Техника кислородной резки металлов

Техника кислородной резки металлов

Ручная разделительная резка. Разрезаемый лист укладывают на подкладки, выравнивают по горизонтали и, если необходимо, закрепляют. Затем лист по линии реза очищают от окалины, ржавчины, грязи, наличие которых уменьшает точности и ухудшает качество резки. Лист размечают, нанося на нем мелом или чертилками контуры выре­заемых деталей. Разметку листав выполняют так, чтобы металл использовался полностью, с наименьшим количест­вом отходов.

Подбирают номера наружного и внутреннего мундшту­ков в зависимости от толщины металла, в соответствии с паспортом резака. Зажигают смесь к проверяют, устойчиво ли пламя резака (рис 113, а). Резку обычно начинают с кромки листа. Если резку нужно начать с середины листа (например, при вырезке фланцев), то прожигают кислоро­дом отверстие, от кромки которого и начинают резку. Нагревают металл в месте начала резки (рис. 113, б), затем пускают режущую струю кислорода (рис. 113, в) и вслед за этим начинают перемещать резак по линии реза (рис. 113. г). Обычно при резке с кромки время начального подогрева кислородно-ацетиленовым пламенем металла тол­щиной 5 — 200 мм равно от 3 до 10 сек. При пробивке отвер­стия кислородом это время увеличивается в 3 — 4 раза.

Рис. 113. Резка ручным резаком

Режимы резки. Основными показателями режима резки являются; давление режущего кислорода и скорость резки, Эти показатели определяются, в основном, толщиной разрезаемой стали. Абсолютная величина давления кисло­рода зависит от конструкции резака и мундштуков, величины сопротивлении в кислороднопроводящих коммуникациях и арматуре.

Таблица 31. Режимы машиной кислородной резки.  

 
Скорости ручной резки можно рассчитывать по формуле. 

При малой скорости происходит оплавление кромок реза, при слишком большой —возникает значительное отставание кислородной струи, появление непрорезанных до конца уча­стков и нарушение непрерывности резки.

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямоли­нейными кромками без последующей механической обра­ботки под сварку даны в табл. 31. Для фасонной резки ско­рость берется в пределах, указанных в табл. 31 для резки двумя резаками. При заготовительной резке скорости берут­ся на 10—20% выше указанных в табл. 31.

Приведенные в табл. 31 данные относятся к кислороду чистотой 99,5%. При меньшей чистоте кислорода эти вели­чины следует умножить на поправочные коэффициенты (табл. 32).

Таблица 32 Поправочные коэффициенты для машинной кислородной резки в зависимости от чистоты кислороде

При ручной резке целесообразно пользоваться простей­шими приспособлениями: опорной тележкой для резака, циркулем, направляющими линейками (рис. 114), Этим облегчается равномерность передвижения резака, что спо­собствует получению более ровной и чистой кромки реза.

 Рис. 114. Приспособления к резаку

Пакетная резка. При массовой вырезке однотипных детален из листов небольшой толщины можно применять пакетную резку, при которой несколько листов складыва­ют вместе (рис. 114, г) и плотно сжимают струбцинами. Это Увеличивает производительность резки. Толщина отдельных листов в пакете не должна превышать 12 мм; лучшие ре­зультаты получают при пакетной резке листов толщиной 2—5 мм. Вместо струбцин листы в пакете можно скреплять путем наложения на их кромки вертикальных валиков дуговой сваркой металлическим электродом. Для защиты кр0. мок верхней детали от оплавления При резке сверху на пакет укладывают тонкий лист из бракованной стали или отходов Пакет начинают резать с нижней кромки, Затем реяак поднимают по торцу пакета, и когда резак дойдет до верхней кромки, начинают вести его по линии реза, следя за тем, чтобы прорезался весь пакет. При пакетной резке ширина

