文/楊永恒 中國(guó)電建集團(tuán)核電工程有限公司 山東濟(jì)南 250102

1900年，兩位法國(guó)工程師制造出第一個(gè)氧乙炔割炬，啟動(dòng)了鋼材切割、焊接的革命。手工氣割使用靈活方便，設(shè)備簡(jiǎn)單、便于攜帶，可在現(xiàn)場(chǎng)迅速安裝使用。切割過(guò)程中，可在小的半徑范圍內(nèi)快速改變切割方向，成本低、生產(chǎn)率高，不受工件形狀與尺寸限制，但隨意性強(qiáng)，切割表面平面度、割紋深度的質(zhì)量不容樂(lè)觀。超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，須打磨校形，造成人力浪費(fèi)，同時(shí)造成如角磨機(jī)、沙輪片等耗材增多，增加工程建設(shè)成本。為此特成立QC小組攻關(guān)研制氣割炬輔助工具，取得良好效果。

1、氣割炬輔助工具研制

1.1 手工氣割現(xiàn)狀

手工切割鋼板超差現(xiàn)象嚴(yán)重，切割件的切割平面度、割紋深度均超差，切割質(zhì)量達(dá)不到驗(yàn)收要求是手工切割偏差的普遍現(xiàn)象。目前采用半自動(dòng)切割機(jī)下料，但高空作業(yè)、H型鋼、槽鋼、不規(guī)則型材等不適合安裝半自動(dòng)切割機(jī)，仍采用手工切割。

1.2 氣割炬輔助工具目標(biāo)

為滿足要求需研制氣割炬輔助工具，以厚度20mm鋼板割縫為例，切割面平面度控制在1.0mm內(nèi)，割紋深度控制在0.3mm以內(nèi)，達(dá)到驗(yàn)收規(guī)范要求。

1.3 設(shè)計(jì)思路

要提高切割平面度質(zhì)量，須保持切割過(guò)程中割嘴垂直與鋼板。但氣割操作過(guò)程中，操作工手持氣割炬，無(wú)標(biāo)尺，憑目測(cè)感覺(jué)割嘴與鋼板角度，不能始終保持割嘴垂直與鋼板，造成切割平面度隨時(shí)變化，且抖動(dòng)無(wú)法控制，需設(shè)計(jì)支架固定割嘴與鋼板的角度和割嘴的行走路線。

1.4 方案設(shè)計(jì)

1.4.1 支架安裝位置分析

方案一：支架安裝在割嘴兩側(cè)，可保持割炬與割件平行，兩側(cè)都需支撐點(diǎn)，限于鋼板中間割縫，一側(cè)寬度不能支撐時(shí)支架失去作用。

方案二：支架安裝在割嘴一側(cè)，可保持割炬與割件平行，一側(cè)可放開工具即可，可進(jìn)行鋼板修邊，用途廣，可行度高。

1.4.2 支架形式選擇

方案一：直接支撐保持割嘴與鋼板角度一致，支架與鋼板直接摩擦，摩擦力大，在鋼板上滑動(dòng)時(shí)割炬發(fā)生顫動(dòng)。

方案二：滾輪行走保持割嘴與鋼板角度一致，支架與鋼板滾動(dòng)摩擦，摩擦力小，在鋼板上滾動(dòng)順利，可行度高。

1.4.3 滾輪形狀選擇

方案一：餅狀輪行走，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壓出餅狀輪的寬度，滾輪與切割件接觸面積越大，軋到割件上飛濺氧化鐵顆粒幾率越大。

方案二：刀口輪行走，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壓出一條線，軋到割件上飛濺氧化鐵顆粒幾率小，可行度高。

1.4.4 工具與割嘴連接

設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)內(nèi)徑15mm的圓環(huán)箍加頂絲，使工具固定在氣割嘴上。

方案一：六角螺栓作為頂絲將割嘴固定，用六角螺釘作為頂絲緊固，需使用扳手旋緊。

方案二：翼型螺栓作為頂絲將割嘴固定，用翼形螺釘作為頂絲緊固，用手直接旋緊，方便快捷，可行度高。

1.4.5 割嘴圓環(huán)箍與刀口輪支撐的連接方式

方案一：割嘴圓環(huán)箍與刀口輪支撐分離，可調(diào)節(jié)割嘴與割件角度，滿足多種割口角度，可行度高。

方案二：割嘴圓環(huán)箍與刀口輪支撐一體，當(dāng)割嘴插入圓環(huán)箍后，割嘴只能與割件垂直。

查閱《中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T869-2012》得知，鋼板對(duì)接焊時(shí)需要開30°～35°坡口，因此可在圓環(huán)箍與支架連接盤上刻出90°、30°、35°刻度，使工具有多角度切割功能，切割坡口時(shí)將圓環(huán)箍調(diào)至30°與35°間即可。

