Газовая резка нержавеющей стали

РЕФЕРАТ

на тему:

«Газовая резка нержавеющей стали»

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Нержавеющими называются стали, обладающие высокими механическими свойствами, окалиностойкостью, жаропрочностью, стойкостью против атмосферной, жидкостной и газовой коррозии. Эти свойства обусловлены химическим составом сталей, способом их производства и обработки.

Особые свойства, получаемые в результате изменения химического состава стали, зависят прежде всего от количества содержащегося в ней определенного легирующего элемента. Например, хром при содержании свыше 5% повышает прочность и теплоустойчивость стали, а при содержании свыше 12% придает ей антикоррозионные свойства. Никель при содержании свыше 8% в сочетании с 18% хрома повышает пластичность стали и придает ей немагнитность; 1,5--2,5% кремния значительно увеличивают жаростойкость; марганец увеличивает прочность стали и т. п.

Стали одинакового состава, но выплавленные различными способами (в электрических дуговых, высокочастотных и вакуумных печах), также различаются по свойствам.

Особые свойства нержавеющим сталям придают различной обработкой после выплавки. После выплавки нержавеющие стали имеют крупнозернистую структуру и относительно низкие механические свойства. В результате горячей или холодной прокатки с последующей термической обработкой они приобретают повышенные механические свойства, значительно отличающиеся от свойств литой стали. После ковки возможны снижения некоторых механических свойств, но благодаря уплотнению кованая сталь приобретает особые свойства, выгодно отличающие ее от катаной. На свойства нержавеющих сталей влияют термическая обработка и сварка.

Нержавеющие стали нашли широкое применение во всех отраслях промышленности. В судостроении из нержавеющих сталей изготовляют трубопроводы и арматуру, гребные винты, крыльевые устройства, столы, шнеки, бадьи и противни морозильных установок, детали насосов для морской воды, крышки, патрубки, фланцы и другие летали котельных установок. Из двухслойной стали (углеродистая, облицованная нержавеющей) изготавливают цистерны для питьевой, дистиллированной и пресной воды. В химической промышленности из нержавеющих сталей изготавливают аппаратуру для производства кислот, резервуары для их перевозки и хранения, детали теплообменных аппаратов, фильтров и адсорберов.

В котло- и турбостроении из нержавеющих сталей изготовляют роторы, диски, детали паровых котлов; в угольной, нефтяной и газовой промышленности -- шахтные насосы и аппаратуру. Нержавеющие стали и сплавы широко используются в авиастроении в качестве конструкционного материала. Расширяются масштабы применения нержавеющих сталей для медицинского инструмента, аппаратуры, оборудования текстильной и пищевой промышленности (аппаратура для переработки молока, рыбы, овощей и фруктов, пищеварные котлы, узлы холодильных камер и т. п.).

Чтобы правильно выбрать сварочные материалы и разработать технологию сварки, понять требования, предъявляемые к технике выполнения сварки, выявить причины возникновения дефектов в швах, необходимо изучить свойства нержавеющих сталей, их строение, знать влияние легирующих элементов и обработки на эти свойства, изучить поведение этих сталей при обычных и высоких температурах, т. е. необходимо знать основы металловедения.

РЕЗКА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Применяют следующие виды резки нержавеющей стали: дуговую электрическую: газо-дуговую, кислородно-флюсовую и газоэлектрическую.

В данном реферате рассматриваются способы газовой резки нержавеющей стали. Итак рассмотрим.

ГАЗО-ДУГОВАЯ РЕЗКА

За последние годы широкое распространение получили способы газо-дуговой резки: воздушно-дуговая, плазменно-дуговая и плазменная. Они применяются для резки многих металлов и сплавов. В ряде случаев находит также применение кислородно-дуговая резка стали. Способы газо-дуговой резки используют сейчас на многих предприятиях, что дает большую экономию в народном хозяйстве. Ведутся работы по механизации и автоматизации газо-дуговой резки.

При воздушно-дуговой разделительной резке и строжке металл расплавляется теплом электрической дуги и удаляется из полости реза потоком сжатого воздуха. Этим она отличается от дуговой резки металлическим электродом. Воздушно-дуговая резка может выполняться металлическим и угольным (графитовым) электродом, причем последний распространен больше. Электрод крепится в специальном электрододержателе, снабженном трубкой, по которой в зону расплавления подается струя воздуха. Иногда трубку с воздухом подводят к концу электрода сбоку.

Воздушно-дуговую резку применяют при разрезании листов, труб, проката, при разделке кромок, удалении дефектных швов, разделке трещин, выплавлении корня шва.

Ширина реза зависит от диаметра электрода, поэтому стремятся выбирать наименьший диаметр. Однако производительность резки электродом малых диаметров заметно снижается.

Разделку кромок и выплавку канавок производят электродами больших диаметров. Глубокие канавки выполняют за несколько проходов, начиная выплавку электродами больших диаметров и постепенно их уменьшая.

Воздушно-дуговую резку и строжку (выплавку), как правило, выполняют вручную. Для питания дуги используют мощные сварочные генераторы постоянного тока с напряжением холостого хода 70--90 в.

Режимы воздушно-дуговой резки приведены в табл. 1.

