Резка металлов - Плазменная дуговая резка

Подробности

Опубликовано 25.05.2012 16:05

Просмотров: 35832

Параметры режима плазменной дуговой резки - это диаметр сопла, сила тока, напряжение сжатой дуги, скорость резки и расход плазмообразующего газа. Резка начинается сразу же после возбуждения дуги. Во время резки должно поддерживаться постоянным расстояние 15...20 мм от торца сопла плазмотрона до поверхности разрезаемого листа. Резка прекращается, когда разрывается дуга при сходе плазмотрона с края листа или когда выключается сварочный ток. Скорость резки нужно выбирать в зависимости от разрезаемого металла, его толщины и силы тока. Если скорость занижена, рез будет шире внизу. При правильно выбранной скорости разница в ширине низшей и верхней части реза будет минимальной. При выборе режима нужно учитывать, что завышенные сила тока и расход газа уменьшают ресурс работы плазмотрона.

При плазменной резке нужно соблюдать те же требования безопасности, что и при дуговой сварке в защитных газах, в частности при сварке сжатой дугой. Особенности плазменной резки - сильный шум и более интенсивное излучение. Поэтому при машинной резке рабочее место резчика должно быть по возможности удалено от места реза, а управление установкой должно быть дистанционным. При ручной резке надо применять защитные стекла с повышенной затемненностью, а при шуме более 110 дБ наушники или противошумную каску. Кроме того, при плазменной резке выделяется в атмосферу много металлического пара и газов, поэтому должна быть усилена вентиляция.

17.2.2. Лазерная резка Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разрезать любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. При резке детали не деформируются, так как окрестности реза практически не нагреваются. Поэтому с высокой точностью можно вырезать легкодеформируемые и нежесткие детали. Рез получается узким с зоной термического влияния меньшей, чем при любых других способах резки. Процесс резки высокопроизводителен, например тонколистовые стали можно резать со скоростью 1,2 м/мин с высоким качеством поверхности реза. Управление процессом резки осуществляется легко, что позволяет вырезать по сложному контуру плоские и объемные детали. Процесс легко автоматизируется. Недостаток лазерной резки - сравнительно высокая стоимость лазерных установок. Поэтому применять лазерную резку экономически выгодно только в тех случаях, когда использование остальных способов трудоемко или вообще невозможно.

Для резки металлов применяют лазерные установки на основе твердотельных или газовых лазеров (см. гл. 12), работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах.

При воздействии лазерного излучения на металл возможны два механизма резки: плавлением и испарением. Последний механизм требует больших затрат энергии. Поэтому на практике резку производят плавлением. Чтобы расплавленный металл не заполнял образующийся канал реза за счет действия капиллярных сил и поверхностного натяжения, в зону резки подают струю газа. Это может быть инертный газ, но чаще применяют воздух и даже кислород. Такой процесс называют газолазерной резкой. Струя газа, проникая в полость образующегося реза, выдувает из него жидкий металл. Кроме того, при резке сталей с использованием воздуха или кислорода металл окисляется, выделяется дополнительная теплота, процесс резки ускоряется.

Для гибкого управления количеством энергии, приходящейся на единицу длины реза (погонной энергии) применяют импульсно-периодические лазеры, в которых можно менять длительность импульсов излучения и паузы между ними. Это позволяет управлять формой реза при точной вырезке деталей сплошного контура, не допуская местных перегревов. Параметры режима газолазерной резки: частота излучения, длительность импульса, мощность излучения, скважность (отношение периода следования импульсов к длительности паузы между ними) и расход газа.

Газолазерная резка - перспективный технологический процесс, который по мере развития техники потеснит многие традиционные процессы резки.

Термогазоструйная резка В начале 1960-х годов в нашей стране впервые был предложен для бурения горных пород термический способ разрушения материалов с применением устройств, работающих по типу реактивных двигателей. В конце 1980-х годов появились устройства для термогазоструйной резки материалов, в которых топливо горит в специальной камере, а продукты сгорания истекают из сопла со скоростью 2 000...3 ООО м/с.

