СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

ТЕПЛОВЫЕ СПОСОБЫ РЕЗКИ

Огневая резка металлов может быть разделена на две группы способов. К первой группе относятся способы, в которых преобла­дает тепловое воздействие на разрезаемый металл и основным про­цессом удаления металла из полости реза является выплавление. Для ускорения удаления металла могут применяться механические средства: давление струи газа, давление электрода; в последнем случае из полости реза может удаляться также металл, лишь раз­мягчённый нагревом. Выплавление металла с целью резки может производиться различными источниками тепла, например газосва­рочной горелкой или дугой; на практике применяется преимуще­ственно дуговой способ.

Ко второй группе огневой резки относятся способы, основанные на химической реакции сжигания металла. Для этой цели обычно применяется технически чистый кислород, сжигающий металл и пе­реводящий его в окислы, которые и удаляются из полости реза. К этой группе относится наиболее важный в настоящее время спо­соб кислородной резки.

Кислородная резка применяется преимущественно для сталей; резка других металлов встречает затруднения и требует значитель­ного усложнения процесса.

Перспективной является фторная резка металлов, находящаяся пока ещё в стадии лабораторных исследований. Фтор является бо­лее универсальным средством резки металлов, чем кислород, так как энергично реагирует почти со всеми металлами и интенсивно их сжигает. Практическое применение фтора пока задерживается его высокой стоимостью и ядовитостью.

Для осуществления процесса кислородной резки металл нужно подогревать, что в большинстве случаев может быть осуществлено газовым пламенем или дуговым разрядом. Соответственно с этим различают газокислородную резку, когда подогрев производится газовым пламенем, и электрокислородную, когда подогрев произво­дится дуговым разрядом. Режущим средством в обоих случаях является струя технически чистого кислорода. Наибольшее практи­ческое применение в настоящее время имеет газокислородная резка.

Кислородную резку можно назвать химическим способом резки, а резку газовым или дуговым пламенем без применения кислорода — тепловым способом. Следует заметить, что граница между химиче­ским и тепловым способами огневой резки металлов не является вполне чёткой. При тепловом способе обычно происходит частичное ■окисление и сжигание металла кислородом воздуха, и вытекающий

из полости реза металл всегда содержит значительное количество окислов. В то же время при химическом способе, например при газокислородной резке, несомненно имеет место и чисто тепловое воздействие на металл и его расплавление. Шлак, вытекающий из полости реза, наряду с окислами металла, всегда содержит и неко­торое количество неокисленного металла. Классификация способов огневой резки металлов показана на фиг. 216.

Газоплавильная резка. Сварочная газовая горелка в крайнем случае может быть использована не только для сварки, но и для резки металла, путём выплавления его из полости реза. Этот спо­соб может быть применён для резки легкоплавких металлов, напри­мер свинца; могут быть также разрезаны и более тугоплавкие ме­таллы небольшой толщины, например стали. В этом случае для ускорения процесса резки пламя может быть отрегулировано на значительный избыток кислорода, который, с одной стороны, повы­шает температуру пламени, с другой, усиливает окисление и сжи­гание металла; таким образом, к тепловому действию пламени при­соединяется и химическое воздействие избытка кислорода на ме­талл. Способ применяется весьма редко, при отсутствии возмож­ности произвести резку лучшими средствами.

Дуговая резка. Дугой можно производить не только сварку, но и резку металла, выплавляя его из полости реза и предоставляя возможность свободного вытекания. Резка может быть произведена как угольным, так и металлическим электродом. Резка угольным электродом на постоянном токе даёт лучшие результаты. Приме­няется нормальная или прямая полярность, т. е. на электрод даётся минус, а на основной металл плюс. Электроды лучше применять графитные, так как для заданной силы тока они дают возможность пользоваться электродами меньшего диаметра и, таким образом, снижать ширину реза; кроме того, графитные электроды медленнее обгорают при работе и расход их получается значительно меньшим по сравнению с расходом электродов из аморфного угля. Основное внимание при резке угольной дугой нужно обратить на возмож­ность быстрого, свободного и удобного вытекания расплавленного металла из полости реза.

На фиг. 217 приведены некоторые примеры резки угольной ду­гой. Для резки угольной дугой желательны большие токи, обычно применяются токи от 400 до 1500 а. На толщинах. металла до 10—12 мм резка угольной дугой может дать достаточно высокую производительность, не уступающую производительности кислород­ной резки. С увеличением толщины металла производительность бы­стро падает, и на толщинах свыше 15 мм кислородная резка всегда производится быстрее. По качеству резки, чистоте кромок и ширине реза дуговой способ значительно уступает кислородному.

Резка может производиться и на переменном токе, но качество реза при этом получается хуже и производительность для той же силы тока — ниже. Резка угольной дугой может быть целесообраз­на, например, для чугуна и цветных металлов, так как эти ме­таллы не поддаются обычной кислородной резке. Дуговая резка может быть иногда целесообразна и для стали, например при раз­борке старых конструкций из материала толщиной не свыше 20—30 мм, когда не требуется особой чистоты реза и стоимость процесса должна быть минимальной. Угольной дугой можно резать металл, сильно загрязнённый, покрытый ржавчиной, краской и т. п. без всякой подготовки, в то время как для кислородной резки тре­буется предварительная очистка поверхности металла вдоль линии

реза. К резке угольной дугой приходится прибегать также при от­сутствии кислорода на месте работ или особой его дефицитности.

