Временем возникновения профессии «сварщик» считается 1802 год, когда русским академиком Василием Петровым было сделано открытие эффекта электрической дуги, возникающей между двумя угольными стержнями при прохождении через них тока. С момента этого открытия и до его применения прошёл немалый период времени .
Сегодня вряд ли найдется хоть одна отрасль, где не приняли бы своего участия сварщики. Эта профессия требует высокого уровня ответственности, так как срок эксплуатации всевозможной техники напрямую связаны с качественно выполненной работой сварщика. Именно благодаря сварке металлические элементы будут надежно соединены как при изготовлении новых конструкций или изделий, так и при ремонте старых элементов.
Для того, чтобы любые сварочные работы проходили с наименьшим риском, необходимо строго соблюдать технику безопасности и хорошо знать санитарные нормы. Любые ошибки или небрежность сварщика ставят под угрозу не только его здоровье, но и безопасность окружающих.
1. Технологии кислородной резки
Кислородная резка заключается в сгорании разрезаемого металла в кислородной струе и удалении этой струей образовавшихся оксидов.
Процесс кислородной резки представлен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Кислородная резка, схема процесса
Разрезаемый металл предварительно нагревается подогревающим пламенем резака, которое образуется в результате сгорания горючего газа в смеси с кислородом. При достижении температуры воспламенения металла в кислороде, на резаке открывается вентиль чистого кислорода (99-99,8%) и начинается процесс резки. Чистый кислород из центрального канала мундштука, предназначенный для окисления разрезаемого металла и удаления оксидов, называют режущим в отличие от кислорода подогревающего пламени, поступающего в смеси с горючим газом из боковых каналов мундштука.
Струя режущего кислорода вытесняет в разрез расплавленные оксиды, которые, в свою очередь, нагревают следующий слой металла, способствуя его интенсивному окислению и т. п. В результате разрезаемый лист подвергается окислению по всей толщине, а расплавленные оксиды удаляются из зоны резки под действием струи режущего кислорода.
1.1 Техника кислородной резки
Поверхность разрезаемого листа следует очистить от окалины, краски, масла, ржавчины и грязи. Особое внимание уделяется очистке поверхности листа от окалины, поскольку она препятствует контакту металла с пламенем и струей режущего кислорода. Для этого требуется незначительный прогрев поверхности стали подогревающим пламенем резака, в результате которого окалина отскакивает от поверхности. Прогрев следует выполнять узкой полосой по линии предполагаемого реза, перемещая пламя со скоростью, приблизительно соответствующей скорости резки.
Газокислородная резка металла
... кислорода удаляются (выдуваются) от места их образования. По характеру применяемого необходимого для резки подогрева и специальных дополнительных материалов можно выделить резку газовую, электрокислородную и кислородно-флюсовую ... контакте кислорода с поверхностью металла, так и посредством передачи (диффузии) его к поверхности металла через ... гибки металлов. Правила охраны труда Проскакивание пламени ...
Перед кислородной резкой металл нагревается с поверхности в начальной точке реза до температуры его воспламенения в кислороде. После пуска струи режущего кислорода и начала процесса окисления металла по толщине листа резак перемещают по линии реза.
Как правило, прямолинейная кислородная резка стальных листов толщиной до 50 мм выполняется вначале с установкой режущего сопла мундштука в вертикальное положение, а затем с наклоном в сторону, противоположную направлению резки (обычно на 20-30є).
Наклон режущего сопла мундштука в сторону ускоряет процесс окисления металла и увеличивает скорость кислородной резки, а, следовательно, и ее производительность. При большей толщине стального листа резак в начале резки наклоняют на 5є в сторону, обратную движению резки.
По степени механизации процесса различают ручную и механизированную резку. Ручная кислородная резка выполняется по разметке, поэтому она не обеспечивает получения высокой точности заготовок, и применяется, как правило, при небольших объемах резки, где применение средств механизации экономически нецелесообразно, или при ремонтных работах. Заводами автогенного машиностроения выпускаются различные типы ручных резаков, которые подразделяются по назначению на резаки универсальные, предназначенные для прямолинейной и фигурной резки стали толщиной до 300 мм, и специального значения (для резки металла больших толщин, для срезки заклепок, вырезки отверстий, для подводной резки и т. п.).
По виду горючего, применяемого для резки, резаки делятся на: ацетилено-кислородные резаки, работающие на горючем газе ацетилене; резаки для резки металла на газах — заменителях ацетилена (природный газ, пропан и т. д.); резаки для резки металла, работающие на жидких горючих (керосин, бензин, бензол).
По типу смешения горючего газа с подогревающим кислородом резаки делятся на инжекторные, внутрисоплового и внешнего смешения. Наибольший объем выпуска ручных резаков приходится на универсальные ручные резаки инжекторного типа.
Рисунок 2. Ручной универсальный резак Р2А-02: 1 — мундштук наружный, 2 -мундштук внутренний, 3 — накидная гайка, 4 — головка резкак, 5 — смесительная камера, 6 — рукоятка
При работе в тяжелых условиях металлургического производства могут быть использованы резаки РС-2А и РС-3П. На строительных площадках и в других условиях, где снабжение горючими газами затруднительно, широко применяются керосинорезы РК-02.
Для ручной кислородно-флюсовой резки хромоникелевых сталей толщиной до 250 мм используется установка УГПР (состоит из резака Р2А-02 или Р3П-02, оснащенных приставкой, редуктора ДКС—66; вся аппаратура размещается на тележке).