Рис. 115 Машинная пакетная резка

реза и расход кислорода получается больше, а скорость рез­ки меньше, чем при резке одного листа той же толщины, что и толщина пакета. Резка в пакете лучше идет с применени­ем резаков низкого давления. При резке кислородом низко­го давления, порядка 1,5 кгс/с.и2, толщина отдельных листов в пакете может быть увеличена до 20 мм, а общая толщина пакета—до 80—120 мм. При этом производительность рез­ки возрастает в 1,2—5 раза. По окончании резки поверх­ность металла очищают стальной щеткой от окалины и остатков шлака. Наплывы, образующиеся на нижней кром­ке металла, срубают зубилом. Применяют также машинную пакетную одно-и многорезаковую резку заготовок (рис. 115). Резка стали большой толщины с примене­нием кислорода низкого давления. Поверх­ность слитка очищают вдоль линии реза от песка, пригаров и окалины. Слиток укладывают так, чтобы высота свободного пространства под местом реза составляла 300—500 мм. Это обеспечивает свободное стекание шлака и не создает противодавление кислородной струе. Количество опор долж­но предотвращать провисание и падение отрезанной части. Характер подогревающего пламени существенно влияет на протекание процесса. При резке больших толщин пламя должно иметь заметный избыток ацетилена, так как в этом случае его длина увеличивается и выделение тепла по длине факела становится более равномерным, что способствует прорезанию металла по всей толщине. Хорошие результаты при резке больших толщин дает применение водорода, так как во дородно-кислородное пламя имеет большую длину, чем ацетилено-кислородной. Для плавного (без рывков) пе­ремещения резака при резке болванок с неровной опорной поверхностью целесообразно вдоль линии реза уложить две полосы толщиной 5—8 мм и по ним перемещать тележку ре­зака. Для защити резчика от тепла и брызг шлака рабочее место ограждают асбестовыми или стальными щитами.

Торец металла в плоскости реза нужно хорошо подогреть пламенем резака особенно в нижней части, для чего в нача­ле резки выдвигают мундштук примерно на 1/3 диаметра пламени вперед по отношению к верхней кромке реза. При пуске режущей струи кислорода мундштук несколько откло­няют в направлении резки, что способствует «врезанию» струн кислорода в металл и предупреждает образова­ние «порога», ниже ко­торого горение стали прекращается. Одно­временно с пуском ре­жущего кислорода на­чинают перемещать ре­зак по линии реза. В начале резки скорость перемещения резака должна составлять не более 50—70% скорости данной толщины. Для пуска режущей струи кислорода вентиль открывают медленно, по мере врезания в металл. Положение мундштука в начале и конце процесса резки стали большой толщины показано на рис. 116, а, б.

Рис. 116. Положение мундштука и режущей струи кислорода при резке стали больших толщин.   

Поверхностная резка (строжка) производится при наклоне режущей струи кислорода к поверхности металла под углом от 15 до 40 град. Глубина канавка уве­личивается при увеличении угла наклона мундштука, повы­шении давления кислорода и уменьшении скорости переме­щения мундштука. Ширила канавки определяется диамет­ром режущей струи кислорода. Скорость поверхностной резки лежит в пределах 1 — 6 м/мин. При изменении чистоты кислорода на 1 % скорость резки соответственно изменяет­ся, примерно, на 15%, Одним резаком можно удалять ме­талл в количестве до 5 кг\мин. При необходимости вырезки глубоких канавок резку ведут в два- три прохода. Режимы поверхностной резки приведены в табл. 33.

Таблица 33 Режимы поверхностной резки металла


В этом случае применяют многосопловые мундштуки с диаметром каждого сопла от 1,8 до 3 мм (в зависимости от расхода смеси при указанной выше скорости ее истечения).

