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钢板切割工具种类
火焰切割
火焰切割设备的成本低并且是切割厚金属板唯一经济有效的手段，但是在薄板切割方面有其不足之处。与等离子比较起来，火焰切割的热影响区要大许多，热变形比较大。为了切割准确有效，操作人员需要拥有高超技术才能在切割过程中及时回避金属板的热变形。
激光切割
激光切割设备可切割4mm以下的不锈钢，在激光束中加氧气可切割20mm厚的碳钢，但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的*大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸误差较大。　激光切割设备的价格相当贵，约150万元以上。
线切割
电火花线切割简称线切割。它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。如今，线切割机床已占电火花机床的大半。
剪板机
剪板机是借于运动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离。剪板机属于锻压机械中的一种，主要作用就是金属加工行业。
等离子切割机
等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部分或局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。
超高压水切割
超高压水切割又称水刀和水射流，它是将普通的水经过多级增压后所产生的高能量（380MPa）水流，再通过一个极细的红宝石喷嘴（Φ0.1-0.35mm），以每秒近千米的速度喷射切割，这种切割方式称为超高压水切割。

钢板切割工艺
切割下料标准
1.范 围：本标准适用于原材料切割下料的加工过程。适用于以火焰切割及等离子切割作为切割方式的切割下料过程。
2.施工准备：
2.1材料要求：
2.1.1用于切割下料的钢板应经质量部门检查验收合格，其各项指标满足国家规范的相应规定。
2.1.2钢板在下料前应检查钢板的牌号、厚度和表面质量，如钢材的表面出现蚀点深度超过国标钢板负偏差的部位不准用于产品。小面积的点蚀在不减薄设计厚度的情况下，可以采用焊补打磨直至合格。
2.1.3在下料时必须核对钢板的牌号、规格和表面质量情况，在确认无疑后才可下料。
2.2施工设备及工具：
2.2.1切割下料设备主要包括数控火焰切割机、数控等离子切割机、直条切割机、半自动切割机等。
2.2.2在气割前，先检查整个气割系统的设备和工具全部运转正常，并确保安全的条件下才能运行，而且在气割过程中应注意保持。
2.2.3检测及标识工具分别为：钢尺、卷尺、石笔、记号笔等。
3.切割操作工艺：
3.1在进行自动切割时，吊钢板至气割平台上，应调整钢板单边两端头与导轨的距离差在5mm范围内。在进行半自动切割时，应将导轨放在被切割钢板的平面上，然后将切割机轻放在导轨上。使有割炬的一侧面向操纵者，根据钢板的厚度选用割嘴，调整切割直度和切割速度。
3.2根据自动切割及半自动切割方式的不同，调整各把割枪的距离，确定后拖量，并考虑割缝补偿；在切割过程中，割枪倾角的大小和方向主要以钢板厚度而定，割嘴倾角与割件厚度的关系及切割余量如下表所示：
割嘴倾角与割件厚度的关系
割件厚度 <10 ≥10
倾角方向 后倾 垂直
倾角度数 10°-15° 0°
钢板切割余量表
切割方式 材料厚度mm 割缝宽度留量（mm） 备注
气割下料 ≤10 1~2
10~20 2.5
20~40 3.0
40以上 4.0
在进行厚板气割时，割嘴与工件表面保持垂直，待整个断面割穿后移动割嘴，转入正常气割，气割将要到达终点时应略放慢速度，使切口下部完全割断。
数控火焰切割机
数控火焰切割机
3.3根据板厚调整切割参数，切割参数包括割嘴型号、氧气压力、切割速度和预热火焰的能量等，工艺参数的选择主要根据气割机械的类型和可切割的钢板厚度，对未割过的钢板，应试割同类钢板，确定切割参数，同时检查割咀气通畅性。
3.4气割前去除钢材表面的污垢，油脂，并在下面留出一定的空间，以利于熔渣的吹出。气割时，割炬的移动应保持匀速，割件表面距离焰心尖端以2~5mm为宜，距离太近会使切口边沿熔化，太远热量不足，易使切割中断。
3.5在进行厚板切割时，预热火焰要大，气割气流长度超出工件厚度的1/3。割嘴与工件表面约成10°~20°倾角，使零件边缘均匀受热。
3.6为了防止气割变形，操作过程中应注意以下几个方面：
3.6.1在钢板上切割不同尺寸的工件时，应先切割小件，后割大件；
3.6.2窄长条形板的切割，长度两端留出50mm不割，待割完长边后在割断，或者采用多割炬的对称切割的方法。
3.6.3直条切割时应注意各个切割割嘴的火焰强弱应一致，否则易产生旁弯。
4.热切割质量控制
4.1切割过程中，应随时注意观察影响切割质量的因素，保证切割的连续性。
4.2工艺参数对气割的质量影响很大，常见的气割断面缺陷与工艺参数的关系如下所示：
气割表面缺陷和原因分析
缺陷类型 产生原因 图示说明
切割面粗糙 a、切割氧压力过高
b、割嘴选用不当
c、切割速度太快
d、预热火焰能量过大
切割面缺口 a、切割过程中断，重新起割衔接不好
b、钢板表面有厚的氧化皮、铁锈等
c、切割机行走不平稳
切割面内凹 a、切割氧压力过高
b、切割速度过快
切割面倾斜 a、割炬与板面不垂直
b、风线歪斜
c、切割氧压力低或嘴号偏小
