Газовая разделительная резка

Министерство  образования и науки Российской Федерации

     ФГБ ОУ ВПО

«Волгоградский Государственный технический университет» 
 
 

Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства» 

Реферат на тему «Газовая разделительная резка» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент группы:

ТМ-428 Леготин  А. А.

Поверил старший преподаватель:

Артемьев  А. А. 
 
 
 
 
 
 

Волгоград 2011

Содержание:

1. Сущность процесса:

      Процесс резки начинается с нагревания металла в начальной точке реза до температуры, достаточной для воспламенения (начала интенсивного окисления) данного металла в кислороде. Практически при резке стали нагрев производиться до температуры, близкой к плавлению стали.

      Нагрев производится подогревающим пламенем, образуемом при сгорании горючего газа в кислороде. Когда температура нагрева металла достигает требуемой величины, пускается струю технически чистого (98- 99,7%-ного) кислорода. Этот кислород, выходящий из центрального канала мундштука и идущий непосредственно на сжигание металла и удаление окислов, принято называть режущим в отличии от кислорода подогревающего пламени, выходящего в смеси с горючим газом из дополнительных сопел для подогрева.

      Направленная  на нагретый участок металла струя режущего кислорода вызывает немедленное интенсивное окисление верхних слоев металла, которые, сгорая. Выделяют значительное количество теплоты и нагревают до воспламенения в кислороде лежащие ниже слои. Таким образом, процесс горения металла в кислороде распространяется по всей толщине разрезаемого листа или заготовки. Образующийся при сгорании металла окислы, будучи в расплавленном состоянии, увлекаются струей режущего кислорода и выдуваются ею из зоны реакции. Стекая в образуемый в металле рез и соприкасаясь с лежащими ниже слоями метала, окислы отдают металлу часть своей теплоты, производя дополнительный подогрев его и способствуя непрерывности процесса резки. 
 

1- Струя  режущего кислорода; 2- Смесь горючего  газа с кислородом; 3- Ядро подогревающего пламени; 4- Факел подогревающего пламени; 5- Разрез образуемый при разделительной резке; 6- Окислы выдуваемые струей кислорода.

Рис.1. Схема процесса резки. 
2. Устройства и расходуемые материалы: 

Устройство  и принцип работы резака:

     Для ручной газовой (кислородной) резки используют резаки, а для кислородно-флюсовой — установки для ручной резки. В резаке для ручной кислородной резки происходит смешение горючего газа или жидкости с кислородом, он осуществляет подогрев металла по линии реза образующимся подогревающим пламенем и подает струю кислорода в зону резки. Наибольшее применение получили ручные резаки универсального назначения для разделительной резки металла толщиной 3...300 мм.

Рис.2. Схема устройства инжекторный резаков и принцип работы. 

      Резак имеет кислородный 1 и ацетиленовый 2 ниппели, служащий для присоединения  резинотканевых рукавов, по которым  в резак попадают газы, рукоятку 3, внутри которой проходят трубки 4 и 5, корпус 8 с расположенными в нем  регулирующими кислородными6 и ацетиленовыми 7 вентилями.

      Инжектор 9 ввернут в смесительную камеру 11, в которую впаяна трубка 15 для  подачи через головку 19 горючей смеси  в мундштук 17. Смесительная камера 11 присоединяется накидной гайкой 10. Трубка 12 соединена с корпусом резака и корпусом вентиля 13. Шпиндель 14 служит для регулировки подачи режущего кислорода в мундштуке 18, ввернутый в головку 19.

      Кислород  под давлением 3-15 атм. через открытый кислородный вентиль 6 поступает  в инжектор 9, имеющий малое сечение, расширяется и вытекает со скоростью 250-300 м/сек, создавая разряжение в зазоре между конусом инжектора и стенками смесительной камеры 11.