В процессе резки из баллонов 1 и 2 (рис. 160) кислород и горючее через регулирующую аппаратуру 3 и 4 и клапаны J и б поступают в камеру сгорания 7, где поджигаются воспламенителем 8 по сигналу от блока зажигания 9. Продукты сгорания сжимаются узким сечением сопла 10 в сверхзвуковую высокотемпературную струю 11, которая, ударяясь о поверхность разрезаемого металла, мгновенно оплавляет его и уносит расплав из реза. Несмотря на относительно низкую температуру струи 11 (2 000...3 ООО К, против 20 ООО К в струе дуговой плазмы) она обеспечивает высокую концентрацию энергии. Это позволяет резать металлы при относительно небольшом тепловложении в зону реза уменьшается нагрев кромок реза и практически исключается возможность изменения структуры металла в зоне реза. Повышается качество резки, появляется возможность резки алюминиевых, медных, титановых сплавов, легированных сталей и других, в том числе и неметаллических, материалов. Режущая струя расширяется по мере удаления от сопла незначительно, она "дальнобойна" и эффективно действует на расстоянии 150... 180 мм. Это создает удобство при резке пространственных конструкций.

По концентрации энергии сверхзвуковая газовая струя уступает лишь лазерному лучу, а по мощности среди традиционных источников тепла для резки не имеет себе равных (табл. 27). В то же время оборудование для термогазоструйной резки намного дешевле лазеров.

Кроме резки сверхзвуковой газовой струей можно очищать поверхности, наносить металлические покрытия.

Термогазоструйные резаки могут генерировать восстановительную (с избытком горючего) или окислительную (с избытком кислорода) режущую струю.

К первой группе с восстановительной струей относятся пропанокислородные резаки установок семейства ПКР. В качестве окислителя в них используется технический кислород первого сорта, в качестве горючего - пропан или пропан-бутановая смесь. Расходуют резаки этих установок 5,5...7,3 м3/ч кислорода и 2,2...3,8 кг/ч пропана мостат подогревается нагревателем 25, который управляется термодатчиками 23 и 24. Из баллона через вентиль 11, редуктор 12 с манометрами 20 и 22 и предохранительным клапаном 29 по шлангу 14 через теплообменник 34, предохраняющий резак от конденсата, и рукоятку 27 резака пропан поступает к вентилю 15.

Запускается резак открытием вентилей 10 и 15 и нажатием кнопки 30, после чего высокое напряжение подается по кабелю 77 на свечу 16, в газогенераторе 26 воспламеняется горючее и газовая струя начинает истекать из сопла 19. Выключают резак, закрывая вентили 10 и 15. Сопло 19 имеет рубашку охлаждения, через которую насосом 18 по замкнутому контуру прокачивается жидкость из термостата 3. Так охлаждается сопло 19 резака и подводится дополнительная теплота в термостат 3. Жидкость, проходя через теплообменник 31, подогревает пропан на входе в газогенератор 26. Обратно в теплообменник жидкость попадает через сливной патрубок 33 и приемник 8, установленные на крышке 32 термостата. Уровень жидкости в термостате контролируется через окно 13.

Газогенератор установки ПКР (рис. 162) выполнен в виде сообщающихся и соосно расположенных предкамеры 1 с электроискровой свечой 2 и камеры сгорания 3 с соплом 4, которое крепится к обечайке 7 корпуса 6 гайкой 8. К соплу приварена рубашка охлаждения 5 со штуцерами для подвода и отвода охлаждающей ЖИДКОСТИ; Прокладки 9 и 10 обеспечивают герметичность разъемов.

Пропан и кислород, проходя в коллекторы между обечайкой 7 и корпусом 6, через форсунки попадают в камеру сгорания. Одновременно небольшая часть пропана по отверстию подается в предкамеру. При подаче электроэнергии к системе зажигания на свече возбуждается искра, которая воспламеняет топливную смесь в предкамере. Параметры предкамеры подобраны так, что в дальнейшем фронт пламени поддерживается в ней без участия искры. Образующиеся в предкамере продукты сгорания обеспечивают воспламенение свежих порций топливной смеси в основной камере сгорания. Из сопла истекает газовая струя с высокой температурой и скоростью. Аналогичную конструкцию имеют резаки, работающие на метане. Такие резаки многофункциональны; ими можно резать любые конструкции, металлы и неметаллы, включая бетон. Они использовались, в частности, при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Устройства второй группы (с окислительной струей) - это разработанные в МГТУ им. Н.Э. Баумана установки типа УТР-1 и УТР-2, а также установки производства фирмы "Нарвал". Кроме теплового и механического воздействия сверхзвуковой струи продуктов сгорания со скоростью до 2 000 м/с и температурой до 2 ООО К в них используется и химическое взаимодействие этой струи с разрезаемым металлом за счет повышенного расхода кислорода в топливе. В качестве горючего здесь применяются керосин, дизельное топливо, спирт и т.п.