Таблица 1

Ориентировочные режимы воздушно-дуговой резки стали типа 18-8 угольным электродом

Толщина металла, мм Диаметр электрода, мм Сила тока, а Скорость резки, мм/мин Ширина реза, мм

4--5 6 250 700 7,5

8 350 800 10

6 250 500 7,5

8 8 350 600 10

6 250 350 7,5

10 8 350 400 10

8 350 300 10

12--16 10 450 300 12

8 350 250 12

20--25 10 450 270 12

8 350 150 12

30 12 550 180 15

Для воздушно-дуговой резки используют резаки специальной конструкции. На рис. 1, а показан резак РВД-1-58 конструкции ВНИИАвтогенмаш для поверхностной и разделительной воздушно-дуговой резки. Резак имеет рукоятку 5 с вентилем 4 для подачи сжатого воздуха. Между неподвижной 3 и подвижной 2 губками зажимается угольный электрод 1. В губке 3 имеются два отверстия, чеи ез которые выходит сжатый воздух, подводимый в резак по шлангу через ниппель 6 под давлением 4-- 5 кгс/см2; струя воздуха выдувает расплавленный металл из места разреза. Положение резака при разделительной поверхностной резке показано на рис. 1, б, в, г.

Расстояние от губок до нижнего конца (вылет) электрода не должно превышать 100 мм. Электрод по мере его обгорания выдвигают из губок вниз. Ширина канавки при резке превышает диаметр электрода на 1--3 мм. Поверхность металла в месте разреза получается ровной и гладкой. При резке применяют постоянный ток обратной полярности (плюс на электроде). В качестве электродов применяют угольные электроды, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 10 720--64. Для повышения стойкости угольные электроды покрывают слоем меди толщиной 0,06--0,07 мм (электроды марки ВД).

Для воздушно-дуговой резки может применяться также переменный ток, однако он дает меньшую производительность резки, чем постоянный. Поэтому применение переменного тока, по данным исследований И. С. Шапиро, наиболее целесообразно при выплавке мелких канавок (например, удалении местных дефектов сварных швов); в этих случаях переменный ток повышает эффективность использования стержня электрода по сравнению с постоянным током обратной полярности.

Воздушно-дуговую резку широко используют для поверхностной резки большинства черных и цветных металлов, вырезки дефектных участков сварных швов, срезки заклепок, пробивки отверстий, отрезки прибылей стального литья, выплавки литейных пороков и пр. Этим способом можно резать различные металлы (нержавеющие стали, чугун, латунь и трудноокнелясмые сплавы) толщиной до 20--25 мм. Режимы резки приведены в табл. 2. Режимы поверхностной воздушно-дуговой резки приведены в табл. 3.

Таблица 2

Режимы воздушно - дуговой разделительной резки на постоянном токе обратной полярности

Диаметр угольного электрода, мм Ток, а Давление воздуха, кгс/см2 Ширина реза, мм Толщина металла, мм Затраты на 1 м реза/ Время, ч Воздуха, см3 Электродов, г

4 200-240 5 6 5 0,5 150 16

8 370-390 5,5 10 25 0,07 490 162

12 500-580 6 14 - - - -

Таблица 3

Режимы поверхности воздушно-дугового реза на постоянном токе

Диаметр электрода, мм Ток, а Размер канавки, мм Скорость реза, мм/мин Глубина Ширина Низкоуглеродистой стали Нержавеющей Х18Н9

6 240-290 8-14 8-9 300-500 390-640

8 350-420 12-16 10-11

10 410-500 9-8 12-13

Качество реза и канавок при воздушно-дуговой резке и строжке удовлетворительное. Однако боковые поверхности реза оказываются неровными, покрыты пленкой оплавленного металла и их необходимо подвергать механической обработке. Это особенно важно для ответственных изделий, так как при воздушно-дуговой резке угольным электродом поверхность металла науглероживается и это может привести к понижению стойкости шва против межкристаллитной коррозии.

Плазменно-дуговая резка (этот способ называют также резкой проникающей дугой, что отражает характер дугового разряда, используемого для резки). При плазменно-дуговой * резке (рис. 2) дуга 3 возбуждается между разрезаемым металлом 4 и неплавящимся вольфрамовым электродом ВЛ-15 (с добавлением лантана), расположенным внутри электрически изолированного формирующего наконечника 1. В большинстве случаев применяется дуга постоянного тока прямой полярности. Продуваемый через сопло газ обжимает дугу, обеспечивает в ней интенсивное плазмообразование и придает дуге проникающие свойства. При этом газ разогревается до высоких температур (10 000-- 20000°С), что обеспечивает высокую скорость истечения и сильное механическое действие плазмы на расплавляемый металл, выдуваемый из места реза. В металле 4 образуется полость, по стенкам которой опускается активное пятно 5 дуги. При движении резака в направлении стрелки 2 пятно 5 остается на лобовой стенке реза и вместе со столбом плазменной дуги 3 и факелом 6 плазмы обеспечивает непрерывное проплавление металла по всей толщине и одновременное удаление расплавленного и испаренного металла. На рисунке 3 показана схема комплекта для ручной плазменно-дуговой резки, а на рис. 4 --резак РДМ-1-60.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять: при изготовлении из листов деталей с фигурными контурами; изготовлении деталей с прямолинейными контурами, не требующих механической обработки; вырезки проемов 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 регулирования дуги; более сложное обслуживание; необходимость применения водяного охлаждения горелки и защитных масок со светофильтрами для резчика; необходимость более высокой квалификации резчика.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять при обработке металлов, которые трудно или невозможно резать другими способами, или когда плазменно-дуговая резка оказывается наиболее экономичной, или обеспечивает скорости резки, согласующиеся с принятыми в технологии обработки того или иного изделия. Плазменно-дуговой резкой обрабатывают алюминий и его сплавы; медь и ее сплавы; нержавеющие высоколегированные стали; низкоуглеродистую сталь; чугун магний и его сплавы; титан. Возможность резки металла данной толщины и интенсивность проплавления определяются мощностью дуги, т. е. величиной тока и напряжения. Ориентировочные величины максимальной толщины резки различных металлов в зависимости от напряжения следующие:

Рабочее напряжение, в ...