При годовом объеме перерабатываемого листа до 1000 т в год экономически целесообразно применение переносных машин типа «Гугарк» для кислородной резки. В случае вырезки большого количества однотипных деталей с успехом могут быть использованы серийно выпускаемые шарнирные машины АСШ-86.
На машиностроительных предприятиях нашли широкое применение портально-консольные машины с фотокопировальным управлением ПКК2-4Ф-2 для кислородной резки листов толщиной до 100 мм, размером 2×8 м из низкоуглеродистой, низколегированных, конструкционных марок сталей. Контур вырезаемой детали задается копир-чертежом, вычерчиваемым в масштабе 1:1. Машина имеет точность ±0,5 мм и вырезает заготовки размером 2×2 м. Если в номенклатуре вырезаемых деталей имеются заготовки больших размеров, потребитель может оснастить заготовительный участок портальными дистанционно-масштабными фотокопировальными машинами ПКФ, обрабатывающими за один проход лист размером (2,5ч3,5) x 8 толщиной до 0,1 м. Машины этого класса имеют более высокий уровень автоматизации процесса резки и стоят дороже, их целесообразно применять на предприятиях с объемом перерабатываемого листа не менее 1,5—2 тыс. т в год. При больших объемах становится выгодным применение высокопроизводительных многорезаковых портальных машин с УЧПУ. В настоящее время серийно выпускаются машины «Искра» для кислородной и воздушно-плазменной резки листов стали шириной 2,5 м и «Комета» для обработки листа шириной от 2,5 до 8 м. Они оснащены УЧПУ на базе микроЭВМ, что обеспечивает возможность их встраивания в гибкие автоматизированные линии, полную автоматизацию процесса термической резки, сокращение на 10—25 % времени вспомогательных операций, значительное повышение точности за счет исключения ошибок при вычерчивании контура деталей и, как следствие, сокращение припусков под последующую механическую обработку или отказ от нее. Кислородная резка металлов
Ручная разделительная кислородная резка ручная разделительная кислородная резка
... термогазоструйная. резка термическая металл кислородная Способность металла подвергаться кислородной резке называется разрезаемостью. Разрезаемость углеродистых сталей с увеличением содержания углерода ухудшается. Глава 1. Общие сведения о кислородной сварке Сущность процесса сварки Сварку и термическую резку ...
Кислородная резка стали средних толщин
При кислородной разделительной резке стали в соответствии с технологическими особенностями различают резку металла малых толщин (до 5 мм), средних толщин (5—300 мм) и больших толщин (свыше 300 мм).
Такое, деление довольно условно, однако для каждого диапазона разрезаемых толщин существуют общие закономерности.
Наиболее важными технологическими параметрами кислородной резки являются расход режущего кислорода, мощность подогревающего пламени, скорость резки.
Для расчетов расходов режущего кислорода может быть рекомендована следующая формула, полученная на основании результатов обработки данных ВНИИавтогенмаш и зарубежных фирм,
Vкр =0,07k2kрkпkм-1д0.8, (26.7)
где Vкр — расход «режущего» кислорода, м3/с; k2 — коэффициент, учитывающий состояние металла перед резкой (k2 = 0,3 — для проката; k2=0,6 — для литья и поковок толщиной от 0,3 до 0,6 м), kр, kп, kм — см. табл. 26.1.
Подогревающее пламя нагревает поверхностные слои металла до температуры воспламенения в начале резки, а в процессе резки — фронтальную поверхность металла. Мощность подогревающего пламени возрастет с увеличением толщины разрезаемого металла, расстояния между торцом резака и металлом. При резке загрязненного металла мощность пламени необходимо увеличивать. Мощность пламени определяется расходом горючего газа, его родом и соотношением расхода горючего газа и подогревающего кислорода. При кислородной резке в качестве горючего используются газообразные и жидкие углеводороды. При сгорании указанных горючих в смеси с кислородом образуется высокотемпературное пламя.
В табл. 26.2 приведены сведения об основных свойствах горючих газов.
Расходы горючего газа и подогревающего кислорода при резке могут быть определены из нижеследующих зависимостей:
- Vr.r = Е 10-6kрkт-1kгkм-1(103д+100); (26.8)
Vк.п = вVr.r, (26.9)
где Vr.r — расход горючего газа, м3/с; Vк.п — расход подогревающего кислорода, м3/с; д — толщина разрезаемого металла, м. Значения входящих в приведенные уравнения коэффициентов для разных условий резки приведены в табл. 26.1 и 26.2. Расход железного порошка (qф, кг/с) при резке высоколегированных сталей определяется по формуле:
qф = 0,025д1,5 + 0,0017. (26.10)
При заданных расходах газов скорость резки уменьшается по экспоненциальному закону с увеличением толщины разрезаемого металла, так как динамическое воздействие струи на расплав резко сокращается по мере удаления от среза сопла. Скорость резки увеличивается с ростом температуры подогрева металла вследствие возрастания толщины жидкой прослойки металла в разрезе, чистоты кислорода и давления кислорода перед соплом. Повышение давления «режущего» кислорода перед соплом способствует увеличению скорости его потока и его динамического воздействия на окисляемый металл. Наибольшее увеличение скорости потока кислорода (до 90%) наблюдается в интервале давления на входе в сопло от 98 до 2940 кПа, дальнейшее повышение давления кислорода перед соплом от 2940 до 9800 кПа позволяет увеличить скорость кислородного потока лишь на 8 %.
