金属板材垂直坡口切割辅助装置研究与介绍.pdf

.922023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备金属板材垂直坡口切割辅助装置研究与介绍梁超（海洋石油工程股份有限公司，天津，3 0 0 4 57)摘要】在海洋石油系统内，现场作业施工离不开金属板材的切割，如试压临时插板、试压盲板、圆形堵板、结构环型板等大量圆形结构物等。尤其在施工车间外部，施工地点狭窄、机械切割受限无法使用的地方，手工切割是现场施工人员最为普遍的一种切割方式。现场手工切割施工效率要高于机械切割。因此，针对这种情况，设计制作了一种金属板材垂直坡口切割辅助装置，该辅助装置的使用实现了金属板材垂直及坡口切割的两种方法，有效的应用在施工现场，取得了较好的经济效益及社会效益。1【关键词】手工金属切割；垂直；坡口；切割辅助装置引言手工切割施工的精度要求很高，切割的尺寸、边缘的垂直度、坡口的角度、吹出的熔渣等都有严格的要求，绝大部分手工切割施工都是靠施工人员画线进行切割。由于手速不稳，没有固定的支撑及标准，在切割过程中施工人员手的抖动容易产生夹渣、坡口角度不准、切不透、回火等。坡口角度不准、夹渣时需要工人用磨机进行修整以满足要求。造成施工效率较低，从而导致成本的提高、工人劳动强度大。出于对以上手工切割施工出现的问题，对手工切割施工特点进行分析总结，得出手工切割施工没有固定的支点，运行速度不稳，坡口角度不能调节等，针对这些难点本文结合以往各项目施工中手工切割情况，设计并制作了金属板材垂直坡口切割辅助装置，该装置对以往固定方式进行了改进和优化，提高了手工切割的稳定性，为后续类似问题提供有效借鉴。1热切割分类方法介绍及特征1.1火焰切割分类及特征 2 1.按加热气源的不同，常用火焰切割分为以下两种(1)气割气割的原理是使用氧气和乙炔气的混合比火焰，将金属在纯氧气流中剧烈燃烧，放出大量热量及吹出熔渣的现象。（2）液化石油气切割从各方面因素综合考虑，液化石油气切割是目前最为经济普遍的切割，其工作原理与气割相同，不同的是割炬的形式与乙炔气不同，他将混合气燃料喷口横切面加大及低压氧喷嘴孔径加大，与乙炔气比较回火率减小。液化石油气与氧气混合气的燃爆范围如表1 所示。表1 液化石油气一氧气混合气的燃爆范围液化气在混合气的中占序号燃爆情况的体积百分数%13.2爆声微弱26有爆炸声36.7有爆炸声412.9有爆炸声519.1爆声较响633.1爆声响736.2爆声响843爆声响951.5爆声强响，发光1064爆声强响，发光2火焰切割的特征火焰切割是最老的热切割方式，最为常见的切割方法有两种，一种方法是人工使用割枪进行手工切割，其特点是成本低、方便灵活，适用于施工现场露天全位置切割；另一种方法是机械设备的切割，其特点是成本高，体型较大，适用于车间成批量工件的切割；在切割厚金属板的过程作者简介：梁超（1 9 8 6-），汉族，天津人，管工高级技师，主要从事工艺管线预制，安装及施工技术管理工作。93第1 1 期梁超金属板材垂直坡口切割辅助装置研究与介绍中，最为常用的方式就是火焰切割，其切割金属厚度从1 mm到1 2 0 0 mm。当需要切割绝大多数低碳钢薄板时，由于切割过程中热变形大，热影响区大，应采用其他切割方式对低碳钢薄板进行切割。并且为了准确有效地切割，操作人员需要有精湛的技术，以避免金属板在切割过程中发生热变形。1.2电弧切割分类及特征1.电弧切割根据电弧形成的不同可以分为以下两种（1）等离子弧切割等离子弧切割是一种使用高温高速的强大等离子射流将需要切割的金属部分熔化，然后将其吹出以形成狭窄的切口形成的一种切割方法。(2）碳弧气割碳弧气割是利用碳棒与工件之间产生一定大小的电弧，电弧熔化金属部分位置，并使用6 MPa已内的压缩空气将熔渣吹掉的过程，已实现碳弧切割的方法。2.电弧切割的特征（1）电弧切割的施工效率高，切割速度快，质量好，容易操作，产生的变形及热影响区相对较小，光洁、整齐、无黏渣。（2）产生的电弧光，在无防护的情况下会对人的皮肤及眼晴造成一定成度的伤害。2金属板材垂直坡口切割辅助装置的组成部分1结构示意图及名称如图1 所示，图中：1 为磁性铁块；2-1 为螺杆；2-2 为螺杆；2-3 为螺杆；3 为连接板；4 为定点立柱；5-1 为螺母；5-2 为螺母；6 为轴承；7 为套2-25-22-110-1/10-23535-210-1/10-2图1 金属板材垂直坡口切割辅助装置角度结构示意图管；8 为伸缩杆；9 为割嘴套；1 0-1 为转动轴；1 0-2为转动轴。3金属板材垂直坡口切割辅助装置的设计原理及特征3.1切割辅助装置的设计原理金属板材垂直坡口切割辅助装置包括1 1 大部分，即磁性铁块；螺杆；连接板；定点立柱；螺母；轴承；套管；伸缩杆；割嘴套；转动轴；磁性铁块上表面设有连接板通过螺杆螺纹进行连接，连接板的另一端设有轴承，轴承的内部安装有定点立柱，定点立柱的上部顶端焊接有套管，定点立柱上配有螺纹，定点立柱过轴承利用螺母进行锁紧，所述套管上设有伸缩杆，套管顶部上设有螺杆，伸缩杆的一端焊接有转动轴，转动轴的一侧安装有螺杆，螺杆的一端螺纹连接有螺母，螺杆安装有转动轴，转动轴的一端焊接有割嘴套。3.2切割辅助装置的特征1.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：磁性铁块（1）能够吸附在钢材表面上，保证总体稳定牢固。2.