Кислородно-ацетиленовая резка

17.06.2020 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Суть процесса газовой резки
• 4 способа резки металла газом
• Технологию кислородно-флюсовой резки алюминия
• Не менее востребованные способы резки алюминия плазмой и лазером
• Газ для лазерной резки алюминия
• Газы для плазменной резки алюминия

Резка алюминия газом – достаточно сложный процесс, имеющий массу нюансов. Дело в том, что применять обычный для данного метода обработки металла кислород тут не представляется возможным, так как последний просто не выделяет нужного количества тепла.

Выход из ситуации был найден с появлением кислородно-флюсовой резки, подробнее о которой мы расскажем в нашей статье. Кроме того, не следует забывать, что методы лазерной и плазменной резки для обработки алюминия также предполагают использование специальных газов.

Суть процесса газовой резки

Процесс резки алюминия газом заключается в нагревании заготовки до температуры около +1 100 °С и последующей подаче в зону реза кислородной струи. При взаимодействии газа с нагретым металлом происходит его воспламенение. Необходимым для раскроя условием является постоянное и стабильное поступление газовой струи. Кроме того, температура горения металла должна быть ниже температуры плавления. Иначе возникнут сложности с удалением из рабочей области частиц, которые расплавились, но не сгорели.

Резка алюминия газом происходит в результате сгорания металла в газовой среде. Операция выполняется с помощью резака, обеспечивающего подачу смеси с нужными пропорциями газа (паров жидкого топлива) и кислородных масс. Резак необходим также для воспламенения газовоздушной смеси и отдельной подачи кислорода в зону реза.

Резка алюминия газом – высокопроизводительный термический способ обработки, позволяющий работать с металлами любой толщины. Ежедневная выработка газосварщика может составлять несколько тонн продукции. К достоинствам этого способа обработки металлов специалисты относят автономность от электрического оборудования. Это важно, так как многие работы ведутся в условиях и на объектах, где источники питания отсутствуют.

Рекомендуем статьи по металлообработке

• Марки сталей: классификация и расшифровка
• Марки алюминия и области их применения
• Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

С помощью ручного газокислородного оборудования можно выполнять резку различных металлов. Исключение составляют латунь, нержавеющая сталь, медь и алюминий.

Кислородно-ацетиленовая резка

Кислородно-ацетиленовую (газовую) резку применяют главным образом для резки стальных отливок. Эта резка металлов является высокопроизводительным и вместе с тем простым и дешевым техно­логическим процессом, поэтому ее широко применяют почти во всех литейных цехах, вместо механической резки. Процесс кислородной резки хорошо поддается механизации, что позволило создать большое число специальных машин и приспособлений, обеспечиваю­щих высокую производительность. При газовой резке, в отличие от механической резки, почти не проис­ходит поломок или износа инструмента.

Процесс газовой резки основан на интенсивном окислении ме­талла в струе кислорода при высокой температуре. Для нормального протекания процесса резки металла кислородом необходимы выполнение следую­щих условий:

а) температура воспламенения металла должна быть ниже тем­пературы его плавления;

б) образующиеся при резке окислы металла должны плавиться при температуре более низкой, чем температура его воспламенения и плавления.

Если металл не удовлетворяет первому усло­вию, то он будет плавиться и переходить в жидкое состояние еще до того, как начнется его горение в кислороде. Если металл не удовлетворяет второму требованию, то кислородная резка его без применения специальных флюсов не­возможна, так как образующиеся окислы не будут находиться в жид­ком состоянии при температуре горения металла и не смогут быть удалены из места разреза.

Способность сталей подвергаться резанию кислородом зависит от содержания в них углерода и легирующих примесей. При содержа­нии углерода в сталях до 0,3% они еще достаточно хорошо поддается резке. При содержании углерода свыше 0,3% сталь склонна к за­калке и образованию трещин при резке, поэтому требуется пред­варительный общий подогрев разрезаемого материала.

Скорость резания зависит от нескольких параметров:

— от толщины материала, его свойств, состава и температуры;

— от температуры и мощности пламени;

— от формы режущей струи и скорости ее истечения из сопла;

— от давления сжатого кислорода, и его чистоты.

Примеси в режущем кислороде уменьшают скорость резания, примерно с 225 мм/мин при чистоте кислорода 99% до 65 мм/мин при чистоте кислорода 81%. Предварительный подогрев отливки повы­шает скорость резания. При подогреве стали до 200¸370 °C – ско­рость резания повышается на 50¸100%.