Скоростная резка (рис. 117). Сущность этого спосо­ба состоят в том, что струя режущего кислорода направлена к поверхности разрезаемого металла под некоторым углом о. который в зависимости от толщины металла берется равным от 30 до 60°. В этом случае более полно используется весь кислород режущей струи, которая прорезает сразу большой участок длины реза. Это позволяет значительно повысить скорость перемещения резака относительно металла, те скорость резки. Для получения чистой кромки реза одновре­менно из мундштука выте­кает три струи кислорода: центральная — режущая м две боковые — зачища­ющие. Подогревающее пламя направлено на ост­рую кромку верхней по­верхности металла, что ус­коряет процесс подогре­ва металла до температу­ры горения. Способ позво­ляет резать сталь толщи­ной от 3 до 50 мм со скоростями в 1,5 — 3 раза вы­ше обычных. Скорости резки и расход кислорода приведены в табл. 34.

Рис. 117. Положение мундштука при скоростной резке

Таблица 34 Расход кислорода при скоростной резке

Резку производят на переносных режущих машинах, имеющих соответствующие скорости перемещений, или с помощью тележек XTT-1-58, применяемых для крепления резака при машинной плазменно-дуговой резке и имеющих пределы регулирования скорости от 118 до 8000 мм/мин.

Pиc. 118. Столы для укладки листов при резке на реза­тельных машинах

Рис. 119. Установка стола к машине СГУ-1-58М

Машинная разделительная резка. Для уклад­ки листов машинной резке применяют передвижные или стационарные столы из швеллеров, на которых установлены конические штыри, являющиеся опорами для разрезаемого листа (рис. 118, а). Для механизации уборки шлака на заводе металлоконструкций применяют стеллаж, показанный на рис. 118 б. Стеллаж состоит из рамы 1, двух съемных решеток 2, чугунных призм 3, двух поддонов-контейнеров 4 и отбойного листа 5. Разрезаемый лист укладывается на призмы. Выдуваемый при резке шлак падает в поддон-контейнер. При этом поток горячих газов не направ­лен в сторону рабочего места, что улучшает условия труда

Для очистки поддонов-контейнеров со стеллажа снима­ются краном решетки с лежащими на них призмами; затем клапаном вынимаются контейнеры и шлак высыпается в сбор­ники для отходов производства. Установка стола с поддоном-контейнером по отношению к машине показана на рисунке 119.

Перед резкой лист необходимо подвергнуть правке, если нужно вырезать детали с точными размерами. Детали, вырезанные из исправленного листа, могут при последующей правке изменять свои размеры. Лист так же, как и пло­скость копира, должен быть расположен строго горизонтально.

Пространство под листом должно иметь высоту не менее 0,5 S+100 мм( где S— толщина листа, мм), так как иначе вытекающая струя и шлаки, отражаясь от поверхно­сти поли или поддона, могут испортить поверхность peза.

Пробивку отверстия для начала резки следует делать ручным резаком во избежание забивки брызгами жидкого металла или шлака каналов мундштука машинного резака.

Точность и качество реза. Точность характери­зуется отклонениями линии реза от заданной, а также от­клонением плоскости реза от заданного угла (по отношению к поверхности листа). Качество резки характеризуется чи­стотой (гладкостью) поверхности реза, степенью оплавле­ния 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).

Отклонение линии реза от заданной вызывается смеще­нием оси резака или деформацией листа  при резке. Наибольшее отклонение получается при ручной резке,

Отклонение поверхности реза от заданной при изменении угла наклона резака к поверхности листа.

Гладкость поверхности реза определяется количеством и глубиной бороздок, оставляемых режущей струей кислорода. Бороздки обычно имеют криволинейное очертание, обус­ловленное отставанием режущей струи кислорода. Отстала, ниже режущей струи обычно вызвано запаздыванием окисле­ния железа в нижних слоях металла вследствие: большей загрязненности режущей струи в нижних слоях инертными примесями — аргоном, азотом и продуктами сгорания; не­возможности непосредственного подогрева пламенем метал­ла на нижней кромке; снижения скорости и расширения режущей струи кислорода, Величина отставания возрастает при увеличении толщины металла и скорости резки или при по]жжении чистоты применяемого кислорода.