切割面上缘呈珠链状 a、钢板表面有氧化皮、铁锈
b、割嘴到钢板的距离太小，火焰太强
切割面上缘熔化 a、预热火焰太强
b、切割速度太慢
c、割嘴离板件太近
切割面下缘粘渣 a、 切割速度太快或太慢
b、 割嘴号太小
c、 切割氧压力太低
5.热切割件检验指标：
5.1气割完毕后，应对钢材切割面进行检查，其切割面应无裂纹、夹渣和大于1mm的缺棱，检查方式为外观检查。
5.2气割完毕后，应在切割件上注明工程名称、零件编号及所属班组。
5.3切割后零件的外观质量应作为常规项目进行检查，如切割后零件的外形尺寸、断面光洁度、槽沟、断口垂直度、坡口角度、钝边高度、局部缺口、毛刺和残留氧化物；气割后零件的允许偏差如下表所示：
气割的允许偏差
项 目 允许偏差 备 注
零件宽度，长度 ±2.0 手工、半自动、直条
±1.0 数控切割
切割面平面度 0.05T，且不大于1.5
割纹深度 0.2
局部缺口深度 1.0
与板面垂直度 不大于0.025T
条料旁弯 不大于3mm
坡口角度 ±2.5°
钝边 ±1.0mm
5.4无论是利用多头直条及数控切割进行主材下料或利用半自动切割进行小件加工、坡口加工，切割断面上深度超过1mm的局部缺口、深度大于0.2mm的割纹以及断面残留的毛刺和熔渣，均应给予焊补和打磨光顺。
5.5主材切割完毕后，应进行标识，内容包括：工程名称、构件编号、构件规格、构件材质及所属钢板的炉批号。

影响
对奥氏体和铁素体存在范围的影响
扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区, 且同样Ni或Mn的含量较多时, 可使钢在室温下得到单相奥氏体组织(如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢和ZGMn13高锰钢等)， 而Cr、Ti、Si等超过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素体组织 (如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢等)。
对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响
扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的共析转变温度下降, 缩小γ相区的元素则使其上升, 并都使共析反应在一个温度范围内进行。几乎所有的合金元素都使共析点(S)和共晶点(E)的碳含量降低，即S点和E点左移, 强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
合金元素对钢热处理的影响
合金元素的加入会影响钢在热处理过程中的组织转变。
1. 合金元素对加热时相转变的影响
合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。
(1)对奥氏体形成速度的影响： Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
(2)对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻碍晶粒长大的元素有：W、Mn、Cr等；对晶粒长大影响不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促进晶粒长大的元素：Mn、P等。
2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响
除Co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使C曲线右移, 即提高钢的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必须指出, 加入的合金元素, 只有完全溶于奥氏体时, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而降低钢的淬透性。另外, 两种或多种合金元素的同时加入(如, 铬锰钢、铬镍钢等), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。
除Co、Al外, 多数合金元素都使Ms和Mf点下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用*强, Si实际上无影响。Ms和Mf点的下降, 使淬火后钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过多时,可进行冷处理(冷至Mf点以下), 以使其转变为马氏体; 或进行多次回火, 这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上升, 并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体(即发生所谓二次淬火)。
3. 合金元素对回火转变的影响
(1)提高回火稳定性 合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)， 提高铁素体的再结晶温度, 使碳化物难以聚集长大，因此提高了钢对回火软化的抗力, 即提高了钢的回火稳定性。提高回火稳定性作用较强的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