Толщина разрезаемого металла, мм: алюминия и его сплавов …

сплавов железа, латуни, бронзы ....... меди .......... 70--75

25

20

15 130-150

100

75

50 200-250

300

200

100

Скорость резки регулируется изменением тока дуги (регулированием источника питания). Скорость резки быстро падает с увеличением толщины металла и одновременно увеличивается ширина реза. При ручной резке равномерное ведение процесса обеспечивается при скорости до 2 м/мин.

В качестве источников питания дуги током применяют: сварочные преобразователи ПСО-500 на 500 а, включаемые последовательно 2---3 гит. на одну дугу; сварочные выпрямители ВКС-500-1 по 500 а на кремниевых вентилях ВК-200, включаемые последовательно 2--3 шт. на одну дугу; источник питания плазменной дуги ИПГ-500 на 700 а; выпрямитель ВГД-501 на 500 а для плазменно-дуговой резки и др. В качестве электродов вместо лантаиированного вольфрама ВЛ-15 по ВТУ-ВЛ №24 - 5 - 62 можно применять, при обеспечении надлежащих гигиенических условий, торированный (с добавкой тория) вольфрам ВТ-15. В некоторых резательных устройствах применяют штабики из вольфрама или циркония, медные втулки, графитовые стержни. Последние используют при обдувке дуги активными газами, без газовой защиты электрода. Расход вольфрама при резке в аргоно-водородных смесях составляет 0,01 г/мин, а при резке в смесях азота с содержанием 0,5% кислорода --0,05 г/мин. В качестве плазмообразуюших газов применяют: химически неактивные к металлу газы: чистый аргон состава А по ГОСТ I0I57--62; технический азот 1-го сорта по ГОСТ 9293--59; смеси аргона с водородом техническим 1-го сорта по ГОСТ 3022--45; гелий; аммиак; химически активные к металлу газы: кислород или воздух, часто в смеси с азотом; возможно применение воды (паров).

Водород и азот диссоциируют (расщепляются на атомы) в дуге, а затем атомы их вновь соединяются в молекулы (рекомбинируют) на более холодных частях металла, выделяя при этом большое количество дополнительного тепла. Это способствует более благоприятному распределению тепла по всему объему металла, что имеет особое значение при резке металла больших толщин.

При резке обычно применяют следующие плазмообразующие газы и из смеси

Для резки алюминиевых сплавов целесообразнее применять азотно-водородпые смеси. Резку сплавов толщиной 5--20 Мм рекомендуется производить в азоте, а толщиной 20--100 мм в азото-водородной смеси. Аргоно-водородпые смеси при резке алюминиевых сплавов применяют при необходимости получения особо чистых резов. При ручной резке содержание водорода в аргоно-водородной смеси снижают до 20%, так как при более низком содержании водорода легче поддерживать дугу при колебаниях расстояния между мундштуком и металлом.

При резке нержавеющих сталей до 50 мм толщиной применяют смесь кислорода с азотом, который, протекая вдоль электрода, защищает его от окисления, а также азот и азото-водородную смесь. При скоростной безгратовой резке нержавеющих сталей следует применять смесь кислорода с 20--25% азота.

Нержавеющие стали малой толщины (до 20 мм), кромки которых не требуют высокой стойкости против межкристал-литной коррозии, можно резать в азоте, а нержавеющие стали толщиной 20--50 мм -- в азотно-водородмой смеси. При повышенных требованиях в отношении стойкости кромок к межкристаллитной коррозии нержавеющие стали режут в азотно-водородной смеси. Полученные при этом кромки можно сваривать встык без присадочной проволоки.

Смеси с аргоном при резке нержавеющих сталей применяют реже. При резке латуни в азоте скорость резки выше на 25--30%, чем при резке меди в азоте. Для резки низкоуглеродистых сталей наиболее целесообразно применять кислород пли его смесь с содержанием азота 25--60%, который, протекая вдоль вольфрамового электрода, защищает его от окисления. При необходимости низкоуглеродистые стали можно резать в одном азоте.

Расходы газов при резке даны в табл. 5 -6 и зависят только от рода газа и разрезаемого металла. В пределах до 100 мм толщины металла расход газа в большинстве случаев остается постоянным. В некоторых случаях резки металла малой толщины применяют повышенные расходы газов, что способствует устранению натеков на нижних кромках реза. Для сопел диаметром 3--6 мм расход газа, как правило, не должен быть меньше 1,5--2 м3/ч во избежание возникновения «двойной» дуги, т. е. второй дуги между электродом и мундштуком.

Плазменно-дуговой резкой обычно разрезают нержавеющие и углеродистые стали толщиной до 40 мм} чугун до 90 мм, алюминий и его сплавы до 300 мм, медь и ее сплавы до 80 мм. Для больших толщин указанных металлов (кроме алюминия и его сплавов) этот способ применяется значительно реже, так как экономичнее использовать другие способы резки (кислородную, кислородно-флюсовую).

Плазменно-дуговая резка может производиться вручную и с помощью газорезательных машин. Общая схема установки для ручной плазменно-дуговой резки приведена на рис. 3. Установка включает баллоны с газами, источник постоянного тока, распределительное устройство для управления процессом и резак. Второй провод от источника тока подключают к разрезаемому металлу. На рис. 4 показан внешний вид резака РДМ-1-60 для ручной плазмеино-дуго-вой резки, техническая характеристика которого дана в табл. 5.

Резак снабжен сменными наконечниками и сменными опорными роликами. Дугу возбуждают факелом вспомогательного разряда путем кратковременного замыкания вольфрамового электрода и медного наконечника угольным стержнем зажигалки. Ток вспомогательного разряда ограничивает нихромовая спираль добавочного сопротивления в водоотводящем шланге.

