Спеціальні способи різання

Сутність й захопити основні умови резки.

Кислородно-флюсовая резка.

Газо-дуговая резка.

Воздушно-дуговая резка.

Плазменно-дуговая резка.

Плазмова резка.

Кислородно-дуговая резка.

Підводна різка.

Копьевая різка.

Сутність й захопити основні умови резки.

Сутність процесу різання. Киснева резка1 стали, полягає в властивості заліза горіти в струмені чистого кисню, будучи нагрітим, до температури, близька до температурі плавления.

Температура загоряння заліза в кисні залежить стану, у її перебуває. Приміром, залізний порошок загоряється при 315° З, тонке листове чи смугове залізо — при 930° З, а поверхню великого шматка стали — при 1200−1300° З. Горіння заліза приміром із виділенням значної кількості тепла і може підтримуватися з допомогою теплоти згоряння железа.

Як показав аналіз шлаку, 30−40% віддаленого з реза металу становить чи згоріле, лише расплавившееся залізо; 90−95% окислів складаються з FeO.

Швидкість реакції Fе + Про = FеО пропорційна, де — тиск кисню на місці реакції. При підвищенні тиску кисню в струмені процес різання пришвидшується рахунок підвищення швидкості реакції окислення і завдяки швидшого видалення окислів з місця разреза.

Нагрівання металу при краянні виробляють газокислородным полум’ям. Як горючих при краянні можна застосовувати ацетилен, пропан-бутан, пиролизный, природний, коксовий та Київської міської гази, пари керосина2.

Крім підігріву металу до температури горіння в кисні, подогревающее полум’я виконує ще такі додаткові функции:

* підігріває передню (у бік різання) верхню крайку реза попереду струменя ріжучого кисню до температури запалення, що забезпечує безперервність процесу резки;

* виводить на зону реакції окислення додаткове тепло, яке покриває його втрати з допомогою теплопровідності металу й у довкілля; це має особливо важливого значення при краянні металу малої толщины;

* створює захисну оболонку навколо що краючою струменя кисню, предохраняющую від подсоса у ній азоту з навколишнього воздуха;

* підігріває додатково нижню крайку реза, це важливо при краянні великих толщин.

Потужність подогревающего полум’я залежить від товщини і складу разрезаемой сталі та температури металу перед резкой.

Метал нагрівають на вузькому ділянці на початку реза, та був на нагріте місце направляють струмінь ріжучого кисню, одночасно пересуваючи різак по наміченої лінії реза. Метал згоряє у всій товщині аркуша, у якому утворюється вузька щілину. Інтенсивне горіння заліза в кисні відбувається в шарах, прикордонних з поверхнею що краючою струменя кисню, що проникає (дифундує) на метал на дуже малу глубину.

З початку різання подальший підігрів металу до температури запалення відбувається, переважно, з допомогою тепла реакції горіння заліза. При чистої, вільна від іржі і окалини поверхні, різка може і без додаткового підігріву. Проте краще продовжувати різати з підігрівом, оскільки це прискорює процесс.

Для заготівельної різання стали застосовують кисень чистотою не нижче 98,5—99,5%. Із зниженням чистоти кисню різка йде повільніше і потребує більшого витрати кисню. Наприклад, не більше чистоти кисню від 99,5 до 97,5% зниження чистоти на 1% збільшує витрата кисню на 1 м шва на 25—35%, а час різання — на 10—15%. Це особливо помітно при краянні стали великих толщин. Застосовувати для заготівельної різання кисень чистотою нижче 98,5% годі було, оскільки поверхню реза виходить недостатньо чистої, з глибокими ризиками і трудноотделяемыми шлаками (гратом).

Швидкість різання, товщина металу, витрата ацетилену в подогревающем полум’я і ефективна потужність полум’я пов’язані між собою зависимостью.

Продуктивність різання залежить також від розподілу підігріву. Застосування кількох подогревающих пламен збільшує швидкість різання проти такою за одного подогревающем полум’я (за рівних витратах ацетилену в обох випадках). Загальний попередній підігрів металу при краянні (до будь-який температури) дозволяє приймати значно більшу швидкість резки.

