Реферат: Специальные способы резки

Содержание:

 

Сущность и основныеусловия резки

Кислородно-флюсоваярезка

Газо-дуговая резка

Воздушно-дуговая резка

Плазменно-дуговая резка

Плазменная резка

Кислородно-дуговаярезка

Подводная резка         

Копьевая резка  

Сущность и основныеусловия резки

Сущность процессарезки.Кислородная резка[1]стали, основана на свойстве железа гореть в струе чистого кислорода, будучи нагретым,до температуры, близкой к температуре плавления.

Температура загорания железа в кислородезависит от состояния, в котором оно находится. Так, например, железный порошокзагорается при 315° С, тонкое листовое или полосовое железо — при 930° С,а поверхность крупного куска стали — при 1200-1300° С. Горение железапроисходит с выделением значительного количества тепла и может поддерживатьсяза счет теплоты сгорания железа.

Как показал анализ шлака, 30-40%удаленного из реза металла составляет не сгоревшее, а только расплавившеесяжелезо; 90-95% окислов состоят из FeO.

Скорость реакции Fе + О = FеОпропорциональна />, где /> — давление кислорода в месте реакции. При повышениидавления кислорода в струе процесс резки ускоряется за счет повышения скоростиреакции окисления и за счет более быстрого удаления окислов из места разреза.

Нагревание металла при резке производятгазокислородным пламенем. В качестве горючих при резке могут применятьсяацетилен, пропан-бутан, пиролизный, природный, коксовый и городской газы, парыкеросина[2].

Кроме подогрева металла до температурыгорения в кислороде, подогревающее пламя выполняет еще следующие дополнительныефункции:

-    подогревает переднюю (в направлении резки) верхнююкромку реза впереди струи режущего кислорода до температуры воспламенения, чтообеспечивает непрерывность процесса резки;

-    вводит в зону реакции окисления дополнительное тепло,покрывающее его потери за счет теплопроводности металла и в окружающую среду;это имеет особенно важное значение при резке металла малой толщины;

-    создает защитную оболочку вокруг режущей струикислорода, предохраняющую от подсоса в нее азота из окружающего воздуха;

-    подогревает дополнительно нижнюю кромку реза, что важнопри резке больших толщин.

Мощность подогревающего пламени зависитот толщины и состава разрезаемой стали и температуры металла перед резкой.

Металл нагревают на узком участке вначале реза, а затем на нагретое место направляют струю режущего кислорода,одновременно передвигая резак по намеченной линии реза. Металл сгорает по всейтолщине листа, в котором образуется узкая щель. Интенсивное горение железа вкислороде происходит только в слоях, пограничных с поверхностью режущей струикислорода, который проникает (диффундирует) в металл на очень малую глубину.

С момента начала резки дальнейшийподогрев металла до температуры воспламенения происходит, в основном, за счеттепла реакции горения железа. При чистой, свободной от ржавчины и окалиныповерхности, резка может продолжаться и без дополнительного подогрева. Однаколучше продолжать резать с подогревом, так как это ускоряет процесс.

Для заготовительной резки стали применяюткислород чистотой не ниже 98,5—99,5%. С понижением чистоты кислорода резкаидет медленнее и требует большего расхода кислорода. Например, в пределахчистоты кислорода от 99,5 до 97,5% понижение чистоты на 1 % увеличиваетрасход кислорода на 1 м шва на 25—35%, а время резки — на 10—15%. Это особеннозаметно при резке стали больших толщин. Применять для заготовительной резкикислород чистотой ниже 98,5% не следует, так как поверхность реза получаетсянедостаточно чистой, с глубокими рисками и трудноотделяемыми шлаками (гратом).

Скорость резки, толщина металла, расходацетилена в подогревающем пламени и эффективная мощность пламени связаны междусобой зависимостью.

Производительность резки зависит также отраспределения подогрева. Применение нескольких подогревающих пламен увеличиваетскорость резки по сравнению с таковой при одном подогревающем пламени (приравных расходах ацетилена в обоих случаях). Общий предварительный подогревметалла при резке (до любой температуры) позволяет значительно увеличитьскорость резки.

