Кислородная резка

Как уже упоминалось ранее, этот вид резки представляет собой горение металла в струе кислорода. Перед этим обязателен предварительный подогрев места резки до температуры воспламенения (более точное определение — до момента начала оксидирования металла в кислороде). Предварительный подогрев дает пламя ацетилена или пламя газов-заменителей. После того, как место резки будет разогрето до температуры 300—1300°С (для каждого металла — свое конкретное значение), осуществляется пуск режущего кислорода. Кислород режет подогретый металл и одновременно удаляет образующиеся оксиды. Для того, чтобы процесс был беспрерывным, надо чтобы подогревающее пламя находилось всегда впереди струи кислорода.

Различные металлы в различной степени доступны для кислородной резки. Лучше всего режутся низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не выше 0,3%. Среднеуглеродистые стали (углерод до 0,7%) режутся хуже. Резка высокоуглеродистых сталей вообще проблематична, а при наличии в составе углерода свыше 1% резка вообще невозможна без добавки специальных флюсов.

Высоколегированные стали не поддаются кислородной резке. Возможна только кислородно-флюсовая (специальные флюсы) резка или плазменно-дуговая, о которой речь пойдет в следующих главах. Плазменно-дуговая резка применяется и для разделки алюминия и его сплавов, для которых кислородная резка исключена. Медь, латунь и бронза могут быть разрезаны только кислородно-флюсовым составом (как и высоколегированные стали).

Для характеристики разрезаемости конструкционных т алей воспользуемся таблицей.

Итак, после краткой характеристики разрезаемости. Перейдем к освещению темы технологии резки различных металлов в зависимости от их толщины, химического состава, деформируемости в результате термического воздействия, вида разрезаемого профиля.

Первое, что надо запомнить, определяя режим резки для металлов, толщина которых более 400 мм: подогревающее пламя должно содержать в своем составе избыток ацетилена (науглераживающее пламя). Это даст увеличение длины факела и позволит прогреть металл на глубину. Если толщина металла не превышает 300 мм, то достаточно нормального пламени.

Важное значение имеет выбор скорости резки. Она должна быть равной скорости оксидирования металла по всей толщине металла. Наиболее; простой способ определить скорость резания можно по характеру выброса искр и шлака. На рис. 34 показаны три момента, характеризующие правильность выбора скорости резания.

Правильность положения резака влияет на производительность резки. В самом начале резки подогревающее пламя надо устанавливать на край разрезаемого металла для нагрева кромки до температуры оплавления. Положение резака различно в начале резки. На рис. 35 это представлено в наглядной форме. При резке листовой стали толщиной до 50 мм резак в начале процесса устанавливается вертикально, а при большой толщине листа — под углом 5° к поверхности торца листа, а затем его наклоняют на 20—30° в сторону, обратную движению резака. Такое расположение резака способствует лучшему прогреву металла по толщине и повышению производительности резки. Оно может быть использовано при ручной и машинной прямолинейной резке, но при вырезке фигурных деталей положение резака должно быть строго перпендикулярным к поверхности разрезаемого металла.

Если режется заготовка круглого сечения, то начало резки осуществляется с увеличенным углом пламени, который затем постепенно уменьшается вплоть до перпендикулярного положения резака, как это показано на рис. 36.

Если стоит задача прожечь отверстие, то надо знать ряд особенностей этого вида резки. Если толщина металла не более 20 мм, то порядок следующий: подогревающее пламя горелки, выполнив свою задачу по получению нужной температуры подогрева, должно быть обязательно выключено перед пуском режущего кислорода. Сам пуск режущего кислорода должен осуществляться плавным открытием вентиля на резаке. Кислородное пламя зажигается от раскаленного металла само. Такой порядок позволит исключить обратные удары пламени (хлопки).

Если толщина металла достигает 50 мм, то для облегчения процесса прожигания отверстия деталь (лист) надо установить в наклонное положение, а то и вертикально, для обеспечения беспрепятственного стока шлаковых образований.