Если отставание настолько велико, что приводит к несоответствию очертаний детали на верхней и нижней кромка реза, то уменьшают скорость резки. Применение ступенчато-цилиндрических  расширяющих сопел, обеспечивающих цилиндрическую форму струи на большей длине, а также резка кислородом низкого давления, когда не происходит сильного расширения струн, существенно уменьшают отста­вание. При прямолинейной резке с нормальной скоростью соплами ступенчато-цилиндрической формы отставание составляет:

Глубина бороздок зависит от давления кислорода, скоро­сти перемещения резака и вида горючего. При резке на при­родном газе поверхность реза получается бег оплавлений, более ровная, чем при резке на ацетилене.

Причинами неровной поверхности реза могут быть также колебания резака при резке или неравномерная скорость его передвижения.

Оплавление верхних кромок зависит от мощности подо­гревающего пламени и скорости резки. Чем больше мощ­ность пламени и ниже скорость, тем значительнее оплавле­ние. Особенно большое значение для чистоты поверхности реза имеет концентрация кислорода. Для получения особен­но гладкой поверхности реза рекомендуется применять кислород не ниже 99%.

Для оценки качества поверхности реза можно пользовать­ся графиками (рис. 120). В основу оценки качества этим способом положены следующие показатели: величи­на отставания п, шероховатость поверхности и, глубина бо­роздок Л, радиус закругления верхней кромки г. Под шеро­ховатостью и понимается отклонение точки от плоскости реза. Каждый показатель имеет следующую классифика­цию: по качеству: 

1 А - оптимальное качество

1 В  - очень хорошее качество

2А - хорошее качество

2В - среднее качество

Рис 120.  Графики для оценки качества поверхности реза в зави­симости от толщины разрезаемого металла по пока­зателям:

Цифры 1 и 2 без буквенных индексов обозначают, что к качеству реза особых требований не предъявляется. В практике применяют также оценку качества резки по пяти классам, исходя из величины отставания (табл. 35).

Таблица 35. Классы качества резки в зависимости от отставания  

Деформация металла при резке. Вследствие неравномерного нагрева металла при резке происходят де­формации листа, а иногда и детали. Деформация может вызывать искажение формы детали и отклонение ее разме­ров от заданных. На рис. 121, а показана деформация отре­занной части листа при вырезке заготовки. Площадь заго­товки заштрихована. Для уменьшения отклонения вначале режут не по прямой, а по зигзагообразной линии (рис. 121, б), При вырезке детали в замкнутом контуре после прохожде­ния резака ее закрепляют клиньями в точках 1, 2, 3 и 4 (рис. 121, в).

Для уменьшения деформаций необходимо:

жестко закреплять вырезаемые детали в приспособле­ниях с помощью упоров, шпилек, струбцин, эксцентриковых или пневматических зажимов, клиньев и пр.;

оставлять перемычки (непрорезанные участки) между соседними частями листа, из которых вырезаются детали;

резать крупногабаритные детали одновременно несколь­кими машинами;

резать мелкие детали не из целого листа, а из предвари­тельно нарезанных прямоугольных заготовок (карт);

резать отдельные участки контура детали в такой после­довательности, при которой деформации действовали бы в противоположных направлениях и по возможности взаимно уничтожались.

В качестве примера на рис. 121. г показана последова­тельность (обозначена цифрами) резки листа на полосы одним резаком, при котором взаимные тепловые деформа­ции уравновешиваются и деформация металла уменьшает­ся. На рис 121, д показана машинная резка листа на полосы одновременно двумя резаками, при которой средняя полоса получает наименьшие деформации. На рис. 121, е показан раскрой листа для получения различных деталей с наименьшими деформациями; для уменьшения деформаций резка ведется с оставлением перемычек, показанных на схеме чер­ными точками. Перемычки разрезают по окончании резки всего листа, Римскими цифрами показана последователь­ность резки, арабскими—детали, буквами—-линии реза. При скосе кромок под сварку машинную резку можно производить одновременно двумя резаками (при V образном) или тремя (при Х образном) резаками, как это показа­но на рис. 122.

