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 (ножовка, ножницы по металлу, зубило…);

— 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 нерационально,
т. к. процесс резки малопроизводителен и получается плохое качество реза, поэтому во многих случаях необходима его последующая механическая обработка. 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 с выделением тепла Q (напри­мер, 1300° С для малоуглеродистой стали):

C ₂ H ₂ + O ₂ ® CO ₂+ H ₂ O + Q;

2. Подается струя режущего кислорода, образуются окислы металлов и при окислении металла выделяется тепло:

Fe + O ₂ ® FeO + 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.

В начальный период резки (пункт 1) при сгорании ацетилена в атмосфере кислорода металл доводится до температуры вспышки. После начала резки открывают вентиль подачи режущего кислорода (пункт 2). При резке стали
около 70 % тепла выделяется при сгорании металла в атмосфере кислорода и только 30 % дает подогревающее пламя сгорания ацетилена в кислороде.

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 условия, указанные на рис. 2.50 и ниже:

1. Температура плавления металлов Т _{п. м.} должна быть выше температуры их воспламенения Т _{в. м.} 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. Чтобы не прерывался процесс, теплопроводность
металла не должна быть высокой.

5. Образовавшиеся окислы должны легко выдуваться
кислородной струей.

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 легированной стали можно определить по следующей эмпирической формуле:

С _экв = 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 С _экв величинам, указанным в таблице 2.2, необходимы дополнительные технологические мероприятия, направленные на соответствующее обеспечение температурного режима резки.

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 контуров 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 Высокая температура плавления окислов (тугоплавкие пленки) Очень высокая температура плавления окисла Al 2 O 3 Из-за высокой теплопроводности сплавов большие потери тепла, а оставшегося тепла недостаточно для обеспечения процесса резки

Применяются три способа кислородной резки металлов:

1. Разделительная. Получение сквозных резов при раскрое листов, вырезка 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 — получение 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. Для этого используются 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
выделяется недостаточно тепла при их окислении.

В зону горения дуги вводятся порошкообразные флюсы, имеющие в своем составе до 95 % железной основы. При сгорании флюса образуется дополнительное тепло при окислении железа, находящегося во флюсе, поэтому тугоплавкие окислы расплавляются и частицами флюса 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 ₂ + F ® HF + Q,

возникает высокая температура, которая и обеспечивает резку тугоплавких материалов.

При подводной резке используется водородно-кислород­ный резак (сжигается водород в атмосфере кислорода):

H ₂ + O ₂ ® H ₂ O.

Горелку зажигают либо на воздухе, либо 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.

Дата добавления: 2014-12-16