При этом первоначальное отверстие готовится путем сверления на небольшую глубину. Порядок пуска режущего кислорода такой же, как и в предыдущем случае.

Мундштук при резке надо фиксировать на определенном расстоянии от обрабатываемого металла. Для этих целей могут быть изготовлены (или приобретены) специальные приспособления. Чаще всего это тележки, прикрепляемые к головке резака.

В случае резки листов толщиной до 100 мм расстояние от торца мундштука до поверхности разрезаемого металла должно быть на 2 мм больше длины ядра пламени. При резке стали толщиной более 100 мм и работе на газах-заменителях ацетилена указанное расстояние между торцом мундштука и разрезаемым металлом увеличивают на 30—40% во избежание перегрева мундштука.

Номера мундштуков выбираются в зависимости от толщины металла. Для освещения этого вопроса обратимся к таблице.

Ручная резка может быть производительной только в том случае, если резчик правильно держит резак в процессе обработки детали, правильно определяет точку начала резки, соблюдает требуемый угол наклона пламени, правильно выбрал горючий газ, номер мундштука.

Если осуществляется резка нескольких листов металла, то шов будет лучше, если листы закрепить в пакет, а их кромки в месте начала резки будут уложены так, как это показано на рис. 37.

Резка нековок и отливок производится ручным резаком типа РЗР-2, работающим на пропан-бутане в смеси с кислородом. Этот резак режет поковки и отливки толщиной от 300 до 800 мм. Для обеспечения качественной резки заготовок такой толщины важное значение имеет положение резака и скорость его перемещения. В начале резки резак необходимо расположить под прямым углом к разрезаемой поверхности или под углом 5° в сторону, обратную движению. После предварительного подогрева места начала резки и пуска режущего кислорода необходимо убедиться в полном прорезании металла по всей толщине и затем начать перемещение резака. К концу реза необходимо немного снизить скорость резки и увеличить угол наклона резака в сторону, обратную движению, до 10—15° для обеспечения полного прорезания конечного участка и уменьшения отстаивания линий реза.

Резка труб. Трубы режутся с использованием ацетилена или его заменителей. Поворачивать трубу в процессе резки можно при помощи роликов, как это показано на рис. 38. На этом же рисунке показано и правильное положение резака. При таком положении резака увеличивается зона взаимодействия кислорода с металлом и образующийся в процессе резки шлак нагревает впереди лежащий участок труб, благодаря чему улучшаются условия оксидирования металла. Однако время предварительного подогрева поверхности трубы до температуры воспламенения удлиняется до 60—70 с . Для уменьшения временя нагрева и начала процесса практически сходу необходимо ввести в зону реакции стальной пруток (или железный порошок). Средняя скорость резки труб диаметром 300—1020 мм с толщиной стенки до 12 мм составляет 1,5—2,3 м/мин, т.е. повышается в 2— 3 раза по сравнению со схемой резки с перпендикулярным расположением резака.

Правильная последовательность резки профильных прокатов показана на рис. 39.

Явление деформации при резке. Причины термической деформации заключаются в том, что неравномерный нагрев и охлаждение деталей( заготовок) вызывают появление остаточных напряжений в металле. Чтобы избежать этого, существует ряд практических рекомендации суть которых сводится к следующему:

применять водяное охлаждение металла непосредственно в процессе резки;

производить отжиг или отпуск перед началом резки металла;

производить вырезку отверстий в металле раньше других-работ;

листы металла перед резкой закреплять для избежания их смещения под воздействием остаточных напряжений;

резку всегда начинать с кромки, которая имеет наибольшую длину, а заканчивать на короткой кромке;

если надо резать прямые и зигзагообразные линии, то начинать надо с зигзагообразной линии;

если в процессе резки образуются перемычки и их надо убрать, то это следует делать после окончания всех работ по резке;

мелкие детали вырезать после крупных ;

скорость резки должна быть максимально допустимой, чтобы не сильно нагревались кромки разрезаемого металла.