      Ацетилен  или другой горючий газ под  небольшим избыточным давлением  через открытый ацетиленовый вентиль 7 поступает в зазор между инжектором и смесительной камерой, где благодаря разряжению, образованному струей протекающего кислорода, засасывается в канал смесительной камеры 11, смешивается там и по трубке 15 через головку 19 поступает в мундштук 17, где при воспламенении образуется пламя, подогревающее метал в процессе резки.

      «Режущий  кислород» по трубке 12 поступает  в корпус вентиля 13 и при открытом шпинделе14 поступает в трубку 16 и  головку 19 и далее режущий мундштук 18, при выходе из которого образует режущую струю.

Таблица 1. Техническая характеристика резаков для ручной резки.

Горючие для газовой резки:

      Степень пригодности горючего газа для сварки и резки определяется следующими его свойствами:

1. Теплотворная способность. Теплота сгорания, выделяемая в средней зоне пламени.
2. Температура пламени или температурный к.п.д. пламени. Характеризует относительную скорость расплавления металла. Температурный к.п.д. выражается как отношение разности между температурой пламени и температурой плавления металла к температуре пламени:

3. Количество  кислорода, потребляемое для горения. Для сгорания горючего требуется кислород. Кислород, подаваемый в горелку из баллонов, называется первичным, а кислород поступающий в пламя из окружающего воздуха, вторичным. Для характеристики горючего важно количество потребляемого первичного кислорода.
4. Удобство и безопасность в эксплуатации. Для характеристики горючих с этой стороны необходимо знать пределы взрываемости горючих в смеси с воздухом.
5. Транспортировка. Т.е. удобство и стоимость транспортировки. Все горючие, за исключением бензина и бензола, хранятся и перевозятся в газообразном виде в стальных баллонах под высоким давлением, что сильно повышает их стоимость.

      Для образования подогревающего пламени  при резке можно применять  следующие горючие: ацетилен, водород, бензин, бензол, светильный газ, коксовый газ, метан, псевдобутилен, нефтегаз, пропан, бутан. Различие заключается в скорости подогрева металла до температуры воспламенения, а следовательно, в скорости резки, удобстве эксплуатации, транспортировки и стоимости горючего.

      Скорость  подогрева зависит от температуры  пламени или пирометрического (температурного) коэффициента пламени. Наиболее высокий  температурный коэффициент пламени  имеет ацетилен, а потому наибольшая скорость, а следовательно, и наибольшая скорость резки получаются при подогреве ацетилено-кислородным пламенем.

      Наиболее  распространенным горючим для газовой  резки являются ацетилен, бензин и  керосин.

      Водород дает при сгорании длинное пламя  и поэтому применяется для  резки изделий больших толщин.

3. Техника резки:

      Подготовка  поверхности. Поверхность разрезаемого металла должна быть тщательно отчищена от окалины, ржавчины, краски и грязи. Очистка поверхности металла  от ржавчины и грязи производиться  проволочной щеткой, а от окалины  и краски – посредством нагрева поверхности стали пламенем сварочной горелки или резака. Перед резкой поверхность стали зачищают узкой полосой (не более 30-50 мм).

      Начало  резки. Подогревающее пламя резака направляется на край разрезаемого металла  и нагревает его до температуры, достаточной для воспламенения его в кислороде, практически же нагрев производиться обычно до оплавления поверхностного слоя стали.

      При значительной толщине стали мундштук резака в начале процесса устанавливается  с некоторым наклоном (5-10°) к поверхности разрезаемой стали, благодаря чему кромка металла лучше прогревается по толщине и начало процесса резки облегчается. При небольшой толщине (до 50 мм) резак в начале процесса устанавливается вертикально.

Рис. 3. Положение резака в начале резки от кромки листа стали при относительно большой толщине металла.

      Чтобы начать процесс резки внутри контура  листа или заготовки, необходимо предварительно образовать в них  отверстие. При небольшой толщине  металла (до 20 мм) и при осуществлении  резки в ручную это отверстие может быть образованно неподвижным резаком. При толщине металла 50- 100 мм во многих случаях первоначальное отверстие образовывается сверлом на станке или переносной дрелью. При еще большей толщине стали прожигание отверстия может производиться кислородным копьем.