На основании обобщения экспериментальных данных получена следующая зависимость для определения скорости резки:
v = 7,6*10-4kтkр-0,5kмkдkкkчд-0,4, (26.11)
где v — скорость резки, м/с; д — толщина разрезаемого металла, м; kд — коэффициент скорости резки, зависящий от давления «режущего» кислорода,
kд = (0,01pk)0,28,
где рk — давление «режущего» кислорода, кПа; кч — коэффициент скорости резки, зависящий oт чистоты кислорода,
кч= 1/(v2(100-е))
где е — чистота кислорода, %; kт, kм, kр выбираются в соответствии с табл. 26.1.
Меньшие скорости резки выбираются при точной вырезке фигурных деталей, наибольшие при прямолинейной разделительной кислородной резке металла в скрап (табл, 26.3).
Кислородно-флюсовая резка
Кислородно-флюсовая резка была разработана для резки материалов, которые плохо поддаются кислородной резке. К ним относятся чугун, легированные стали, цветные металлы и др. Кислородно-флюсовая резка отличается от обычной кислородной резки тем, что помимо подогревающего пламени и струи режущего кислорода в зону реза подается порошок флюса, который обеспечивает процесс резки за счет термического, химического и абразивного действия.
Таблица 1. Состав флюса для резки различных материалов
|
Разрезаемый материал |
Состав флюса |
|
|
Высоколегированная хромистая и хромоникелевая сталь |
Железный порошок (100%) |
|
|
Кварцевый песок (100%) |
||
|
Доломитизированный известняк (100%) |
||
|
Двууглеродистый натрий (98-99%), фосфористый кальций (1-2%) |
||
|
Чугун |
Железный порошок (100%) |
|
|
Кварцевый песок (100%) |
||
|
Доломитизированный известняк (100%) |
||
|
Цветные металлы, огнеупоры, бетон |
Железный порошок (35-90%), алюминиевый порошок (10-65%) |
|
|
Железный порошок (50-55%), алюминиевый порошок (20-40%), азотнокислый натрий (5-30%) |
||
В последние годы в связи с развитием плазменной резки кислородно-флюсовая резка находит ограниченное применение. Основная область ее использования — в металлургии и тяжелом машиностроении при обрезке прибылей литья, резке слябов и блюмов в холодном состоянии, обрезке от горячего слитка мерных заготовок и др.
Резка кислородным копьем
Рисунок 3. Резка кислородным копьем
Кислородное копье представляет собой стальную трубку, через которую пропускается кислород. Процесс резки кислородным копьем представлен на рисунке ниже.
Рабочий конец кислородного копья предварительно нагревается до температуры 1350-1400°С с помощью постороннего источника нагрева: сварочной дуги, подогревающего пламени резака или пламенем сварочной горелки. После воспламенения копья посторонний источник нагрева убирается. В результате подачи кислорода рабочий конец копья начинает интенсивно гореть, достигая температуры 2000°С. Для повышения тепловой мощности кислородного копья внутрь трубки, как правило, помещают стальной пруток или другой профиль.
Кислородное копье прижимают к поверхности прожигаемого материала. Углубив рабочий конец копья в материал, повышают давление кислорода до необходимой рабочей величины, периодически выполняя копьем возвратно-поступательные (с амплитудой 10-20 см) и вращательные (на угол 10-15° в обе стороны) движения. При прожигании отверстия торец копья необходимо постоянно прижимать к материалу, отрывая его лишь на короткое время при возвратно-поступательном движении. Образуемые шлаки выносятся давлением в зазор между трубкой копья и стенкой прожигаемого отверстия.
В результате получаются отверстия приблизительно круглой формы. Диаметр отверстия составляет 30-90 мм и зависит преимущественно от диаметра кислородного копья, а также наличия возвратно-поступательных и вращательных движений копьем.
прожигания отверстий в стали
Прожигание отверстий в чугуне
Производительность резки кислородным копьем чугуна крайне низка. Скорость прожигания отверстия диаметром 50-60 мм составляет не более 50 мм/мин при расходе кислорода около 35 м3 на 1м отверстия и 25 м трубок.
прожигания отверстий в бетоне и железобетоне
железный порошок
Воздушно-дуговая резка
Рисунок 4. Воздушно-дуговая резка и зажимы электрододержателя (справа)
Воздушно-дуговая резка заключается в расплавлении металла по линии реза электрической дугой и принудительном удалении сжатым воздухом образующегося под действием дуги расплава. Схема воздушно-дуговой резки представлена на рисунке.
Воздух подается вдоль неплавящегося электрода (обычно угольного или графитового) и в специальном электрододержателе. Электрическая дуга, как правило, горит на постоянном токе обратной полярности. Наилучшая производительность воздушно-дуговой резки достигается при диаметре электрода 6-12 мм, силе сварочного тока 300-1500А, напряжении на дуге 30-40В, давлении воздуха 4-7 кг/см2, расходе воздуха 20-30 м3/ч. Горение дуги отличается низкой устойчивостью, частыми обрывами.
Воздушно-дуговая резка тем эффективнее, чем меньше скорость износа электрода. Поэтому целесообразно использовать электроды, покрытые защитно-разгружающим слоем из меди или композиции на основе алюминия.