Технология резки металлов большой толщины. Для ручной резки металлов толщиной до 700 мм надо пользоваться резаками РЗР-2, применяя газы-заменители ацетилена, которые дают науглераживают пламя и требуемую длину факела. При этом должен неукоснительно соблюдаться режим резки, приведенный в таблице.

Мундштук при резке металла большой толщины должен иметь наклон 2—3° вправо (по направлению резки), а к концу резки — 2—3° влево, как по казано на рис. 40.

Кислородно-флюсовая резка. Высоколегированные стали, чугун, цветные металлы, как мы уже упоминали, надо резать плазменно-дуговым методом. Если перечисленные металлы имеют большую толщину, то эффективнее всего будет применение кислородно-флюсовой резки. Почему? Причина в том, что порошкообразные флюсы, подающиеся вместе с режущим кислородом, позволяют расплавить образующиеся тугоплавкие оксиды, с которыми невозможно справиться, применяя другие виды резки.

Флюсы переводят эти тугоплавкие оксиды в жидкотекучие шлаки, которые можно легко уделить. Кислородно-флюсовая резка может успешно заменить плазменно-дуговую резку при работе с высоколегированными сталями и чугуном толщиной до 70 мм. Из чего же состоят порошкообразные флюсы? Основным компонентом порошкообразных флюсов, применяемых при кислородно-флюсовой резке чугуна и меди, является железный порошок марки ПЖ с размерами частиц от 0,07 до 0,16 мм. Для резки нержавеющих сталей к порошку добавляют 10 —12% алюминиевого порошка марки АПВ. Иногда используют флюсовую смесь, состоящую из алюминиево-магаиевого порошка (60— 80%) и ферросилиция (20—40%).

Чем же отличается кислородно-флюсовая резка от обычной кислородной?

Прежде всего это увеличенная на 20% мощность подогревающего пламени. Затем — скорость резки должна быть строго согласована с количеством подаваемого флюса. И наконец, расстояние между торцом мундштука и поверхностью металла должна быть увеличена, чтобы не происходило засора мундштука.

Практический интерес представляет процесс резки бетона и железобетона. Осуществляется он двумя способами: порошково-копьевой и кислородно-копьевой резками. В чем их различие?

Кислородно-копьевая резка эффективна при прожигании отверстий в бетонах. При этом способе кислород • подастся через стальную труб у( копье), один конец которой разогрет до температуры оплавления и прижат к поверхности бетона. Кислород, взаимодействуя с раскаленным торцом трубы (копья) окисляется, образуя жидкотекучие оксиды железа. Эти оксиды реагируют с бетоном и превращаются в шлаки, которые легко выдуваются. Подавая копье вперед, добиваемся проникновения вглубь массива бетона и, в конечном счете, прожигаем отверстие. Хорошо для этих целей использовать толстостенную, цельнотянутую трубу диаметром 20—35 мм; тонкостенную газовую трубу диаметром 10,2—21,3 мм, заполненную на 60—65 % стальными прутками, или тонкостенную газовую трубу того же диаметра, обмотанную снаружи стальной проволокой диаметром 3—4 мм. Прутки и проволока играют такую же роль в процессе резки, как железный порошок при кислородно-флюсовой резке.

Нагрев трубы (копья) до резки выполняют, обычно, газовой горелкой или угольным электродом.

На рис. 41 показана простейшая схема прожигания отверстия копьем. Такая технология позволяет получить отверстия глубиной до 4000 мм при диаметрах до 1200 мм. Этот же способ с успехом можно применить и при прожигании отверстий в стальной заготовке.

