Газовая резка металла

Газовая резка металла

Газовая резка металла осуществляется ручными резаками, пе­реносными и стационарными автоматами.

В силу значительной производительности, достигаемой при применении газовой резки, а также портативности и малого веса ручных резаков и переносных автоматов, последние получили ши­рокое применение.

Особенно эффективна автоматическая газовая резка при вырезывании деталей неправильной и сложной конфигурации, на­пример, пластинчатых крюков, дисков, колец и других (фиг. 39).

Детали вырезаемые на газорежущих автоматах

Детали вырезаемые на газорежущих автоматах

Если сравнить производственную площадь, потребную, например, при резке кромок и раскрое листов размером 1,75X7,5 м гильотинными ножницами и переносными автоматами (секатора­ми), то в первом случае, при наличии одних ножниц в пролете, площади потребуется больше приблизительно в 5 раз (фиг. 40).

Рабочее место при механической резке листов

Рабочее место при механической резке листов

Практикуемый способ вы­полнения продольной рез­ки кромок на одном станке и поперечной на другом несколько сокращает раз­мер потребной площади, но зато вызывает задолжен­ность кранов по передаче листа со станка на станок.

При резке секаторами лист находится в неподвижном состоя­нии и относительно листа перемещается режущий прибор. В этом случае занятая площадь равна площади листа.

Кроме того, при механической резке лист должен поддержи­ваться и поворачиваться краном или разворачиваться на специ­альных приспособлениях, например, «гусиных шейках» (фиг. 41) или шаровых транспортерах, устанавливаемых в большом коли­честве около станка.

Приспособление гусиные шейки

Приспособление гусиные шейки

Ввиду незначительных деформаций, возникающих при газовой резке, объем правки деталей по сравнению с механической резкой сокращается.

В условиях серийного производства или при часто повторяю­щихся конструкциях в индивидуальном производстве возможна одновременная резка пакетами или на стационарных автоматах сразу нескольких деталей по копирам или шаблонам.

В результате настойчивой работы научных организации и заводов достигнута возможность резки металла толщи­ной до 1 м.

Оборудование, выпускаемое заводами, обес­печивает одновременное выполнение резки и подготовки кромок мод сварку.

При резке газом низкоуглеродистых сталей структурные изменения металла вблизи плоскости реза получаются незначительными и практического значения не имеют.

При резке газом применяется смесь кислорода с горючим га­зом. Будучи подожженной, такая смесь подогревает разрезаемый металл до температуры горения. Температура горения железа ниже температуры его плавления. Кислород, выходя из мундшту­ка под давлением и попадая на поверхность нагретого металла, обеспечивает его горение. Слои металла, лежащие ниже, нагрева­ются теплом части сгоревшего металла и расплавленных шлаков, а также частично теплом подогревательного пламени. Окислы, образующиеся в процессе резки, выдуваются струей режущего кислорода. Таким образом, процесс резки состоит из следующих: операций:

  1. подогрева металла до температуры воспламенения путем: подачи смеси кислорода и газа по мундштуку резака;
  2. горения металла в чистом кислороде;
  3. выдувания окислов.

Газовой резке без применения особых приемов может подвер­гаться металл, температура плавления которого выше температу­ры его сгорания в струе кислорода и выше температуры плавле­ния его окислов (табл. 13). Кроме того, металл не должен обладать высокой теплопроводностью и не должен содержать при­месей, затрудняющих резку. Этим условиям удовлетворяют низко­углеродистые стали с содержанием углерода до 0,4% . С увеличе­нием содержания углерода более 0,4% сталь в плоскости реза закаливается, приобретая повышенную твердость и склонность к образованию трещин.

Таблица 13

Температура плавления металлов и их окислов

Металл Температура плавления металла в °С Окисел Температура плавления окисла в °С
Алюминий 658 Аl2O3 2050
Кобальт 1490 СаО 1935
Хром 1500 Cr2O3 1990
Медь 1084 Cu2O CuO 1230
Железо 1535 FeO Fe3O4 Fe2O3 1370 1527 1565
Марганец 1250 MnO 1650
Молибден 2500 МоO2 791
Никель 1452 NiO 2090
Кремний 1480 SiO2 1710
Титан 1800 TiO2 1600
Вольфрам 3000 WO2 WO2 1400 1473

 

Процесс резки стали с содержанием углерода свыше 0,7% ухудшается и требует предварительного подогрева металла.