1.4.6 刀口輪形狀

設(shè)計(jì)思路：固定氣割嘴行走路線，可使刀口輪沿一平直的扁鐵作為軌道行走，可解決氣割嘴沿切割方向行走時(shí)垂直于切割面的抖動(dòng)。

方案一：雙面切削，當(dāng)?shù)犊谳喛拷忤F時(shí)，輪子最高點(diǎn)不能貼近扁鐵，不能延扁鐵行走將造成行走不直。

方案二：?jiǎn)蚊媲邢?，?dāng)?shù)犊谳喛拷忤F時(shí)，輪子最高點(diǎn)能貼近扁鐵，能延扁鐵直線行走，可行度高。

1.4.7 各部件尺寸確定

（1）支撐桿尺寸

飛濺物主要集中在0-20mm距離內(nèi)，因此割嘴中心線到中間輪距離為25mm。為保持工具平衡，兩刀口輪中間距同樣為25mm。兩輪中間用隔套隔開。

（2）刀口輪尺寸

刀口輪尺寸分外徑、內(nèi)徑、厚度。

外徑：決定割嘴與割件高度，割嘴長(zhǎng)度35mm+割嘴與割件距離10mm+可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度=50mm。

內(nèi)徑：需小于支撐桿外徑才能固定，將內(nèi)徑確定為10mm。

厚度：厚度小穩(wěn)定性差；厚度大增加重量與中間軸的摩擦力大，影響輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，確定厚度為10mm。

（3）割嘴圓環(huán)箍固定使用的翼形螺栓、螺帽尺寸

兩刀口輪用隔套隔開，用M8六角螺帽固定。割嘴圓環(huán)箍插入支撐桿圓盤中心孔，用內(nèi)徑8mm翼型螺帽固定，調(diào)節(jié)角度時(shí)松開螺帽，調(diào)節(jié)完畢緊固。圓環(huán)箍與氣割嘴固定采用翼形螺釘，螺紋直徑5mm，螺紋長(zhǎng)度10mm，當(dāng)翼形螺釘旋到底時(shí)，可使本工具固定在氣割嘴上。

（4）作為行走軌道的扁鐵尺寸

扁鐵長(zhǎng)度可視割件大小選擇，手工切割時(shí)，每切割30-50cm需移動(dòng)一下，所以扁鐵長(zhǎng)度以50cm、寬4cm、厚0.3cm、重量0.38kg為宜。

通過(guò)磁鐵吸附效果對(duì)比可知，扁鐵與割件采用強(qiáng)磁磁鐵固定，移動(dòng)時(shí)方便快捷，切割操作時(shí)調(diào)整好扁鐵位置，使刀口輪沿扁鐵行走。磁鐵直徑22mm高30mm，每個(gè)強(qiáng)磁可以吸附1.5kg。

1.4.8 最佳方案描述

（1）用一個(gè)支撐桿，支撐住刀口輪。

（2）用割嘴圓環(huán)箍與支撐桿分離的方式將工具固定在氣割嘴上。

（3）運(yùn)用單面刀口輪沿扁鐵行走的方式固定行走路線。

（4）運(yùn)用強(qiáng)磁磁鐵將扁鐵吸附在割件上。

2、裝置效果檢查

（1）切割平面度檢查：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量20塊手工切割的預(yù)埋件鋼板，切割面平面度偏差值u≈0.3mm（鋼板厚度20mm，尺寸200mm×200mm，測(cè)量點(diǎn)每100mm取點(diǎn)一次），使用輔助工具后，切割平面度偏差滿足要求。

（2）割紋深度檢查：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量20塊手工切割的預(yù)埋件鋼板，割紋深度h≈0.1mm（鋼板厚度20mm，尺寸200mm×200mm，測(cè)量點(diǎn)每100mm取點(diǎn)一次），使用輔助工具后，割紋深度偏差滿足要求。

結(jié)語(yǔ)：

氣割炬輔助工具的研制，提高了切割效率和切割質(zhì)量，方便下一步割件的組裝焊接，保證施工項(xiàng)目的內(nèi)在質(zhì)量。有效、合理地利用勞動(dòng)力，減少后期磨光修邊，降低磨光機(jī)、砂輪片等耗材浪費(fèi)，有效節(jié)約工程建設(shè)成本，節(jié)約施工時(shí)間。目前該工具在公司其他項(xiàng)目已經(jīng)廣泛應(yīng)用，同樣取得良好的效果。