Качество поверхности реза и прилегающего к ней металла невысокое. В поверхностном слое и на кромках глубиной 0,1-0,3 мм может наблюдаться повышение содержания углерода, в связи с чем могут появляться трещины. Для уменьшения науглероживания необходимо по возможности не касаться электродом раскаленного металла. После воздушно-дуговой резки необходимо выполнять тщательную зачистку поверхностей щеткой до металлического блеска и производить осмотр для установления отсутствия поверхностных дефектов.
Кислородно-дуговая резка
Рисунок 5. Схема кислородно-дуговой резки
кислородный резка материал процесс
кислородно-дуговой резке
Широкое распространение кислородно-дуговая резка получила для резки металла под водой. Используются два вида электродов: стальной трубчатый и карборундовый. Стальной электрод имеет диаметр 5-6 мм, внутренний канал диаметром 1,5-2 мм. Длина электрода 350-400 мм. Время горения такого электрода — 1 минута.
Рисунок 6. Сечение электродов для кислородно-дуговой резки:
- А — стальной трубчатый электрод;
- Б — керамический (карборундовый) электрод.
(1 — металлическая оболочка; 2 — покрытие; 3 — стальная трубка; 4 — канал для кислорода; 5 — водонепроницаемое покрытие; 6 — карборундовый стержень)
Электроды из карборунда получили название керамических (см. рисунок).
Он имеет длину 250 мм, время горения составляет около 15 мин. Керамические электроды имеют большой диаметр: 15-18 мм.
Держатели электродов имеют специальную конструкцию, обеспечивающую подвод кислорода к электроду, его открытие и закрытие, высокие электроизоляционные свойства.
Кислородно-дуговую резку применяют для резки черных и цветных металлов толщиной до 120 мм, на глубинах до 100 м. Сила тока 200-350А, давление кислорода 3-10 бар (в зависимости от толщины).
Возможна полуавтоматическая кислородно-дуговая резка. В этом случае проволока обдувается кислородом концентрично.
Кислородная резка является одним из наиболее распространённых процессов газопламенной обработки металлов. Она широко используется в металлообработке и металлургии при резке листов, заготовок профильного проката, труб и т.д.
Различают два вида кислородной резки: разделительную и поверхностную.
При разделительной резке образуются сквозные разрезы, а при поверхностной — канавки круглого очертания.
Разделительная резка производится без и со скосом кромок под сварку, а поверхностная бывает либо сплошной, когда обрабатывается вся поверхность заготовки за один проход, либо выборочной с удалением поверхностного слоя металла.
В отличие от сварки кислородная резка на вертикальной плоскости или в потолочном положении не представляет трудностей и может производиться в любом пространственном положении. В процессе резки металл расплавляется и вытекает из полости реза. Однако железо легко окисляется, а в чистом кислороде горит и превращается в оксиды и шлаки. К термическому и химическому действию может присоединяться механическое действие струи газа, выталкивающее жидкие и размягчённые продукты из полости реза.
При кислородной резке происходит химическая реакция сгорания железа в кислороде. Железо и сталь не загораются, как известно в кислороде при низких температурах, поэтому кислород хранят в стальных баллонах. Температура начала горения металла зависти от его химического состава и равна 1000-1200оС. Температура начала горения повышается с увеличением содержания углерода в металле при одновременном понижении температуры его плавлении. Высококачественная кислородная резка металла возможна лишь в том случае, если он горит в твёрдом состоянии. Если же металл загорается лишь при расплавлении, то в процессе резки он вытекает из полости реза и рез получается широким и неравномерным.
Сущность процесса кислородной резки.
Таким образом, кислородная резка состоит из нескольких процессов: подогрева металла, сжигания металла струёй кислорода, выдувания расплавленного шлака из полости реза. Подогревательное пламя обычно не тушат, и оно горит в течении всего процесса резки, так как теплоты, выделяющейся при сжигании железа в кислороде, недостаточно для возмещения всех потерь теплоты в зоне резки. Если подогревательное пламя потушить, то процесс резки быстро прекращается, металл охлаждается настолько, что кислород перестанет на него действовать, и реакция горения металла в кислороде останавливается.
Условия резки.
Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Этому требованию соответствуют низкоуглеродистые стали, температура воспламенения которых в кислороде около 1300оС, а температура плавления около 1500оС. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается повышением температуры воспламенения в кислороде и понижением температуры плавления. Поэтому с ростом содержания углерода кислородная резка сталей ухудшается.
Температура плавления оксидов металлов, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла. В противном случае тугоплавкие оксиды не будут выдуваться струёй режущего кислорода, что нарушит нормальный процесс резки. Этому условию не удовлетворяют высокохромистые стали и алюминий. При резке высокохромистых сталей образуются тугоплавкие оксиды с температурой плавления 2000оС, а при резке алюминия — оксид, температура плавления которого около 2050оС. Кислородная резка их невозможна без применения специальных флюсов.
Теплоты, которая выделяется при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно для поддержания непрерывного процесса резки. При резке стали около 70% теплоты выделяется в результате сгорания металла в кислороде и только 30% её поступает от подогревающего пламени резака. Образующиеся при резке шлаки должны быть жидкотекучими и легко выдуваться из места реза. Теплопроводность металлов и сплавов не должна быть слишком высокой, иначе теплота от подогревающего пламени и нагретого шлака интенсивно отводится от места реза, процесс резки становится неустойчивым и в любой момент может прерваться. При резке стали сгорание железа в кислороде происходит в соответствии со следующими реакциями:
Fe + 0,5O2 = FeO + 269 МДж/кмоль,
2Fe + 1,5O2 = Fe2O3 + 272 МДж/кмоль,
3Fe + 2O2 = Fe3O4 +276 МДж/кмоль.
