СВАРКА, РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Кислородная резка

Как уже упоминалось ранее, этот вид резки представляет со­бой горение металла в струе кислорода. Перед этим обязателен предварительный подогрев места резки до температуры воспламе­нения (более точное определение—до момента начала оксидиро­вания металла в кислороде). Предварительный подогрев дает пла­мя ацетилена или пламя газов-заменителей. После того, как место резки будет разогрето до температуры 300—1300°С (для каждого металла—свое конкретное значение), осуществляется пуск режу­щего кислорода. Кислород режет подогретый металл и одновре­менно удаляет образующиеся оксиды. Для того, чтобы процесс был беспрерывным, надо чтобы подогревающее пламя находилось все­гда впереди струи кислорода.

Различные металлы в различной степени доступны для кисло­родной резки. Лучше всего режутся низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не выше 0,3%. Среднеуглеродистые стали (углерод до 0,7%) режутся хуже. Резка высокоуглеродистых ста­лей вообще проблематична, а при наличии в составе углерода свы­ше 1% резка вообще невозможна без добавки специальных флю­сов.

Высоколегированные стали не поддаются кислородной резке. Возможна только кислородно-флюсовая (специальные флюсы) резка или плазменно-дуговая, о которой речь пойдет в следующих главах. Плазменно-дуговая резка применяется и для разделки алю­миния и его ставов, для которых кислородная резка исключена. Медь, латунь и бронза могут быть разрезаны только кислородно-, флюсовым составом (как и высоколегированные стали;.

Для характеристики разрезаемости конструкционных сталей воспользуемся таблицей.

Конструкционные стали

Итак, после краткой характеристики разрезаемости перейдем к освещению темы технологии резки различных металлов в зави­симости от их толщины, химического состава, деформируемости в результате термического воздействия, вида разрезаемого профиля.

Первое, что надо запомнить, определяя режим резки. для ме­таллов, толщина которых более 400 мм, подогревающее пламя дол­жно содержать в своем составе избыток ацетилена (науглеражива - ющее пламя). Это даст увеличение длины факела и позволит про­греть металл на глубину. Если толщина металла не превышает 300 мм, то достаточно нормального пламени.

Важное значение имеет выбор скорости резки. Она должна быть равной скорости оксидирования металла по всей толщине металла. Наиболее простой способ определить скорость резания по характеру выброса искр и шлака. На рис. 34 показаны три мо­мента, характеризующие правильность выбора скорости резания.

Правильность положения резака влияет на производительность резки. В самом начале резки подогревающее пламя надо устанав - ливать на край разрезаемого металла для нагрева кромки до темпе­ратуры оплавления. Положение резака различно в начале резки. На рис. 35 это представлено в наглядной форме. При резке листо­вой стали толщиной до 50 мм резак в начале процесса уста­навливается вертикально, а при большой толщине листа — под углом 5° к поверхности торца листа, а затем его наклоняют на 20— 30° в сторону, обратную движению резака.

Такое расположение резака способствует лучшему прогреву металла по толщине и повышению производительности резки. Оно может быть использовано при ручной и машинной прямолиней­ной резке, но при вырезке фигурных деталей положение резака должно быть строго перпендикулярным к поверхности раз­резаемого металла.

Если режется заготовка круглого сечения, то начало резки осу­ществляется с увеличенным углом пламени, который затем посте­пенно уменьшается вплоть до перпендикулярного положения ре­зака, как это показано на рис.36.

Если стоит задача прожечь отверстие, то надо знать ряд осо­бенностей этого вида резки. Если толщина металла не более 20 мм, то порядок следующий: подогревающее пламя горелки, вы­полнив свою задачу по получению нужной температуры подогре­ва, должно быть обязательно выключено перед пуском режущего кислорода.

Сам пуск режущего кислорода должен осуществляться плав­ным открытием вентиля на резаке. Кислородное пламя зажигается от раскаленного металла само. Такой порядок позволит исключить обратные удары пламени (хлопки).

Если толщина металла достигает 50 мм, то для облегчения процесса прожигания отверстия деталь (лист) надо установить в наклонное положение, а то и вертикально, для обеспечения бес - 126

препятственного стока шлаковых образований. При этом первона­чальное отверстие готовится путем сверлейия на небольшую глу­бину. Порядок пуска режущего кислорода такой же, как и в пре­дыдущем случае.

Мундштук при. резке надо фиксировать на определенном рас­стоянии от обрабатываемого металла. Для этих целей могут быть изготовлены (или приобретены) специальные приспособления. Чаще всего это тележки, прикрепляемые к головке резака.

В случае резки листов толщиной до 100 мм расстояние от тор­ца мундштука до поверхности разрезаемого металла должно быть на 2 мм больше длины ядра пламени. При резке стали толщиной более 100 мм и работе на газах-заменителях ацетилена указанное расстояние между торцом мундштука и разрезаемым металлом увеличивают на 30—40% во избежание перегрева мундштука.