Сменные сопловые вставки заменяются через каждые 2-- 4 ч работы, а резиновые прокладки между наконечниками и головкой -- через 10--12 смен.

Аппаратура для плазменно-дуговой резки выпускается промышленностью по ГОСТ 12 221--66 «Аппаратура для плазменно-дуговой резки. Типы и основные параметры». Краткие технические характеристики некоторых марок этой аппаратуры см. в табл. 5.

Таблица 4.

Плазмообразующие газы и их смеси

Металл Толщина, мм Ток, а Газ (%)

Алюминий и его сплавы до 20 350 Азот (кислорода не более 1)

Те же 20--60 450 Смесь азота (70) и водорода

-//- 20--100 800 Смесь азота (62) и водорода (38)

-//- 4--25 300 Смесь аргона (70) и водорода (30)

-//- 4-80 500 Смесь аргона (65) и водорода (35)

-//- 10--300 700 Смесь водорода (90) и аргона (10) с добавлением в дугу 10 м'*/ч воздуха для ее стабилизации

-//- 5--70 220--500 Азот (кислорода не более 1)

Нержавеющая 10--45 470--520 Смесь кислорода (50--75) и азота (50--25)

сталь типа Х18Н9 5--50 370--430 Смесь азота (50) и водорода (50) или смесь аргона (88) и водорода (12) или смесь аргона (50) и азота (50)

10--300 500--700 Смесь водорода (90) и аргона (10) с добавлением в дугу 10 м3/ч воздуха для ее стабилизации

То же марки Х17Ы13М2Т 8--35 400--450 Смесь азота (50) и воздуха (50)

Медь и ее сплавы

То же 2,5--70

10--200 260--300

600--700 Азот

Водород (90) и аргон (10) с подачей 10 м3/ч воздуха для стабилизации дуги

Низкоуглеродистая сталь 10--40

5--30 300--800

200--500 Смесь кислорода (40--75) и азота (60--25) Азот с применением вихревой стабилизации дуги

Прямолинейную плазменно-дуговую резку удобно производить с помощью тележек ХТТ-1-58, спроектированных для этого процесса и снабженных электроприводом. Скорость передвижения тележки регулируется реостатом (118 - 8000 мм/мин), вес тележки 26 кг. Машинный резак для плазменно-дуговой резки укрепляется на верхней свободной платформе тележки.

Для механизированной резки применяют также газореза-тельные машины АСШ-2 и СГУ-61, переоборудованные для плазменно-дуговой резки. Машина АСШ-2 комплектуется плазменно-дуговым резаком с плавающим суппортом и шкафом управления и автоматики установки УДР-2М. В редукторе ведущей головки однозаходная червячная пара заменяется двухзаходной и к магнитному пальцу диаметром 12 мм дополнительно изготовляют пальцы диаметром 14 и 16 мм. Эти изменения расширяют диапазон скоростей до 2 м/мин9 необходимых при плазменно-дуговой резке.

Для питания электромагнитной катушки машина АСШ-2 комплектуется селеновым выпрямителем ВСА-10. Машина СГУ - 61 также снабжена дополнительными устройствами и узлами, необходимыми для осуществления процесса плазменно-дуговой резки.

При резке на машинах применяют плазменно-дуговые машинные резаки марок УДР, РПД-2-65, АСШ-2 (типа II по ГОСТ 12221--66) и резаки марок РПД-1-64 и Т-12 (типа III по ГОСТ 12221--66). Резаки типа III предназначаются для резки больших толщин: алюминия до 300мм, стали до 200 мм и меди до 100 мм. Применяемый ток у резаков типа III достигает 600--900 а, диаметр вольфрамового электрода -- 5--8 мм.

На рис. 5 показано устройство резака РПД-1-64 для высокопроизводительной машинной резки металлов средней и большой толщины в среде химически неактивных (азот, водород) и активных (кислород, воздух) газов. Резак состоит из двух узлов -- цангового 1 и соплового 3. изолированных друг от друга неэлектропроводной втулкой 7; узлы имеют раздельное водяное охлаждение. В цанговый узел входят водоохлаждаемый корпус 4 с зажатой в нем разрезной цангой 5, крепящей вольфрамовый электрод 2, а также изолированная от корпуса латунная втулка 6 с отверстиями для подачи защитного газа, к которой крепится вспомогательная насадка 9. В сопловой узел входят корпус головки 8 и наконечник 12, укрепляемый к корпусу накидной гайкой 10. В корпусе расположено сменное сопловое кольцо 11 с отверстиями для газового потока. Применение активных газов возможно благодаря защите электрода азотом, подаваемым отдельно через кольцевую полость и отверстие в цанговом корпусе в пространство между электродом 2 и вспомогательной насадкой 9. Рабочий газ поступает через сопловое кольцо 11 в дуговую камеру. При использовании для плазмообразования неактивных газов наружный газ подается вихревым потоком, а при использовании активных газов -- прямоструйным. Резак снабжается сменными цангами для электродов диаметром 5; 6 и 8 мм. Вспомогательная насадка обеспечивает зажигание дуги без применения аргона. Резаком РПД-1-64 можно резать медь и ее сплавы толщиной до 150 мм, нержавеющую сталь -- до 200 мм и алюминий и его сплав -- до 200 мм.. Напряжение дуги; рабочее 200 в, холостого хода 350--500 в. Рабочий ток: при диаметре электрода 5 мм--но 400 а; 6 мм -- 400--600 а, 8 мм-- 600--900 а. Расход азота до 6 м3/ч; водорода до 3 м3/ч, кислорода -- до 5 м3/ч, охлаждающей воды -- 15 л/мин. Вес резака 2,5 кг.