Основні умови різання. Для процесу різання металу киснем необхідні такі условия:

* температура горіння металу у кисні повинна бути нижчою температури плавлення, інакше метал буде плавитися і переходити на рідке стан доти, як розпочнеться його горіння в кислороде;

* які утворюються окисли металу повинні плавитися за нормальної температури дешевше, ніж температура горіння металу, і не занадто грузлими; якщо метал не задовольняє цієї вимоги, то киснева різка його не залучаючи спеціальних флюсів неможлива, оскільки які утворюються окисли не зможуть выдуваться з місця разреза;

* кількість тепла, яке вирізняється при згорянні металу у кисні, має вистачити великим, щоб забезпечити підтримку процесу резки;

* теплопровідність металу повинна бути надто високій, оскільки інакше, внаслідок інтенсивного тепловідведення, процес різання може прерываться.

Кислородно-флюсовая резка.

При звичайній кисневою краянні високолегованих хромистых і хромоникелевых нержавіючих сталей лежить на поверхні реза утворюється плівка тугоплавких окислів хрому, мають температуру плавлення близько 2000° З повагою та які перешкоджають подальшому окислювання металів на місці реза. Тому киснева різка цих сталей вимагає застосування особливих прийомів і способов.

До розробки способу кислородно-флюсовой різання нержавіючих сталей користувалися прийомами різання, заснованими утворенні поблизу поверхні реза ділянок металу із високим температурою нагріву, сприяють розплавлення плівки окислів хрому. Це досягалося введенням у розріз додаткового тепла від згоряння присадки з маловуглецевої сталі. Як такою використовувалася сталева смужка, покладена вздовж лінії реза, чи валик, наплавленный металевим електродом. Яке Вирізняється при згорянні заліза тепло, і навіть що у шлак залізо (смужки чи наплавки) та її окисли сприяють розрідженню і видалення окислів хрому. Цими способами можна було різати нержавіючу сталь невеличкий товщини (10—20 мм), у своїй якість реза і продуктивність низькі, різка протікає хитке і часто прерывается.

Найкращі результати отримують при безупинному запровадження у рез прутка з низьковуглецевої сталі діаметром 10—15 мм. При відповідному навичці у такий спосіб можна виконувати відтинку прибутків виливків завтовшки до 400 мм. Суттєвим недоліком способу Шукається необхідність виконання різання двома робітниками: один повинен швидко подавати пруток до зони різання, а другий — вести різання. При краянні необхідна підвищена потужність подогревающего полум’я. Рез виходить широким, скоростьрезкинизкая (притолщине 40 мм — 100 мм/мин, при80 мм — 70 мм/минипри 200 мм — 20 мм/мин), акачество поверхні реза — плохое.

Найкращі результати отримують при электрокислородной краянні нержавіючих сталей трубчастим сталевим електродом, за якою проходить струмінь ріжучого кисню, В такий спосіб можна різати безупинно сталь завтовшки до 10 мм. При краянні стали завтовшки 10—120 мм электроду надають зигзагообразное движение. Скоростьрезки у своїй дорівнює: при товщині 10 мм — 400 мм/мин, при 60 мм — 40 мм/мин, при 120 мм — 30 мм/мин. Высокаястоимость трубчастих електродів і значительноеоплавление верхньої крайки обмежують застосування цього способа.

Більше досконалим способом різання високолегованих нержавіючих сталей є кислородно-флюсовая резка. В ролі флюсу застосовують, зазвичай, залізний порошок з зернами 0,1—0,2 мм. Сгорая в струмені ріжучого кисню, залізний порошоквыделяет додаткове тепло, котороеповышаеттемпературу на місці реза. У результаті тугоплавкі окисли залишаються у рідкому безпечному стані й, будучи розбавлено продуктами згоряння заліза, дають жидкотекучие шлаки. Різка протікає із нормальною швидкістю, а поверхню реза виходить чистой.

Киснева різка чавуну без флюсу також утруднена, оскільки температура плавлення чавуну нижче від температури горіння заліза. Що Міститься в чавуні кремній дає тугоплавкую плівку окису, яка перешкоджає нормальному перебігові різання. Під час згоряння вуглецю чавуну утворюється газоподібна окис вуглецю, забруднююча ріжучий кисень і перешкоджає сгоранию железа.

