Зміст:

Сутність і основні умови різання
Киснево-флюсового різання
Газо-дугове різання
Повітряно-дугове різання
Плазмово-дугове різання
Плазменная резка
Киснево-дугове різання
Підводний різання
Копйова різання
Сутність і основні умови різання
Сутність процесу різання. Кислородная резка1 сталі, заснована на властивості заліза горіти в струмені чистого кисню, будучи нагрітим, до температури, близької до температури плавлення.
Температура загоряння заліза в кисні залежить від стану, в якому воно знаходиться. Так, наприклад, залізний порошок спалахує при 315 ° С, тонке листове або смуговий залізо - при 930 ° С, а поверхня великого шматка сталі - при 1200-1300 ° С. Горіння заліза відбувається з виділенням значної кількості тепла і може підтримуватися за рахунок теплоти згоряння заліза.
Як показав аналіз шлаку, 30-40% віддаленого з різання металу становить не згоріла, а тільки розплавився залізо; 90-95% оксидів складаються з FeO.
Швидкість реакції Fе + О = FеО пропорційна, де - тиск кисню в місці реакції. При підвищенні тиску кисню в струмені процес різання прискорюється за рахунок підвищення швидкості реакції окислення і за рахунок більш швидкого видалення оксидів з місця розрізу.
Нагрівання металу при різанні виробляють газокисневі полум'ям. В якості горючих при різанні можуть застосовуватися ацетилен, пропан-бутан, піролізний, природний, коксовий та міської гази, пари керосіна2.
Крім підігріву металу до температури горіння в кисні, що підігрівають полум'я виконує ще наступні додаткові функції:
* Підігріває передню (у напрямку різки) верхню крайку різу попереду струменя ріжучого кисню до температури займання, що забезпечує безперервність процесу різання;
* Вводить в зону реакції окислення додаткове тепло, що покриває його втрати за рахунок теплопровідності металу і в навколишнє середовище; це має особливо важливе значення при різанні металу малої товщини;
* Створює захисну оболонку навколо ріжучої струменя кисню, що охороняє від підсосу в неї азоту з навколишнього повітря;
* Підігріває додатково нижню крайку різу, що важливо при різанні великих товщин.
Мощность підігрівається полум'я товщини і залежить від складу розрізаючої сталі і температури металу перед різкою.
Метал нагрівають на вузькій ділянці на початку різу, а потім на нагріте місце направляють струмінь різального кисню, одночасно пересуваючи різак з наміченої лінії різу. Метал згоряє по всій товщині листа, в якому утворюється вузька щілина. Інтенсивне горіння заліза в кисні відбувається тільки в шарах, прикордонних з поверхнею ріжучої струменя кисню, який проникає (дифундує) в метал на дуже малу глибину.
З моменту початку різання подальший підігрів металу до температури займання відбувається, в основному, за рахунок тепла реакції горіння заліза. При чистою, вільною від іржі і окалини поверхні, різка може продовжуватися і без додаткового підігріву. Однак краще продовжувати різати з підігрівом, оскільки це прискорює процес.
Для заготівельної різання стали застосовують кисень чистотою не нижче 98,5-99,5%. Зі зниженням чистоти кисню різка йде повільніше і вимагає більшої витрати кисню. Наприклад, у межах чистоти кисню від 99,5 до 97,5% зниження чистоти на 1% збільшує витрату кисню на 1 м шва на 25-35%, а час різання - на 10-15%. Це особливо помітно при різанні сталі великих товщин. Застосовувати для заготівельної різання кисень чистотою нижче 98,5% не слід, тому що поверхня різу виходить недостатньо чистою, з глибокими ризиками і трудноотделяемимі шлаками (грати).
Швидкість різання, товщина металу, витрата ацетилену в підігріваємо полум'я і ефективна потужність полум'я пов'язані між собою залежністю.
Продуктивність різання залежить також від розподілу підігріву. Застосування декількох підігрівають пламен збільшує швидкість різання в порівнянні з такою при одному підігріваємо полум'я (при рівних витратах ацетилену в обох випадках). Загальний попередній підігрів металу при різанні (до будь-якої температури) дозволяє значно збільшити швидкість різання.
