Резка металлов

Подробности

Опубликовано 25.05.2012 16:05

Просмотров: 35849

Резкой металлов называют отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла. Различают механическую (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубка) и термическую резку. Термической резкой называют обработку металла (вырезку заготовок, строжку, создание отверстий) посредством нагрева. Паз, образующийся между частями металла в результате резки, называют резом. По форме и характеру реза может быть разделительная и поверхностная резка, по шероховатости поверхности реза - заготовительная и чистовая. Термическая резка отличается от других видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получения заготовок любого, сколь угодно сложного, контура при большой толщине металла. Можно выделить три группы процессов термической резки: окислением, плавлением и плавлением-окислением. При резке окисление м металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде, затем сжигают его в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева следующих участков металла. Продукты сгорания выдувают из реза струей кислорода и газов, образующихся при горении металла. К резке окислением относятся газопламенная (кислородная) и кислородно-флюсовая резка. При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным концентрированным источником тепла выше температуры его плавления и выдувают расплавленный металл из реза с помощью силы давления дуговой плазмы,, реакции паров металла, электродинамических и других сил, возникающих при действии источника тепла, либо специальной струей газа. К способам этой группы относятся дуговая, воздушно-дуговая, сжатой дугой (плазменная), лазерная и термогазоструйная резка. При резке плавлением-окислением применяют одновременно оба процесса, на которых основаны две предыдущие группы способов резки. К способам этой группы относятся кислородно-дуговая, кислородно-плазменная, кислородно-лазерная резка.

РЕЗКА ОКИСЛЕНИЕМ

Окислением можно резать только металлы, температура воспламенения которых в кислороде ниже температуры их плавления. Это первое условие. Такой металл горит в твердом состоянии, рез получается ровным по ширине, поверхность его гладкая, продукты горения легко удаляются кислородной струей. Второе условие - температура плавления образующихся при горении окислов должна быть ниже температуры плавления разрезаемого металла. Тогда они при температуре резки жидкотекучи и легко удаляются из реза. И третье условие - разрезаемый металл должен иметь небольшую теплопроводность, чтобы легко было нагреть зону резки до температуры воспламенения.

Всем этим условиям удовлетворяют железо и углеродистые стали. Температура горения железа в кислороде 1050... 1360 °С, температура его плавления 1535 °С. Окислы FeO и Fe304 плавятся при температурах 1350 и 1400 °С. Теплопроводность железа по сравнению с другими конструкционными материалами не велика. Для сравнения рассмотрим, каким условиям, необходимым для возможности резки окислением, удовлетворяет алюминий. Его температура воспламенения в кислороде 900 °С, а плавления - 660 °С, следовательно, гореть он будет только в жидком состоянии, получить стабильную форму реза невозможно. Алюминий образует окисел А1203 с температурой плавления 2050 °С - в три с лишним раза больше, чем у самого алюминия. Такой окисел будет при резке твердым, удалить его трудно. И, наконец, большая теплопроводность алюминия потребует для резки большой концентрации мощности, теплоты от его горения будет недостаточно. Поэтому алюминий резать окислением невозможно. Некоторые легирующие сталь металлы тоже образуют оксиды с высокой температурой плавления, например оксиды хрома плавятся при температуре около 2270 °С, никеля - 1985 °С, меди - 1230 °С. Поэтому высоколегированные хромоникелевые стали резке окислением не поддаются. Способность материала подвергаться кислородной резке называют разрезаемостъю. Разрезаемость углеродистых сталей с увеличением содержания в них углерода ухудшается. Легирующие элементы в стали также препятствуют кислородной резке. Разрезаемость стали можно ориентировочно определить, зная ее химический состав по эквиваленту углерода, так же как определяют свариваемость (см. гл. 1):

Сэ = С + 0,16Мп + 0,3(Si + Mo) + 0,4Cr +0,2V +0,04(Ni +Cu),

где складываются процентные содержания в стали этих элементов, умноженные на приведенные в формуле коэффициенты.

Если Сэ < 0,6, сталь обладает хорошей разрезаемостью, если Сэ = 0,6...0,8 - удовлетворительной, но зимой нужен подогрев зоны реза до температуры 150 °С. При Сэ = 0,8... 1,1 разрезаемость плохая, возможно образование на кромках реза закалочных структур, перед резкой необходим подогрев до температуры 300 °С. Если Сэ > 1,1 резка окислением без применения флюсов невозможна.