Розрізати чавун можна без флюсу, лише застосовуючи потужніший ацетиленокислородное полум’я з головою ацетилену. Ядро полум’я повинен мати довжину, рівну товщині разрезаемого чавуну. Різка здійснюється з поперечними колебательными рухами мундштука, створюють ширший рез. У цьому способі витрачається більше металу, кисню і ацетилену, аніж за краянні стали, а розріз виходить нерівний, з оплавленими крайками. Тож високоякісної різання чавуну також застосовують кислородно-флюсовую резку.

Кольорові метали (мідь, латунь, бронза) мають високої теплопроводностью та їх окислюванні киснем виділяється кількість тепла, недостатнє подальшого розвитку процесу горіння металу. При кисневою краянні цих металів також утворюються тугоплавкі окисли, що перешкоджають краянні. Тому киснева різка бронзи і латуні можливе тільки із застосуванням флюсов.

При краянні чавуну на порох додають феррофосфор чи алюмінієвий порошок і кварцовий пісок. Швидкість кислородно-флюсовой різання чавуну на 50—55% нижче швидкості різання нержавіючої стали. При краянні міді бронзи у флюс додають феррофосфор, алюміній і кварцовий пісок, а різання ведуть із підігрівом до 200—400 °С.

Газо-дуговая резка.

Останніми роками широкого розповсюдження набули способи газо-дуговой різання: воздушно-дуговая, плазменно-дуговая і плазменная. Вони застосовуються для різання багатьох металів і сплавів. Нерідко знаходить також застосування кислородно-дуговая різка стали. Способи газо-дуговой різання використовують нині підприємствах, що дозволяє зекономити чимало в народному господарстві. Ведуться роботи з механізації і автоматизації газо-дуговой резки.

Воздушно-дуговая резка.

Такий спосіб різання грунтується на расплавлении металу у місці реза ковзної електричної дугою, палаючій між вугільним електродом і металом, з безперервним видаленням рідкого металу струменем стиснутого повітря. Застосовується як розділової і поверхневою різання. Для воздушно-дуговой різання може застосовується також перемінний струм, але він дає меншу продуктивність, ніж постоянный.

Воздушно-дуговую різання широко використовують із поверхневою різання більшості чорних і кольорових металів, вирізки дефектних ділянок зварних швів, зрізання заклёпок, пробивки отворів, відтинки прибутків сталевого лиття тощо. В такий спосіб можна різати різні метали (нержавіючі стали, чавун, латунь і трудноокисляемые сплави) завтовшки до 20−25 мм.

Плазменно-дуговая резка.

При плазменно-дуговой резке3 дуга порушується між разрезаемым металом і неплавящимся вольфрамовим електродом (з додаванням лантана), розташованим всередині електрично ізольованого формує наконечника. Найчастіше застосовується дуга постійного струму прямий полярності. Продуваемый через сопло газ обжимає дугу, забезпечує у ній інтенсивне плазмообразование і саме й надає дузі проникаючі властивості. У цьому газ розігрівається до високих температур (10 000 — 20 000 °З), що забезпечує високу швидкість закінчення і сильне механічне дію плазми на расплавляемый метал, выдуваемый з місця реза.

Плазменно-дуговую різання доцільно застосовувати: під час виготовлення з листів деталей з фігурними контурами; виготовлення деталей з прямолінійними контурами, які потребують механічного оброблення; вирізки проёмов і отворів в металах; краянні смуг, прутків, труб і профілів і надання їх торцям потрібної форми; обробці крайок поковок і підготовці їх під зварювання; вирізці заготовок для механічного оброблення, штампування і зварювання; обробці литья.

У порівняні з кисневою плазменно-дуговая різка має такі переваги: можливість різання однією й тому самому устаткуванні будь-яких матеріалів; висока швидкість різання металів невеликих толщин (до 20 мм); використання недорогих і недефіцитних газів і відсутність споживання горючих газів (вуглеводнів); малі теплові деформації вирізуваних деталей; відносна простота автоматизації процесу різання, що визначається переважно електричними параметрами.