Содержание в сталях марганца до 4%, никеля до 0,7%, хро­ма до 0,5%, меди до 0,7%, алюминия до 0,5%, серы и фосфора в обычно допускаемых количествах на процесс резки не влияет.

При содержании никеля до 34% резка протекает удовлетво­рительно. При содержании марганца свыше 4%, вольфрама свы­ше 0.10 и молибдена свыше 0,25% резка становится затруднительной. При содержании вольфрама свыше 0,20% и алюминия выше 10% резка становится невозможной. Наличие ванадия в небольших количествах способствует улучшению процесса резки.

До последнего времени высокохромистые стали резке не поддавались. В результате работы Внииавтогена и других организаций вопрос о резке этих сталей разрешен положительно. В на­стоящее время резка высокохромистых сталей осуществляется на специальных установках ацетилено-кислородным пламенем с при­менением флюса.

Способность металлов подвергаться газовой резке может быть охарактеризована следующим образом:

На качество и скорость резки, а также на расход кислорода большое влияние оказывает чистота кислорода. Так, например, если при чистоте кислорода 99,5% время резки и расход кисло­рода принять за 100%, то при пониженной чистоте кислорода, равной 97,5%, время резки увеличится на 31%, а расход кисло­рода на 58,1%.

Наиболее широкое применение в промышленно­сти получили ацетилен, природные газы, бензин и керосин.

В связи с тем, что при сгорании водород дает длинное пла­мя, он применяется для резки металла больших толщин.

В 1950 г. Киевским политехническим институтом, под руковод­ством акад. К. К. Хренова, разработан и изготовлен резак про­мышленного типа для кислородно-ацетиленовой резки стали тол­щиной 1200 мм с применением давления кислорода. Эксплуата­ция этого резака на подтвердила возможность резки им деталей указанной толщины (фиг. 42). изготовляются установки конструкции типа УБТ-1200 для резки стали толщиной 500—1200 мм.

Резка стали большой тощины

Резка стали большой тощины

Ацетилен получается путем разложения карбида кальция водой:

CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2,

Согласно данным, приводимым в литературе, из 1 кг кар­бида кальция получается ацетилена сорта А 250—300 л и сорта В 230—280 л. К месту потребления ацетилен может подаваться по трубопроводам или в баллонах. Баллоны, изготовляемые в со­ответствии с ГОСТ 949-41, имеют водяную емкость 40 и 50 л. Ацетилен в баллонах находится в растворенном состоянии, для чего баллоны почти полностью заполняются пористой массой и на 34—40% своего объема ацетоном, который поглощает ацети­лен. Вследствие большой капиллярности пористой массы опас­ность взрыва при повышенных давлениях ацетилена исклю­чается. Ацетон, способный рас­творять в 1 объеме 23 объема ацетилена, обеспечивает воз­можность вместить увеличенное количество ацетилена в балло­не. Баллоны емкостью 40 л при давлении 15 атм вмещают около 5500 л ацетилена. Баллоны для ацетилена окрашиваются в бе­лый цвет и имеют надпись «аце­тилен».

Для получения ацетилена промышленность выпус­кает переносные и стационар­ные генераторы низкого давле­ния — до 0,050 атм, среднего давления — 0,03—0,3 атм и вы­сокого 0,3—1,5 атм. Генераторы в зависимости от типа имеют производительность от 1 до 40 м3/час.

Кислород, как и ацетилен, может поставляться к месту потребления по трубопроводам и в баллонах, размеры и ем­кость которых указаны в табл. 15. Наибольшее применение в це­ховых условиях имеют баллоны емкостью 40 и 50 л. При давле­нии кислорода 150 атм в баллоне емкостью 50 л вмещается 6000 л газа. Баллоны для кислорода окрашиваются в голубой цвет.

Таблица 15

Размеры, емкость и вес баллонов по ГОСТ 949-41

Оборудование для газовой резки

Ручные резаки

Ручные резаки благодаря небольшому весу и возможности выполнения ими резки в любом направлении получили широкое применение как в цеховых условиях, так и на монтаже. Боль­шинство конструкций резаков обеспечивает возможность резки стали толщиной до 300 мм УР, УР-43, УР-44, УР-48. УР-49.

Для резки больших толщин (до 600 мм) промышленность выпускает резаки УБТ-650, работающие на водороде.