В отличие от устройств, работающих на газах, для подачи жидких горючих требуется насос или дополнительное рабочее тело. В установке "Нарвал", например, для этого используется сжатый воздух (рис. 163). Система подачи кислорода 2 здесь аналогична устройствам типа ПКР, а для подачи керосина используется вытеснительная система. Из баллона 8 сжатый воздух поступает в емкость 7 с керосином, создавая в ней давление. Керосин через фильтр 4 поступает в резак 10, где воспламеняется электрической свечой 6 системы зажигания 3. Охлаждение резака обеспечивается циркуляцией воды из емкости 1 через рубашку охлаждения 5 газогенератора с помощью насоса 9. Установка "Нарвал" расходует 6... 16 м3/ч кислорода, 0,4...1,6 кг/ч керосина и 30...70 л/ч воды. Масса ее резака - 3 кг. Более высокий расход кислорода, чем у термогазоструйных резаков первой группы, позволяет разрезать установками такого типа легированные стали и чугун толщиной до 80 мм, а железобетон - до 150 мм. Однако они уступают в 1,5...2 раза по экономичности и производительности резакам с восстановительной струей при резке алюминиевых сплавов. В част

устройствами типа резки Шр, м/с, и расход со0, мм/стоплива тт, г/с, зависят от толщины разрезаемого материала 5, мм, его теплофизических свойств и режимных параметров резака. Если два последних фактора комплексно учесть коэффициентом D, то связь этих величин можно выразить следующим образом:

Расчеты по этой формуле позволяют построить номограмму (рис. 164) характеристик термогазоструйных резаков. Номограмма показывает определяющее влияние на процесс резки теплофизических свойств материала и расхода топлива. А так как расход топлива в резаках типа ПКР задается изготовителем и не меняется в процессе эксплуатации, то конкретный резак характеризуется предельной толщиной разрезаемого металла, которая в свою очередь зависит от его состава (табл. 28). С уменьшением толщины материала скорость резки возрастает.

Разделительная термогазоструйная резка выполняется аналогично традиционной кислородной, но объект резки не требует специальной подготовки поверхности: удаления окалины, ржавчины и других загрязнений. Они удаляются в процессе резки непосредственно режущей сверхзвуковой струей. Перед началом резки устанавливается давление кислорода и пропан-бутановой смеси (или керосина), указанное в паспорте установки, включается блок автоматического поддержания режимных параметров резака (в устройствах типа ПКР), проверяется наличие циркуляции охлаждающей (термостатирующей) жидкости и запускается резак. Затем он располагается перпендикулярно к разрезаемой поверхности на расстоянии 30...40 мм и все загрязнения удаляются из зоны реза мощной струей продуктов сгорания на 50... 100 мм от ее оси. Практически сразу начинается проплавление отверстия в металле (рис. 165) и резак 1 на 2...5° отклоняют от перпендикулярного направления так, чтобы частицы расплавленного металла 2 не попадали на резак и резчика. Слишком большое отклонение приводит к увеличению времени образования отверстия за счет снижения эффективности воздействия сверхзвуковой струи 3 на разрезаемый металл 4. При малой толщине материала и правильном положении резака время образования отверстия составляет доли секунды, а при толщине, близкой к предельной, может достигать десятков секунд. Этот режим является наиболее теплонапряженным для резака, так как струя продуктов сгорания вместе с частицами расплавленного металла отражается поверхностью плавления в сторону резака и обратные тепловые потоки дополнительно нагревают термостатирующую жидкость.