Резка металлов
При изготовлении строительных конструкций, при монтажных работах и ремонте машин необходимо разрезать сортовой прокат, элементы конструкций, детали машин. Используются следующие способы резки.
- 1. Механические:
- ручные (зубило, ножовка, ножницы по металлу, …);
- механизированные (фреза, резец, сверло, механическая ножовка, штамп, отрезной круг, механические ножницы-»гильотины», …).
- 2. Электродуговая резка.
- 3. Газовая (кислородная) резка.
- 4. Плазменная резка.
Ручные способы резки металлов применяются в основном в бытовых условиях. При небольших объемах работ эффективно использование отрезных (бакелитовых и др.) кругов: шов получается ровный, нет деформаций металла, но относительно низкая производительность процесса и требуются повышенные меры безопасности при резке металлов. При резке в условиях строительной площадки, при монтаже и демонтаже конструкций наиболее эффективна кислородная резка. На машиностроительных заводах и заводах строительных конструкций применяются в основном штампы для листовой штамповки металла и «гильотины» для разделки проката (листов, круга, шестигранника, швеллера,…).
Использование электродуговой резки не рационально, т.к. процесс резки малопроизводителен и получается плохое качество реза, поэтому во многих случаях необходима последующая механическая обработка реза. Следовательно, электродуговую резку можно использовать при малых объемах работ, когда одновременно проводится изготовление конструкции и подготовка элементов для сварки, т. е. в случаях организационных трудностей применения более эффективной резки параллельно с электродуговой сваркой.
Газовой резкой называют процесс сжигания металла в струе кислорода и удаление этой струей образовавшихся окислов.
Чаще всего используется кислородно-ацетиленовая резка. Процесс идет в следующей последовательности.
1. Металл сначала нагревается до температуры вспышки его в атмосфере кислорода:
C2H2 + O2 ® CO2+ H2O + Q;
- Подается струя режущего кислорода, образуются окислы металлов и выделяется при окислении металла тепло:
Fe + O2 ® Fe O — Q;
3.Окислы металлов плавятся и выдуваются струей кислорода.
На плавление окислов (пункт 3) затрачивается тепло Q, но одновременно с плавлением происходит образование окислов (пункт 2), сопровождаемое выделением тепла Q, поэтому процесс резки поддерживается непрерывно.
Ацетилен при нормальной резке необходим только для воспламенения металла (пункт 1. Доведение температуры его до температуры вспышки). После начала резки открывают вентиль подачи режущего кислорода и закрывают вентили подачи ацетилена и кислорода подогревающего пламени.
Процесс кислородной резки металла получается более экономичным по сравнению с процессом плавления металла, т.к. температура плавления окислов ниже температуры плавления металла.
Не все металлы можно разрезать кислородной резкой, а только в случаях, когда выдерживаются, указанные на рис. 2.50 и ниже, условия:
1. Температура плавления металлов Т п.м. должна быть выше температуры воспламенения Т в. м. их в атмосфере кислорода.
- 2. Пленка образовавшихся окислов не должна препятствовать дальнейшему окислению металла.
- 3. Количество выделяющейся теплоты должно быть достаточным для поддержания процесса резки.
- 4. Не должна быть высокая теплопроводность металла, чтобы не прерывался процесс.
- 5. Образовавшиеся окислы должны легко выдуваться кислородной струёй.
Из этих условий следует, что легко режется технически чистое железо и малоуглеродистая сталь. При содержании углерода более 0,7% процесс резки затруднен, т.к. у этих сплавов температура воспламенения металла достигает значений температуры его плавления. Также трудно режется легированная сталь, содержащая более 5% легирующих элементов.
Возможность резки легированнойстали можно определить по следующей эмпирической формуле:
Сэкв =С + 0,15 (Cr +Мо) + 0,14 (Мп +V) + 0,11 Si + 0,045 (Ni +Cu) < 0,54 ,
в которой указано содержание химических элементов в сотых долях %.