Скорость (м/ч) плазменно-дуговой резки можно определить по формуле:

MKN

W= ---------------

д(0.5 + 0.05д)

где N -- мощность дуги, квт;

К -- коэффициент, учитывающий перегрев металла и энергопотери в дуге;

д -- толщина металла, см;

М -- коэффициент, учитывающий вид металла; он равен для алюминия и его сплавов --5,03; сталей -- 0,95; меди и латуни -- 2,49.

Таблица 5.

Аппаратура для плазменно-дуговой резки

Техническая характеристика Марка аппаратуры

РДМ-60 УДР-2М ЭДР-60 УРПД-64 УГЭР-300 ППД-1-65

Тип по ГОСТ 12 221--66 I II II II I II

Назначение Ручная резка Ручная резка Ручная резка Ручная резка Ручная резка Полуавтоматическая резка**

Толщина резки, мм:

алюминий

медь

легированная сталь 3--25 До 80

» 40

» 70 5--80 2,5--70 5--70 До 60

» 25

» 50 До 30

» 30

» 30

5--80

75--110

Напряжение, в:

рабочее

холостого хода

50--75 90--130

75--120

180

75 - 100

180

75--120

180

120

180

180

Ток,а, при диаметре вставки: 3 мм

4 мм

250--300 400--450

250--300 400--450

500 450 300--400 300--450

Расход. м3/ч:

водорода

аргона

Азота

0,5--1 1,5--2

0,8--1 1,8--2 9

0,9

1,8

2,7

1,5

3

3

0,4

До 1

До 3 (кислорода) До 6

Диаметр вольфрамового электрода, мм

3

3

3--5

3-4

3

5

Вес шкафа автоматики, кг -- 42 60 55 1200* 110

*- Включая силовой трехфазный трансформатор и выпрямитель на кремниевых вентилях

** - Скорость перемещения тележки 40-4000 мм/мин.

По этой формуле получают скорости, близкие к максимальным, что характерно для прямолинейной машинной резки. Для фигурной чистовой резки скорости в 2--3 раза, а для ручной -- в 1,5--2 раза ниже по сравнению с полученными по формуле. Значения коэффициента К приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Значение коэффициента К при плазменно-дуговой резке некоторых металлов и сплавов

Металл, подвергаемый резке Значение К, при использовании плазмообразующих газов

Азот Азот водород Азот-кислород Азот-аргон Аргон- водород Аргон-водород и воздух

Алюминий и егосплавы 0,85 0,6 -- -- 0,75 -

Медь 0,42 -- -- -- 0,2 0,55

Латунь и бронза 0,56 -- -- -- -- --

Нержавеющая сталь 1,4 1,5 3,5 1,5 1,45 1,83

Низкоуглеродистая сталь 1,3 -- 1.7 -- - --

Режимы плазменно-дуговой резки рекомендуется подбирать опытным путем в соответствии с конкретными условиями и требованиями в отношении производительности резки и качества кромок. Для ориентировки в табл. 7 даны некоторые режимы прямолинейной механизированной резки для нержавеющих сталей. Для фигурной и ручной резки режимы должны быть откорректированы с учетом снижения скоростей резки в пределах 30--50% от указанных таблице.

Таблица 7.

Режимы плазменно-дуговой резки нержавеющей стали

Толщина листа, мм Ток, а Напряжение Расход газа, м3/ч Диаметр сопла, мм Ширина реза, мм

Верх

Низ Скорость реза, м/ч

Азот Кислород

В кислородно - азотной смеси

10 500--520 75 1,2--1,5 3,6 --3,4 5 5 - 12

1,5--4 276

20 500--520 75 0,9--1,2 2,7 --3,6 5 5 - 12

1,5 - 4 166

30 500 75 0,75--0,9 2,25--2,7 5 5--12

1,5--4 54

40 480--500 75 0,75--0,9 0,75--0,9 5 5--12

1,5--4 33

В азоте

5 320--330 73--75 2,16--2,28 -- 3 5--12

1,5--4 126--132

10 270--290 83--85 2,04--2,1 -- 3 5--12

1,5-4 63--66

16 260--270 92--93 1,8--1,9 -- 4 5-12

1,5--4 42-43

20 255-260 94--96 1,8--1,9 4 5-- 12

1,5--4 39-36

30 420--425 79 2,4 -- 5 5 - 12

1,5--4 16

В азотно - водородной смеси

10 420 75 Азота

1,5 Водорода

1,5 4 5--12

1 ,5--4 144

20 370 100 1,5 1,5 4 5--12

1, 5-- 4 46

50 400 100 1.5 1,5 4,5 5--12

1,5 - 4 16,8

В аргонно - водородной смеси

5 420 80 Аргона

2,5 Водорода

0,33 4 5 - 8

(средняя) 204

10 400 85 2,5 0,33 4 108

20 400 70 2,5 0,33 4 33

50 450 85 2,5 0,33 4,5 14,5

Плазменная резка. При плазменной резке обрабатываемый материал не включается в электрическую цепь дуги. Острое кинжалообразное пламя дуговой плазмы используют для расплавления обрабатываемого материала, при сварке и резке металлов, в том числе тугоплавких, а также при резке и плавлении неэлектропроводных материалов.

Схема процесса изображена на рис. 6. Постоянный ток источника.?подводится: минус-- к вольфрамовому электроду 4, плюс--к формирующему дугу медному соплу 2, охлаждаемому водой. Возникающая между электродом и соплом дуга 6 под действием потока газа (аргона, гелия, азота, водорода или их смесей), продуваемого через мундштук 5, образует язык плазмы /, проплавляющий разрезаемый материал 7. Установка для резки (рис. 7) состоит из баллона / с рабочим газом, источника постоянного тока 2, распределительного устройства 3 с аппаратурой управления процессом и резака 4.

