Газокислородная резка

На сегодняшний день газокислородная резка является, пожалуй, самым популярным видом резки металла за счет высокой производительности. Она обеспечивается, благодаря совершенно иному принципу действия, который заключается в горении металла. Перед этим обязателен предварительный подогрев места резки до температуры воспламенения, который производится подогревательным пламенем резака без подвода режущего кислорода. В зависимости от толщины металла и состояния его поверхности, время начального подогрева колеблется от 5 до 40 секунд. По достижении достаточного нагрева подают кислород, и когда его струя прорежет всю толщину металла, начинают равномерное перемещение резака по линии реза. Металл сгорает в струе кислорода, а образовавшиеся оксиды выдуваются из участка разреза. Данный тип резки носит название – разделительная газовая резка металлопроката. Он предназначен для раскроя листов металлопроката, разделки кромок под сварку, вырезки заготовок различной формы и других работ, связанных с разрезанием металла на части.

При этом срез сопла должен все время находиться от поверхности детали на одинаковом расстоянии, которое подбирается опытным путем. Максимальная толщина газокислородной резки металла составляет 200 мм.

Резка газом может применяться и для разделки канавок, удаления поверхностного слоя металла и устранения поверхностных дефектов. В этом случае газовая резка называется поверхностной.

Кислородную резку производят резаком – специальной сварочной горелкой с дополнительным устройством для подвода кислорода. Важное промышленное значение имеет резка газом, дающая возможность резать металлы различной толщины не только по прямой линии, но и по любому контуру. В ряде производств кислородная резка является одним из основных элементов технологического процесса изготовления металлических изделий.

В зависимости от формы реза кислородная резка бывает:

• резка прямым резом;

• вырезка фланцев и других простых деталей с прямолинейными, круговыми или произвольными контурами (диаметр вырезаемых кругов – 300-3000 мм).

Кислородная резка газом рекомендуется для того, чтобы резать листовой, сортовой и трубныйметаллопрокат:

Труба	D 77 - 820 мм
Уголок	75 - 250 мм
Швеллер	8 - 40 см
Полоса	20-100 х 3-10 мм
Арматура	D 10 - 80 мм
Круг	D 6 - 270 мм
Шестигранник	D 6 - 100 мм
Квадрат	6 - 200 мм

Газовой резке поддаются только те металлы, которые удовлетворяютследующим главным требованиям.

1. Температура плавления металла должна быть больше температуры воспламенения его в кислороде. В противном случае металл будет только плавиться, но не будет сгорать. Например, низкоуглеродистая сталь имеет температуру воспламенения в кислороде 1300-1350°С, а температуру плавления – около 1500°С. Однако повышение количества углерода в стали будет сопровождаться увеличением температуры воспламенения в кислороде и уменьшением температуры плавления. В связи с этим газовая резка стали с повышенным содержанием углерода и примесей становится проблематичной.

2. Температура плавления металла должна быть выше температуры плавления оксидов. Данное требование необходимо для того, чтобы образующиеся при резке оксиды легко выдувались кислородом и не мешали дальнейшему окислению и резке. Например, при резке алюминия образуются оксиды с температурой плавления приблизительно 2050°С, а при резке хромистых сталей – оксиды с температурой плавления около 2000°С. Совершенно очевидно, что эти оксиды покрывают поверхность металла и прекращают тем самым дальнейший процесс резки.

3. Теплопроводность металла должна быть как можно меньшей, ибо при большой теплопроводности сообщаемая металлу теплота быстро уходит из зоны резки и подогреть такой металл до температуры воспламенения будет трудно.

4. Количество выделяющейся при сгорании металла теплоты должно быть достаточно большим, так как эта теплота нагревает пограничные с зоной резки участки металла и тем самым обеспечивает непрерывность процесса резки. Так,например, при резке низкоуглеродистой стали 65-70% суммарного количества теплоты выделяется от сгорания металла в струе кислорода, остальные 30-35% составляет теплота от подогревающего пламени резака.

5. Возникшие при резке газом шлаки должны быть достаточно текучими и без труда выдуваться из разреза. Вязкие и тугоплавкие шлаки будут серьезно затруднять процесс резки. Перед началом резки нужно тщательно очистить поверхность разрезаемого металла от ржавчины, окалины, грязи и краски. Для их удаления необходимо медленно провести пламенем резака по поверхности металла вдоль предполагаемой линии разреза. При этом окалина отстает от металла, а краска и масло выгорают. После этого следует зачистить металлическую поверхность щеткой.

Необходимо заметить, что разные металлы в разной степени подвергаются кислородной резке газом. Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,3% режутся газом очень хорошо, тогда как среднеуглеродистые стали (с количеством углерода не выше 0,7%) режутся газом несколько хуже. Высокоуглеродистые стали режутся газом с большим трудом, а при содержании углерода свыше 1% резка газом неосуществима без добавки специальных флюсов. Высоколегированные стали газокислородной сварке не поддаются, для их резки нужно использовать плазменно-дуговую или кислородно-флюсовую резку, которой можно разрезать еще медь, латунь, бронзу. Для разделки алюминия и его сплавов применима плазменно-дуговая резка. Таким образом, после характеристики разрезаемости следует изучить особенности технологии резки разных металлов в зависимости от их толщины, вида разрезаемого профиля, химического состава и деформируемости в результате высокотемпературного воздействия.