Основні умови різання. Для процесу різання металу киснем необхідні наступні умови:
* Температура горіння металу в кисні повинна бути нижче температури плавлення, інакше метал буде плавитися і переходити в рідкий стан до того, як почнеться його горіння в кисні;
* Утворюються оксиди металу повинні плавитися при температурі більш низькою, ніж температура горіння металу, і не бути занадто в'язкими; якщо метал не задовольняє цій вимозі, то киснева різка його без застосування спеціальних флюсів неможлива, тому що утворюються оксиди не зможуть видувати з місця розрізу;
* Кількість тепла, що виділяється при згорянні металу в кисні, повинно бути достатньо великим, щоб забезпечити підтримку процесу різання;
* Теплопровідність металу не повинна бути дуже високою, тому що інакше, внаслідок інтенсивного відводу тепла, процес різання може перериватися.
Киснево-флюсового різання
При звичайній кисневої різання високолегованих хромисті і хромоникельовой нержавіючих сталей на поверхні різу утворюється плівка тугоплавких оксидів хрому, що мають температуру плавлення близько 2000 ° С і перешкоджають подальшого окислення металів у місці різу. Тому киснева різка цих сталей вимагає застосування особливих прийомів і способів.
До розробки способу киснево-флюсового різання нержавіючих сталей користувалися прийомами різання, заснованими на створенні поблизу поверхні різу ділянок металу з високою температурою нагріву, що сприяють розплавлюванню плівки оксидів хрому. Це досягалося введенням в розріз додаткового тепла від згоряння присадки з маловуглецевої сталі. В якості такої використовувалася сталева смужка, укладена уздовж лінії різу, або валик, наплавлений металевим електродом. Виділяється при згорянні заліза тепло, а також що переходить у шлак залізо (смужки або наплавлення) і його оксиди сприяють розрідження та видалення оксидів хрому. Цими способами можна було різати нержавіючу сталь невеликої товщини (10-20 мм), при цьому якість різу і продуктивність низькі, різка протікає нестійка і часто переривається.
Кращі результати отримують при безперервному введенні в рез прутка з низьковуглецевої сталі діаметром 10-15 мм. При відповідному навичці цим способом можна виконувати відрізку прибутків відливок товщиною до 400 мм. Істотним недоліком способу Шукається необхідність виконання різання двома робітниками: один має швидко подавати пруток в зону різання, а другий - вести різання. При різанні необхідна підвищена потужність підігрівається полум'я. Рез виходить широким, скоростьрезкінізкая (прітолщіне 40 мм - 100 мм/хв, прі80 мм - 70 мм/мініпрі 200 мм - 20 мм/хв), акачество поверхні різу - погане.
Кращі результати отримують при електрокіслородной різанні нержавіючих сталей трубчастим сталевим електродом, по якому проходить струмінь різального кисню, Цим способом можна різати безперервно сталь товщиною до 10 мм. При різанні стали товщиною 10-120 мм електроду надають зигзагоподібну двіженіе.Скоростьрезкі при цьому дорівнює: при товщині 10 мм - 400 мм/хв, при 60 мм - 40 мм/хв, при 120 мм - 30 мм/хв. Високаястоімость трубчастих електродів і значітельноеоплавленіе верхнього краю обмежують застосування цього способу.
Більш досконалим способом різання високолегованих нержавіючих сталей є киснево-флюсових резка.В як флюс застосовують, як правило, залізний порошок із зернами 0,1-0,2 мм.Сгорая в струмені ріжучого кисню, залізний порошоквиделяет додаткове тепло, котороеповишаеттемпературу в місці різу. Внаслідок цього тугоплавкі оксиди залишаються в рідкому стані і, будучи розділені продуктами згоряння заліза, дають рідких шлаки. Різка протікає з нормальною швидкістю, а поверхня різу виходить чистою.
Кислородная різка чавуну без флюсу також ускладнена, оскільки температура плавлення чавуну нижча за температуру горіння заліза. Що міститься в чавуні кремній дає тугоплавку плівку оксиду, яка перешкоджає нормальному протіканню різання. При згорянні вуглецю чавуну утворюється Газоподібна окис вуглецю, що забруднює ріжучий кисень і перешкоджає згорянню заліза.