Из уравнений следует, что на сгорание 1 кг железа расходуется 0,38 кг (0,27 л) кислорода, или на 1 см3 железа требуется 2,1 л кислорода. На практике же расход кислорода в процессе резки может быть выше или ниже теоретического значения, так как часть металла выдувается из полости реза в неокислённом виде и вытекающий шлак содержит не только оксиды, но и металлическое железо. Выделяемое при горении железа значительное количество теплоты оплавляет поверхность металла. Этот жидкий металл увлекается в шлак вместе с расплавленными оксидами. Количество теплоты, образующееся в результате сгорания железа при резке, в 6-8 раз превышает количество теплоты, выделяемой подогревающим пламенем резака.
Указанным условиям удовлетворяет лишь железо и его технические сплавы — стали. Большинство других металлов не поддаются кислородной резке.
Разрезаемость металла.
Таблица 2. Характеристики разрезаемости углеродистых сталей
|
Сталь |
Характеристика разрезаемости. |
|
|
Низкоуглеродистая |
При содержании углерода до 0,3% резка без затруднений. |
|
|
Среднеуглеродистая |
С увеличением содержания углерода от 0,3 до 0,7% резка осложняется. |
|
|
Высокоуглеродистая |
При содержании углерода свыше 0,3% до 1% резка затруднена и требуется предварительный подогрев стали до 300-700С. При содержании углерода более 1-1,2% резка невозможна (без применения флюсов).
|
|
Разрезаемость кислородом конструкционных сталей оценивают по содержанию в них эквивалентного углерода:
Cэ = C + 0,16Mn + 0,3 (Si + Mo) + 0,4Cr + 0,2V + 0,04 (Ni + Cu).
Цифры, стоящие перед обозначением элементов, указывают их содержание в сталях (в процентах по массе).
Таблица 3. Характеристика разрезаемости конструкционных сталей
|
Содержание |
Разрезаемость стали |
Марка стали |
||
|
углерода |
эквивалентного углерода |
|||
|
До 0,3 |
До 0,6 |
Возможна резка в любых условиях без ограничений и без подогрева до и после резки. |
15Г,20Г,10Г2,15М, 15НМ и др. |
|
|
До 0,5 |
0,6 — 0,8 |
В летнее время — хорошая без подогрева. В зимнее время необходим подогрев до150оС |
30Г, 40Г, 30Г2, 15Х, 20Х, 15ХФ, 10ХФ, 15ХГ, 20М, 12ХНЗА, 20ХНЗА и др. |
|
|
До 0,8 |
0,8 — 1,1 |
Резка затруднена в связи с возможностью образования закалочных трещин. Необходим предварительный подогрев до 500оС |
50Г — 70Г, 35Г2 — 50Г2, 30Х — 50Х и др. 12ХМ — 35ХМ, 20ХГ — 40ХГ, 40ХН — 50ХП, 12Х2Н4А — 20Х2Н4А, 40ХФА, 5ХНМ, ШХ10, 25ХМФА и др. |
|
|
Более 0,8 |
Более 1,1 |
Резка затруднена в связи с возможностью образования трещин после резки. Необходим предварительный подогрев до 300-400оС и замедленное охлаждение металла после резки. |
25ХГС — 50ХГС, 33ХГС — 40ХС, 20ХЗ, 35ХЮА, 37ХНЗА, 35Х2МА, 25НВА, 38ХМЮА, 40ХГМ, 45ХНМФА, 50ХГА, 50ХТФА, 5ХНМ, 12Х2НЗМА, ШХ15, ШХ15СГ и др. |
|
Таблица 4. Влияние легирующих элементов на разрезаемость стали при кислородной резке
|
Элемент |
Разрезаемость стали |
|
|
Марганец |
При содержании до 0,6% Mn резка выполняется без затруднений, однако твёрдость поверхности реза значительно повышается по сравнению с твёрдостью основного металла. |
|
|
Кремний |
При содержании до 0,2% С и до 4% Si металл разрезается без затруднений. При содержании свыше 0,2% С и до 2,5% Si резка выполняется удовлетворительно. |
|
|
Хром |
Стали, содержащие до 0,7% С и до 1,5% Cr, подвергаются резке без затруднений. При содержании до 0,4% С и до 5% Cr необходим предварительный подогрев, который позволяет избежать закалки. Если содержание Cr превышает 6%, сталь не разрезается. |
|
|
Никель |
При содержании до 0,5% С и до 35% Ni сталь разрезается удовлетворительно, если в её составе нет значительного количества других элементов. |
|
|
Вольфрам |
Сталь, содержащая до 0,7% С и до 10% W, разрезается без затруднений. При содержании 10-15% W резка возможна только с предварительным подогревом. |
|
|
Молибден |
Содержание Mo до 2% не влияет на процесс резки. При содержании свыше 3,5% Мо резке поддаются только стали, которые содержат не более 0,3% С. |
|
|
Медь |
Содержание Cu до 0,7% не влияет на процесс резки. |
|
|
Алюминий |
Содержание до 0,5% Al на процесс резки не влияет. При большем его содержании ухудшается процесс резки. При содержании свыше 10% Al сталь не разрезается. |
|
|
Сера и фосфор |
Если общее содержание этих элементов не превышает 0,1%, на процесс резки они влияния не оказывают. |
|
Предварительный подогрев необходим в первую очередь для предупреждения образования трещин и выполняется в газовых печах, нагревательных колодцах или пламенем многопламенной горелки. Высоколегированные стали кислородной резке не поддаются из-за образования в процессе резки тугоплавких оксидов, которые с трудом удаляются из полости реза (разреза).