Порошково-копьевая резка отличается тем, что вместо проволоки (прутков) используется железный порошок, в состав которого входит 85% железного и 15% алюминиевого порошков. Этот порошок (как и флюс) подается в область резания вместе со струей кислорода. Рекомендуемые режимы работы при этом следующие: 1. Если надо прожечь отверстие диаметром 55 мм и глубиной 500 мм, надо обеспечить давление кислорода в 0,7 МПа, иметь запас порошка из расчета расхода 30 кг в час. При этом скорость резания может быть в пределах 120—160 мм в минуту, а расчетный расход копья (трубы) составит 4 мм на 1 метр длины отверстия;

Если глубина отверстия больше (в пределах 1500 мм), то давление кислорода должно быть 1,0—1,2 МПа, расход флюса не увеличится (30 кг в час), скорость резания упадет до 40—70 мм в минуту, а расход копья увеличится до 6 мм на 1метр длины отверстия.

Разновидностью кислородной резки является поверхностная резка. Это означает, что вместо сквозного разреза вырезается рельеф на поверхности металла в виде одной или нескольких, раздельных или совмещенных канавок. При этом способе резки большую роль играет угол наклона резака и, конечно же, режим резки. При поверхностной резке источником нагрева металла будет не только пламя резака, но и расплавленный шлак. Растекаясь, шлак подогревает нижележащие слои металла. В сварочном производстве поверхностная резка — незаменимый процесс для вырезки дефектных участков швов. Лучше всего подходят для этих работ резаки типа РПА И РПК.

Начинается поверхностная резка с прогрева участка до температуры воспламенения. При включении режущего кислорода образуется очаг горения металла и обеспечивается устойчивый процесс зачистки за счет равномерного перемещения резака вдоль линии реза. При нагреве резак обычно располагается под углом 70—80° к зачищаемой поверхности. В момент подачи режущего кислорода резак наклоняют до угла 15—45°.

Глубина и ширина канавки зависят от скорости резки и с ее увеличением уменьшаются. Глубина канавки увеличивается с возрастанием угла наклона мундштука резака, при повышении давления режущего кислорода и уменьшении скорости резки. Ширина канавки определяется диаметром канала режущей струи кислорода. Во избежание появления закатов на поверхности заготовки необходимо соблюдать такое условие, чтобы ширина канавки была в 5—7 раз больше глубины.

При необходимости зачистки дефектов на значительной поверхности обычно производят резку елочкой за один или несколько проходов с приданием резаку колебательных движений.

Схема поверхностной резки представлена на рис. 42.

В таблице даются режимы поверхностной резки с применением резака РПА.

Плазменная резка Плазменная резка использует сжатую электрическую дугу, которую обдувает газ. Обдувая дугу, газ нагревается и распадается на положительно и отрицательно заряженные частицы (ионизируется). Заряженные частицы преобразуются в плотный поток плазмы с температурой до 15000С. Сразу оговоримся, что на практике широко используется плазменная разделительная резка. Поверхностная плазменная резка используется довольно редко.

Сама резка может осуществляться плазменной дугой и плазменной струей. На рис. 43 показано, в чем заключается различие этих двух видов плазменной резки. В первом случае (плазменная дуга прямого действия) разрезаемое изделие (деталь) включено в электрическую цепь и дуга образуется между металлом и вольфрамовым электродом резака. Во втором случае дуга возникает в резаке между двумя электродами, а деталь (разрезаемый металл) в электрическую цепь не подключена. Плазменная резка более производительна, чем кислородная. Но когда речь идет о резке металлов большой толщины или о резке титана, плазменная резка уступает свои позиции кислородной резке.

Когда же надо резать цветные металлы (особенно алюминий), то без плазменной резки не обойтись. Какие же газы применяются для плазменной резки? Их можно разделить на активные и неактивные газы. Активные — это кислород и воздух, а неактивные — азот, аргон, водород. В общем и целом применение активных газов требуется при резке черных металлов, а неактивные газы (и их смеси) используются при резке цветных металлов и сплавов. В приводимой ни же таблице даны области применения рабочих газов.

