘴的性能參數(shù)、鋼板材質及厚度等因素，確定切割速度為 130 170mm/min。本發(fā)明提供的超長單面齒條的火焰切割方法，還包括步驟Ε:齒條切割結束后，待齒條冷卻至室溫后，再吊裝取出齒條零件。齒條處于高溫時剛度較低，吊裝過程中容易產生較大變形，影響齒條精度，因此優(yōu)選等待齒條冷卻至室溫后再吊裝取出。
權利要求
1.一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于包括以下步驟A.將待切割的鋼板整體預熱至200 300°C；B.將預熱后的鋼板固定在切割平臺上；C.測量鋼板溫度，當鋼板溫度在100 150°C之間時開始切割，切割時使用兩個割炬在鋼板上沿兩個切割軌跡1同時切割兩根齒邊，所述兩根齒邊的間距等于單根齒條的寬度加上割縫補償寬度，切割完成后得到一根雙面齒條；D.將步驟C得到的雙面齒條沿切割軌跡2切割成兩部分，得到兩根單面齒條，完成齒條切割。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述步驟D 之后還包括步驟E E.待步驟D所得的兩根單面齒條冷卻至室溫后，再吊裝取出。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述步驟B 中還包括步驟Bl Bi.在預熱后的鋼板表面覆蓋保溫材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述保溫材料為硅酸鋁纖維。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述切割平臺的長邊緣超出鋼板的長邊緣的長度小于0. 5m，所述切割平臺的短邊緣超出鋼板的短邊緣的長度小于0. 5m。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述步驟B 中，預熱后的鋼板與切割平臺通過間斷焊接固定，相鄰兩個焊點的間距小于an。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述步驟C 和步驟D中的割炬為射吸式割炬，切割氣體為氧-丙烷。
8.根據(jù)權利要求1或7所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于切割鋼板時，保持切割氧壓力值以切割火焰超過鋼板厚度1/6為準，或者保持切割氧壓力為 0. 75 0. 9MPA。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于切割鋼板的速度為130 170mm/min。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種超長單面齒條的火焰切割方法，其特征在于所述步驟 C中，割縫補償寬度為5 7mm。
全文摘要
本發(fā)明提供的超長單面齒條的火焰切割方法，包括A．將鋼板整體預熱至200～300℃；B．將預熱后的鋼板固定在切割平臺上C．測量鋼板溫度，當鋼板溫度在100～150℃之間時，開始沿兩個切割軌跡1同時切割；D．沿切割軌跡2切割，完成齒條切割。本發(fā)明提供的超長單面齒條的火焰切割方法，對鋼板進行整體預熱，并使鋼板在切割過程中保持最佳切割溫度和切割狀態(tài)，以及從兩邊同時切割齒廊、再從中間直線分割成兩個單面齒條的方法，使切割件的預熱速度快、操作方便且無需額外增加加熱設備，并且能夠有效消除單面齒條的熱變形、切割精度高，特別適用于海洋平臺樁腿的單面齒條的切割加工，且切割速度快、切割效率高。
文檔編號B23K7/10GK102489823SQ201110384609
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2011年11月28日
發(fā)明者楊新明, 王瓊, 王良, 王行, 祝道文, 程文池, 邵剛 申請人:武漢船用機械有限責任公司