一种等离子弧切割实验方法与流程

本发明涉及一种等离子弧切割实验方法，具体涉及一种模拟带压燃气管道环境的等离子弧切割实验方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，城镇燃气管网正在不断扩张；另外，因自然老化、腐蚀、外力破坏等因素，早期的燃气管道会时常发生泄漏现象，这两方面的原因都造成了燃气管道施工的大量增加。开孔和封堵是燃气管道施工的关键环节，现有技术主要采用降压手工作业和机械带压作业两种方式进行燃气管道的开孔和封堵。降压手工作业方式具有对环境要求低、适用范围广的优点，但其会影响正常供气，且造成了资源浪费和环境污染，其耗费的人力和物力也较大。机械带压作业方式具有安全可靠、不影响正常供气的优点，但其不能对切屑进行有效处理，切屑会随管道介质流动并对下游管件(如阀门、调压器等)造成损伤，且其开孔速度较慢，对开孔刀具的磨损较大。等离子弧切割技术具有切割效率高、结构相对简单的优势，并在多个领域得到了广泛应用。但燃气属易燃易爆气体，目前还没有采用等离子弧切割技术对带压燃气管道进行开孔的成功经验。如能将等离子弧切割技术应用于带压燃气管道的开孔作业，将会对本领域的发展产生很大的促进意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种等离子弧切割实验方法，其具有工序简单、实现容易、安全可靠的优点，本发明通过模拟燃气管道带压环境并进行等离子弧切割实验，可为等离子弧切割技术在带压燃气管道上进行开孔作业提供可靠的依据。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种等离子弧切割实验方法，包括以下步骤：

一、构建实验系统，所述实验系统包括防爆实验箱、三自由度支架、等离子切割枪、控制单元、供气单元和电源，防爆实验箱的侧壁上设有取料门、第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀、第四电磁气阀、第一接线端子和第二接线端子，三自由度支架安装在防爆实验箱中，等离子切割枪固定在三自由度支架上，三自由度支架通过信号线缆与第一接线端子连接，三自由度支架和等离子切割枪分别通过供电线缆与第二接线端子连接，等离子切割枪通过气管与第一电磁气阀连接；控制单元包括控制终端以及与控制终端连接的气压控制装置和移动控制装置，气压控制装置分别与第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀连接，移动控制装置与第一接线端子连接；供气单元包括氮气瓶、燃气瓶和真空泵，氮气瓶分别与第一电磁气阀和第三电磁气阀连接，燃气瓶与第四电磁气阀连接，真空泵与第二电磁气阀和气压控制装置连接，电源与第二接线端子连接；

二、根据不同压力与不同氮气燃气比例的组合设计多组实验条件，并制作多个管道切割件备用；其中，实验条件的压力由低到高逐步增大，氮气燃气比例由大到小逐步减小；

三、将管道切割件置于防爆实验箱中后关闭取料门，并启动控制单元；

四、开启真空泵和二电磁气阀对防爆实验箱进行抽真空处理；当防爆实验箱内的压力达到-100kpa并保压10分钟后关闭真空泵和二电磁气阀；

五、开启第三电磁气阀和第四电磁气阀，通过氮气瓶和燃气瓶分别向防爆实验箱中充入氮气和燃气；当防爆实验箱中的压力以及氮气燃气比例满足某一实验条件时关闭第三电磁气阀和第四电磁气阀；

六、开启第一电磁气阀并接通电源，通过三自由度支架让等离子切割枪切割管道切割件；切割完成后关闭第一电磁气阀并切断电源，从防爆实验箱中取出切割后的管道切割件；

七、更换实验条件和管道切割件，循环执行步骤三至步骤七直到所有实验条件均执行一遍；并通过分析各管道切割件的切口状态确定最佳切割条件；

在步骤二中，所述压力包括0.002mpa、0.005mpa、0.01mpa、0.02mpa、0.03mpa、0.04mpa、0.05mpa、0.06mpa、0.07mpa、0.08mpa、0.09mpa和0.1mpa；所述氮气燃气比例包括100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％和0；在步骤七中，所述最佳切割条件是指切口状态最好的管道切割件对应的实验条件。

进一步的，本发明一种等离子弧切割实验方法，其特征在于，在步骤一中，所述防爆实验箱设有透明观察窗；还包括在防爆实验箱上设置真空表和压力表的工序。

进一步的，本发明一种等离子弧切割实验方法，其特征在于，在步骤一中，还包括设置防爆坑的工序，其中，防爆实验箱设置在防爆坑中，控制单元、供气单元和电源均设置在防爆坑外。

本发明一种等离子弧切割实验方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过在防爆实验箱中设置三自由度支架和等离子切割枪，让管道等离子弧切割实验在防爆实验箱中进行可保证实验的安全性，而通过控制单元和供气单元可在防爆实验箱中建立多种实验条件，保证了实验结果的全面性和可靠性，并通过分析管道切割件的切口状态可确定最佳切割条件，为等离子弧切割技术在带压燃气管道上进行开孔作业提供了可靠依据。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种等离子弧切割实验方法作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种等离子弧切割实验方法中实验系统的示意图；