Высокоуглеродистые, высоколегированные аустенистные, высокохромистые стали не поддаются газокислородной резке. В этом случае применяют кислородно-флюсовую или плазменно-дуговую резку. Для резки необходим чистый кислород; даже небольшое количество примесей заметно снижает ей скорость и значительно повышает расход кислорода. В качестве горючего дл подогревающего пламени при кислородной резке можно использовать любой промышленный горючий газ, а также бензин, бензол, керосин и т.д. Чугун не режется вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения; он горит в кислороде в расплавленном состоянии, что исключает возможность получения качественного реза. Цветные металлы также не поддаются процессу резки из-за высокой температуры плавления их оксидов и значительной теплопроводности.
Медь не режется вследствие высокой теплопроводности и незначительного количества теплоты, выделяющейся при её сгорании. Медь и её сплавы можно обрабатывать кислородно-флюсовой резкой. Алюминий не режется по причине чрезмерной тугоплавкости образующегося оксида. Для алюминия и его сплавов применяют плазменную дуговую резку.
Показатели режима резки.
Мощность пламени определяется толщиной разрезаемого металла, составом и состоянием стали (прокат или поковка).
При ручной резке из-за неравномерности перемещения резака обычно приходится в 1,2-2 раза увеличивать мощность пламени по сравнению с машинной. При резке литья следует повышать мощность пламени в 3-4 раза, так как поверхность отливок, как правило, покрыта песком и пригаром. Для резки стали толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя, а толщиной свыше 400 мм — подогревающее пламя с избытком ацетилена (науглероживающее) для увеличения длины факела и прогрева нижней части реза. Давление режущего кислорода зависит от толщины разрезаемого металла, формы режущего сопла и чистоты кислорода. При повышении давления сверх нормативного скорость резки уменьшается, и качество поверхности реза ухудшается. Соответственно увеличивается расход кислорода. Скорость резки должна соответствовать скорости окисления металла по толщине разрезаемого листа. Судить о правильном выборе скорости резки можно по следующим признакам. При замедленной скорости происходит оплавление верхних кромок разрезаемого листа и расплавленные шлаки (оксиды) вылетают из разреза в виде потока искр в направлении резки. Слишком большая скорость характеризуется слабым вылетом пучка искр из разреза в сторону, обратную направлению резки, и значительным «отставанием» линий реза от вертикали. Возможно непрорезаение металла. При нормальной скорости резки поток искр и шлака с обратной стороны разрезаемого листа сравнительно небольшой и направлен почти параллельно кислородной струе.
Подготовка поверхности.
Листы укладываются горизонтально на опоры. Свободное пространство под листом должно составлять половину толщины разрезаемого металла плюс 100мм.
Положение и перемещение резака в процессе резки.
Положение резака в начале резки зависит от толщины разрезаемой стали. При прямолинейной резке листовой стали толщиной до 50 мм резак устанавливается вертикально, а при большой толщине листа — под углом 5о к поверхности торца листа. Затем его наклоняют на 20-30о в сторону, обратную движению резака. Такое положение резака способствует лучшему прогреву металла по толщине и повышению производительности резки. При вырезке фигурных деталей резак должен быть строго перпендикулярен к поверхности разрезаемого металла.
Для облегчения резки и ускорения прогрева металла целесообразно делать зарубку зубилом в начальной точке реза.
Пробивка отверстий
При пробивке отверстий в металле толщиной от 20 до 50 мм лист следует устанавливать в наклонном положении или вертикально для облегчения стекания образующегося шлака.
При пробивке отверстий в металле толщиной более 50мм вначале сверлением выполняется небольшое отверстие.
Машинная резка допускает возможность пробивки отверстий резаками в металле толщиной до 100мм. Для этого после нагрева места пробивки до температуры оплавления медленно увеличивают давление режущего кислорода до требуемого значения с одновременным включением резака (машины), скорость которого должна составлять 150-600 мм/мин. Благодаря такому приёму брызги металла не попадают на торец резака, уменьшается вероятность хлопков и обратных ударов. Отверстия можно пробивать как с контура, так и вблизи его.
В процессе резки расстояние от торца мундштука до металла следует поддерживать постоянным. При ручной резке это достигается использованием специальных тележек, прикрепляемых к головке резака, а при машинной — укладкой листа в строго горизонтальное положение и применением суппортов с плавающей кареткой (обработка листов, не подвергавшихся правке).
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. Прирезке стали толщиной более 100 мм и работе на газах-заменителях ацетилена указанное расстояние увеличивают на 30-40% во избежание перегрева мундштука.
2. Ручная разделительная кислородная резка
Резка листов. Ручная разделительная резка применяется для резки листов, поковок профильного проката и скрапа. При резке в качестве горючего газа используется как ацетилен, так и газы-заменители ацетилена (пропан-бутан, природный газ и др.).