При резке металлическим стальным электродом для стержня электрода пригодна любая, даже непригодная для сварки, прово-

лока малоуглеродистой стали; загрязнения металла проволоки не имеют особого значения. Электроды для резки покрываются обмаз­кой для повышения устойчивости дуги, замедления плавления элек­трода, изоляции электродного стержня от основного металла при введении электрода в полость реза, а иногда и для ускорения резки за счёт окисления основного металла богатыми кислородом окисла­ми, вводимыми в состав электродной обмазки, например перекисью марганца Мп02.

Выполнение процесса резки металлическим электродом показано на фиг. 218. В этом случае, как и при резке угольным электродом, основное внимание необходимо уделять удобству удаления расплав­ленного металла из полости реза. Резка металлическим электродом

даёт рез меньшей ширины и с более чистыми краями по сравнению с резкой угольным электродом.

К преимуществам резки металлическим электродом относится также возможность успешного выполнения работы на переменном токе с питанием дуги от нормальных сварочных трансформаторов, обладающих высоким к. п. д. и широко распространённых на про­изводстве. Недостатком является доволь­но значительный расход электродов, бы­стро возрастающий с увеличением толщи­ны разрезаемого металла. Резка металли­ческой дугой обычно ведётся стальным электродом диаметром 5—6 мм при силе тока 300—400 а.

Резка металлическим электродом до­вольно широко применяется на производ­стве как вспомогательное средство при отсутствии кислорода на месте работ или при нежелании иметь специальное обору­дование и специалиста газорезчика при общем незначительном объёме работ по резке.

Резка металлическим электродом про­изводится от нормальных сварочных трансформаторов электросвар­щиком и может быть выполнена теми же электродами, которые при­меняются и для сварки. Таким образом, небольшие работы по резке электросварщик производит, не прибегая к специальному оборудо­ванию или материалам. Металлическим электродом, например, про­жигаются дыры для крепительных болтов при сборочных работах, перерезается фасонный материал, уголки, швеллеры, двутавры и т. п., вырезаются отверстия в листах и т. д. По производительности дуговая резка может конкурировать с кислородной резкой малых толщин металла (примерно до 10—15 мм). С дальнейшим увеличе­нием толщины металла производительность дуговой резки быстро падает и начинает сильно отставать от производительности кисло­родной резки. Поэтому дуговая резка стали значительных толщин (свыше 15—20 мм), как правило, нецелесообразна. Существенным недостатком дуговой резки, по сравнению с газокислородной, яв­ляется увеличенная ширина реза и меньшая чистота поверхности его кромок.

Дисковая резка. Известно, что быстро вращающийся диск, со значительной окружной скоростью на наружной грани обладает особыми режущими свойствами. Например, диск из плотной чер­тёжной бумаги перерезает карандаш без повреждения кромки бу­мажного диска. Диск из мягкой малоуглеродистой стали или меди свободно перерезает твёрдую высокоуглеродистую сталь. На этом явлении основано действие фрикционных пил, широко распростра­нённых в нашей промышленности. Пила представляет собой быстро вращающийся тонкий диск обычно из малоуглеродистой стали. Диск легко перерезает фасонный материал, трубы, листы и т. п.

и даёт чистый рез с гладкими кромками, как бы отполированными трением диска. Давно возникла естественная мысль повысить про­изводительность фрикционного диска созданием мощного электри­ческого разряда между кромкой диска и разрезаемым металлом. Схема подобного устройства показана на фиг. 219.

Стальной диск, обычно диаметром около 1 м, толщиной около

окружности, вращается быстроходным электро­мотором с таким расчё­том, чтобы получить скорость на окружности диска около 100—120 місек. На валу диска посажены контактные кольца; через эти коль­ца и неподвижные щёт­ки диск присоединён к одному полюсу низко­вольтной обмотки транс­форматора, дающего ток в несколько тысяч ампер. Другой конец обмотки трансформа­тора соединён с разрезаемым металлом.

При вращении между краем диска и основным металлом воз­никает мощный электрический разряд, промежуточный между

искровым и дуговым. Тепло, выделяемое разрядом, размягчает основной металл, в то же время металл диска мало нагревается разрядом ввиду того, что каждая точка окружности диска нахо­дится в зоне действия разряда очень короткое время, а остальное время данная точка диска проходит в окружающем холодном воз­духе и успевает охладиться. Таким образом, разряд, размягчая основной металл, почти не действует на металл диска. В результате, основной металл размягчается и диск выбрасывает его из полости реза в виде искр и мелких брызг. Проведённые эксперименты пока­зали возможность получить скорость резки, например, листовой стали толщиной 20 мм до 70—100 м/час. Дисковые машины, ввиду их громоздкости и необходимой значительной мощности, пока не получили заметного распространения в нашей промышленности.

Выдвигалась идея ускорения обработки металла резанием путём создания мощного электрического разряда между режущим инстру­ментом и основным металлом, причём для режущего инструмента одной из подходящих форм является быстро вращающийся диск, аналогичный диску рассмотренной дисковой пилы. Этот способ обработки металлов находится ещё в стадии предварительных лабо­раторных опытов.