Для механизации плазменной резки сконструированы полуавтоматы и переносные машины различных модификаций. На рис. 44 схематично представлен типовой полуавтомат ПРП-2. Этот полуавтомат использует как активные, так и неактивные газы. Может работать на водородно-азотной и водородно-аргонной смеси. Водородные смеси позволяют довести толщину резки до 120 мм по алюминию, и до 100 мм по высоколегированным сталям (обычная толщина для полуавтоматов — 40—60 мм). На рис. 45 представлена переносная машина Микрон 2-02, которая использует для резки сжатый воздух.

В таблице представлены технические данные полуавтоматов и переносных машин для плазменной резки.

Разрешается питать полуавтомат ПРП-2 от водородной рампы или отдельного баллона с соответствующим редуктором. Использование вместо указанных средств защиты обратного клапана типа ЛЗС, пригодного для других газов-заменителей ацетилена, — запрещается.

При резке на полуавтомате ПРП-2 с использованием неактивных газов (азот, аргон) подача их к машине должна проводиться от баллонов с соответствующими редукторами или по газопроводу. В этом случае источником питания может служить перепускная (разрядная) рампа или воздухоразделительная установка, продукты разделения которой централизованно поступают к цехам.

Газопитание других переносных полуавтоматов и машин (ПВ-1, ПВ-В и Микрон), использующих воздух как рабочий газ, производится от заводской воздушной магистрали с Давлением газа до 6 кгс/см 2 и с установкой на газопроводе в месте потребления запорного вентиля и масловлагоотяелителя (для машин ПВП-В и Микрон-2-02, не имеющих встроенного очистительного устройства).

Все полуавтоматы и переносные машины для плазменной резки, кроме машины ПВП-В, оснащены плазмотронами с водяным охлаждением и поэтому могут эксплуатироваться только при положительной (комнатной) температуре. Полуавтомат ПВП-В предназначен для плазменной резки низкоуглеродистой стали толщиной до 20 мм при отрицательной (до —10 С) и положительной (+40 С) температуре, поскольку плазмотрон имеет воздушное охлаждение .

Для ручной плазменной резки выпускаются два комплекта: КДП-1 и КДП-2 с плазмотронами РДП-1 и РДП-2.

КДП-1 обеспечивает резку алюминия толщиной до 80 мм, коррозионностойкой и высоколегированной стали толщиной до 60 мм и меди толщиной до 30 мм. Наибольший рабочий ток 400 А. Напряжение холостого хода источника питания 180 В. Наибольшая мощность дуги 50 кВт. Плазмотрон РДП-1 работает с использованием в качестве плазмообразующих газов азота, аргона или их смеси с водородом. Поскольку плазмотрон водоохлаждаемый комплект аппаратуры, он должен работать при температуре окружающей среды выше 0°С. КДП-2 уступает КДП-1 по мощности дуги (мощность всего 30 кВт), но может работать на открытом воздухе в любое время года.

Плазмотрон РДП-2 работает в среде аргона, азота или их смесей с водородом. Масса комплектов аппаратуры КДП-1 и КДП-2 7,5 кг. Эти аппараты — беспультовые. Они проще в эксплуатации и обслуживании, содержат режущие плазмотроны в комплекте с кабель-шланговым пакетом, коллектором и зажигалкой для возбуждения режущей дуги. Беспультовые комплекты аппаратуры рациональнее, чем пультовые при выполнении ограниченного объема работ с загрузкой режущего устройства (плазмотрона) не более чем на 40—50 %. Комплекты КДП-1 и КДП-2 следует укомплектовывать на время выполнения работ по резке приемлемыми сварочными выпрямителями и преобразователями. При этом необходимо иметь в виду, что действующими правилами техники безопасности для ручной плазменной резки разрешена максимальная величина напряжения холостого хода источника питания 180 В.