Номера мундштуков выбираются в зависимости от толщины металла. Для освещения этого вопроса обратимся к таблице.

Ручная резка может быть производительной только в том слу­чае, если резчик правильно держит резак в процессе обработки детали, правильно определяет точку начала резки, соблюдает тре­буемый угол наклона пламени, правильно выбрал горючий газ, номер мундштука.

Если осуществляется резка нескольких л истов металла, то шов будет лучше, если листы закрепить в пакет, а их кромки в месте начала резки будут уложены так, как это показано на рис. 37.

Резка поковок и отливок производится ручным резаком типа РЗР-2, работающим на пропан-бутане в смеси с кислородом. Этот резак режет поковки и отливки толщиной от 300 до 800 мм. Для обеспечения качественной резки заготовок такрй толщины важное значение имеет положение резака и скорость его перемещения. В начале резки резак необходимо расположить под прямым углом к разрезаемой поверхности или под углом 5° в сторону, .обратную движению. После предварительного подогрева места начала резки и пуска режущего кислорода необходимо убедиться в полном про­резании металла по всей толщине и затем начать перемещение ре­зака. К концу реза необходимо немного снизить скорость резки и увеличить угол наклона резака в сторону, обратную движению, до 10—15°, для обеспечения полного прорезания конечного участка и уменьшения отстаивания линий реза.

Резка труб. Трубы режутся с использованием ацетилена пли его заменителей. Поворачивать трубу в процессе резки можно при помощи роликов, как это показано на рис. 38. На этом же рисунке показано и правильное положение резака. При гаком положении резака увеличивается зона взаимодействия кислорода с металлом, и образующийся в процессе резки шлак нагревает впереди лежа­щий участок труб, благодаря чему улучшаются условия оксидиро­вания металла. Однако время предварительного подогрева поверх­ности трубы до температуры воспламенения удлиняется до 60— 70 с. Для уменьшения временя нагрева и начала процесса практи­чески сходу необходимо ввести в зону реакции стальной пруток (или железный порошок). Средняя скорость резки труб диаметром 300—1020 мм с толщиной стенки до 12 мм составляет 1,5—2,3 м/мин, т. е. повышается э 2— 3 раза по сравнению со схемой резки с перпендикулярным расположением резака.

Правильная последовательность резки профильных прока­тов показана на рис. 39.

Явление деформации при резке. Причины термической де­формации заключаются в том, что неравномерный нагрев и охлаж­дение деталей(заготовок) вызывают появление остаточных напря­жений в металле. Чтобы избежать этого, существует ряд практи­ческих рекомендаций, суть которых сводится к следующему:

— применять водяное охлаждение металла непосредственно в процессе резки;

— производить отжиг или отпуск перед началом резки метаз-

ла;

— производить вырезку отверстий в метазле раньше других

работ;

— листы металла перед резкой закреплять во избежание их смещения под воздействием остаточных напряжений;

—резку всегда начинать с кромки, которая имеет наибольшую длину, а заканчивать на короткой кромке;

— если надо резать прямые и зигзагообразные линии, то начи­нать надо с зигзагообразной линии;

— если в процессе резки образуются перемычки и их надо убрать, то это следует делать после окончания всех работ по резке;

— мелкие детали вырезать после крупных;

— скорость резки должна быть максимально допустимой, что­бы не сильно нагревались кромки разрезаемого металла.

Технология резки металлов большой толщины. Для руч­ной резки металлов толщиной до 700 мм надо пользоваться реза­ками РЗР-2, применяя газы-заменители ацетилена, которые дают науглераживающее пламя и требуемую длину факела. При этом должен неукоснительно соблюдаться режим резки, приведенный в таблице.

Режим резки металла большой толщины

Мундштук при резке металла большой толщины должен иметь наклон 2—3° вправо (по направлению резки), а к концу резки — 2—3° влево, как по казано на рис. 40.

Кислородно-флюсовая резка. Высоколегированные стали, чугун, цветные металлы, как мы уже упоминали, надо резать плаз­менно-дуговым методом. Если перечисленные металлы имеют большую толщину, то эффективнее всего будет применение кисло - родно-флюсовой резки. Почему? Причина в том, что порошкооб-

разные флюсы, подающиеся вместе с режущим кислородом, по­зволяют расплавить образующиеся тугоплавкие оксиды, с которы­ми невозможно справиться, применяя другие виды резки. Флюсы переводят эти тугоплавкие оксиды в жидкотекучие шлаки, кото­рые можно легко удалить. Кислородно-флюсовая резка может ус­пешно заменить плазменно-дуговую резку при работе с высоколе­гированными сталями и чугуном толщиной до 70 мм. Из чего же состоят порошкообразные флюсы? Основным компонентом порош­кообразных флюсов, применяемых при кислородно-флюсовой резке чугуна и меди, является железный порошок марки ПЖ с разме­рами частиц от 0,07 до 0,16 мм. Для резки нержавеющих сталей к порошку добавляют 10—12% алюминиевого порошка марки А1 IB. Иногда используют флюсовую смесь, состоящую из алюминиево­магниевого порошка (60— 80%) и ферросилиция (20—40%).

