Краткая характеристика газовой резки

Газовая резка или кислородная резка, — это способ резки металлических изделий, основанный на свойстве металлов, нагретых до температуры воспламенения, гореть в технически чистом кислороде. При кислородной резке на нагретый до 1200 — 1300 °С металл направляется струя кислорода, прожигающая металл и разрезающая его. Образующиеся окислы железа в расплавленном состоянии вытекают и выдуваются из полости реза. Этим способом режут изделия из углеродистых низко- и среднелегированных сталей обычно толщиной от 1 мм до 200—300 мм. Так же возможна газовая резка стали толщиной до 2 м.

Кислородная резка производят резаком, представляющим собой специальную сварочную горелку с дополнительным устройством для подвода кислорода. Различают ацетиленокислородную, водородно-кислородную, бензинокислородную газовую резку, в зависимости от использованного горючего газа для нагрева металла, а так же ручную и машинную резки.

Различают два вида газокислородной резки: разделительную и поверхностную.

Разделительная резка применяется для вырезки заготовок, раскроя металла, разделки кромок шва под сварку и выполнения других операций по разрезанию металла на части.

Давление режущего кислорода принимают в зависимости от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. Чем чище кислород, тем меньше его давление и расход.

При резке низкоуглеродистой стали структура ее изменяется незначительно. При резке стали с повышенным содержанием углерода сильно повышаются ее твердость и хрупкость, ухудшается обрабатываемость кромок разреза.

Стали с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена закаливаются, становятся более твердыми и дают трещины в зоне резания.

Для резки хромистых и хромоникелевых сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов используют плазменно-дуговую или кислородно- флюсовую резку.

Поверхностную резку применяют для снятия поверхностного металла, разделки канавок удаления поверхностных дефектов и др. Эту резку выполняют специальными резаками для ручной и машинной резки Используют два вида поверхностной резки: строжку (грубую и чистую) и обточку когда резак совершает не возвратно-поступательное движение, как при строжке, а работает как токарный резец. Перед резкой поверхность металла тщательно очищают от грязи, масла, краски и окалины

Газокислородной резке поддаются металлы, удовлетворяющие следующим требованиям:

1. Температура плавления металла должна быть выше температуры воспламенения его в кислороде. Металл, не отвечающий этому требованию, плавится, а не сгорает. Например, низкоуглеродистая сталь имеет температуру плавления около 1500° С, а воспламеняется в кислороде при температуре 1300... 1350° С. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается понижением температуры плавления и повышением температуры воспламенения в кислороде. Поэтому резка стали с увеличением содержания углерода и примесей усложняется. Температура плавления окислов должна быть ниже температуры плавления самого металла, чтобы образующиеся окислы легко выдувались и не препятствовали дальнейшему окислению и процессу резки. Например, при резке хромистых сталей образуются окислы хрома с температурой плавления 2000° С, а при резке алюминия - окислы с температурой плавления около 2050° С. Эти окислы покрывают поверхность металла и прекращают дальнейший процесс резки. Образующиеся при резке шлаки должны быть достаточно жидкотекучи и легко выдуваться из разреза. Теплопроводность металла должна быть наименьшей, так как при высокой теплопроводности теплота, сообщаемая металлу, интенсивно отводится от участка резки и подогреть металл до температуры воспламенения трудно. Количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла, должно быть возможно большим; эта теплота способствует нагреванию прилегающих участков металла и тем самым обеспечивает непрерывность процесса резки.