Резаки подразделяются на резаки с концентрическим (а) и эксцентрическим (б) расположением мундштуков (фиг 43). При работе резаками с концентрическим расположением мунд­штуков рез получается более широким и не таким чистым, как при резке резаками с эксцентрическим расположением мундшту­ков. Несмотря на это, в заводских условиях наибольшее распро­странение получили резаки с концентрическим расположением мундштуков, так как при . работе ими возможна резка во всех направлениях без изменения положения резака. Это преимущество имеет существенное значение при вырезке деталей с фигур­ными очертаниями.

Схема расположения мундштуков в резаках

Схема расположения мундштуков в резаках

Резак УР

Резак (фиг. 44) состоит из ниппелей 1, трубок 2 и 3, корпуса 4 с вентилями 5, 6, 7, стойки 8 с соплом инжекто­ра 9, трубки режущего кислорода 10, смесительной камеры 11У в которую ввернуты инжекторы трубки 12 и головки резака 13. В головке расположены наружные отверстия для подогреватель­ного пламени и внутренние для режущего кислорода. При от­крытии вентиля 5 ацетилен проходит по трубке 3 в Стойку и ка­нал, окружающий инжектор. Кислород при открытии вентиля 6 поступает в сопло инжектора, а затем в инжектор. Находясь под большим давлением, кислород из инжектора выходит с большой скоростью, засасывает ацетилен, и оба газа, попадая в смеситель­ную камеру, смешиваются. Полученная смесь далее поступает по трубке наконечника в наружный мундштук и при работе исполь­зуется для образования подогревательного пламени. Режущий кислород поступает к месту резки через вентиль 7 и трубку 10.

Схема резака УР

Схема резака УР

Для плавного перемещения и сохранения постоянного рас­стояния между мундштуками и металлом к головке резака прикрепляется тележка, имеющая два ролика. Для резки по окруж­ности резаки имеют циркуль.

Чтобы резать металл различных толщин, резаки снабжаются набором сменных мундштуков.

Техническая характеристика резаков УР и УР-44 приведена в табл. 16.

Техническая характеристика резаков УР и УР-44

Резак для резки стали больших толщин

Резак инжекторного типа с концентрическим расположением мундштуков, работаю­щий на ацетилене, в конструктивном отношении имеет много об­щего с резаком УР и предназначен для резки стали толщиной до 500 мм. В связи с тем, что режущий кислород подается по отдельному шлангу, резак имеет три ниппеля. Нашей промыш­ленностью выпускались резаки для резки стали толщиной от 200 до 600 мм тип УР-600, а теперь, как уже указывалось, выпускаются резаки типа УБТ-650, работающие на водороде (фиг. 45). Го­ловка резака снабжена тремя сменными соплами.

Резак УБТ-600 для резки стали толщиной до 500мм

Резак УБТ-600 для резки стали толщиной до 500мм

Ввиду значительного расхода кислорода и водорода резка производится от рамп (фиг. 46). Водородная рампа 2 состоит из трех баллонов, а кислородная 3 из восьми. Первая рампа имеет водородный редуктор 4, а вторая два редуктора: из них редук­тор 5 нормального типа, а редуктор 6 высокого давления. Через редуктор 5 кислород подается для питания подогревательного пламени, а через редуктор 6 для режущей струи кислорода в ре­зак 1. Вследствие значительного давления режущего кислорода подача его производится по бронированному шлангу, рассчитан­ному на давление до 30 атм. Водород и кислород для подогре­вательного пламени подаются по обычным шлангам. Резка стали толщиной 500—600 мм производится при давлении режущей ста­ли кислорода 22—24 атм.

 

При толщинах разрезаемой стали, не превышающих 450 мм

Схема соединения баллонов рамы при резке стали значительной толщины резаками УБТ-600

Схема соединения баллонов рамы при резке стали значительной толщины резаками УБТ-600

вместо водородной рампы может применяться ацетиленовая.

В табл. 17 приводятся данные по расходу газов при резке стали различной толщины.

Таблица 17

Ориентировочный расход газов при резке

Данные о давлении кислорода при резке приведены в табл. 16. Давление ацетилена в зависимости от толщины разрезаемой ста­ли колеблется в пределах 0,02—0,1 атм.