Наиболее эффективно резка протекает при использовании смеси 80% аргона и 20% азота. При резке нержавеющей стали толщиной 5 мм током 300 а скорость резки достигает 65 м/ч. Резку ведут при минимальном зазоре между мундштуком и металлом, в некоторых случаях даже касаясь торцом мундштука поверхности металла. Рез получается очень узкий, равный вверху диаметру капала сопла.

В нижней части ширина реза меньше, чем в верхней. Дугу возбуждают кратковременным касанием концом электрода кромок сопла, для чего в головке имеется устройство для осевого перемещения электрода вниз. Сначала в мундштук пускают газ, затем опусканием электрода возбуждают дугу. В первоначальное положе ниеэлектрод возвращается под действием пружины. Резка производится ручным способом или механизированным, на резательных машинах, применяемых для плазменно-дуговой резки.

Кислородно-дуговая резка. Кислородно-дуговую резку применяют для углеродистой стали. Металл расплавляется электрической дугой, а струя кислорода служит для сжигания металла и выдувания шлаков из места разреза. В качестве электродов используют стальные трубки наружным диаметром 8 мм, длиной 340--400 мм, изготовляемые протяжкой из стальной полосы. Снаружи трубки-электроды покрывают обмазкой для устойчивости горения дуги. При резке электрод опирают концом о поверхность металла под углом к ней 80--85°, с наклоном в сторону направления резки. Образующийся на конце электрода козырек из обмазки обеспечивает необходимую длину дуги при резке.

Недостатком стальных электродов является их большой расход вследствие быстрого сгорания--за 40--50 сек. Более стойкими являются керамические трубчатые электроды из карбида кремния (карборунда) или карбида бора, покрытые металлической оболочкой и обмазкой. Карборундовый электрод диаметром 12 мм и длиной 300 мм может работать 30--40 мин при токе 300--350 а. Недостатком керамических электродов является их высокая стоимость. Трубчатые электроды можно применять при вырезке отверстий в стали толщиной до 100 мм, резке профильного проката, пакетной резке листов и других работах.

Применяют также последовательно-струйный способ кислородно-дуговой резки стали толщиной до 50 мм. При этом способе к обычному электрододержателю для дуговой сварки присоединяют резательную приставку, с помощью которой подается струя кислорода на металл, расплавленный дугой. При резке мундштук перемещают вслед за электродом. Резка этим способом может производиться на постоянном или переменном токе. Для этого способа резки пригодны электроды любых марок. Можно использовать также углеродистую проволоку любой марки диаметром 5 мм, покрытую обмазкой из 20% мела и 80% каменноугольного шлака. При диаметре проволоки 5 мм ток берут 200 -- 250 а. Качество реза и производительность при этом способе резки примерно такие же, как при ручной ацетилено-кпелородной резке.

КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВАЯ РЕЗКА

При обычной кислородной резке высоколегированная хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей на поверхности реза образуется пленка тугоплавких окислов хрома, имеющих температуру плавления около 2000 0 С и препятствующих дальнейшему окислению металлов в месте реза. Поэтому кислородная резка этих сталей требует применения особых приемов и способов.

До разработки способа кислородно-флюсовой резки нержавеющих сталей пользовались приемами резки, схематически изображенными на рис. 8, основанными на создании вблизи поверхности реза участков металла с высокой температурой нагрева, способствующих расплавлению пленки окислов хрома. Это достигалось введением в разрез дополнительного тепла от сгорания присадки из малоуглеродистой стали. В качестве таковой использовалась стальная полоска, уложенная вдоль линии реза (рис. 8, а), или валик, наплавленный металлическим электродом (рис. 8, б). Выделяющееся при сгорании железа тепло, а также переходящее в шлак железо (полоски или наплавки) и его окислы способствуют разжижению и удалению окислов хрома. Этими способами можно было резать нержавеющую сталь небольшой толщины (10--20 мм), при этом качество реза и.производительность низкие, резка протекает неустойчиво и часто прерывается.

Лучшие результаты получают при непрерывном введении в рез прутка из низкоуглеродистой стали диаметром 10--15 мм (рис. 8, в). При соответствующем навыке этим способом можно выполнять отрезку прибылей отливок толщиной до 400 мм. Существенным недостатком способа является необходимость выполнения резки двумя рабочими: один должен быстро подавать пруток в зону резки, а второй -- вести резку. При резке необходима повышенная мощность подогревающего пламени. Рез получается широким, скорость резки низкая (при толщине 40 мм -- 100 мм/мин, при 80 мм --70 мм/мин и при 200 мм --20 мм/мин), а качество поверхности реза -- плохое.

Лучшие результаты получают при электрокислородной резке нержавеющих сталей трубчатым стальным электродом, по которому проходит струя режущего кислорода. Этим способом можно резать непрерывно сталь толщиной до 10 мм. При резке стали толщиной 10--120 мм электроду придают зигзагообразное движение. Скорость резки при этом равна: при толщине 10 мм -- 400 мм/мин, при 60 мм -- 40 мм/мин, при 120 мм--30 мм/мин. Высокая стоимость трубчатых электродов и значительное оплавление верхней кромки ограничивают применение этого способа.