Розрізати чавун можна без флюсу, тільки застосовуючи більш потужне ацетіленокіслородное полум'я з надлишком ацетилену. Ядро полум'я повинно мати довжину, що дорівнює товщині розрізає чавуну. Різання проводиться з поперечними коливальними рухами мундштука, що створюють більш широкий рез. При цьому способі витрачається більше металу, кисню і ацетилену, ніж при різанні сталі, а розріз виходить нерівний, з оплавлені крайками. Тому для високоякісної різання чавуну також застосовують киснево-флюсового різання.
Кольорові метали (мідь, латунь, бронза) мають високу теплопровідність і при їх окисленні киснем виділяється кількість тепла, недостатня для подальшого розвитку процесу горіння металу. При кисневої різання цих металів також утворюються тугоплавкі оксиди, що перешкоджають різання. Тому киснева різка бронзи і латуні можлива тільки з застосуванням флюсів.
При різанні чавуну в порошок додають Феррофосфор або алюмінієвий порошок і кварцовий пісок. Швидкість киснево-флюсового різання чавуну на 50-55% нижче швидкості різання нержавіючої сталі. При різанні міді і бронзи у флюс додають Феррофосфор, алюміній і кварцовий пісок, а різання ведуть з підігрівом до 200-400 ° С.
Газо-дугове різання
За останні роки широкого поширення набули способи газо-дугового різання: повітряно-дугове, плазменно-дугова і плазмова. Вони застосовуються для різання багатьох металів і сплавів. У ряді випадків знаходить також застосування киснево-дугове різання сталі. Способи газо-дугового різання використовують зараз на багатьох підприємствах, що дає велику економію в народному господарстві. Ведуться роботи з механізації та автоматизації газо-дугового різання.
Повітряно-дугове різання
Цей спосіб різання заснований на розплавлюванні металу в місці різу ковзної електричною дугою, що горить між вугільним електродом і металом, з безперервним видаленням рідкого металу струменем стисненого повітря. Застосовується як розділової та поверхневої різання. Для повітряно-дугового різання може застосовуватися також змінний струм, однак він дає меншу продуктивність, ніж постійний.
Повітряно-дугову різання широко використовують для поверхневої різання більшості чорних і кольорових металів, вирізки дефектних ділянок зварних швів, зрізання заклепок, пробивання отворів, відрізки прибутків сталевого литва і пр. Цим способом можна різати різні метали (нержавіючі сталі, чавун, латунь і трудноокісляемие сплави) товщиною до 20-25 мм.
Плазмово-дугове різання
При плазменно-дугового резке3 дуга збуджується між разрезаемым металом і плавиться вольфрамовим електродом (з додаванням лантану), розташованих усередині електрично ізольованого формує наконечника. У більшості випадків застосовується дуга постійного струму прямої полярності. Продувається через сопло газ обжимають дугу, забезпечує в ній інтенсивне плазмообразованіе і додає дузі проникаючі властивості. При цьому газ розігрівається до високих температур (10000 - 20000 ° С), що забезпечує високу швидкість витікання і сильне механічна дія плазми на розплавляється метал, видувається з місця різу.
Плазмово-дугову різання доцільно застосовувати: при виготовленні з листів деталей з фігурними контурами; виготовлення деталей з прямолінійними контурами, які не потребують механічної обробки; вирізки отворів і отворів у металах; різанні смуг, прутків, труб та профілів і надання їх торцях потрібної форми; обробці крайок поковок і підготовці їх під зварювання; вирізці заготовок для механічної обробки, штампування і зварювання; обробці лиття.
У порівнянні з кисневою плазменно-дугова різання має такі переваги: можливість різання на одному і тому ж обладнанні будь-яких матеріалів; висока швидкість різання металів невеликих товщин (до 20 мм); використання недорогих і недефіцитних газів і відсутність споживання горючих газів (вуглеводнів); малі теплові деформації вирізаних деталей; відносна простота автоматизації процесу різання, що визначається в основному електричними параметрами.