При оптимальных режимах резки колебание давления кислорода в пределах ±0,1 МПа изменяет скорость резания на 25¸50%. Чрезмерное повышение и понижение давления кислорода отражается на качестве резки. На скорость резания влияет также марка стали и род горючего. Скорость ручной резки углеродистых сталей в значительной степени зависит от рода горючего: ацетилен, пиролизный газ, бензин или керосин.

Время ацетилено-кислородной резки в минутах на погонный метр определяется по формуле

а скорость ацетилено-кислородной резки и

(в м/с) может быть определена следующим образом

где d – толщина разрезаемого металла, мм;

t –

продолжительность резки в мин на 1 погонный метр;

Кислородная резка элементов литниковых систем, а также резка стальных отливок отличается от резки прокатного материала. Про­цесс резки отливок затруднен недостаточной чистотой их поверх­ности, наличием приливов, пригара и песка. Внутренние дефекты отливок также затрудняют процесс резки. Специфика литейного производства создает особые условия труда резчика и предъявляет повышенные требования к эксплуатации оборудования и инстру­мента.

Загромождение рабочих мест отливками, прибылями, литни­ками, формовочной смесью, сильно насыщенная пылью атмосфера цеха резко снижают культуру производства, понижают производи­тельность труда резчика.

Для правильной обрезки прибылей необходимо руководство­ваться чертежом детали, на котором указываются допуски на обрезку прибылей и необходимые шаблоны и приспособления. В тех случаях, когда отрезаемые места подвергаются в дальнейшем меха­нической обработке, необходимо оставить некоторый дополнитель­ный припуск сверх чертежного размера, который снимается при последующей механической обработке. Этот припуск должен дать возможность обработать деталь до заданной чистоты поверхности, чем и определяется его наименьшая величина. Неравномерность реза и скосы по тол­щине металла должны быть в пределах разности наибольшего и наименьшего допусков. По сравнению с припусками по листовому и сортовому материалу размеры припусков при обрезке отливок несколько больше. Это вызывается тем, что металл отливок менее чист и плотен, чем металл проката.

Некоторое время считали, что кислородной резке поддается только сталь, но в настоящее время разработаны методы резки и чугуна. Режим кислородной резки чугуна предусматривает приме­нение горелки с ручным регулированием. Состояние поверхности чугуна после резки значительно хуже, а ширина реза больше, чем при резке низкоуглеродистой стали. Эти недостатки присущи большинству литейных чугунов. Исключение составляют высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Этот чугун, так же как и низкоуглеро­дистая сталь, легко поддается кислородной резке. Чугун с шаровид­ным графитом разрезают при помощи обычного устройства для кис­лородной резки.

Некоторая сложность возникает при резке элементов круглого сечения из-за того, что при перемещении резака мундштук все время должен находиться на равном расстоянии от поверхности разрезаемого металла.

Скорость резки определяется размером сечения разрезаемого ме­талла. Стремясь к максимальной скорости резки, необходимо учи­тывать, что вдоль линии реза металл имеет переменную толщину. Ускорение процесса резки при работе на переменной толщине металла может быть достигнуто за счет переменной скорости переме­щения резака. В начале и конце резки скорость должна быть наи­большей, в середине – наименьшей.

Для кислородной резки может быть применен также керосинорез. В керосинорезе в качестве горючего при кислородной резке исполь­зуют пары керосина или бензина.

Технология кислородно-флюсовой резки алюминия

Результативность кислородно-флюсовой резки металлов на 15–20 % выше за счет мощного пламени и отсутствия необходимости в дополнительном прогревании заготовок. Этот способ является намного более эффективным в сравнении с применяемыми ранее. Благодаря высокой скорости обработки получаются чистые высококачественные края среза. Используемый в процессе флюс обладает высокими термомеханическими или механическими свойствами.

Кислородно-флюсовая резка используется для работы с:

• высоколегированными сталями, содержащими хром и никель, частицы которых при сварке образуют тугоплавкие окислы, не удаляющиеся под воздействием кислородной струи;
• с чугуном и цветными металлами, чувствительным к перепадам температур.

Флюсы могут быть следующих видов:

• алюминиевыми и железными порошками;
• кварцевым песком;
• керамическими (силикокальцием и ферросилицием) для работы с низколегированными сталями;
• феррофосфором, подходящим для резки заготовок из цветных металлов.

Кислородно-флюсовая резка алюминия и других металлов возможна как вручную, так и при помощи специального оборудования. Конструкция последнего состоит из резака, флюсопитателя, передатчика, подающего флюс в резак.