Чем же отличается кислородно-флюсовая резка от обычной кислородной?

Прежде всего это увеличенная на 20% мощность по­догревающего пламени. Затем—скорость резки должна быть стро­го согласована с количеством подаваемого флюса. И наконец, рас­стояние между торцом мундштука и поверхностью металла долж­но быть увеличено, чтобы не происходило засора мундштука.

Практический интерес представляет процесс резки бетона и железобетона. Осуществляется он двумя способами: порошково - копьевой и кислородно-копьевой резками. В чем их различие?

Кислородно-копьевая резка эффективна при прожигании отверстий в бетонах. При этом способе кислород подается через стальную трубу(копье), один конец которой разогрет до темпера­туры оплавления и прижат к поверхности бетона. Кислород, взаи­модействуя с раскаленным торцом трубы (копья), окисляется, об­разуя жидкотекучие оксиды железа. Эти оксиды реагируют с бето­ном и превращаются в шлаки, которые легко выдуваются. Подавая копье вперед, добиваемся проникновения вглубь массива бетона и, в конечном счете, прожигаем отверстие. Хорошо для этих целей использовать толстостенную цельнотянутую трубу диаметром 20— 35 мм;

тонкостенную газовую трубу диаметром 10,2—21,3 мм, запол­ненную на 60—65 % стальными прутками, или тонкостенную га­зовую трубу того же диаметра, обмотанную снаружи стальной про­волокой диаметром 3—4 мм.

Прутки и проволока играют такую же роль в процессе резки, как железный порошок при кислородно-флюсовой резке.

Нагрев трубы (копья) до резки выполняют обычно газовой горелкой или угольным электродом.

На рис. 41 показана простейшая схема прожигания отверстия копьем. Такая технология позволяет получить отверстия глубиной до 4000 мм при диаметрах до 1200 мм. Этот же способ с успехом можно применить и при прожигании отверстий в стальной заго­товке.

Рис. 41. Прожигание бетона кислородным копьем.

/ — бетон; 2 — копье; 3 — защитный экран; 4 — ручка подачи и вращения копья во время работы; 5— подача кислорода; 6— подача воздуха с флюсом

Порошково-копьевая резка отличается тем, что вместо про­волоки (прутков) используется железный порошок, в состав кото­рого входит 85% железного и 15% алюминиевого порошков. Этот порошок (как и флюс) подается в область резания вместе со струёй кислорода.

Рекомендуемые режимы работы при этом следующие:

1. Если надо прожечь отверстие диаметром 55 мм и глубиной 500 мм, надо обеспечить давление кислорода в 0,7 МПа, иметь за­пас порошка из расчета расхода 30 кг в час. При этом скорость резания может быть в пределах 120—160 мм в минуту, а расчет­ный расход копья (трубы) составит 4 мм на 1 метр длины отвер­стия.

Если глубина отверстия больше (в пределах 1500 мм), то дав­ление кислорода должно быть 1,0—1,2 МПа, расход флюса не уве­личится (30 кг в час), скорость резания упадет до 40—70 мм в ми­нуту, а расход копья увеличится до 6 мм на 1 метр длины отвер­стия.

Разновидностью кислородной резки является поверхностная резка. Это означает, что вместо сквозного разреза вырезается ре­льеф на поверхности металла в виде одной или нескольких раз­дельных или совмещенных канавок. При этом способе резки боль­шую роль играет угол наклона резака и, конечно же, режим резки. При поверхностной резке источником нагрева металла будет не только пламя резака, но и расплавленный шлак. Растекаясь, шлак подогревает нижележащие слои металла.

В сварочном производстве поверхностная резка — не­заменимый процесс для вырезки дефектных участков швов. Л>ч - ше всего подходят для этих работ резаки типа РИА И РПК.

Начинается поверхностная резка с прогрева участка до темпе­ратуры воспламенения. При включении режущего кислорода об­разуется очаг горения металла и обеспечивается устойчивый про­цесс зачистки за счет равномерного перемещения резака вдоль ли­нии реза. При нагреве резак обычно располагается под углом 70— 80° к зачищаемой поверхности. В момент подачи режущего ки­слорода резак наклоняют до угла 15—45°.

Глубина и ширина канавки зависят от скорости резки и с ее увеличением уменьшаются. Глубина канавки увеличивается с воз­растанием угла наклона мундштука резака, при повышении давле­ния режущего кислорода и уменьшении скорости резки. Ширина канавки определяется диаметром канала режущей струи кислоро­да. Во избежание появления закатов на поверхности заготовки не­обходимо соблюдать такое условие, чтобы ширина канавки была в 5—7 раз больше глубины.

При необходимости зачистки дефектов на значительной по­верхности обычно производят резку «елочкой» за один или несколь­ко проходов с приданием резаку колебательных движений.

Схема поверхностной резки представлена на рис. 42.

1

В таблице даются режимы поверхностной резки с применени­ем резака РПА.