Основныеусловия резки.Для процесса резки металлакислородом необходимы следующие условия:

-    температура горения металла в кислороде должна бытьниже температуры плавления, иначе металл будет плавиться и переходить в жидкоесостояние до того, как начнется его горение в кислороде;

-    образующиеся окислы металла должны плавиться притемпературе более низкой, чем температура горения металла, и не быть слишкомвязкими; если металл не удовлетворяет этому требованию, то кислородная резкаего без применения специальных флюсов невозможна, так как образующиеся окислыне смогут выдуваться из места разреза;

-    количество тепла, выделяющееся при сгорании металла вкислороде, должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить поддержаниепроцесса резки;

-    теплопроводность металла не должна быть слишком высокой,так как иначе, вследствие интенсивного теплоотвода, процесс резки можетпрерываться.

Кислородно-флюсоваярезка

При обычной кислородной резкевысоколегированных хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей на поверхностиреза образуется пленка тугоплавких окислов хрома, имеющих температуру плавленияоколо 2000° С и препятствующих дальнейшему окислению металлов в месте реза. Поэтомукислородная резка этих сталей требует применения особых приемов и способов.

До разработки способа кислородно-флюсовойрезки нержавеющих сталей пользовались приемами резки, основанными на созданиивблизи поверхности реза участков металла с высокой температурой нагрева,способствующих расплавлению пленки окислов хрома. Это достигалось введением вразрез дополнительного тепла от сгорания присадки из малоуглеродистой стали. Вкачестве таковой использовалась стальная полоска, уложенная вдоль линии реза,или валик, наплавленный металлическим электродом. Выделяющееся при сгораниижелеза тепло, а также переходящее в шлак железо (полоски или наплавки) и его окислыспособствуют разжижению и удалению окислов хрома. Этими способами можно былорезать нержавеющую сталь небольшой толщины (10—20 мм), при этом качествореза и производительность низкие, резка протекает неустойчиво и частопрерывается.

Лучшие результаты получают принепрерывном введении в рез прутка из низкоуглеродистой стали диаметром 10—15мм. При соответствующем навыке этим способом можно выполнять отрезку прибылейотливок толщиной до 400 мм. Существенным недостатком способа Ищется необходимостьвыполнения резки двумя рабочими: один должен быстро подавать пруток в зонурезки, а второй — вести резку. При резке необходима повышенная мощностьподогревающего пламени. Рез получается широким, скорость    резки    низкая   (при    толщине 40 мм — 100 мм/мин,   при   80 мм — 70 мм/мин   и  при  200  мм — 20 мм/мин),    а    качество     поверхности     реза —плохое.

Лучшие результаты получают приэлектрокислородной резке нержавеющих сталей трубчатым стальным электродом, покоторому проходит струя режущего кислорода, Этим способом можно резатьнепрерывно сталь толщиной        до 10 мм. При резке стали толщиной 10—120 ммэлектроду придают зигзагообразное движение.   Скорость   резки при этом равна:при толщине 10 мм — 400 мм/мин, при 60 мм — 40 мм/мин,   при 120 мм — 30 мм/мин.Высокая   стоимость трубчатых электродов и значительное   оплавление верхнейкромки ограничивают применение этого способа.

Более совершенным способом  резкивысоколегированных нержавеющих сталей является кислородно-флюсовая резка.   Вкачестве флюса применяют, как правило, железный порошок с зернами 0,1—0,2 мм.  Сгорая в струе режущего кислорода, железный порошок   выделяет дополнительноетепло, которое   повышает   температуру в месте реза. Вследствие этоготугоплавкие окислы остаются в жидком состоянии и, будучи разбавлены продуктамисгорания железа, дают жидкотекучие шлаки. Резка протекает с нормальнойскоростью, а поверхность реза получается чистой.