В устройствах для кислородно-флюсовой резки используется металлорежущий инструмент большего диаметра, чем в оборудовании для раскроя с помощью одного кислорода. Газовая среда образуется окислителями, пропаном, азотом, флюсонесущими газами, углекислым газом. Для ручной резки используется специальное устройство – копьедержатель. Машинная обработка выполняется при помощи портальных автоматических устройств и установок. Устройства для ручной и автоматической резки подходят для работы со сталями, чугуном, бетоном, алюминием, различными сплавами цветных металлов.

При работе кислородно-флюсовым способом необходимо рассчитать флюсовый состав для резки заготовки из определенного металла по диаграмме состояния, получения шлакового состава, имеющего минимальную температуру плавления и вязкость. Резаки, используемые при этом способе, отличаются от приспособлений для кислородной резки каналами для подачи газа, имеющими меньший диаметр. Техника раскроя аналогична кислородному способу, но с более мощным пламенем (15–20 %), позволяющим флюсу нагреться до возгорания.

Не менее востребованные способы резки алюминия плазмой и лазером

• Лазерная резка.

Для этого типа резки необходим лазерный резонатор, возбуждающий узконаправленный луч с волной необходимой длины. Луч направляется на обозначенную линию реза и расплавляет металл заготовки за счет сконцентрированной в нем энергии.

Достоинства резки алюминия лазером заключаются в:

• высокой производительности;
• возможности получать детали необходимого размера и конфигурации без дальнейшей доработки;
• отсутствии деформаций кромок среза;
• возможности создавать изделия различной, в том числе сложной, конфигурации.

К такому способу прибегают при необходимости выполнения в заготовках отверстий сложной формы, соблюдения точных размеров допуска и посадки. Благодаря отсутствию контакта с обрабатываемым металлом не происходит его деформация в процессе резки. Суть обработки состоит в передаче импульсного лазерного излучения, возбуждаемого при помощи волоконной, газовой или углекислотной лазерной установки.

• Плазменная резка.

Для создания плазменного потока используется ионизация электрической дугой поступающего под давлением газа. Ионизированный газ (водород, азот, аргон) нагревается до нескольких тысяч градусов по Цельсию. На алюминий и другие металлы оказывается кратковременное высокотемпературное воздействие, расплавленные частицы удаляются из зоны разреза мгновенно.

Достоинства плазменной резки алюминия заключаются в:

• экономичности;
• возможности резать металлы толщиной 200 и более миллиметров;
• высокой производительности;
• широком спектре подвергаемых обработке металлов и сплавов;
• отличном качестве изделий;
• возможности получения изделий сложной конфигурации – как при серийном производстве, так и по индивидуальным чертежам.

При резке газом алюминия и других металлов выбор газа осуществляется исходя из толщины разрезаемой заготовки: менее 20 мм – используется азот, менее 100 мм –смесь азота с водородом, более 100 мм – смесь аргона и водорода.

Особенности ацетиленового резака

Все особенности ацетиленового резака обусловлены рабочим газом – ацетиленом. В отличие от других видов топлива он способен разогреваться до температуры порядка 3100 градусов по Цельсию. Именно благодаря этому обеспечивается:

1. Наивысшая производительность – при помощи ацетиленового газокислородного ножа можно разрезать материал толщиной более 300 мм.
2. Низкая доля окислительных процессов – структурные связи в молекулах мгновенно разрушаются без образования соединений с кислородом.
3. Высокое качество резки.

На рынке в широком ассортименте представлен резак ацетиленовый «Маяк». Модели отличаются главным образом либо конструкцией ствола, либо его заменяемой частью – мундштуком, от которого зависит интенсивность, а также размер газовой струи.

Газ для лазерной резки алюминия

При лазерной обработке металлов используют 4 вида вспомогательных газов:

• кислород, являющийся активным газом;
• азот, относящийся к условно инертным;
• аргон и гелий – настоящие инертные;
• атмосферный воздух.

Однако лазерная резка именно алюминия выполняется с помощью условно инертного азота, который участвует в химических реакциях, но не является окислителем. А при работе с большинством металлов специалисты стараются не допускать реакций окисления и горения.

Помимо того, что азот не вступает в реакции окисления в области разреза, он вытесняет из нее содержащий кислород атмосферный воздух. Таким образом, О2 также не вызывает окисления краев разреза.