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：连接板（3）一端钻孔，另一端镶入轴承（6)。3.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：套管（7）与定点立柱（4）之间焊接，定点立柱（4）可以准确确定定点圆心位置。4.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：轴承（6）在切割旋转时匀速、稳定，无卡顿现象。5.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：伸缩杆（8）可以利用螺杆（2-2）调节所需要切割工件的尺寸，伸缩杆（8）一端设置转动轴（1 0-1)。6.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：割嘴套（9）上设置转动轴（1 0-2），通过螺杆（2-3）和螺母（5-2）可以调节割嘴套（9）角度，即切割工件的坡口角度。7.根据垂直坡口切割辅助装置的设计原理，其特征在于：该切割辅助装置可以1 8 0 旋转切割4具体实施方式操作步骤1.磁性铁块（1）吸附于需要切割的金属板(上接9 9 页）-94-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备材上，通过连接板（3）与定点立柱（4）及套管（7）形成一个整体，起到一定的支点作用，之后将气割枪的割嘴或等离子枪的割嘴镶嵌在割嘴套（9）内，通过套管（7）上的螺杆（2-2）可调节固定伸缩杆（8），以伸缩杆（8）为半径，以定点立柱（4）尖端为圆心位置，利用圆规画圆原理进行切割。施工人员操作气割枪或等离子枪利用轴承（6）减少摩擦、回转精度高的特性缓慢移动，实现伸缩杆（8）画圈1 8 0 度旋转，并带动气割枪或等离子枪完成切割作业。使用完成后可重复以上步骤将该装置用于其他切割工作。2.施工要求切割标准坡口工件时，割嘴套（9）与伸缩杆（8）之间可以利用螺杆（2-3）与螺母（5-2）调节角度。3.本垂直坡口切割辅助装置也可对管件进行坡口切割，从而实现切割不同位置的转移。5金属板材垂直坡口切割辅助装置的优势1.通过磁性铁块的设置，保证了整体结构的稳定性磁性铁块能够强有力的吸附在所切割金属板材表面上，起到了稳定及支撑的作用，手工切割最根本的就是要求施工人员手稳及身体各部的协调，保证切割匀速进行，防止产生回火、切不透、存在夹渣的问题，才能保证工件质量完好。2.手工切割无需划线该装置只需调节定点立柱到割嘴套中心的距滑轨小车装船，其主要受限于驳船舰靠装船作业时的东江航道封航许可作业时间的影响，导致其无法任选2 4 小时内合适潮水进行作业，因此导致其作业窗口受限。尽管如此，相比传统吊装装船以及滚装装船作业方式而言，钢桩滑轨小车装船方式仍是一种快捷、经济的施工模式，省却吊装装船所需的大型浮吊船舶资源，也将钢桩上船时间缩短至1 天，降低了作业成本，提高了施工效率，具有很高的推广价值。参考文献1谭越,李新仲,王春升.深水导管架平台技术研究 .中国海洋平台,2 0 1 6(1):6.DOI:10.3969/j.issn.1001-4500.2016.01.004.2张耀,汪春标,刘传辉.导管架钢桩装船技术应用分析 .现代离即为所切工件的半径距离，将定点立柱指定在规定的中心定位点上进行切割作业，无需手工划线、量尺，减少了划线的时间，提高了切割工作效率 3 。3.使用方便快捷，可重复使用该装置使用方便快捷，可根据工件的大小来进行调整，对狭窄地方的圆形环缝切割效果显著，可以重复使用。6结语手工金属切割无时无刻都应用在现场施工生产中，为了保证质量，加快生产效率，降低安全风险，研究并设计了金属板材垂直坡口切割辅助装置，本装置采用磁吸方式及圆规理论，解决了手工划线、量尺切割及圆型板材、管件切割坡口的问题，成功应用在海洋石油平台建造项目中，为后续项目提供有效借鉴。参考文献1仲继彬.海管坡口半自动切割辅助装置的研制及应用.陕西：热加工工艺，2 0 1 3，4 2（3）：2 1 3-2 1 42编委会.全国特种作业人员安全技术培训考核统编教材.北京：金属焊接与切割作业，2 0 1 03李一乔,周强等.中国海洋石油职业技能鉴定培训教程.天津：中国海洋石油职业技能鉴定指导中心，2 0 0 8收稿日期：2 0 2 3-0 6-1 1 修回日期：2 0 2 3-1 0-1 0制造技术与装备,2 0 2 1,57(9):4.3吴彬.导管架钢桩SPMT滚装装船新技术 J.山东化工，2022(004):051,4王瑞平,万秀林,苗蕾.钢桩滚动装船栈桥受力分析研究 .石油和化工设备,2 0 2 2,2 5(3):3.5宋柏辰,余玥霞.浅谈钢桩的SPMT装船工艺 J.中国储运,2 0 2 3,No.272(05):63.DOI:10.16301/12-1204/f.2023.05.087.6王瑞平.导管架钢桩SPMT小车侧向和尾向装船方法的对比分析 .石油和化工设备,2 0 2 2,2 5(0 5):1 0 4-1 0 9.7李林,李淑民,陈品.大型深水导管架钢桩装船新工艺 C/中国科学技术协会，天津市人民政府.第十三届中国科协年会第1 3 分会场-海洋工程装备发展论坛论文集.出版者不详,2 0 1 1:6.收稿日期：2 0 2 3-0 6-1 7 修回日期：2 0 2 3-0 9-2 2