Кислородная резка чугуна без флюса такжезатруднена, так как температура плавления чугуна ниже температуры горенияжелеза. Содержащийся в чугуне кремний дает тугоплавкую пленку окиси, котораяпрепятствует нормальному протеканию резки. При сгорании углерода чугунаобразуется газообразная окись углерода, загрязняющая режущий кислород и препятствующаясгоранию железа.

Разрезать чугун можно без флюса, толькоприменяя более мощное ацетиленокислородное пламя с избытком ацетилена. Ядропламени должно иметь длину, равную толщине разрезаемого чугуна. Резкапроизводится с поперечными колебательными движениями мундштука, создающими болееширокий рез. При этом способе расходуется больше металла, кислорода иацетилена, чем при резке стали, а разрез получается неровный, с оплавленнымикромками. Поэтому для высококачественной резки чугуна также применяют кислородно-флюсовуюрезку.

Цветные металлы (медь, латунь, бронза)обладают высокой теплопроводностью и при их окислении кислородом выделяетсяколичество тепла, недостаточное для дальнейшего развития процесса горенияметалла. При кислородной резке этих металлов также образуются тугоплавкиеокислы, препятствующие резке. Поэтому кислородная резка бронзы и латунивозможна только с применением флюсов.

При резке чугуна в порошок добавляютферрофосфор или алюминиевый порошок и кварцевый песок. Скорость кислородно-флюсовойрезки чугуна на 50—55% ниже скорости резки нержавеющей стали. При резке меди ибронзы во флюс добавляют феррофосфор, алюминий и кварцевый песок, а резку ведутс подогревом до 200—400 °С.

Газо-дуговая резка

За последние годы широкое распространениеполучили способы газо-дуговой резки: воздушно-дуговая, плазменно-дуговая иплазменная. Они применяются для резки многих металлов и сплавов. В ряде случаевнаходит также применение кислородно-дуговая резка стали. Способы газо-дуговой резкииспользуют сейчас на многих предприятиях, что дает большую экономию в народномхозяйстве. Ведутся работы по механизации и автоматизации газо-дуговой резки.

Воздушно-дуговая резка

Этот способ резки основан на расплавленииметалла в месте реза скользящей электрической дугой, горящей между угольнымэлектродом и металлом, с непрерывным удалением жидкого металла струей сжатоговоздуха. Применяется в качестве разделительной и поверхностной резки. Длявоздушно-дуговой резки может применятся также переменный ток, однако он даётменьшую производительность, чем постоянный.

Воздушно-дуговую резку широко используютдля поверхностной резки большинства чёрных и цветных металлов, вырезкидефектных участков сварных швов, срезки заклёпок, пробивки отверстий, отрезкиприбылей стального литья и пр. Этим способом можно резать различныеметаллы (нержавеющие стали, чугун, латунь и трудноокисляемые сплавы) толщинойдо 20-25 мм.

Плазменно-дуговая резка

При плазменно-дуговой резке[3]дуга возбуждается между разрезаемым металлом и неплавящимся вольфрамовымэлектродом (с добавлением лантана), расположенным внутри электрическиизолированного формирующего наконечника. В большинстве случаев применяется дугапостоянного тока прямой полярности. Продуваемый через сопло газ обжимает дугу,обеспечивает в ней интенсивное плазмообразование и придаёт дуге проникающиесвойства. При этом газ разогревается до высоких температур (10000 – 20000 °С),что обеспечивает высокую скорость истечения и сильное механическое действиеплазмы на расплавляемый металл, выдуваемый из места реза.

Плазменно-дуговую резку целесообразноприменять: при изготовлении из листов деталей с фигурными контурами;изготовление деталей с прямолинейными контурами, не требующих механическойобработки; вырезки проёмов и отверстий в металлах; резке полос, прутков, труб ипрофилей и придания их торцам нужной формы; обработке кромок поковок иподготовке их под сварку; вырезке заготовок для механической обработки,штамповки и сварки; обработке литья.

По сравнению с кислороднойплазменно-дуговая резка имеет следующие преимущества: возможность резки наодном и том же оборудовании любых материалов; высокая скорость резки металловнебольших толщин (до 20 мм); использование недорогих и недефицитных газов иотсутствие потребления горючих газов (углеводородов); малые тепловые деформациивырезаемых деталей; относительная простота автоматизации процесса резки,определяемого в основном электрическими параметрами.