Рис. 121. Деформации и способы их уменьшения при вы-резке деталей замкнутого контура

Резка металла без грата. При резке тонколистовой али налом и средней толщины с относительно высокими скоростями на нижних кромках реза приваривается некоторое количество грата, состоящего из разрезаемого металла и его окислов, удаление которого занимает от 20 до 70% Времени, затрачиваемого непосредственно на резку. Это снижает экономичность резки и затрудняет ее механизацию. 

Рис. 122. Снос кромок несколькими резаками одновременно.

Условия образования грата и способы уменьшения гратообразования при резке низкоуглеродистой листовой стали толщиной 3 — 100 мм исследованы С. Г. Гузовым и Г. А. Кравецким. По данным исследований получение резои без грата возможно при следующих условиях:

максимально полном окислении металла и переходе его в шлак благодаря применению кислорода высокой чистоты, резки с минимальной скоростью для данной толщины ме­талл й и минимальной мощностью подогревающего пламе­ни, увеличению расхода режущего кислорода;

выборе такого направления струи режущего кислорода, при котором шлак не затекает назад на кромки уже вы­полненного реза. Это может быть достигнуто применением резака с угловой головкой или наклоном головки так, чтобы угол атаки режущей струи кислорода составлял 30—50 градусов (рис. 123, а). Другим способом является резка с относитель­но малыми скоростями, при которых отстаивание линий реза близко к нулевому, что наиболее характер ни для тол-шин более 12 мм (рис. 123, в). На рис. 123, б показано за­текание грата при слишком большой скорости резки.

Рис. 123. Способы резки без грата.

применении резки наклонным к вертикальной плоскости резаком в сторону изделия под углом 2—3°. В этом случае скорость резки может быть повышена, так как грат оста­ется на нижней кромке металла, идущего в отход (рис. 123, г);

увеличении давления струи режущего кислорода, что способствует более полному выдуванию шлака из разреза при резке стали толщиной свыше 12 мм. Это достигается повышением давления режущего кислорода;

использовании вместо ацетилена других горючих: керо­сина, водорода, природного газа и др.;

наличии на нижней поверхности разрезаемого листа изолирующего слоя, препятствующего привариванию грата (ржавчины или обмазки из жидкого стекла слоем 1,5 - 1,7 мм)

Разметка металла для резки производится с помощью измерителях инструментов н шаблонов.

Рис. 124. Схема оптической разметки.

Рис. 125. Припер рацио­нального раскроя листа (стрелками показано на­правление резов)

Точность и способы разметки зависят от вида резки (раз­делочная, заготовительная под сборку и сварку). При раз­метке листового материала на судостроительных заводах, в машиностроении при изготовлении резервуаров, турбин, мостовых ферм, а также заготовке деталей для строитель­ных конструкций находит применение оптическая разметка с помощью специальных приспособлений, с использовани­ем фото-негативов, на которых сняты очертания деталей в масштабе 1:100; 1:20; 1:10; 1 :5 и 1 : 2,5 Изображение с негатива проецируется па лист металла и обкернивается (рис. 124). Оптический способ облегчает разметку, повы­шает производительность труда и точность при разметке, дает экономию металла.

При разметке необходимо стремиться максимально ис­пользовать обрабатываемый лист металла н снизить отхо­ды за счет наиболее рационального размещения на нем вы­резаемых деталей. Один из примеров целесообразного рас­кроя листа при вырезке легален корпуса судна приведен на рис. 125. Здесь одинаковые по форме и размерам де­тали расположены так, что вырезаются за один проход резака. В данном примере при резке двух листов общая длина резов сокращается на 45 м, экономия времени рез­ки составляет 47 мин, экономия кислорода 2 м3, ацетиле­на 0,6 м3, листового металла 2 м3. Уменьшаются деформа­ции и повышается точность резки.

Разметка металла под резку является важной подгото­вительной операцией и требует тщательного продумывания и разработки всего процесса резки, соответствующих рас­четов и проектирования шаблонов. Поэтому па крупных заводах разметке уделяется большое внимание и ею зани­маются специальные лица в технологических отделах и бюро.