Преимущества газовой резки:

• возможность реза любого стального металлопроката толщиной до 80 мм за исключением нержавеющего проката;

• возможность осуществления реза любой сложности;

• возможность проводить поверхностную обработку металла кроме непосредственно основной разделительной резки;

• широкий ассортимент и диапазон толщин металлопроката;

• относительно быстро и универсально;

• возможность одновременной резки большого количества сортового проката, за исключением швеллера и балки;

Недостатки резки газом:

• невозможность резки кругов и квадрата сплошного сечения свыше 100 мм;

• возможна резка только углеродистых сталей;

• худшее, по сравнению с другими способами, качество резанной кромки (бывает обгорелая кромка, окалина, неровные края, коробление металла), что требует дополнительной механической обработки;

• при резке металла толщиной более 30 мм может быть достаточно широкая линия реза – 3 мм;

• низкая точность резки, отклонения до 8 мм;

• значительная зона термического воздействия;

• при резке сгорает от 4 до 10 мм металла, в зависимости от толщины разрезаемого проката;

• сгорает 3-4 мм при толщине прорезаемого металла до 6 мм;

• сгорает около 5 мм при толщине прорезаемого металла от 8 мм до 12 мм;

• сгорает до 6 мм при толщине прорезаемого металла от 14 мм до 25 мм;

• сгорает от 5 мм до 7 мм при толщине прорезаемого металла свыше 30 мм и до 60 мм.

Плазменная резка

Практически все недостатки газокислородной резки можно исключить при использовании плазмы. Первые станки для плазменной резки металла появились где-то в 50-60 годах прошлого века. Данное оборудование было настолько громоздким и дорогостоящим, что приобреталось в основном только машиностроительными гигантами. В конце прошлого века плазменная резка металла стала более доступной и сейчас распространена повсеместно. Плазменная резка металла производится за счет интенсивного расплавления металла вдоль линии реза теплом сжатой электрической дуги и последующего удаления жидкого металла высокоскоростным плазменным потоком. По своей сути плазма - это полностью или частично ионизированный газ, обладающий температурой 15 000 – 20 000°С. Соответственно, нетрудно догадаться, что производительность плазменной резки будет в разы больше газокислородной, температура которой достигает всего 1 800°С.

На сегодняшний день плазменная резка является самым действенным способом раскроя металла, имеющим ряд особенностей, делающих ее лидером в области металлообработки. Так, процесс резки металла плазмой не требует заправки газовых баллонов и их доставки, присадок для резки ценных металлов или особого соблюдения мер пожарной безопасности. Для плазменной резки необходимы только электроэнергия и воздух, а в качестве расходных материалов - сопла и электроды, поэтому данный вид является одним из самых экономичных способов.

Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:

• алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;

• меди толщиной до 80 мм;

• легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;

• чугуна толщиной до 90 мм.

При толщине металла от 120 до 200 мм обработка плазмой возможна, однако выгоднее в данном случае использовать газокислородную резку. В процессе раскроя металла крайне важны такие характеристики, как толщина и теплопроводность. Соответственно, при подборе оборудования необходимо учитывать простой факт: чем выше теплопроводность разрезаемого металла, тем больше теплоотвод и меньше возможная толщина обрабатываемого листа, К примеру, толщина листа меди должна быть меньше, чем листа из нержавейки.

Однако данный метод имеет и ряд недостатков. В первую очередь метод плазменной резки – термический, что неизбежно влияет на качество кромок металла: происходит частичная потеря материала, кромка приобретает большую твердость, а последующая обработка требует дополнительных затрат. Однако качество кромок, образующихся при плазменной резке, значительно лучше, чем при газокислородной: окалина отсутствует, а ширина зоны с цветами побежалости в пять раз меньше.

Плазменно-дуговуюрезку целесообразно применять:

• При изготовлении из листов деталей с фигурными контурами.

• Изготовление деталей с прямолинейными контурами, не требующих механической обработки.

• Вырезки проёмов и отверстий в металлах.

• Резке полос, прутков, труб и профилей и придания их торцам нужной формы.

• Обработке кромок поковок и подготовке их под сварку.

• Вырезке заготовок для механической обработки, штамповки и сварки.

• Обработке литья.

По сравнению с кислородной плазменно-дуговая резка имеет следующие преимущества:

• Возможность резки на одном и том же оборудовании любых материалов.

• Высокая скорость резки металлов небольших толщин (до 20 мм).

• Использование недорогих и недефицитных газов и отсутствие потребления горючих газов (углеводородов).

• Малые тепловые деформации вырезаемых деталей.

• Относительная простота автоматизации процесса резки, определяемого в основном электрическими параметрами.

Недостатками плазменно-дуговой резки являются:

• Более сложное и дорогое оборудование, включающее источник питания и систему регулирования дуги.

• Более сложное обслуживание.