Более совершенным способом резки высоколегированных нержавеющих сталей является кислородно - флюсовая резка. В качестве флюса применяют, как правило, железный порошок с зернами 0,1--0,2 мм. Сгорая в струе режущего кислорода, железный порошок выделяет дополнительное тепло, которое повышает температуру в месте реза. Вследствие этого тугоплавкие окислы остаются в жидком состоянии и, будучи разбавлены продуктами сгорания железа, дают жидкотекучие шлаки. Резка протекает с нормальной скоростью, а поверхность реза получается чистой.

Состав и область применения флюсов

Марка флюса Состав шихты флюса, %по весу

Железный порошок ГОСТ 9849-61 Феррофосфор марки ФФ по МЧТУ 3074-52 Алюминиевый порошок АПВ по МПТУ 2640-50 Кварцевый песок ГОСТ 4417-48 Металлургическая окалина Область применения флюса

ФХ-4 100 Для разделительной кислородно-флюсовой резки деталей из высокохромистых и хромоникелевых сталей толщиной до 500 мм используемых без дополнительной механической обработки, и для поверхностной кислородно-флюсовой резки

ФХ-5 ФХ-7 70--80 70--80 -- 20--30 20--30 Для разделительной кислородно-флюсовой резки деталей из высокохромистых и хромоникелевых сталей, подвергающихся после резки механической обработке, и для разделки болванок и заготовок в габаритный лом

ФЧ-3 65--70 30--35 -- -- -- Для разделительной кислородно-флюсовой резки чугуна тол щи ной до 300 мм

ФЧ-4 65--75 5--10 20--25 Для разделительной кислородно-флюсовой резки чугуна толщиной до 200 мм и для кислородно-флюсовой надрезки чугуна

ФЦ-3 ФЦ-4 ФЦ-5 70--75 70--80 70--80 10--15 15--20 20--30 5--10 15--20 -- Для разделительной кислородно-флюсовой резки меди, латуни и бронзы

Примечания. 1. Для поверхностной резки хромоникелевых сталей применяют также Флюс из 25--30% алюминиево-магнне вого порошка и 70--75% силикокальция. 2. Железный порошок применяется мелкий, марок ПЖ1М. ПЖ2М, ПЖЗМ и ПЖ4М по ГОСТ 9849--61. Для подачи порошков марок ПЖ'М. ПЖ2М и ПЖЗМ следует применять только азот или сухой сжатый воздух во избежание спекания этих порошков во флюсопроводах. Для подачи порошка ПЖ4М может применяться кислород.

Схема установки УРХС-4 конструкции ВНИИАвтогенмаша для кислородно-флюсовой резки показана на рис. 9. Установка работает по схеме внешней подачи флюса к резаку.

Ацетилен через водяной затвор 14 и кислород из баллона 15 через редуктор 16 поступает в резак 1 по шлангам.

Часть кислорода через тройник // направляется в редуктор 12, оттуда через вентиль 13 поступает в корпус флюсопитателя 10 и штуцер циклонной камеры 6, в которую по каналу 8 поступает порошкообразный флюс из флюсопитателя 10. Струя кислорода, пройдя канал 7, засасывает флюс и подает его по шлангу 5 в резак, где флюс через вентиль 2 и трубку 4 поступает в сопла 3 головки резака и затем засасывается в струю режущего кислорода *. Режущий кислород поступает в резак / по шлангу 9. Ниже приведена техническая характеристика установки УРХС-4.

Техническая характеристика установки УРХС-4

Скорость резки, мм/мин:

прямолинейной............. 270--760

фигурной............... . 170--475

Давление кислорода, кгс/см2........ 5--10

-//- ацетилена, мм вод. cm....... He ниже 300

-//- флюсоподающего кислорода, кгс/см2 0,35--0,45

Расход:

кислорода, м3/ч............ 8--25

флюса, кг/ч.............. 6--9

ацетилена, м3/ч ............ 0,8--1,1

Емкость флюсопитателя, кг ........ 20

С 1967 г. вместо установки УРХС-4 промышленностью выпускается установка УРХС-5 конструкции ВНИИАвтогенмаш, той же технической характеристики и принципа работы, но отличающаяся некоторыми конструктивными особенностями флюсопитателя. Установка УРХС-5 комплектуется резаком РАФ-1-65 и флюсопитателем ФП-1-65.

Для резки нержавеющих сталей толщиной от 200 до 500 мм применяется установка УРХС-6 конструкции ВНИИАвтогенмаш, комплектуемая резаком РАФ-2-65 н флюсопитателем ФП-2-65. По конструкции основных узлов установка УРХС-6 аналогична установке УРХС-5.

В практике на заводах нашли также применение установки УФР-2 конструкции лаборатории сварки МВТУ им. Баумана, работающие по однопроводной системе подачи флюса, с инжекцией его режущим кислородом, а также установки конструкции металлургического завода «Красный Октябрь».

Техника кислородно-флюсовой резки, в основном, такая же, как и обычной резки кислородом малоуглеродистой стали. Резку производят ручными или машинными резаками. Применяют как разделительную, так и поверхностную кислородно-флюсовую резку. В качестве горючего можно использовать также заменители ацетилена -- пропан-бутан, коксовый и природный газы. Режимы кислородно-флюсовой резки нержавеющей стали приведены а табл. 8.

Таблица 8.

Режимы разделительной резки высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей на установке УРХС-5

Толщина стали, мм Скорость резки, мм/мин Расход газов, м3/ч Расход флюса, кг/ч Давление кислорода по манометру в рабочей камере редуктора, кгс/м3 Давление кислорода, азота или воздуха по манометру на флюсопитателе кгс/м3

Прямолинейная Фигурная Кислорода Ацетилена

10 760 475 4-5 0,6--0,7 6--7

20 560 350 6--7 0,7--0,8 6--7

40 400 250 10-11 0,8--0,9 6--9 6--7

60 330 210 14--15 0,9--1,0 8-9 0,1--0,5

100 270 170 21--24 1,0--1,1 6--7

200 230 140 35--38 1,7-1,8 12--18 9--10

При кислородно-флюсовой резке мощность пламени должна быть в два раза больше, а режущее сопло -- на один номер больше по сравнению с резкой без флюса. Это обусловлено затратой дополнительного тепла на плавление флюса и добавочной энергии режущей струи на удаление большего количества шлаков из места разреза.