В последнем случае увеличивается время предварительного подогрева металла до начала процесса резки, поэтому предпочтительнее использовать ацетилен (где это возможно).
Резка скрапа преимущественно производится с применением жидкого горючего (керосин, бензин и их смеси).
Для резки листов толщиной от 3 до 300 мм используются универсальные ручные резаки Р2А-01,РЗП-01, а до 800 мм — специализированные резаки типа РЗР-2.
Резка стали малой толщины сопровождается значительным перегревом, оплавлением кромок и короблением разрезаемого металла. При этом на резаках устанавливается внутренний мундштук №0 с минимальным отверстием для режущего кислорода и наружный мундштук №1. Лучшие результаты даёт резка с последовательным расположением подогревающего пламени и режущего кислорода. Резку ведут с максимальной скоростью и минимальной мощностью подогревающего пламени. Мундштук резака наклоняют под углом 15-40о к поверхности реза в сторону, обратную направлению резки.
Перед началом резки нужно положить лист на опоры, очистить место реза и установить на резаке мундштуки в зависимости от толщины разрезаемой стали. Мощность пламени и давления газов (кислорода и горючего) регулируют при открытом вентиле режущего кислорода. Подогрев листа начинается с кромки и длится обычно 3-10 с. Если резку начинают с середины листа, продолжительность подогрева увеличивается в 3-4 раза.
Точность и качество ручной резки зависят от правильного выбора режимов и квалификации резчика. Чтобы повысить точность, резку выполняют по разметке и направляющим (при прямолинейной резке).
Качество резки в значительной степени зависит от своевременного пуска режущего кислорода, равномерного перемещения резака и поддержания постоянного расстояния между резаком и поверхностью листа. Для этого используют простейшие приспособления: циркуль для вырезки фланцев и отверстий, тележку для поддержания постоянного расстояния между резаком и поверхностью листа; направляющую линейку или уголок для прямолинейных резов и т. д.
Существуют особые технологические приемы повышения качества ручной резки. К ним относятся, например, безгратовая и пакетная резка.
Безгратовая резка, Пакетная резка
Пакетную резку можно производить без плотного прилегания листов (с зазорами между ними до 3-4 мм).
В этом случае пакет закрепляют с одной стороны и выполняют резку кислородом низкого давления (0,3-0,5 МПа) с рассверливанием горлового канала мундштука на 0,3-04 мм. Облегчает начало процесса резки сборка листов с небольшим сдвигом. Пакетную резку используют и при машинной резке.
Резка поковок и отливов.
Резка труб.
Скорость резки труб с толщиной стенок 6-12 мм не превышает 800мм/мин. Для повышения скорости резки резак устанавливают под углом 15-25о к касательной в точке пересечения оси резака с поверхностью трубы. При этом увеличивается зона взаимодействия кислорода с металлом и образующийся в процессе резки шлак нагревает лежащий впереди участок трубы, благодаря чему улучшается окисление металла. Однако время предварительного подогрева поверхности трубы до температуры воспламенения увеличивается до 60-70с. Чтобы избежать этого, необходимо ввести в зону реакции стальной пруток (или железный порошок).
В этом случае средняя скорость резки труб диаметром 300-1020 мм с толщиной стенки до 12 мм составляет 1,5-2,5 м/мин, т.е. повышается в 2-3 раза по сравнению с резкой при перпендикулярном расположении резака.
Резка производится универсальными или вставными резаками. Режимы её устанавливаются в зависимости от толщины металла согласно паспортным характеристикам резаков.
Резка профильного проката.
3. Поверхностная кислородная резка
Поверхностной кислородной резкой называют процесс снятия слоя металла кислородной струёй. Эта резка отличается от разделительной тем, что вместо сквозного разреза на поверхности обрабатываемого металла образуется канавка. Профиль её зависит от формы и размеров выходного канала мундштука для режущего кислорода, а также режимов резки и расположения (угол наклона) резака относительно листа.
Суть процессов разделительной и поверхностной резки одинакова. Однако в последнем случае струя кислорода направляется под острым углом к поверхности металла и быстро перемещается. Источником нагрева металла является не только подогревающее пламя резака, но и расплавленный шлак, который, растекаясь по поверхности листа вдоль линии реза, подогревает нижележащие слои металла. Следовательно, при поверхностной резке эффективнее используется теплота, выделяемая в результате окисления железа, чем при разделительной. В результате этого скорость поверхностной резки достигает 2-4 м/мин, соответственно повышается и производительность труда. Ручным резаком удаляется до 40 кг/ч металла, в то время как при пневматической вырубке — не более 2-3 кг/ч.
Поверхностная резка широко применяется в металлургической промышленности и сварочном производстве. В сварочном производстве поверхностная резка используется для вырезки дефектных участков швов и при ремонтных работах.
Ручная резка выполняется резаками типов РПК и РПА, а машинная с помощью машин огневой зачистки (МОЗ).
Они удаляют слои металла толщиной от 0,5 до 3,5 мм одновременно с четырех сторон сляба или блюма. Производительность сплошной зачистки проката велика и составляет 600-1000 кг/ч в зависимости от сортамента обрабатываемой стали. Скорость движения металла при зачистке достигает 45-50 м/мин.
Ручная зачистка начинается с прогрева начального участка до температуры воспламенения металла. 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 70-80о к поверхности. В момент подачи режущего кислорода его наклоняют на 15-45о.