Недостатками плазменно-дуговой резкиявляются: более сложное и дорогое оборудование, включающее источник питания ирегулирования дуги; более сложное обслуживание; необходимость примененияводяного охлаждения горелки и защитных масок со светофильтрами для резчика;необходимость более высокой квалификации резчика.

Плазменно-дуговую резку целесообразноприменять при обработке металлов, которые трудно или невозможно резать другими,или когда плазменно-дуговая резка оказывается наиболее экономичной, илиобеспечивает скорости резки, согласующиеся с принятыми в технологии обработкитого или иного изделия. Плазменно-дуговой резкой обрабатывают алюминий и егосплавы; медь и ее сплавы; нержавеющие высоколегированные стали;низкоуглеродистую сталь; чугун; магний и его сплавы; титан. Возможность резкиметалла данной толщины и интенсивность проплавления определяются мощностьюдуги, т. е. величиной тока и напряжения.

Скорость резки регулируется изменениемтока дуги (регулированием источника питания). Скорость резки быстро падает сувеличением толщины металла и одновременно увеличивается ширина реза. Приручной резке равномерное ведение процесса обеспечивается при скорости до 2м/мин.

Водород и азот диссоциируют (расщепляютсяна атомы) в дуге, а затем атомы их вновь соединяются в молекулы (рекомбинируют)на более холодных частях металла, выделяя при этом большое количестводополнительного тепла. Это способствует более благоприятному распределениютепла по всему объему металла, что имеет особое значение при резке металлабольших толщин.

При резке обычно применяют следующиеплазмообразующие газы и из смеси.

Для резки алюминиевых сплавовцелесообразнее применять азотно-водородные смеси. Резку сплавов толщиной 5—20мм рекомендуется производить в азоте, а толщиной 20—100 мм в азото-водороднойсмеси. Аргоно-водородные смеси при резке алюминиевых сплавов применяют принеобходимости получения особо чистых резов. При ручной резке содержаниеводорода в аргоно-водородной смеси снижают до 20%, так как при более низкомсодержании водорода легче поддерживать дугу при колебаниях расстояния междумундштуком и металлом.

При резке нержавеющих сталей до 50 ммтолщиной применяют смесь кислорода с азотом, который, протекая вдоль электрода,защищает его от окисления, а также азот и азото-водородную смесь. Прискоростной безгратовой резке нержавеющих сталей следует применять смеськислорода с 20—25% азота.

Нержавеющие стали малой толщины (до 20мм), кромки которых не требуют высокой стойкости против межкристаллитнойкоррозии, можно резать в азоте, а нержавеющие стали толщиной 20 – 50 мм — вазотно-водородной смеси. При повышенных требованиях в отношении стойкостикромок к межкристаллитной коррозии нержавеющие стали режут в азотно-водороднойсмеси. Полученные при этом кромки можно сваривать встык без присадочнойпроволоки.

Смеси с аргоном при резке нержавеющихсталей применяют реже. При резке латуни в азоте скорость резки выше на 25—30%,чем при резке меди в азоте. Для резки низкоуглеродистых сталей наиболеецелесообразно применять кислород или его смесь с содержанием азота 25—60%,который, протекая вдоль вольфрамового электрода, защищает его от окисления.  При   необходимости низкоуглеродистые стали ложно резать в одном азоте.

Расходы газов при резке зависят только отрода газа и разрезаемого металла. В пределах до 1100 мм толщины металла расходгаза в большинстве случаев остается постоянным. В некоторых случаях резкиметалла малой толщины применяют повышенные расходы газов, что способствуетустранению натеков на нижних кромках реза. Для сопел диаметром 3—6 мм расходгаза, как правило, не должен быть меньше 1,5—2 м3/ч во избежаниевозникновения «двойной» дуги, т. е. второй дуги между электродом и мундштуком.