Недоліками плазменно-дугового різання є: більш складне і дороге устаткування, що включає джерело живлення і регулювання дуги; більш складне обслуговування; необхідність застосування водяного охолодження пальника і захисних масок з світлофільтрами для різьбяра; необхідність більш високої кваліфікації різьбяра.
Плазмово-дугову різання доцільно застосовувати при обробці металів, які важко або неможливо різати іншими, або коли плазменно-дугова різання виявляється найбільш економічної, або забезпечує швидкості різання, узгоджуються з прийнятими в технології обробки того чи іншого виробу. Плазмово-дугового різкою обробляють алюміній і його сплави, мідь та її сплави; нержавіючі високолеговані сталі; низьковуглецевий сталь; чавун; магній та його сплави; титан. Можливість різання металу даної товщини і інтенсивність проплавлення визначаються потужністю дуги, тобто величиною струму і напруги.
Швидкість різання регулюється зміною струму дуги (регулюванням джерела живлення). Швидкість різання швидко падає зі збільшенням товщини металу і одночасно збільшується ширина різу. При ручній різанні рівномірне ведення процесу забезпечується при швидкості до 2 м/хв.
Водень і азот дисоціюють (розщеплюються на атоми) в дузі, а потім атоми їх знову з'єднуються в молекули (рекомбінують) на більш холодних частинах металу, виділяючи при цьому велику кількість додаткового тепла. Це сприяє більш сприятливому розподілу тепла по всьому об'єму металу, що має особливе значення при різанні металу великих товщин.
При різанні зазвичай застосовують такі плазмообразующіе гази та із суміші.
Для різання алюмінієвих сплавів доцільніше застосовувати азотно-водневі суміші. Різка сплавів товщиною 5-20 мм рекомендується проводити в азоті, а товщиною 20-100 мм в азоту-водневої суміші. Аргон-водневі суміші при різанні алюмінієвих сплавів застосовують при необхідності одержання особливо чистих різів. При ручній різанні вміст водню в аргоно-водневої суміші знижують до 20%, тому що при більш низький вміст водню легше підтримувати дугу при коливаннях відстані між мундштуком і металом.
При різанні нержавіючих сталей до 50 мм товщиною застосовують суміш кисню з азотом, який, протікаючи вздовж електрода, захищає його від окислення, а також азот і азоту-водневу суміш. При швидкісний безгратовой різанні нержавіючих сталей слід застосовувати суміш кисню з 20-25% азоту.
Нержавіючі сталі малої товщини (до 20 мм), кромки яких не вимагають високої стійкості проти міжкристалітної корозії, можна різати в азоті, а нержавіючі сталі товщиною 20 - 50 мм - в азотно-водневої суміші. При підвищених вимогах щодо стійкості крайок до міжкристалітної корозії нержавіючої сталі ріжуть в азотно-водневої суміші. Отримані при цьому кромки можна зварювати встик без присадочной дроту.
Суміші з аргоном при різанні нержавіючих сталей застосовують рідше. При різанні латуні в азоті швидкість різання вище на 25-30%, ніж при різанні міді в азоті. Для різання низьковуглецевих сталей найбільш доцільно застосовувати кисень або його суміш із вмістом азоту 25-60%, який, протікаючи уздовж вольфрамового електрода, захищає його від окісленія.Прінеобходімості низьковуглецевих стали помилково різати в одному азоті.
Витрати газів при різанні залежать тільки від роду газу і розрізає металу. У межах до 1100 мм товщини металу витрата газу в більшості випадків залишається постійним. У деяких випадках різання металу малої товщини застосовують підвищені витрати газів, що сприяє усуненню Натікань на нижніх кромках різу. Для сопел діаметром 3-6 мм витрата газу, як правило, не повинен бути менше 1,5-2 м3/ч, щоб уникнути виникнення «подвійного» дуги, тобто другий дуги між електродом і мундштуком.
Плазмово-дугового різкою зазвичай розрізають нержавіючі і углеродістиесталітолщіной до 40 мм, чавун до 90 мм, алюміній і його сплави до 300 мм, мідь та її сплави до 80 мм. Для великих товщин зазначених металів (крім алюмінію і його сплавів) цей зпособ застосовується значно рідше, тому що економніше використовувати інші способи різання (кисневу, киснево-флюсових).