      Расстояние  от режущего сопла до металла. Наиболее интенсивный нагрев металла подогревающимся  пламенем достигается тогда, когда  зона наибольшей температуры пламени  сосредотачивается на поверхности  нагреваемой стали. Ядро пламени  отстоит от поверхности металла на расстояние 1,5- 2,5 мм.

      Расстояние  h от сопла до поверхности металла при толщине до 100 мм выбирают по формуле:

h = l + 2 мм, (1)

где l- длина ядра пламени в мм.

      При резке стали большой толщины (более 100 мм) ввиду возможного перегрева  мундштука и засорения его сопел брызгами металла и шлака расстояние от сопла до поверхности металла устанавливается больше величины, определяемой по формуле (1).

      Положение и перемещение резака в процессе резки. При ручной разделительной резке  листов стали по прямой линии резак целесообразно располагать с наклоном на угол 20-30° в сторону, обратную движению. Этот прием прирезке стали толщиной до 20-30 мм позволяет существенно увеличить производительность процесса.

Рис. 4. Положение резака в процессе резки листовой стали.

      При резки по криволинейным контурам положение резака должно быть строго перпендикулярным к поверхности  разрезаемого металла. При резке  стальных заготовок круглого сечения  положение резака в момент подогрева  начальной точки реза должно соответствовать позиции 1, а при резке- соответственно позициям 2- 4.

Рис. 5. Положение резака при резке заготовок круглого сечения.

      Скорость  резки. Устойчивый процесс резки  и высокое качество разрезаемых  кромок, без значительного отставания и зашлаковывания реза, могут быть достигнуты только тогда, когда скорость перемещения резака по линии реза находиться в соответствии со скоростью окисления металла по толщине разрезаемого листа или заготовки. Слишком малая скорость резки приводит к оплавлению разрезаемых кромок, а слишком большая дает значительное отставание, непрорезаемые до конца участки и нарушение процесса резки.

      При правильно установленной скорости резки поток искр и шлака с обратной стороны листа направлен почти перпендикулярно поверхности разрезаемого металла, а при слишком большой скорости – под некоторым углом.

Рис. 6. Направление потока искр в зависимости от скорости резки:

а- нормальная скорость; б- повышенная скорость. 
 Технические скорости машинной резки приведены в таблице 2.

Таблица 2.

4. Условия резки:

     Газовой резке поддаются не все металлы, а только те из них, которые удовлетворяют  следующим основным условиям.

      Первое  условие. Температура плавления металла должна быть выше температуры его воспламенения в кислороде.

      Под температурой воспламенения металла  в кислороде подразумевается  температура нагрева металла, при  которой он начинает интенсивно окисляться в кислородной струе, направленной на его поверхность.

      Второе  условие.  Температура плавления окислов металла должна быть ниже температуры плавления самого металла и температуры, которая развивается в процессе резки данного металла. В противном случае окислы , образующиеся на поверхности нагреваемого металла при воздействии кислородной струи, будут препятствовать дальнейшему окислению металла и удалению расплавленных при нагреве фракций.

      Ниже  приведены температуры плавления  наиболее распространенных в технике  металлов и их окислов.

Таблица 3.

     Третье  условие. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточно для поддержания непрерывного процесса резки.

     В таблице 4 приведены тепловые эффекты образования окислов различных металлов.

     Таблица 4.

     Четвертое условие. Теплопроводность металла не должна быть слишком высокой. В противном случае теплота, сообщаемая подогревающим пламенем и выделяемая в процессе резки, настолько интенсивно будет отводиться металлом от места резки, что процесс резки или не начнется, или будет прерываться.

     Пятое условие. Образующиеся окислы должны быть жидкотекучими. В противном случае шлак при резке будет плохо выдуваться кислородной струей и тем самым будет тормозить процесс резки.