При резке флюсопитатель устанавливают на расстоянии не более 10 м от места резки. Шланги, по которым подается кислородно-флюсовая смесь, укладывают без резких перегибов во избежание забивания их флюсом. Перед засыпкой флюса в бункер проверяют, есть ли подсос в инжекторе флюсопитателя, а при необходимости -- регулируют подсос вентилем инжектора. После засыпки флюса в бункер продувают флюсонесущий шланг. Затем проверяют устойчивость пламени резака при пуске режущей струи кислорода и наличие нормальной, равномерной подачи флюса в режущую струю.

Предварительно нагревают место начала реза до температуры белого каления, затем открывают на пол-оборота вентиль режущего кислорода и одновременно включают подачу газофлюсовой смеси.

Расстояние между торцом мундштука и поверхностью разрезаемого металла должно составлять 30--50 мм.

Когда расплавленный шлак дойдет до нижней кромки металла, начинают перемещать резак вдоль линии реза, одновременно полностью открывая вентиль режущего кислорода. Резак перемещают равномерно, без задержки, со скоростью, соответствующей толщине разрезаемого металла. При коротких резах резак ведут от себя для лучшего наблюдения за стенанием шлака. При резке следят за равномерным и достаточным поступлением флюса в резак, увеличивая или уменьшая его количество с помощью соответствующего вентиля.

В случае спекания флюса в резаке или шланге быстро перекрывают его подачу, выключают и охлаждают резак, прочищают каналы головки, инжектора и шлангов. При необходимости заменяют новыми соответствующую часть резака или шланг.

При прекращении работы сначала выключают подачу флюса, затем закрывают ацетиленовый, потом кислородный и, наконец, вентиль режущего кислорода на резаке.

При резке нержавеющей стали чугуна и цветных металлов рабочее место резчика должно иметь хорошую местную вентиляцию (отсосы) для удаления выделяющихся пыли, вредных паров и газов. Резку латуни ведут в респираторе (маске).

Для отрезки прибылей отливок из нержавеющей стали толщиной до 1000 мм используют специальную установку ПМР-1000 для механизированной резки. Резак этой установки может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально. Установка производит резку слитков и обрезку прибылей с плоскими поверхностями и круглых, в нижнем и горизонтальном положениях. В качестве горючего можно вместо ацетилена применять газы с теплотворной способностью не ниже 6000 ккал/м3 (пропан, природный газ, нефтяной газ и др.).

Кислородно-флюсовая резка нашла широкое распространение в нашей промышленности и ее применяют теперь более 1800 предприятий.

КОПЬЕВАЯ РЕЗКА

Способ копьевой резки применяют для разрезания низкоуглеродистой и нержавеющей стали и чугуна большой толщины, а также при резке железобетона. Толщина стальных болванок, разрезаемых кислородным копьем, может достигать нескольких метров. Применяют два основных способа копьевой резки: кислородным и кислородно-порошковым копьем (кислородно-флюсовая резка).

Схема копьевой резки дана на рис. 10. Прожигание отверстии в разрезаемой болванке из стали или чугуна или в железобетоне производится концом стальной трубки (копья), в которую непрерывно подается кислород под давлением. Необходимая для процесса теплота создается при сгорании конца трубки и железа обрабатываемой болванки.

В начале процесса конец трубки нагревается до температуры воспламенения горелкой или электрической угольной дугой. Давление кислорода в начале процесса равно 2-- 3 кгс/см2, а когда рабочий конец копья углубится в металл до 30--50 мм, давление кислорода увеличивают до 8--15 кгс/см2} в зависимости от толщины прожигаемого металла. Во избежание приваривания нагретого конца копья к стенке отверстия копьем периодически производят возвратно-поступательные движения в пределах 100--150 мм, поворачивая на 1/4 оборота в обе стороны.

В качестве копья используют стальную газовую трубку диаметром 1/2" внутри которой заложены 3--4 шт. малоуглеродистой проволоки диаметром 5 мм. Эти проволоки при сгорании конца копья увеличивают количество выделяющегося тепла в месте резки. Кислород в трубку-копье вводится от рампы баллонов по шлангу с внутренним диаметром 13 мм, присоединяемым к трубке через копьедержатель с цанговым или болтовым зажимом.

При порошково-кислородной копьевой резке в трубку-копье после нагрева его конца и подами кислорода начинают подавать порошкообразный флюс, который по выходе из трубки сгорает, образуя пламя длиной 100--150 мм с температурой около 3500--4000° С. При резке и прожигании отверстий конец копья в этом случае держат на расстоянии 30--100 мм от стенки (дна) прожигаемого отверстия. В качестве флюса используют смесь из 80% железного и 20% алюминиевого порошка. Перемещая копье в горизонтальном или вертикальном направлении, этими способами можно не только прожигать отверстия, но и производить разрезку болванок, отрезку прибылей литья, вырезку отверстий в железобетонных, кирпичных и каменных строительных конструкциях.

Процесс резки может быть механизирован. Технология и режимы процесса, конструкции копьедержателей, а также установки для ручной и механизированной кислородной и кислородно-порошковой копьевой резки разработаны в сварочной лаборатории МВТУ им. Баумана.