• Необходимость применения охлаждения горелки.

• Необходимость более высокой квалификации резчика.

Лазерная резка

Это один из передовых методов, заключающийся в интенсивном воздействии лазерного луча на металл.

Преимуществ у этого метода масса: самая маленькая ширина реза, которая может достигать всего 0,1 мм, высокая производительность, прекрасное качество поверхности, отсутствие динамических или статических напряжений, воздействующих на металл, благодаря четко направленному световому потоку лазера в зону резания. Полученные края металлоизделий ровные, без заусенцев, однако на срезе может быть виден след от воздействия высоких температур. Еслиизготавливается «ответственная» деталь, то без дополнительной механообработки не обойтись.

Лазерный луч позволяет разрезать металлы толщиной до 15-20 мм, хотя наибольший эффект достигается при толщине 6 мм.

График выбора оптимального способа резки металла

Существенным недостатком лазерной резки является низкий КПД самого лазера (всего 15%), что не позволяет обрабатывать листы толще 12 мм. К тому же не все металлы можно резать лазером: алюминий, титан и высоколегированные стали обладают сильными отражательными свойствами, и мощности лазера попросту может не хватить для всей толщины металла.

Плюсы резки лазером:

Режутся любые сплавы и металлы. Производительность быстрая.

Механического воздействия нет – нет и деформации, даже минимальной. Край реза дальнейшей обработки не требует. Резать можно по любой траектории.

Для процедуры лазерной резки надо лишь в компьютер загрузить чертеж (подойдет любой векторный формат).

 

 

7. Гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка – это самая инновационная и прогрессивная технология резки металла. Сила струи воды, выходящей из сопла под огромным давлением, действительно поражает воображение: она способна резать до 300 мм стали.

Сердце системы водоструйной резки– насос сверхвысокого давления. Сейчас существуют экспериментальные модели станков с давлением воды 6 000 бар. Проходя через рубиновое, сапфировое или алмазное сопло шириной всего 0,1 мм, вода ускоряется до трехкратной скорости звука и образуется тонкая сфокусированная струя, которая может обрабатывать практически все типы материалов.

Скорость гидроабразивной резки очень велика: например, при резке листа из нержавеющей стали толщиной 100 мм она доходит до 22 мм/мин, а при толщине в 1 мм – 2 700 мм/мин. При резке стекла скорость может составлять до 11 000 мм/мин. При резке мягких материалов используется чистая струя воды, а за счет перемешивания в качестве абразива гранатового песка можно производить резку материалов любой твердости.

Важнейшим преимуществом технологии водоструйной резки перед другими видами обработки является отсутствие нагрева разрезаемых заготовок, т.е. отсутствие термического воздействия на материал, что исключает напряжения и деформации обрабатываемого материала. Результатом являются резы поразительно высокого качества, не требующие последующей дорогостоящей обработки.

Некоторые материалы не могут быть разрезаны лазером из-за отражения, а в случае плазменной резки – когда материал не является токопроводящим. В этом плане гидроабразивная резка является универсальным методом, однако она предполагает намокание детали, что может быть критично для металлов, подверженных коррозии.

Технология резки водой имеет еще одно неоспоримое преимущество – тонкая, как волос, струя, создает существенно меньшие потери материала по сравнению с традиционными процессами.

Огромным недостатком метода гидроабразивной резки металла можно назвать крайне высокую стоимость резки: один час работы на подобной установке обойдется вам примерно в 1 500 рублей. К тому же рабочие детали очень быстро изнашиваются из-за высокого давления и требуют постоянного контроля и ремонта. В общем, если вы решили приобрести станок гидроабразивной резки, будьте готовы к постоянным высоким расходам.

 

ОБРАБОТКА КРОМОК

Обработка кромок и торцов деталей производится строганием и фрезерованием в целях получения размеров деталей с минимальными отклонениями от проектных, удаления неровностей и шероховатостей, превы­шающих 1 мм после кислородной резки, удаления зон наклепа после механической резки на ножах, разделки кромок деталей под сварку.

Строгание деталей на заводах металлоконструкций производят на кромкострогальных, продольно- и поперечно-строгальных станках. Детали, под­лежащие строганию, должны иметь припуск, равный 30% толщины листовой стали, но не более 10 и не менее 3 мм. На кромкострогальных станках строгают кромки листовой стали пакетом максимальной толщины до 200 мм и длиной от 6 до 16 м, а также разделывают кромки как по одному листу, так и пакетом.

На продольно-строгальных станках строгают кромки и торцы деталей, а также разделывают кромки листовой стали под сварку с максимальными размерами обрабатываемых деталей.

Фрезерование деталей производят на торцефрезерных и продольно-фрезерных станках.

Торцефрезерные станки предназначены для обработки кромок и плоскостей деталей, торцов деталей из профильного проката, сварных двутавровых стержней и опорных плоскостей конструкций. Наибольшее распространение на заводах металлоконструкций имеют одностоечные торцефрезерные станки.

Продольно-фрезерные станки на заводах металлоконструкций используются главным образом для фрезерования поверхностей листовой стали или конструкций размером.