При прочих равных условиях глубина и ширина канавки зависят от скорости резки и с её увеличением уменьшаются. Глубина канавки увеличивается с возрастанием угла наклона мундштука резака, повышением давления режущего кислорода и уменьшением скорости резки. Ширина канавки определяется диаметром канала режущей струи кислорода. Чтобы избежать появления закатов на поверхности заготовки, ширина канавки должна быть в 5-7 раз больше её глубины.
При необходимости зачистки дефектов на значительной поверхности обычно производят резку «ёлочкой» за один или несколько проходов, придавая резаку колебательные движения. Расстояние между мундштуком и зачищаемым металлом должно быть постоянным.
Поверхностная кислородная резка может быть использована для зачистки дефектов на поверхности высоколегированных сталей. В этом случае следует применять кислородно-флюсовую резку в сочетании с поверхностной, используя резаки типа РПА или другие с кислородно-флюсовой оснасткой и установку типа УГПР.
3.1 Свойства зоны термического влияния при резке
В процессе газокислородной резки в разрезаемый металл вводится значительное количество теплоты. Нагрев происходит неравномерно и распределяется по кромке реза и сравнительно узкой полосе металла, прилегающей к резу. Это создаёт напряжения в металле и деформирует его, искажая геометрическую форму. Кромка реза несколько укорачивается и в прилегающем слое возникают растягивающие напряжения, которые могут быть полностью сняты лишь отжигом с равномерным нагревом всей детали. Напряжения и деформации также уменьшаются при механической обработке (строгание или фрезерование кромки реза).
Полоса металла шириной 2-5 мм, прилегающая к резу, быстро нагревается выше критических температур, а затем быстро охлаждается вследствие отвода теплоты в холодную основную массу металла. Происходит термообработка металла, соответствующая закалке.
Степень закалки, образующиеся структуры и максимальная твердость кромки реза определяются в первую очередь химической обработке. Простые углеродистые стали, содержащие менее 0,3 % углерода, при резке почти не закаливаются. У легированных сталей и сталей с повышенным содержанием углерода часто значительно повышается твердость по кромке реза. Металл нагревается до наивысшей температуры у поверхности кромок, где обычно происходит полное аустенитное превращение, наблюдаются максимальные изменения структуры и твердости. В низкоуглеродистых сталях образуется сорбитная структура; по мере повышения содержания углерода и легирующих элементов в стали появляется троостит, а затем и мартенсит, свидетельствующий о высокой твердости и хрупкости металла. По мере удаления от кромки изменения структуры постепенно становятся менее заметными, твердость уменьшается и на расстоянии несколько миллиметров от кромки основной металл сохраняет первоначальную структуру.
Ширина зоны термического влияния при кислородной резке зависит от химического состава и толщины разрезаемого металла, возрастая вместе с ней. При резке низкоуглеродистой стали толщиной 10 мм ширина зоны влияния не превышает 1 мм; при толщине 150-200 мм ширина этой зоны составляет около 3 мм. Стали легированные и с повышенным содержанием углерода толщиной 100 мм могут иметь зону термического влияния шириной до 6 мм.
Исследования структуры и механических свойств металла показали, что кислородная резка меньше изменяет свойства кромки, чем механическая резка ножницами и фрикционной пилой. Для низкоуглеродистой стали нет необходимости удалять поверхностный слой металла с кромки реза; при последующей сварке достаточно очистить кромки от окалины. После резки сталей, чувствительных к термической обработке, иногда приходится прибегать к дополнительным операциям: механическому строганию кромки, местному отжигу. Особенно опасным является возникновение мелких трещин в зоне влияния, что иногда наблюдается у сталей, легко закаливающихся. В подобных случаях используют предварительный подогрев металла. Он уменьшает коробление, внутренние напряжения, изменения структуры, твердость металла. Поэтому подогрев часто является единственным надежным средством, обеспечивающим качественную кислородную резку легко закаливающихся легированных и углеродистых сталей. При машинной кислородной резке подогрев осуществляется мощными многопламенными горелками, смонтированными на режущей машине и перемещающимися вместе с кислородным резаком вдоль поверхности разрезаемого металла.
Помимо структурных превращений металла, при кислородной резке происходит изменение его химического состава на глубину до 2-3 мм. Наиболее существенным является повышение содержания углерода у поверхности реза, что можно объяснить науглероживающим действием подогревательного пламени. Однако повышение содержания углерода происходит и при использовании водородного пламени, которое не может науглероживать металл. По-видимому, основной причиной является миграция (перемещение) углерода при неравномерном нагреве металла в более нагретые области. Так как наиболее сильно нагревается поверхность кромки реза, то наблюдается перемещение углерода из внутренних менее нагретых слоёв металла к поверхности кромки.
Заключение
В заключении надо настоящие статьи необходимо отметить, что , не смотря на выявления преумущества технологии кислородной резки сталей большой толщины кислородом низкого давления, технология резки высоким давлениям (1225 кг/см2) может применяться для толщин до 600800 мм. Но при выборе технологии надо четко определить приоритеты. Дать точную оценку и энергетическую вооруженность участка резки . Резка м/у стали толщиной 900 мм с применением технологии низкого давления (3 кгс/см2) режущего кислорода.
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/apparatura-dlya-kislorodnoy-rezki/
1. http://www.osvarke.com/rezka-01.html
2. http://www.osvarke.com/rezka-03.html
3. http://www.osvarke.com/rezka-02.html