Плазменно-дуговой резкой обычно разрезаютнержавеющие и углеродистые   стали   толщиной до 40 мм,   чугун до 90 мм,алюминий и его сплавы до 300 мм, медь и ее сплавы до 80 мм. Для больших толщинуказанных металлов (кроме алюминия и его сплавов) этот способ применяется значительнореже, так как экономичнее использовать другие способы резки (кислородную,кислородно-флюсовую).

Плазменно-дуговая резка можетпроизводиться вручную и с помощью газорезательных машин. Установка включаетбаллоны с газами, источник постоянного тока, распределительное устройство дляуправления процессом и резак. Второй провод от источника тока подключают кразрезаемому металлу.

Плазменная резка

При плазменной резке обрабатываемыйматериал не включается в электрическую цепь дуги. Острое кинжалообразное пламядуговой плазмы используют для расплавления обрабатываемого материала, присварке и резке металлов, в том числе тугоплавких, а также при резке и плавлениинеэлектропроводных материалов.

Наиболее эффективно резка протекает прииспользовании смеси 80% аргона и 20% азота. При резке нержавеющей сталитолщиной 5 мм током 300 А скорость резки достигает 65 м/ч. Резку ведут приминимальном зазоре между мундштуком и металлом, в некоторых случаях дажекасаясь торцом мундштука поверхности металла. Рез получается очень узкий,равный вверху диаметру канала сопла.

В нижней части ширина реза меньше, чем вверхней. Дугу возбуждают кратковременным касанием концом электрода кромоксопла, для чего в головке имеется устройство для осевого перемещения электродавниз. Сначала в мундштук пускают газ, затем опусканием электрода возбуждаютдугу. В первоначальное положение электрод возвращается под действием пружины.Резка производится ручным способом или механизированным, на резательныхмашинах, применяемых для плазменно-дуговой резки.

Кислородно-дуговая резка

Кислородно-дуговую резку применяют дляуглеродистой стали. Металл расплавляется электрической дугой, а струя кислородаслужит для сжигания металла и выдувания шлаков из места разреза. В качествеэлектродов используют стальные трубки наружным диаметром 8 мм, длиной 340—400мм, изготовляемые протяжкой из стальной полосы. Снаружи трубки-электродыпокрывают обмазкой для устойчивости горения дуги. При резке электрод опираютконцом о поверхность металла под углом к ней 80—85°, с наклоном в сторонунаправления резки. Образующийся на конце электрода козырек из обмазкиобеспечивает необходимую длину дуги при резке.

Недостатком стальных электродов являетсяих большой расход вследствие быстрого сгорания—за 40—50 сек. Более стойкимиявляются керамические трубчатые электроды из карбида кремния (карборунда) иликарбида бора, покрытые металлической оболочкой и обмазкой. Карборундовыйэлектрод диаметром 12 мм и длиной 300 мм может работать 30—40 мин притоке 300—350 А. Недостатком керамических электродов является ихвысокая стоимость. Трубчатые электроды можно применять при вырезке отверстий встали толщиной до 100 мм, резке профильного проката, пакетной резке листов идругих работах.

Применяют также последовательно-струйныйспособ кислородно-дуговой резки стали толщиной до 50 мм. При этом способе кобычному электрододержателю для дуговой сварки присоединяют резательнуюприставку, с помощью которой подается струя кислорода на металл, расплавленныйдугой. При резке мундштук перемещают вслед за Электродом. Резка этим способомможет производиться на постоянном или переменном токе. Для этого способа резки пригодныэлектроды любых марок, Можно использовать также углеродистую проволоку любоймарки диаметром 5 мм, покрытую обмазкой из 20% мела и 80% каменноугольногошлака. При диаметре проволоки 5 мм ток берут 200 — 250 А. Качество реза ипроизводительность при этом способе резки примерно такие же, как при ручнойацетилено-кислородной резке.

Подводная резка

Для подводной резки применяют специальныерезаки, работающие на газообразном горючем (водороде) или на жидком горючем(бензине).