 

Керосинорезы и бензорезы

В ус­тановку для резки керосином или бензином входят резак, бачок для го­рючего емкостью 5—6 л и кислород­ный баллон с редуктором. Бачок для горючего, рассчитанный на давление 8 атм, представляет собой резервуар 1 (фиг. 47), в который вделаны воз­душный насос 2, питательная труб­ка 4 с вентилем 5 и предохранитель­ный клапан или манометр 3. Воздух с помощью насоса нагнетается в ба­чок до давления 3—4 атм и вытесня­ет жидкость через питательную труб­ку 4 и ниппель 6 в шланг, а затем в резак (фиг. 48). Кислород поступает по шлангу и ниппелю 3 в корпус ре­зака. Из корпуса подогревательный кислород поступает через вентиль 2 в трубку 10, расположенную внутри трубки 7 и в инжектор 12. Трубка 10 по всей длине обмотана асбестовой оплеткой, заполняющей трубку 7; Жидкость (керосин или бензин) че­рез шланг, соединенный с бачком, ниппель 1 и трубку 4 поступает в трубку 7, проходя по асбестовой оплетке в испаритель 8.

Бачок для бензинореза (керосинореза)

Бачок для бензинореза (керосинореза)

Под действием пламени мундштука 5 жидкость подогревается и испа­ряется. Выходящим из инжектора кислородом пары жидкости за­сасываются и поступают в смесительную камеру, где смешиваются с кислородом и поступают далее в наружный мундштук 6 и через него в атмосферу. Часть смеси поступает в мундштук 5 для образо­вания подогревательного пламени. Кислород, предназначаемый для режущей струи, поступает к месту раз­реза через вентиль 9, трубку 14 и мунд­штук 13. Подача режущего кислорода регулируется вентилем 9, подогреватель­ного — вентилем 2 и жидкости (кероси­на или бензина) маховичком 11.

Бензорез (керосинорез)

Бензорез (керосинорез)

Применяя мундштуки с различными диаметрами канала для подогрева ис­парителя (фиг. 49), резку можно произ­водить одним и тем же резаком на бен­зине и керосине:

Мундштук для подогрева испарителя

Мундштук для подогрева испарителя

Диаметр канала при резке керосином — 1,2—0,9 мм.

Диаметр канала при резке бензином — 1,0—1,45 мм.

Давление керосина, бензина и кис­лорода при резке, а также техническая характеристика бензорезов и керосинорезов приведены в табл. 18 и 19.

Таблица 18

Техническая характеристика бензореза

Таблица 19

Техническая характеристика керосинореза К-44

При применении керосинорезов или бензорезов употребляются дюритовые керосиностойкие шланги с внутренним диаметром 4 мм.

 

Редукторы ацетиленовые и кислородные

В связи с тем, что давление кислорода и ацетилена, находящихся в баллонах или в магистрали, превышает давление, необходимое при резке, для снижения давления применяются редукторы. Редукторы также дают возможность поддерживать постоянное давление ацетилена и кислорода в процессе резки. В зависимости от характера ра­боты и рода применяемого газа редукторы подразделяются по пропускной способности, рабочему давлению газа, роду газа и принципу действия. По пропускной способности редукторы раз­деляются на редукторы малой и большой пропускной способно­сти. Первые обеспечивают поступление газа в количестве 4—5 м³/час при рабочем давлении до 10 атм и устанавливаются на баллонах или магистрали цеха. Вторые имеют пропускную способность 65—70 м/час при давлении 5 атм, до 110 м³/час при давлении 20 атм и устанавливаются с целью регулирования давления газа в магистрали цеха или после рампы.

По рабочему давлению редукторы подразделяются на редук­торы:

а) низкого давления — до 6 атм, предназначенные для сварки;

б) среднего давления — до 15 атм, предназначенные для сварки и резки;

в) высокого давления до 30 атм, предназначен­ные для резки и установки на магистрали.

По роду газа редукторы подразделяются на кислородные и для горючих газов (газовые). Кислородные редукторы при­соединяются к вентилю баллона накидной гайкой, имеющей пра­вую трубную нарезку диаметром ¾ дюйма, 14 ниток на дюйм, а газовые — накидной гайкой с левой резьбой диаметром ⅞ дюй­ма, 14 ниток на дюйм. Редукторы для ацетилена присоединяются к вентилю баллона специальным хомутиком.

По принципу действия редукторы подразделяются на редук­торы прямого и обратного действия. Различие между ними за­ключается в том, что первые имеют падающую характеристику давления, а вторые возрастающую.

Чтобы исключить возможность установки редуктора, не соот­ветствующего применяемому при работе газу, редукторы окра­шиваются в следующие цвета:

ацетиленовые — в белый;

водо­родные — в зеленый;

кислородные — в голубой.