Кислород при резке алюминия газом отрицательно влияет на качество обработки, не позволяя получить чистые и ровные кромки разреза. Выполняя раскрой алюминия с помощью О2, можно получить неровные края с множеством заусенцев. Некоторое время назад он использовался для резки алюминия, так как не существовало более мощного оборудования.Затем неровные кромки изделий обрабатывали механически, повышая их качество. Однако дополнительная механическая обработка увеличивала затрачиваемое на производство время и, соответственно, повышала стоимость готовой продукции.

В настоящее время используется более мощное оборудование, применение азота позволяет сразу получить разрез высокого качества, не требующий дальнейшей обработки кромок. Этот газ подходит для резки алюминия, нержавеющих, высоколегированных сталей, никеля.

Преимущества резки стали газом

Термическая газовая резка стали имеет перед механическими способами резки целый рад преимуществ, в том числе:

Газовая резка позволяет резать сталь со скоростью, в 2 раза превышающей скорость использования резака с двигателем внутреннего сгорания даже в руках опытного и физически сильного оператора.

Особенно при резке больших листов или при частой резке на одном месте, особое значение принимает малый вес и удобство использования переносного газового резака — с другой стороны, переносной бензиновый резак очень тяжел, неповоротлив, сильно вибрирует и не менее сильно шумит при работе и требует от оператора значительных усилий для контроля работы.

Переносная ацетилен-кислородная горелка может легко прорезать листы стали толщиной 2 дюйма, а со специальными насадками — до и более дюймов. Стационарные же газовые установки резки могут резать листы металла вообще неопределенной толщины. Для переносных бензиновых резаков предельная толщина разрезаемого металла и близко не приближается к 8 дюймам.

С помощью стационарных установок резки газом, оснащенных системой позиционирования сопел на основе сервоприводов и программным управлением, можно вырезать из стального листа формы практически неограниченной сложности — при этом, подобные установки могут оснащаться и соплами, делающими особо чистый и четкий разрез. Ничего подобного механические способы резки обеспечить не могут.

В тех случаях, когда не нужна чистота разреза, вместо ацетилена можно, в качестве топливного компонента газовой смеси, использовать пропан: разрез металла при резке пропаном/кислородом получается далеко не таким аккуратным, как у ацетилена, но пропан значительно дешевле. Пропан-кислородные смеси используют, например, при резке стали на металлолом.

У резки газом есть и недостатки. Пожалуй, основной из них — это ограниченный спектр металлов, которые можно резать. Газ можно использовать только для резки низко- и среднеуглеродистых сталей и ковкого чугуна; высокоуглеродистые стали резать газом нельзя, так как температура их плавления очень близка к температуре пламени — поэтому, окалина при резке не выбрасывается с обратной стороны листа в виде искр, а, скорее, смешивается с чистым расплавленным металлом около разреза. Это, в свою очередь, не дает кислороду добраться до металла и прожечь его. В случае с чугуном, кроме ковкого, мешают процессу резки как графит между зернами, так и сама форма зерен.

Газы для плазменной резки алюминия

Качественный раскрой цветных металлов получается в результате именно плазменной резки. Плазма, с помощью которой выполняют обработку алюминия и его сплавов, образуется за счет использования неактивных газов: водорода, аргона или азота.

Активные газы, например, воздух и кислород, используются для работы с черными металлами.

Резка алюминия газом с использованием плазмореза возможна при толщине заготовок не более 70 мм.

Не подходят для работы с алюминием газовые смеси, в состав которых входят азот и аргон, поскольку они предназначены для обработки высоколегированных сталей толщиной 50 мм.

Устройство ацетиленовых резаков

Любой газокислородный резак состоит их трех основных частей – газовых баллонов, ствола и наконечника. Ствол представляет собой рукоятку с ниппелями, которые служат для присоединения газовых рукавов с кислородом и ацетиленом. На корпусе также имеется три клапана, с помощью которых регулируют подачу режущего и подогревающего кислорода, а также рабочего газа (ацетилена).

Одним из основных элементов, входящих в ацетиленовый резак, является инжектор – ускоритель заряженных частиц. Сразу к нему присоединена камера смешения, в которой образуется горючая смесь из ацетилена и химически чистого кислорода. Камера смешения плавно переходит в трубку подачи подогревающего кислорода.

Перед самым инжектором на стволе имеется ответвление – трубка режущего кислорода. На ней расположен вентиль, регулирующий подачу химически чистого кислорода. Торцы трубок подачи подогревающей смеси и режущего кислорода присоединены к наконечнику. Он состоит из внутреннего и наружного мундштуков, которые помещены в специальную головку резака.