Технология резки плазменной дугой Начало процесса резания определяется моментом возбуждения плазменной дуги. Начав резку, надо поддерживать постоянным расстояние между соплом плазмотрона и поверхностью металла. Расстояние это, как правило, должно быть 3—15 мм.

При выборе режима резки необходимо учитывать, что с увеличением силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы электрода и сопла плазмотрона. Необходимо всегда стремиться к работе на минимальном токе, обеспечивающем заданную производительность.

Пробивка отверстий— наиболее сложная операция плазменно-дуговой резки из-за возможности двойного дугообразования и выхода из строя плазмотрона. Поэтому в момент, пробивки плазмотрон должен быть поднят над листом на 20—25 мм, т.е. значительно выше, чем при резке, и опущен в рабочее положение после того как металл будет пробит струей плазмы насквозь. С увеличением толщины металла пробивка его усложняется и рекомендуется использование защитных экранов между изделием и плазмотроном с отверстием диаметром 10—12 мм по оси дуги.

Высоколегированные стали. Плазменная резка эффективна только до толщины металла 100 мм. Если толщина больше, надо применять кислородно-флюсовую резку. Наиболее широкое применение при резке высоколегированных сталей получила воздушно-плазменная резка.

Сжатый воздух используется для резки толщин до 50—60 мм. Для ручной резки этих же толщин может быть использован чистый азот, а для машинной резки толщин более 50—60 мм — смеси азота с водородом или кислородом. При содержании 20—25% азота в азотно-кислородной смеси можно проводить скоростную безгратовую резку коррозионностойких сталей. Если же работа происходит при высоких температурах да еще в агрессивной среде, рекомендуется применять смеси водорода с аргоном.

Ориентировочные режимы резки коррозионностойких сталей без применения азота и аргоноводородных смесей и с применением последних даны в приводимых ниже таблицах.

Низкоуглеродистые стали. Для резки этих сталей лучше всего подходит воздушно-плазменный способ резания. Наилучшие показатели этот способ дает при ручной резке толщин до 40 мм. В азоте и азотно-водородных смесях можно резать низкоуглеродистую сталь толщинами более 20 мм. Б таблице приведены ориентировочные режимы резки низкоуглеродистых сталей воздушно-пламенным методом.

Металлы медном группы (медь, латунь, бронза). Сразу оговоримся, что резку медной группы лучше всего осуществлять с применением водородосодержащих смесей. Это объясняется высокой теплопроводностью и теплоемкостью меди. А вот резку такого сплава, как латунь, лучше вести в азоте и азотоводородных смесях. При этом резка латуни происходит быстрее, чем резка

меди (на 20%). В общем и целом для толщин порядка 40—100 мм лучше применять воздушно-пламенную резку, а при толщинах 5—15 мм рекомендуется задействовать азот.

После резки медь надо зачищать на глубину 1— 1,5 мм, а для латуни это требование необязательно.

В прилагаемой таблице даются ориентировочные режимы резки медной группы.

Алюминий и его сплавы. Плазменная резка позволяет успешно справляться с алюминиевыми сплавами толщиной Д о 200 мм.

Резку алюминиевых сплавов толщиной от 20 до 100 мм целесообразно выполнять в азотно-водородных смесях с содержанием 65—68% азота и 32—35% водорода. В этом случае большее содержание водорода приводит к насыщению поверхности реза водородом.

Для резки алюминиевых сплавов толщиной более 100 мм целесообразно использовать аргоноводородные смеси с повышенным содержанием водорода (35—50%) плазмотроны с дополнительной стабилизацией дуги сжатым воздухом.

При необходимости получения резов высшего качества следует применять аргоноводородные смеси и прецзионную режущую аппаратуру с диаметром сопла 1,4 мм.

Для ручной резки содержание водорода в аргоново-дородных смесях не должно превышать 20% для повышения стабильности горения дуги.

В приведенных ниже таблицах даются режимы резания алюминиевых сплавов воздушно-пламенным методом без азота и с применением азота, включая азотно и аргоноводородные смеси,