Плазмово-дугове різання може здійснюватися вручну і з допомогою газорізальних машин. Установка включає балони з газами, джерело постійного струму, розподільчий пристрій для управління процесом і різак. Другий провід від джерела струму підключають до розрізаючої металу.
Плазменная резка
При плазмового різання що обробляється матеріал не включається в електричний ланцюг дуги. Гостре кінжалообразное полум'я дугової плазми використовують для розплавлення оброблюваного матеріалу, при зварюванні і різанні металів, у тому числі тугоплавких, а також при різанні і плавленні неелектропроводних матеріалів.
Найбільш ефективно різання протікає при використанні суміші 80% аргону і 20% азоту. При різанні нержавіючої сталі товщиною 5 мм струмом 300 А швидкість різання досягає 65 м/ч. Різка ведуть при мінімальному зазорі між мундштуком і металом, в деяких випадках навіть торкаючись торцем мундштука поверхні металу. Рез виходить дуже вузький, рівний вгорі діаметру каналу сопла.
У нижній частині ширина різу менше, ніж у верхній. Дугу збуджують короткочасним дотиком кінцем електрода крайок сопла, для чого в головці є пристрій для осьового переміщення електроду вниз. Спочатку в мундштук пускають газ, потім опусканням електрода збуджують дугу. У первинне положення електрод повертається під дією пружини. Різання проводиться ручним способом або механізованим, на різальних машинах, що застосовуються для плазменно-дугового різання.
Киснево-дугове різання
Киснево-дугову різання застосовують для вуглецевої сталі. Метал розплавляється електричною дугою, а струмінь кисню служить для спалювання металу і видування шлаків з місця розрізу. В якості електродів використовують сталеві трубки зовнішнім діаметром 8 мм, довжиною 340-400 мм, що виготовляються протяжкою із сталевої смуги. Зовні трубки-електроди покривають обмазкою для стійкості горіння дуги. При різанні електрод спирають кінцем об поверхню металу під кутом до неї 80-85 °, з нахилом у бік напрямку різання. Що утворюється на кінці електрода козирок з обмазки забезпечує необхідну довжину дуги при різанні.
Недоліком сталевих електродів є їх велика витрата внаслідок швидкого згоряння через 40-50 сек. Більш стійкими є керамічні трубчасті електроди з карбіду кремнію (карборунд) або карбіду бору, покриті металевою оболонкою і обмазкою. Карборундовий електрод діаметром 12 мм і довжиною 300 мм може працювати 30-40 хв при струмі 300-350 А. Недоліком керамічних електродів є їх висока вартість. Трубчасті електроди можна застосовувати при вирізці отворів у сталі товщиною до 100 мм, різанні профільного прокату, пакетної різання листів та інших роботах.
Застосовують також послідовно-струменевий спосіб киснево-дугового різання сталі товщиною до 50 мм. При цьому способі до звичайного Електродотримачі для дугового зварювання приєднують різальні приставку, за допомогою якої подається струмінь кисню на метал, розплавлений дугою. При різанні мундштук переміщують слідом за Електродім. Різка цим способом може вироблятися на постійному або змінному струмі. Для цього способу різання придатні електроди будь-яких марок, можна використовувати також вуглецеву дріт будь-якої марки діаметром 5 мм, покриту обмазкою з 20% крейди і 80% кам'яновугільного шлаку. При діаметрі дроту 5 мм струм беруть 200 - 250 А. Якість різу і продуктивність при цьому способі різання приблизно такі ж, як при ручному ацетилен-кисневого різання.


Підводний різання
Для підводної різки застосовують спеціальні різаки, що працюють на газоподібному пальному (водні) або на рідкому пальному (бензині).
В головці воднево-кисневого різака по центральному каналу мундштука надходить ріжучий кисень, а по кільцевому каналу між мундштуками йде воднево-киснева суміш, яка утворює підігрівальні полум'я. Зовні мундштука є ковпак, через який проходить стиснене повітря, який утворює міхур навколо полум'я, що оберігає його від зіткнення з водою. Полум'я різака запалюється над водою, потім у мундштук подається стиснене повітря і різак опускають під воду.