В головке водородно-кислородного резакапо центральному каналу мундштука поступает режущий кислород, а по кольцевомуканалу между мундштуками идет водородно-кислородная смесь, образующаяподогревательное пламя. Снаружи мундштука имеется колпак, через которыйпроходит сжатый воздух, образующий пузырь вокруг пламени, предохраняющий его отсоприкосновения с водой. Пламя резака зажигается над водой, затем в мундштукподается сжатый воздух и резак опускают под воду.

Головка бензино-кислородного резака имеетраспылитель, через отверстие которого в камеру подается кислород, а через другиеотверстия — бензин. Испаряясь в камере, бензин с кислородом образует горючуюсмесь, которая выходит через отверстие в донышке и сгорает. Режущая струякислорода подается через центральный канал. Газообразные продукты сгораниясвоим давлением оттесняют воду от пламени и не дают ему погаснуть.

Водородно-кислородным резаком можноразрезать сталь толщиной до 70 мм под водой на глубине до 30 м. При этомнаибольшее давление газов перед резаком составляет в кгс/см2:кислорода 6,6, водорода 5,5 и воздуха. 5.

Копьевая резка

Способ копьевой резки применяютдля резания низкоуглеродистой и нержавеющей стали и чугуна большой толщины, атакже при резка железобетона. Толщина стальных болванок, разрезаемыхкислородным копьём, может достигать нескольких метров. Применяют два основныхспособа копьевой резки: кислородным и кислородно-порошковым копьём(кислородно-флюсовая резка).

Прожигание отверстий в разрезаемойболванке из стали или чугуна или в железобетоне производится концом стальнойтрубки (копья), в которую непрерывно подаётся кислород под давлением.Необходимая для процесса теплота создаётся при сгорании конца трубки и железаобрабатываемой болванки.

В начале процесса конец трубкинагревается до температуры воспламенения горелкой или электрической угольнойдугой. Давление кислорода в начале процесса равно 2— 3 кгс/см2, акогда рабочий конец копья углубится в металл до 30—50 мм, давление кислородаувеличивают до 8—15 кгс/см2, в зависимости от толщины прожигаемогометалла. Во избежание приваривания нагретого конца копья к стенке отверстиякопьем периодически производят возвратно-поступательные движения в пределах100—150 мм, поворачивая на /> оборотав обе стороны. При прожигании отверстий в железобетоне приваривание копьяисключено, поэтому им делают только вращательные движения.

В качестве копья используют стальнуюгазовую трубку диаметром />, внутрикоторой заложены 3—4 шт. малоуглеродистой проволоки диаметром 5 мм. Этипроволоки при сгорании конца копья увеличивают количество выделяющегося тепла вместе резки. Кислород в трубку-копье подводится от рампы баллонов по шлангу с внутреннимдиаметром 13 мм, присоединяемым к трубке через копьедержатель с цанговым илиболтовым зажимом.

При  порошково-кислородной  копьевойрезке в трубку-копье после нагрева его конца и подачи кислорода начинают подаватьпорошкообразный флюс, который по выходе из трубки сгорает, образуя пламя длиной100—150 мм с температурой около 3500—4000° С. При резке и прожигании отверстийконец копья в этом случае держат на расстоянии 30—100 мм от стенки (дна)прожигаемого отверстия. В качестве   флюса   используют смесь из 80% железногои 20% алюминиевого порошка.

Перемещая копье в горизонтальном иливертикальном направлении, этими способами можно не только прожигать отверстия,но и производить  разрезку  болванок,  отрезку прибылей литья, вырезкуотверстий в железобетонных, кирпичных и каменных строительных конструкциях.

Процесс резки может быть механизирован.Технология и режимы процесса, конструкции копьедержателей, а также установкидля ручной и механизированной кислородной и кислородно-порошковой копьевойрезки разработаны в сварочной лаборатории МВТУ им. Баумана.

Материал для данной работы был взят изучебника «Газовая сварка и резка металлов» под ред. Глизманенко Д. Л.,изд. «Высшая школа», Москва, 1969 г.

еще рефераты
Еще работы по металлургии