Зависимость давления кислорода от толщины металла при ручной резке следующая: Толщина металла, мм.. 5...20 20...40 40...60 60...100 100...200 Давление кислорода: МПа, 0,3...0,4 0,4...0,5 0,5...0,6 0,7...0,9 1,0...1,1 кгс/см2

3...4 4...5 5...6 7...9 10...11 Ширина и чистота разреза зависят от способа резки и толщины разрезаемого металла. Машинная резка дает более чистые кромки и меньшую ширину разреза, чем ручная резка. Чем больше толщина разрезаемого металла, тем больше ширина разреза. Это видно из следующих данных: Толщина металла, мм.. 5...50 50... 100 100...200 200...300 Ширина разреза, мм: при ручной резке... 3...5 5...6 6...8 8...10 при машинной резке..2,5...4,0 4,0...5,0 5,0...6,5 6,5...8,0

Процесс резки вызывает изменения структуры, химического состава и механических свойств металла. При резке низкоуглеродистой стали тепловое влияние процесса на ее структуру незначительно. Наряду с участками перлита появляется неравновесная составляющая сорбита, что даже несколько улучшает механические качества металла. При резке стали, имеющей повышенное содержание углерода, а также легирующие примеси, кроме сорбита образуются троостит и даже мартенсит. При этом сильно повышаются твердость и хрупкость стали и ухудшается обрабатываемость кромок разреза. Возможно образование холодных трещин. Изменение химического состава стали проявляется в образовании обезуглероженного слоя металла непосредственно на поверхности резания, в результате выгорания углерода под воздействием струи режущего кислорода. Несколько глубже, чем у исходного металла, находится участок с большим содержанием углерода. Затем, по мере удаления от разреза содержание углерода уменьшается до исходного. Также происходит выгорание легирующих элементов стали. Механические свойства низкоуглеродистой стали при резке почти не изменяются. Стали с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена закаливаются, становятся более твердыми и дают трещины в зоне резания. Нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали, чугун, цветные металлы и их сплавы не поддаются обычной газокислородной резке, так как не удовлетворяют указанным выше условиям. Для этих металлов применяют плазменно-дуговую или кислородно-флюсовую резку. Сущность кислородно-флюсовой резки заключается в следующем. В зону резания с помощью специальной аппаратуры непрерывно подается порошкообразный флюс, при сгорании которого выделяется дополнительная теплота и повышается температура места разреза. Кроме того, продукты сгорания флюса реагируют с тугоплавкими окислами и дают жидкотекучие шлаки, легко вытекающие из места разреза

Рис. 7. Процесс кислородной резки

3.2. Технология выполнения газовой резки труб d=32-45 мм.

До начатия выполнения работ, газосварочный пост следует осмотреть на наличие неисправностей и проверить его состояние. Баллоны с кислородом и горючим газом должны находится на расстоянии 5-10 метров друг от друга. Баллоны должны быть прочно закреплены во избежание падения и повреждения. На кислородном баллоне не должно быть пятен масла или краски. Проверить давление в баллонах, оно не должно быть меньше остаточного давления баллонов - 0.5 МПа.

Сварочные работы следует выполнять на расстоянии 5-6 метров от баллонов с газами, и 10-15 метров от ацетиленового генератора.

Следует проверить герметичность крепления редукторов, их исправность.

Осмотреть сварочные рукава на наличие дефектов, перегибов, дыр.

Осмотреть резак на исправность, открыть вентиль с кислородом для проверки наличия инжекции.

Рядом с местом проведения работ должны быть огнетушитель, и ведро с водой.

Перед газовой резкой трубы следует тщательно зачистить от грязи, масла, краски. На зачищенной поверхности трубы следует разметить место реза мелом в соответствии с чертежом, или предварительным указанием.

После разметки, если труба не является уже вмонтированной, её следует закрепить в удобном для резки положении.

Зажечь пламя, открыть вентиль кислорода, затем вентиль с горючим газом. Желательно держать мундштук у металла, дабы избежать отрыва пламени от мундштука, так как это гашение может привести к обратному удару, и достаточно серьезным последствиям. После зажжения, пламя следует отрегулировать. Так как кислород в техническом виде, его следует добавлять чуть больше горючего газа. Производим настройку типа пламени. Для газовой резки, пламя должно быть слегка окисленным (обычно нормальным), чтобы быстрее прогреть место реза.