В случае превышения значений Сэкв значениям, указанным в таблице 2.2, необходимы дополнительные технологические мероприятия, направленные на соответствующее обеспечение температурного режима сварки.
Таблица 2.2.
Технологические особенности кислородной резки высокоуглеродистых и легированных сталей.
Значение Сэкв Технологические особенности процесса резки
менее 0,54 Без технологических ограничений, зимой для сложных кон
туров подогрев до 150 °С.
0,54…0,7 Предварительный или сопутствующий подогрев до 150…
250 °С, охлаждение на воздухе.
0,7…0,94 Предварительный подогрев до 250…300 °С, медленное
охлаждение после резки
более 0,94 Предварительный подогрев до 350 °С, последующее
медленное охлаждение в печи.
Чугуны, высокохромистые стали, медные и алюминиевые сплавы не поддаются нормальному процессу кислородной резки по ряду причин (табл. 2.3).
Таблица 2.3.
Причины затрудненной резки некоторых сплавов.
|
Наименование сплавов |
Основные причины затрудненной резки |
|
Чугуны Хромистоникелевые и хромистые стали Алюминиевые сплавы Медные сплавы |
Высокая температура воспламенения сплава Тв.м.@ Т п.м. Высокая температура плавления окислов (тугоплавкие пленки) Очень высокая температура плавления окисла Al2O3 Из-за высокой теплопроводности сплавов большие потери тепла, а оставшегося тепла недостаточно для обеспечения процесса резки |
1. Разделительная для получения сквозных резов при раскрое листов, вырезки заготовок из сортового проката, фланцев и т.д. На нижней части шва образуется «грат»-приваренные окислы, шлаки. Безгратовая резка получается при использовании кислорода высокой (0,995) степени очистки.
2. Поверхностная грубая стружка или обточка металла при разделке металла под сварные швы, получение канавок и пр. Струя газа направляется под углом 10…30 ° к поверхности.
3. Резка кислородным копьем для получения отверстий в металле.
Резка может выполняться вручную и машинным способом.
Наконечник газового резака образует прямой угол со стволом (у газовой горелки направлен под острым углом, см. рис. 2.48 и 2.49), в мундштуке центральное отверстие служит для подачи режущего кислорода
В полуавтоматах перемещение резака выполняется автоматически. Используются для этого копиры, магнитные контуры, фотоэлектронное копирование контура и др. Имеются современные комплексы с программным управлением и оптимизацией процесса разметки и резки металла.
Кислородно-флюсовая резка используется для резки высокохромистых и высоколегированных сталей, чугунов, меди, латуни, т.е. для материалов, при резке которых недостаточно выделяется тепла при их окислении.
В зону горения дуги вводятся порошкообразные флюсы, имеющие в своем составе до 95% железную основу. При сгорании флюса образуется дополнительное тепло при окислении железа, находящегося во флюсе, поэтому тугоплавкие окислы расплавляются и частицами флюса они удаляются с поверхности реза.
Добавка флюсов также приводит к переводу некоторых тугоплавких окислов в более легкоплавкие соединения. Флюс подается из бункера вместе с режущим кислородом через мундштук или по дополнительной трубке.
Фторная резка используется для резки высоколегированных сталей, титана, полупроводников.
Фтор сгорает в водороде:
H+ F ® H F + Q,
возникает высокая температура., которая и обеспечивает резку тугоплавких материалов.
При подводной резке используется водородно-кислородный резак (сжигается водород в атмосфере кислорода):
H2 + O2 ® H2O.
Горелку зажигают на воздухе, или под водой электронным способом. При резке под водой также эффективно применяется бензино-кислородная резка.
Для повышения производительности электродуговой резки иногда используется воздушно-дуговая или кислородно-дуговая резка. Металл расплавляется электрической дугой, а удаляется и сжигается струей воздуха или кислорода, подаваемого в зону горения электрической дуги.
Плазменная резка выполняется открытой плазменной струей (рис. 2.34). В этом случае будет более высокая температура нагрева металла, чем при закрытой или комбинированной плазменной струе.