Головка бензино-кисневого різака має розпилювач, через отвір якого в камеру подається кисень, а через інші отвори - бензин. Випаровуючись в камері, бензин з киснем утворює горючу суміш, яка виходить через отвір у денці і згоряє. Ріжуча струмінь кисню подається через центральний канал. Газоподібні продукти згоряння своїм тиском відтісняють воду від полум'я і не дають йому згаснути.
Воднево-кисневий різаком можна розрізати сталь товщиною до 70 мм під водою на глибині до 30 м. При цьому найбільший тиск газів перед різаком складає в кгс/см2: кисню 6,6, водню 5,5 і повітря. 5.
Копйова різання
Спосіб Копйова різання застосовують для різання низьковуглецевої і неіржавіючої сталі і чавуну великої товщини, а також при різання залізобетону. Товщина сталевих болванок, розрізаємо кисневим списом, може сягати кількох метрів. Застосовують два основних способи Копйова різання: кисневих і киснево-порошковим списом (киснево-флюсового різання).
Пропалювання отворів у розрізаючої болванці зі сталі або чавуну або в залізобетоні проводиться кінцем сталевої трубки (списа), в яку безперервно подається кисень під тиском. Необхідна для процесу теплота створюється при згорянні кінця трубки і заліза оброблюваної болванки.
На початку процесу кінець трубки нагрівається до температури займання пальником або електричної вугільної дугою. Тиск кисню на початку процесу дорівнює 2 - 3 кгс/см2, а коли робочий кінець списа поглибиться в метал до 30-50 мм, тиск кисню збільшують до 8-15 кгс/см2, залежно від товщини пропалює металу. Щоб уникнути приварювання нагрітого кінця списа до стінки отвору списом періодично роблять зворотно-поступального руху в межах 100-150 мм, повертаючи на обороту в обидві сторони. При пропалювання отворів у залізобетоні Приварювання списи виключено, тому їм роблять тільки обертові рухи.
Як списи використовують сталеву газову трубку діаметром, всередині якої закладені 3-4 шт. маловуглецевої дроту діаметром 5 мм. Ці дроту при згорянні кінця списа збільшують кількість виділяється тепла в місці різання. Кисень в трубку-спис підводиться від рампи балонів по шлангу з внутрішнім діаметром 13 мм, що приєднуються до трубки через копьедержатель з цанговым або болтовим зажимом.
При порошково-кисневої Копйова різання в трубку-спис після нагрівання його кінця і подачі кисню починають подавати порошкоподібний флюс, який за вихід з трубки згорає, утворюючи полум'я довжиною 100-150 мм з температурою близько 3500-4000 ° С. При різанні і марнування отворів кінець списа в цьому випадку тримають на відстані 30-100 мм від стінки (дна) пропалює отвори. У качествефлюсаіспользуют суміш з 80% залізної та 20% алюмінієвого порошку.
Переміщуючи спис у горизонтальному або вертикальному напрямку, цими способами можна не тільки пропалювати отвори, але і проводити розрізку болванок, відрізку прибутків лиття, вирізку отворів в залізобетонних, цегляних і кам'яних будівельних конструкціях.
Процес різання може бути механізований. Технологія і режими процесу, конструкції копьедержателей, а також установки для ручного і механізованої кисневої та киснево-порошкової Копйова різання розроблені в зварювальної лабораторії МВТУ ім. Баумана.

Матеріал для даної роботи був взятий з підручника «Газове зварювання та різання металів» під ред. Глізманенко Д. Л., изд. «Вища школа», Москва, 1969 р.
1 Кислородная різання входить до групи процесів так званої термічного різання металу, що об'єднуються загальною назвою «газове різання металів». У цю групу, крім кисневого різання, входять: киснево-флюсових, киснево-дугова, повітряно-дугове, плазменно-дугова і плазмова різка металів.
2 При різанні під водою - пари бензину.
3 Цей спосіб називають також різкої проникаючої дугою, що відображає характер дугового розряду, що використовується для різання.