Отрегулировав пламя, приступаем к резке трубы. На закрепленной трубе начинаем нагревать место реза. Чем больше толщина металла, тем больше угол наклона резака.

Стальная труба 32 мм условного диаметра зачастую имеет наружный диаметр 42,3 мм, с толщиной стенок 2,8 мм для легких труб, для обыкновенных - 3,2 мм и 4,0 мм - для усиленных.

Итак, если толщина трубы будет составлять 3.2мм и 4.0 мм, то угол наклона резака будет равен 40˚.

Процесс резки начинают с нагревания металла. Подогревающее пламя резака направляют на край разрезаемого металла и нагревают до температуры воспламенения его в кислороде, практически составляющей температуру плавления. Затем пускают струю режущего кислорода и перемещают резак вдоль линии разреза. Кислород сжигает верхние нагретые слои металла. Теплота, выделяющаяся при сгорании, нагревает нижележащие слои металла до температуры воспламенения и поддерживает непрерывность процесса резки.

Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости горения металла. Если скорость перемещения резака установлена правильно, то поток искр и шлака вылетает из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. При большой скорости перемещения резака поток искр отстает от него, металл в нижней кромке не успевает сгореть и процесс резки нарушается При малой скорости сноп искр опережает резак, кромки разреза оплавляются и покрываются натеками. Давление режущего кислорода устанавливают в зависимости от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. Чем выше чистота кислорода, тем меньше давление и расход кислорода на 1 м разреза.

Нагреваем место реза до визуального каления и расплавления места реза металла, открываем второй вентиль кислорода и выдуваем расплавленный металл в месте реза. При газовой резке резак медленно передвигают по часовой стрелке. Если остановили рез по причине недостаточного нагрева металла, закрываем второй вентиль кислорода и нагреваем металл обычной смесью в месте остановки.

При засорении мундштука, его следует прочищать медной или алюминиевой иглой.

Чтобы мундштук не перегревался, его следует периодически опускать в холодную, чистую воду. Для избегания попадания воды в каналы резака, следует оставлять открытым вентиль кислорода.

После выполнения работ, пламя резака следует загасить. Сперва закрывается вентиль с горючим газом, даем время кислороду, чтобы выдуть горючий газ из резака, а затем закрываем вентиль с кислородом.

Закончив работу, закрываем вентили на баллонах во избежание утечки газа.

Собираем сварочный пост, очищаем мундштук от окалин.

Резку металла большой толщины выполняют следующим образом. Мундштук резака вначале устанавливают перпендикулярно поверхности разрезаемого металла так, чтобы струя подогревающего пламени, а затем и режущего кислорода располагалась вдоль вертикальной грани разрезаемого металла. После прогрева металла до температуры воспламенения пускают струю режущего кислорода. Перемещение резака вдоль линии резания начинают после того, как в начале этой линии металл будет прорезан на всю его толщину. Чтобы не допустить отставания резки в нижних слоях металла, в конце процесса следует постепенно замедлить скорость перемещения резака и увеличивать наклон мундштука резака до 10 - 15 в сторону, обратную его движению. Рекомендуется начинать процесс резки с нижней кромки. Предварительный подогрев до 300 - 400 С позволяет производить резку с повышенной скоростью. Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости горения металла. Если скорость перемещения резака установлена правильно, то поток искр и шлака вылетает из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. При большой скорости перемещения резака поток искр отстает от него, металл в нижней кромке не успевает сгореть и сквозное прорезание прекращается. При малой скоростисноп искр опережает резак, кромки разреза оплавляются и покрываются натеками.

3.3. Контроль качества газовой резки труб d=32-45 мм.

Основной задачей контроля качества является не только фиксация дефектов выполненной работы, но и предупреждать его появление.

При выполнении газовой резки, кромки металла допускаются большой теплообработке, а поэтому металл может, как получать, так и отдавать полезные и вредные свойства.

