Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется
Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, которое образуется при сгорании какого-либо горючего газа в кислороде. Кислород, сжигающий нагретый металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту реза отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для подогрева металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струёй режущего кислорода.
Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью; металл не должен иметь высокой теплопроводности. Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали.
Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800 гр. Цельсия. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 98,5-99,5 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Так при снижении чистоты с 99,5 до 97,5 % (т.е. на 2 %) - производительность снижается на 31 %, а расход кислорода увеличивается на 68,1 %.
На машинах МТР "Кристалл" применяется резак "Эффект-М". Особенность резака - наличие штуцера для сжатого воздуха, который, пройдя через внутреннюю полость кожуха, истекает через кольцевой зазор над мундштуком и создает колоколообразную завесу, что локализует распространение продуктов сгорания и защищает элементы конструкции машины от перегрева.
Параметры режимов резки низкоуглеродистой стали приведены ниже в таблице 1:
1. Толщина разрезаемого металла
5. Давление кислорода
6. Скорость резки
7. Расход кислорода
8. Расход пропана
9. Ширина реза
10. Расстояние до листа
Воздушно-плазменная резка
Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл - анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.
Для возбуждения рабочей дуги (электрод - разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом - так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга - рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.
Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов
Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа - воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.
Рис. 1 Схема подключения плазмотрона к аппарату.
Рис. 2 Фазы образования рабочей дуги
а - зарождение дежурной дуги; б - выдувание дежурной дуги из сопла до касания с поверхностью разрезаемого листа;
в - появление рабочей (режущей) дуги и проникновение через рез металла.
Технология воздушно-плазменной резки. Для обеспечения нормального процесса необходим рациональный выбор параметров режима. Параметрами режима являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение дуги, скорость резки, расстояние между торцом сопла и изделием и расход воздуха. Форма и размеры соплового канала обуславливают свойства и параметры дуги. С уменьшением диаметра и увеличением длины канала возрастают скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, её напряжение и режущая способность. Срок службы сопла и катода зависят от интенсивности их охлаждения (водой или воздухом), рациональных энергетических, технологических параметров и величины расхода воздуха.
При воздушно-плазменной резке сталей диапазон разрезаемых толщин может быть разделён на два - до 50 мм и выше. В первом диапазоне, когда необходима надёжность процесса при небольших скоростях резки, рекомендуемый ток 200-250 А. Увеличение силы тока до 300 А и выше приводит к возрастанию скорости резки в 1,5-2 раза. Повышение силы тока до 400 А не даёт существенного прироста скоростей резки металла толщиной до 50 мм. При резке металла толщиной более 50 мм следует применять силу тока от 400 А и выше. С увеличением толщины разрезаемого металла скорость резки быстро падает. Максимальные скорости резки и сила тока для различных материалов и толщины, выполненные на 400 амперной установке приведены в таблице ниже.
Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла: таблица 2
Режимы. таблица 3
Режимы воздушно-плазменной резки металлов. таблица 4
Рис. 3 Области оптимальных режимов резки металлов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 40А и 60А)
Рис. 4 Области оптимальных режимов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 90А).
Рис. 5 Зависимость выбора диаметра сопла от тока плазмы.
Рис. 6 Рекомендуемые токи для пробивки отверстия.
Скорость воздушно-плазменной резки, по сравнению с газокислородной, возрастает в 2-3 раза (см. Рис. 7).
Рис. 7 Скорость резки углеродистой стали в зависимости от толщины металла и мощности дуги.
Пологая нижняя линия - газокислородная резка.
При воздушно-плазменной резке меди рекомендуется применять силу тока 400 А и выше. Замечено, что при резке меди с использованием воздуха во всём диапазоне толщины и токов образуется легко удаляемый грат.
Хорошего качества реза при резке алюминия, с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа, удаётся достигнуть лишь для небольших толщин (до 30 мм) на токах 200 А. Удаление грата с листов большой толщины затруднительно. Воздушно-плазменная резка алюминия может быть рекомендована лишь как разделительная при заготовке деталей, требующих последующей механической обработки. Припуск на обработку допускается не менее 3 мм.
ТЕХНОЛОГИЯ
Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода.
Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям:
1. Температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления, т.е. металл должен гореть в твердом состоянии. В противном случае расплавленный металл трудно удалять из полости реза.
2. Температура плавления образующихся при резке оксидов должна быть ниже температуры плавления самого металла. В этом случае оксиды легко выдуваются из полости реза.
3. Тепловой эффект образования оксидов должен быть высоким.
Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800°С. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 98,5 - 99,5 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Так при снижении чистоты с 99,5 до 97,5 % (т.е. на 2 %) - производительность снижается на 31 %, а расход кислорода увеличивается на 68,1 %.