Недоліками плазменно-дуговой різання є: складніше і дороге устаткування, у тому числі джерело харчування та митного регулювання дуги; складніше обслуговування; необхідність застосування водяного охолодження пальники і захисних масок зі світлофільтрами для різьбяра; необхідність вищої кваліфікації резчика.

Плазменно-дуговую різання доцільно застосовувати при обробці металів, які важко чи неможливе різати іншими, чи коли плазменно-дуговая різка здається найбільш економічної, чи забезпечує швидкості різання, узгоджувалися з прийнятих у технології обробки тієї чи іншої вироби. Плазменно-дуговой різкій обробляють алюміній та її сплави; мідь і його сплави; нержавіючі высоколегированные стали; низкоуглеродистую сталь; чавун; магній та її сплави; титан. Можливість різання металу даної товщини і інтенсивність проплавления визначаються потужністю дуги, т. е. величиною струму і напряжения.

Швидкість різання регулюється зміною струму дуги (регулюванням джерела харчування). Швидкість різання швидко зменшується з збільшенням товщини металу і водночас збільшується ширина реза. При ручний краянні рівномірний ведення процесу забезпечується при швидкості до 2 м/мин.

Водень і азот диссоциируют (розщеплюються на атоми) в дузі, та був атоми їх з'єднуються в молекули (рекомбинируют) більш холодних частинах металу, виділяючи у своїй дуже багато додаткового тепла. Це більш сприятливим розподілу тепла з усього обсягу металу, що є особливе значення при краянні металу великих толщин.

При краянні зазвичай застосовують такі плазмообразующие гази і з смеси.

Для різання алюмінієвих сплавів доцільніше застосовувати азотно-водородные суміші. Різання сплавів завтовшки 5—20 мм рекомендується провадити у азоті, а завтовшки 20—100 мм в азото-водородной суміші. Аргоно-водородные суміші при краянні алюмінієвих сплавів застосовують за необхідності отримання особливо чистих резов. При ручний краянні зміст водню в аргоно-водородной суміші знижують до 20%, бо за нижчому змісті водню легше підтримувати дугу при коливаннях відстані між мундштуком і металлом.

При краянні нержавіючих сталей до 50 мм завтовшки застосовують суміш кисню з азотом, який, протікаючи вздовж електрода, захищає його від окислення, і навіть азот і азото-водородную суміш. При швидкісної безгратовой краянні нержавіючих сталей треба використовувати суміш кисню з 20—25% азота.

Нержавіючі стали малої товщини (до 20 мм), крайки яких немає вимагають високої стійкості проти межкристаллитной корозії, можна різати в азоті, а нержавіючі стали завтовшки 20 — 50 мм — в азотно-водородной суміші. При підвищених вимогах щодо стійкості крайок до межкристаллитной корозії нержавіючі стали ріжуть в азотно-водородной суміші. Отримані під час цьому крайки можна зварювати впритул без присадочной проволоки.

Суміші з аргоном при краянні нержавіючих сталей застосовують рідше. При краянні латуні в азоті швидкість різання вище на 25—30%, аніж за краянні міді в азоті. Для різання низьковуглецевих сталей найдоцільніше застосовувати кисень або його суміш із вмістом азоту 25—60%, який, протікаючи вздовж вольфрамового електрода, захищає його від окисления. Принеобходимости низкоуглеродистые стали брехливо різати щодо одного азоте.

Витрати газів при краянні залежать тільки від роду газу та разрезаемого металу. У межах до 1100 мм товщини металу витрати здебільшого постійний. У окремих випадках різання металу малої товщини застосовують підвищені витрати газів, що сприяє усунення натеков на нижніх крайках реза. Для сопла діаметром 3—6 мм витрати газу, зазвичай, ні менше 1,5—2 м3/ч щоб уникнути виникнення «подвійний» дуги, т. е. другий дуги між електродом і мундштуком.

Плазменно-дуговой різкій зазвичай розрізають нержавіючі і углеродистыесталитолщиной до 40 мм, чугун до 90 мм, алюміній та її сплави до 300 мм, мідь і його сплави до 80 мм. Для великих толщин зазначених металів (крім алюмінію та її сплавів) цей спосіб застосовується значно рідше, оскільки економічніше використовувати інші способи різання (кисневу, кислородно-флюсовую).