Газовая сварка предусматривает большой по времени процесс нагревания, а также остывания металла. Это может положительно и отрицательно влиять на металл. Металл может стать более твердым, но меньше станет поддаваться механическим воздействиям, как вследствие, он станет хрупким, жестким, и тяжело поддаваемым каким-либо физическим обработкам.

Качество резки определяется чистотой (гладкостью) поверхности реза, степенью оплавления (закругления) верхней кромки реза, наличием и степенью сцепления шлака (грата) с нижней кромкой, равномерностью ширины реза по всей толщине металла и отсутствием на поверхности реза местных выплавлений (выхватов).

Линия реза отклоняется от заданной в результате смещения оси резака или Деформации листа. Наибольшие отклонения получаются при ручной резке.

Отклонение плоскости реза от заданной происходит при изменении угла наклона резака к поверхности листа, а также за счет расширения режущей струи кислорода

Гладкость поверхности реза определяется количеством и глубиной бороздок, оставляемых режущей струей кислорода. Эти бороздки обычно имеют криволинейное очертание, обусловленное некоторым отставанием от мундштука режущей струи кислорода, которое неизбежно и вызвано запаздыванием окисления железа в нижних слоях металла. Меньшая скорость окисления нижележащих слоев обусловлена: большей загрязненностью режущей струи кислорода в этих слоях вследствие повышения содержания в ней по мере прохождения через толщу металла инертных примесей - аргона, азота и продуктов сгорания; невозможностью непосредственного подогрева пламенем металла на нижней кромке; снижением скорости и расширением режущей струи кислорода. Величина отставания режущей струи кислорода возрастает с увеличением толщины металла и скорости резки или понижением чистоты применяемого кислорода.

Если отставание настолько велико, что приводит к несоответствию очертаний детали на верхней и нижней кромках реза, то его уменьшают, снижая скорость резки. Применение ступенчато-цилиндрических и расширяющихся сопел, обеспечивающих цилиндрическую форму струи на большей длине, а также резка кислородом низкого давления, когда не происходит сильного расширения струи, существенно уменьшают величину отставания. Глубина бороздок зависит от давления кислорода, скорости перемещения резака и вида горючего. При использовании природного газа поверхность реза получается без оплавлений и более ровная, чем при резке ацетиленом.

Неровная поверхность реза может также получаться в результате колебания резака или неравномерной скорости его передвижения.

Оплавление верхних кромок зависит от мощности подогревающего пламени и скорости резки. Чем больше мощность пламени и ниже скорость резки, тем значительнее оплавление. Большое значение для получения чистой поверхности реза имеет концентрация (чистота) кислорода. Особенно гладкую поверхность реза можно получить, применяя кислород концентрации не ниже 99%.

Основными показателями качества поверхности реза являются профиль и чистота, зависящие от толщины разрезаемой стали и скорости резки. Профиль реза оценивается по степени его перпендикулярности к поверхности листа. Величина отставания и глубина бороздок зависят от перпендикулярности профиля и увеличиваются при отклонении его от вертикальной плоскости. Основным показателем чистоты поверхности реза служит глубина бороздок (шероховатость).

Радиус округления верхней кромки может считаться только вспомогательным признаком качества реза.

Исходя из указанных положений и на основе проведенных исследований разработан ГОСТ 14792—69 «Кислородная и плазменно-дуговая резка. Точность деталей и заготовок и качество поверхности резки». Этим ГОСТом предусматривается три класса для качества поверхности реза:

1-й класс (высший), достигаемый при наиболее благоприятных условиях резки;

2-й класс (повышенный) — соответствующий устойчивым производственным результатам на серийном оборудовании;

3-й класс (обычный) — отвечающий устойчивым производственным показателям, достигаемым на серийном оборудовании при наиболее экономичных режимах.

Глубина бороздок также зависит от скорости перемещения резака и давления кислорода. Образованию бороздок способствует неравномерная скорость передвижения резака и колебания его, а также засорение отверстия режущего мундштука.

Рис. 8. Поверхность резания трубы

РАЗДЕЛ 4