图2为本发明一种等离子弧切割实验方法中防爆实验箱的正视图；

图3为本发明一种等离子弧切割实验方法中防爆实验箱的右视图；

图4为本发明一种等离子弧切割实验方法中防爆实验箱的左视图；

图5为本发明一种等离子弧切割实验方法中防爆实验箱的后视图；

图6为图5中的a-a向视图；

图7为本发明一种等离子弧切割实验方法中防爆实验箱的立体图。

具体实施方式

首先需要说明的，本发明中所述的上、下、前、后、左、右等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。

如图1至图7所示本发明一种等离子弧切割实验方法的具体实施方式，包括以下步骤：

一、构建实验系统，所述实验系统包括防爆实验箱1、三自由度支架2、等离子切割枪3、控制单元4、供气单元5和电源6，防爆实验箱1的侧壁上设有取料门11、第一电磁气阀12、第二电磁气阀13、第三电磁气阀14、第四电磁气阀15、第一接线端子16和第二接线端子17，三自由度支架2安装在防爆实验箱1中，等离子切割枪3固定在三自由度支架2上，三自由度支架2通过信号线缆与第一接线端子16连接，三自由度支架2和等离子切割枪3分别通过供电线缆与第二接线端子17连接，等离子切割枪3通过气管与第一电磁气阀12连接；控制单元4包括控制终端41以及与控制终端41连接的气压控制装置42和移动控制装置43，气压控制装置42分别与第一电磁气阀12、第二电磁气阀13、第三电磁气阀14和第四电磁气阀15连接，移动控制装置43与第一接线端子16连接；供气单元5包括氮气瓶51、燃气瓶52和真空泵53，氮气瓶51分别与第一电磁气阀12和第三电磁气阀14连接，燃气瓶52与第四电磁气阀15连接，真空泵53与第二电磁气阀13和气压控制装置42连接，电源6与第二接线端子17连接。

二、根据不同压力与不同氮气燃气比例的组合设计多组实验条件，并制作多个管道切割件备用；其中，压力由低到高逐步增大，氮气燃气比例由大到小逐步减小。这一方式可降低实验的风险系数，并使实验环境逐步贴近实际带压燃气管道环境。

三、将管道切割件8置于防爆实验箱1中后关闭取料门11，并启动控制单元4。

四、开启真空泵53和二电磁气阀13对防爆实验箱1进行抽真空处理；当防爆实验箱1内的压力达到-100kpa并保压10分钟后关闭真空泵53和二电磁气阀13。通过对防爆实验箱1进行抽真空处理可避免混入空气，降低了发生爆炸的风险，提高了安全性。

五、开启第三电磁气阀14和第四电磁气阀15，通过氮气瓶51和燃气瓶52分别向防爆实验箱1中充入氮气和燃气；当防爆实验箱1中的压力以及氮气燃气比例满足某一实验条件时关闭第三电磁气阀14和第四电磁气阀15。

六、开启第一电磁气阀12并接通电源6，通过三自由度支架2让等离子切割枪3切割管道切割件；切割完成后关闭第一电磁气阀12并切断电源6，从防爆实验箱1中取出切割后的管道切割件。

七、更换实验条件和管道切割件，循环执行步骤三至步骤七直到所有实验条件均执行一遍；并通过分析各管道切割件的切口状态确定最佳切割条件。

在步骤二中，本发明通常将压力设计为0.002mpa、0.005mpa、0.01mpa、0.02mpa、0.03mpa、0.04mpa、0.05mpa、0.06mpa、0.07mpa、0.08mpa、0.09mpa和0.1mpa，并将氮气燃气比例设计为100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％和0，以便组合多种不同的实验条件。在步骤七中，所述最佳切割条件是指切口状态最好的管道切割件对应的实验条件。

在步骤一中，为便于观察等离子弧切割过程和状态，在步骤一中，本发明在防爆实验箱1上设置了透明观察窗18，还在防爆实验箱1上设置了真空表和压力表，以便于控制。

在步骤一中，本发明还设置了防爆坑7，并让防爆实验箱1设置在防爆坑7中，而控制单元4、供气单元5和电源6均设置在防爆坑7外。进一步增强了实验的安全性。

本发明通过在防爆实验箱中设置三自由度支架和等离子切割枪，让管道等离子弧切割实验在防爆实验箱中进行可保证实验的安全性，而通过控制单元和供气单元可在防爆实验箱中建立多种实验条件，保证了实验结果的全面性和可靠性，并通过分析管道切割件的切口状态可确定最佳切割条件，为等离子弧切割技术在带压燃气管道上进行开孔作业提供了可靠依据。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。