Плазменно-дуговая різка може здійснюватися вручну, і з допомогою газорезательных машин. Установка включає балони з газами, джерело постійного струму, розподільче пристрій керувати процесом і різак. Другий провід джерела струму підключають до разрезаемому металлу.

Плазмова резка.

При плазмової краянні опрацьований матеріал не входить у електричну ланцюг дуги. Гостре кинжалообразное полум’я дугового плазми використовують із розплавлювання оброблюваного матеріалу, під час зварювання і краянні металів, зокрема тугоплавких, і навіть при краянні і плавленні неэлектропроводных материалов.

Найбільш ефективно різка протікає під час використання суміші 80% аргону і 20% азоту. При краянні нержавіючої стали завтовшки 5 мм струмом 300 А швидкість різання сягає 65 м/ч. Різання ведуть за мінімальної зазорі між мундштуком і металом, деяких випадках навіть торкаючись торцем мундштука поверхні металу. Рез виходить дуже вузьке, рівний вгорі діаметру каналу сопла.

У частині ширина реза менше, ніж у верхньої. Дугу збуджують короткочасним торканням кінцем електрода крайок сопла, навіщо в голівці є пристрій для осьового переміщення електрода вниз. Спершу мундштук пускають газ, потім опусканням електрода збуджують дугу. У початкове становище електрод повертається під впливом пружини. Різка виробляється ручним способом чи механізованим, на різальних машинах, що застосовуються плазменно-дуговой резки.

Кислородно-дуговая резка.

Кислородно-дуговую різання застосовують для углеродистой стали. Метал розплавляється електричної дугою, а струмінь кисню служить для спалювання металу і выдувания шлаків з місця розтину. Як електродів використовують сталеві трубки зовнішнім діаметром 8 мм, довжиною 340—400 мм, виготовлені протяжкой з сталевої смуги. Зовні трубки-электроды покривають обмазкой для стійкості горіння дуги. При краянні електрод опирают кінцем про поверхню металу з точки до неї 80—85°, з нахилом убік напрями різання. Утворений на кінці електрода козирок з обмазки забезпечує необхідну довжину дуги при резке.

Недоліком сталевих електродів був частиною їхнього великий витрата внаслідок швидкого сгорания—за 40—50 сек. Більше стійкими є керамічні трубчасті електроди з карбіду кремнію (карборунда) чи карбіду бору, покриті металевої оболонкою і обмазкой. Карборундовый електрод діаметром 12 мм довжиною 300 мм може працювати 30—40 хв при струмі 300—350 А. Недоліком керамічних електродів був частиною їхнього високу вартість. Трубчасті електроди можна використовувати при вирізці отворів в стали завтовшки до 100 мм, краянні профільного прокату, пакетної краянні листів, і інших работах.

Застосовують також последовательно-струйный спосіб кислородно-дуговой різання стали завтовшки до 50 мм. У цьому способі до электрододержателю для дугового зварювання приєднують резательную приставку, з допомогою якої подається струмінь кисню на метал, розплавлений дугою. При краянні мундштук переміщають за Електродом. Різка у такий спосіб може вироблятися постійному чи перемінному струмі. І тому способу різання придатні електроди будь-яких марок, Можна також використовувати також углеродистую дріт будь-який марки діаметром 5 мм, вкриту обмазкой з 20-ти% крейди і 80% кам’яновугільного шлаку. При діаметрі дроту 5 мм струм беруть 200 — 250 А. Якість реза і продуктивність у своїй способі різання приблизно такі самі, як із ручний ацетилено-кислородной резке.

Підводна резка.

Для підводного різання застосовують спеціальні різаки, працівники газоподібному пальному (водні) чи рідкому пальному (бензине).

У голівці водородно-кислородного різака на каналі мундштука надходить ріжучий кисень, а, по кільцевому каналу між мундштуками йде водородно-кислородная суміш, утворює подогревательное полум’я. Зовні мундштука є ковпак, який проходить стиснений повітря, утворюючий міхур навколо полум’я, предохраняющий його від зустрічі з водою. Полум’я різака запалюється над водою, потім у мундштук подається стиснений повітря і різак опускають під воду.