Оборудование для кислородной резки При кислородной резке используют те же газы, что и при газопламенной сварке. Поэтому газовое оборудование (редукторы, баллоны) применяют такие же (см. гл. 2). Исключение составляют горелки для резки, которые называют резаками. Кроме того, поскольку процесс кислородной резки легче поддается механизации, чем газопламенная сварка, для резки создан ряд специализированных установок.

Резаки служат для образования подогревающего пламени и подачи в зону резки кислорода. Различают резаки для разделительной и поверхностной, для ручной, машинной и специальной резки, резаки ацетиленовые, для газов - заменителей ацетилена, для жидких горючих.

По принципу действия резаки делятся на инжекторные и равного давления, по величине давления кислорода - низкого и высокого давления. Распространены универсальные инжекторные резаки "Факел", "Маяк-1" (рис. 148), "Ракета-1". Такой резак имеет каналы 1 и 2 для подвода кислорода и ацетилена, смонтированные в рукоятке 5, соединенной с корпусом 4, в котором расположен инжектор 5. Часть кислорода вентилем б направляется в инжектор 5 и засасывает ацетилен, подаваемый через вентиль 7. В смесительной камере 8 образуется смесь газов, которая по трубке 9 подается в наружную часть 10 мундштука и, выходя из него через кольцевую щель вокруг внутренней части мундштука, сгорает, образуя подогревающее пламя. Обе части мундштука ввинчены в головку 12. Смесительная камера 8 с трубкой 9 крепится к корпусу 4 накидной гайкой 15.

После разогрева зоны реза открывают вентиль 13 режущего кислорода, который по трубке 14 поступает во внутреннюю часть 11 мундштука, имеющую центральное отверстие, которое образует струю режущего кислорода. Ниппели на концах трубок, образующих каналы 1 и 2, имеют разные резьбы для соединения резака со шлангами, по которым подаются газы: для кислорода - правую и для ацетилена - левую резьбу. Резаки снабжаются сменными мундштуками, обеспечивающими различную мощность пламени и расход режущего кислорода. Выбирают их в зависимости от толщины разрезаемого металла и различают по номерам: 0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6 - в порядке возрастания мощности пламени. Мундштуки могут быть щелевыми, дающими кольцевое пламя, и многосопловыми (рис. 149). И в тех и в других режущий кислород проходит по центральному каналу. Многосопловые мундштуки сложнее в изготовлении и менее надежны в эксплуатации: засорение отверстий сопл легко приводит к хлопкам и обратным ударам пламени. Поэтому щелевые мундштуки применяют чаще. Резаки для разделительной резки могут быть малой мощности для резки стали толщиной от 3 до 100 мм, средней - до 200 мм и большой мощности, режущие сталь толщиной до 300 мм. Резаки большой мощности работают только на газах - заменителях ацетилена. Резаки малой и средней мощности могут быть вставными - резательный наконечник присоединяется к стволу соответствующей по мощности сварочной горелки. Примерами таких резаков являются РГС-70, РГМ-70, РВ-1Д-02, РВ-2Д-02. Они удобны при работе в монтажных условиях, когда сварщику приходится часто переключаться со сварки на резку. Для резки стали толщиной до 1000...1500 мм выпускают специальные резаки, работающие на пониженных давлениях кислорода (0,2...0,4 МПа), например РЗМ-2, РЗМ-З, РЗМ-5 и РМ-1000. Их кислородные каналы имеют увеличенную длину и внутренние диаметры. Для поверхностной резки предназначены резаки типа РПК-2-72 и РПА-2-72. Ими можно удалять местные дефекты с поверхности литых деталей. Они снабжены рычагом для пуска режущего кислорода. Проходные сечения и диаметры выходных каналов в этих резаках увеличены, чтобы получать широкую и мягкую струю режущего кислорода (рис. 150). К специальным резакам относят керосинорезы, в которых для подогревающего пламени используют керосин, бензин или их смеси. Они снабжены трубкой-испарителем, которая подогревается отдельным пламенем от вспомогательного мундштука. Пример керосинореза - резак РК-02. Конструкция резака для резки так называемым смыв-процессом предусматривает образование трех струй режущего кислорода. Основная струя разрезает металл, а следующие за ней вспомогательные струи как бы смывают еще горячие бороздки на поверхности кромок реза, шлифуют поверхность реза, повышая ее качество. Трехструйный резак повышает производительность резки в 1,5...2 раза, но увеличивает расход кислорода.