     Шестое  условие. В металле, подвергаемом газовой резке, должно быть ограниченное содержание примесей, препятствующих процессу резки (C, Cr, Si и др.) и повышающих закаливаемость стали (Mo, W и пр.). 
5. Способы резки стали различных толщин: 

Резка стали малой толщины:

      Нормальному процессу газовой резки подвергается сталь не менее 3-4 мм. При резке  более тонких листов стали происходит сильное оплавление кромок и перегрев металла подогревающим пламенем. Однако в некоторых случаях все –таки прибегают к газовой резке тонких стальных листов толщиной 2-3 мм. Для этого применяют мундштуки с последовательно расположенными подогревающими и режущими соплами, что позволяет уменьшить ширину термического влияния и уменьшить или вообще устранить перегрев металла в кромках реза. При этом резку производят с максимальной скоростью при минимальной мощности подогреваемого пламени. 

Пакетная  резка стали:

      В этом случае газовой резке могут  подвергаться листы толщиной от 1- 1,5 мм и выше.

      Сущность  процесса заключается в том, что  разрезаемые листы (25-50 шт.), складываются в пакет и разрезают кислородной  струей за один проход резака.

Рис. 7. Резка пакета листов стали.

      Существует  два метода пакетной резки- кислородом низкого давления и кислородом обычного давления.

      Пакетная  резка кислородом обычного давления требует плотного прилегания листов друг к другу, производиться с  применением струбцин и других прижимных устройств, обеспечивающих минимальный воздушный зазор между листами. Толщина отдельных листов в этом случае составляет 8-10 мм.

      Пакетная  резка кислородом низкого давления может производиться как при  плотно сжатом пакете так и при  наличии зазоров между листами (3,5- 4 мм). В этом случае толщина отдельных листов может быть значительно больше (30 мм).

      Независимо  от способа пакетной резки, разрезаемые  в пакет листы должны быть тщательно  выровнены и защищены от окалины  и грязи. Значительно облегчает начало процесса некоторое смещение кромок верхних листов.

Рис. 8. Сборка листов в пакет, облегчающая начало процесса резки. 

Резка стали большой  толщины:

      Основная  трудность газовой резки стали  большой толщины заключается  связана с необходимостью применения высокого давления режущего кислорода. Форма кислородной струи в значительной мере зависит от величины применяемого давления кислорода, с увеличением которого она приобретает все большую конусность. Кроме того, с возрастанием давления кислорода увеличивается охлаждающее действие струи на металл, в результате чего процесс резки замедляется.

      Второй, так же немаловажной, причиной трудности  резки стали большой толщины  является сложность осуществления  нагрева нижних слоев металла  подогревающим пламенем.

      Особенности газовой резки стали большой  толщины:

     1. Неоднородность состава стали  по сечению существенно влияет  на процесс резки. Слои металла  содержащие больший процент углерода, имеют более низкую температуру  плавления и воспламеняются в  кислороде при более высоких температуре нагрева, чем слои с более низким содержанием углерода.

     2. Неравномерный нагрев стали по  толщине. Чем больше толщина  стали, тем больше градиент  температуры по толщине металла  при нагрев подогревающим пламенем. Что приводит к тому, что окисление нижних слоев металла протекает медленнее, чем верхних, что так же обуславливает значительную величину отслаивания и зашлаковывание реза в нижней части разрезаемого металла.

     Необходимый подогрев стали на всю толщину  достигается общим предварительным подогревом до температуры 300-500°. Наиболее чаще подогрев производиться до температуры 250-300°, при которой достигается достаточно ровный рез и не возникает больших неудобств в процессе резки.

     После достижения необходимого подогрева  резка должна осуществляться немедленно после того, как изделие будет вынуто из нагревательной печи. В противном случае произойдет охлаждение металла с поверхности, внутренние слои окажутся более нагретыми и сгорание в этих слоях будет происходить более интенсивно, чем в наружных.

     В результате внутри разрезаемой заготовки  могут образовываться так называемые карманы (впадины), вызывающие сильное  зашлаковывание реза и нарушение  нормального процесса резки.