Голівка бензино-кислородного різака має розпилювач, через отвір що його камеру подається кисень, а ще через інші отвори — бензин. Випаровуючись в камері, бензин з киснем утворює пальну суміш, що виходить через отвір в денці і згоряє. Ріжучий струмінь кисню подається через центральний канал. Газоподібні продукти згоряння своїм тиском витісняє воду від полум’я не дають йому погаснуть.

Водородно-кислородным різаком можна розрізати сталь завтовшки до70 мм під водою на глибині до 30 м. У цьому найбільшого тиску газів перед різаком становить кгс/см2: кисню 6,6, водню 5,5 та повітря. 5.

Копьевая резка.

Спосіб копьевой різання застосовують для різання низьковуглецевої і нержавіючої сталі та чавуну великий товщини, і навіть при різка залізобетону. Товщина сталевих болванок, разрезаемых кисневим списом, може становити кількох метрів. Застосовують дві основні способу копьевой різання: кисневим і кислородно-порошковым списом (кислородно-флюсовая резка).

Пропалювання отворів в разрезаемой болванці зі сталі чи чавуну чи залізобетоні виробляється кінцем сталевої трубки (списи), у якому безупинно подається кисень під тиском. Необхідна для процесу теплота створюється при згорянні кінця трубки і заліза оброблюваної болванки.

На початку процесу кінець трубки нагрівається до температури запалення горілкою чи електричної вугільної дугою. Тиск кисню на початку процесу одно 2— 3 кгс/см2, а коли робочий кінець списи поглибиться на метал до 30—50 мм, тиск кисню збільшують до 8—15 кгс/см2, залежно від товщини прожигаемого металу. Щоб уникнути приварювання нагрітого кінця списи до стінки отвори списом періодично виробляють зворотно-поступальні руху на межах 100—150 мм, повертаючи на обороту у обидва боки. При прожигании отворів в залізобетоні приваривание списи виключено, тому їм роблять лише обертальні движения.

Як списи використовують сталеву газову трубку діаметром, усередині якої закладено 3—4 прим. маловуглецевої дроту діаметром 5 мм. Ці дроту при згорянні кінця списи збільшують кількості выделяющегося тепла на місці різання. Кисень в трубку-копье підводиться від рампи балонів по шлангу з внутрішнім діаметром 13 мм, присоединяемым до трубці через копьедержатель з цанговым чи болтовим зажимом.

При порошково-кислородной копьевой краянні в трубку-копье після нагріву кінця і подача кисню починають подавати порошкоподібний флюс, котрий за виході з трубки згоряє, створюючи полум’я довжиною 100—150 мм з температурою близько 3500—4000° З. При краянні і прожигании отворів кінець списи у разі тримають з відривом 30—100 мм від стінки (дна) прожигаемого отвори. У качествефлюсаиспользуют суміш із 80% залізного і 20% алюмінієвого порошка.

Переміщуючи спис в горизонтальному чи вертикальному напрямі, цими способами можна лише марнувати отвори, а й виробляти разрезку болванок, відтинку прибутків лиття, вирізку отворів в залізобетонних, цегельних і кам’яних будівельних конструкциях.

Процес різання то, можливо механізована. Технологія і режими процесу, конструкції копьедержателей, і навіть установки для ручний та механізованої кисневою і кислородно-порошковой копьевой різання розроблено у зварювальної лабораторії МВТУ їм. Баумана.

Матеріал для даної роботи узяли з підручника «Газова зварювання і різка металів» під ред. Глизманенко Д. Л., вид. «Вищу школу», Москва, 1969 г.

1 Киснева різка належить до групи процесів так званої термічної різання металу, объединяемых загальним назвою «газова різка металів». У цю групу, крім кисневою різання, входять: кислородно-флюсовая, кислородно-дуговая, воздушно-дуговая, плазменно-дуговая і плазменная різка металлов.

2 При краянні під водою — пари бензина.

3 Такий спосіб називають також різкій проникаючої дугою, що проект відбиває характер дугового розряду, використовуваного для резки.