(2)产生二次硬化 一些Mo、W、V含量较高的高合金钢回火时, 硬度不是随回火温度升高而单调降低, 而是到某一温度(约400℃)后反而开始增大, 并在另一更高温度(一般为550℃左右)达到峰值。这是回火过程的二次硬化现象, 它与回火析出物的性质有关。当回火温度低于450℃时, 钢中析出渗碳体; 在450℃以上渗碳体溶解, 钢中开始沉淀出弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 称为沉淀硬化。回火时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火所也可导致二次硬化。
产生二次硬化效应的合金元素
产生二次硬化的原因 合 金 元 素
残余奥氏体的转变 沉淀硬化 Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co①、V V、Mo、W、Cr、Ni①、Co①
①仅在高含量并有其他合金元素存在时, 由于能生成弥散分布的金属间化合物才有效。
(3)增大回火脆性 和碳钢一样, 合金钢也产生回火脆性, 而且更明显。这是合金元素的不利影响。在450℃-600℃间发生的第二类回火脆性(高温回火脆性) 主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关, 多发生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金钢中。 这是一种可逆回火脆性, 回火后快冷(通常用油冷)可防止其发生。钢中加入适当Mo或W(0.5%Mo, 1%W)也可基本上消除这类脆性。
合金元素对钢的机械性能的影响
提高钢的强度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高强度, 就要设法增大位错运动的阻力。金属中的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相(沉淀和弥散)强化。合金元素的强化作用, 正是利用了这些强化机制。
1. 对退火状态下钢的机械性能的影响
结构钢在退火状态下的基本相是铁素体和碳化物。合金元素溶于铁素体中, 形成合金铁素体, 依靠固溶强化作用, 提高强度和硬度, 但同时降低塑性和韧性。
2.对退火状态下钢的机械性能的影响
由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移, 从而使组织中的珠光体的比例增大, 使珠光体层片距离减小, 这也使钢的强度增加, 塑性下降。但是在退火状态下, 合金钢没有很大的优越性。
由于过冷奥氏体稳定性增大, 合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体, 或贝氏体甚至马氏体组织, 从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。
3. 对淬火、回火状态下钢的机械性能的影响
合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用*显著, 因为它充分利用了全部的四种强化机制。淬火时形成马氏体, 回火时析出碳化物, 造成强烈的第二相强化，同时使韧性大大改善, 故获得马氏体并对其回火是钢的*经济和*有效的综合强化方法。
合金元素加入钢中, 首要的目的是提高钢的淬透性, 保证在淬火时容易获得马氏体。其次是提高钢的回火稳定性, 使马氏体的保持到较高温度，使淬火钢在回火时析出的碳化物更细小、均匀和稳定。这样, 在同样条件下, 合金钢比碳钢具有更高的强度。
合金元素对钢的工艺性能的影响
1. 合金元素对钢铸造性能的影响
固、液相线的温度愈低和结晶温区愈窄, 其铸造性能愈好。合金元素对铸造性能的影响, 主要取决于它们对Fe-Fe3C相图的影响。另外, 许多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等在钢中形成高熔点碳化物或氧化物质点, 增大钢的粘度, 降低流动性, 使铸造性能恶化。
2.合金元素对钢塑性加工性能的影响
塑性加工分热加工和冷加工。合金元素溶入固溶体中, 或形成碳化物(如Cr、Mo、W等), 都使钢的热变形抗力提高和热塑性明显下降而容易锻裂。一般合金钢的热加工工艺性能比碳钢要差得多。
3. 合金元素对钢焊接性能的影响
合金元素都提高钢的淬透性, 促进脆性组织(马氏体)的形成, 使焊接性能变坏。但钢中含有少量Ti和V, 可改善钢的焊接性能。
4. 合金元素对钢切削性能的影响 切削性能与钢的硬度密切相关, 钢是适合于切削加工的硬度范围为170HB～230HB。一般合金钢的切削性能比碳钢差。但适当加入S、P、Pb等元素可以大大改善钢的切削性能。
5. 合金元素对钢热处理工艺性能的影响
热处理工艺性能反映钢热处理的难易程度和热处理产生缺陷的倾向。主要包括淬透性、过热敏感性、回火脆化倾向和氧化脱碳倾向等。合金钢的淬透性高, 淬火时可以采用比较缓慢的冷却方法,可减少工件的变形和开裂倾向。加入锰、硅会增大钢的过热敏感性。
§7-2 合金结构钢
用于制造重要工程结构和机器零件的钢种称为合金结构钢。主要有低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