Резка может осуществляться вручную или машинным способом, выполняемым на полуавтоматах и автоматах. Схема процесса разделительной газокислородной резки представлена на рис. 1 Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя подогревательное пламя. Этим пламенем металл нагревается до температуры начала его горения. После этого по осевому каналу режущего мундштука подается струя режущего кислорода. Кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. При его горении выделяется значительное количество теплоты, которое совместно с теплотой, выделяемой подогревательным пламенем, передается нижележащим слоям металла, которые также сгорают. Образующиеся при этом шлаки (оксиды железа и т.д.) выдуваются струей режущего кислорода из зазора между кромками реза.
При резке стали основное количество теплоты (70 . 95 %) образуется при окислении металла. Этим условиям удовлетворяют низкоуглеродистые и низколегированные стали, титановые сплавы. Чугун не режется кислородом вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры горения; медь - из-за высокой температуры плавления и малой теплоты сгорания; алюминий - из-за высокой тугоплавкости образующихся оксидов. Высоколегированные стали (хромистые, хромоникелевые и т.д.) не режутся ввиду образования тугоплавких, вязких шлаков.
Поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржавчины и других загрязнений. Металл устанавливается в положение, лучше всего в нижнее, но так, чтобы был свободный выход режущей струи с обратной стороны. Операция резки начинается с предварительного подогрева в месте реза при температуре горения металла (1200 . 1350 °С). Устанавливаемая мощность подогревающего пламени зависит от рода горючего газа, толщины и состава разрезаемого металла.
Начинают резку обычно с кромки металла. При толщинах до 80 . 100 мм можно прорезать отверстие в любом месте листа. Ядро подогревающего пламени находится на расстоянии 2 . 3 мм от поверхности металла. Когда температура подогреваемого металла достигнет необходимой величины, пускают струю режущего кислорода. Чем выше чистота режущего кислорода, тем выше качество и производительность резки. По мере углубления режущей струи в толщу реза уменьшается скорость и мощность струи режущего кислорода. Поэтому наблюдается ее искривление (рис. 2), для уменьшения которого дается наклон режущей струи. При резке толстого металла ширина реза увеличивается к нижней кромке из-за расширения струи режущего кислорода. На кромках с их нижней стороны остается некоторое количество шлака.
Если производится последующая сварка для предупреждения повышения углерода в металле шва (образование закаленных структур), следует производить механическую обработку или зачистку поверхности реза. В процессе реза происходит термообработка металла кромок реза, соответствующая закалке. Ширина зоны термического влияния (до 6 мм) зависит от химического состава и возрастает с увеличением толщины разрезаемого металла.
Низкоуглеродистая сталь закалке практически не поддается. Происходит только укрупнение зерна и появление в структуре наряду с перлитом участков сорбита. При резке сталей с повышенным содержанием углерода или легирующих примесей в структуре металла может появиться троостит и даже мартенсит. Неравномерный нагрев кромок создает напряжения в металле и деформирует его. Кромки реза несколько укорачиваются, а в прилегающем слое возникают растягивающие напряжения, которые могут привести к образованию трещин.
Своеобразным способом является резка кислородным копьем (прожигание отверстий). Для этого используются длинные толстостенные трубки диаметром 8 . 10 мм из низкоуглеродистой стали. До начала резки рабочий конец трубки нагревают сварочным пламенем или угольной электрической дугой до температуры воспламенения металла в кислороде. При включении режущего кислорода конец трубки воспламеняется. Затем рабочий конец трубки слегка прижимают к металлу и углубляют в него, выжигая отверстие. Образующийся шлак выдувается из отверстия наружу избыточным кислородом и образующимися газами. При значительной глубине прожигаемого отверстия изделие нужно ставить в положение, облегчающее вытекание шлаков.
Многие легированные стали плохо поддаются обычной кислородной резке. Например, все стали со значительным содержанием хрома (при резке образуется тугоплавкий окисел хрома), чугун, цветные металлы. Однако они поддаются кислородно-флюсовой резке . При этом способе в зону резки режущим кислородом вдувается порошкообразный флюс. Он состоит, главным образом, из порошка металлического железа. Сгорая в струе кислорода, порошок дает дополнительное количество тепла, а образующиеся оксиды, смешиваясь с оксидами разрезаемого металла, разжижают их. В зависимости от состава разрезаемого металла во флюс могут добавляться и другие добавки, например, кварцевый песок, порошок алюминия и др.
Газовая резка с водородно-кислородным или бензинокислородным подогревающим пламенем применяется при работах под водой. При электрокислородной резке используются стальные или графитовые трубки, через которые подается режущий кислород. Подогрев металла осуществляется сварочной дугой.
Параметры режимов резки низкоуглеродистой стали приведены в таблице:
ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА:
Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода.
 |
| Рис. 1 Схема процесса газокислородной резки: 1 - режущий мундштук; 2- режущий кислород; 3- разрезаемый металл; 4 - подогревательный мундштук; 5 - подогревательное пламя; 6 - шлаки |
Резка может осуществляться вручную или машинным способом, выполняемым на полуавтоматах и автоматах. Схема процесса разделительной газокислородной резки представлена на рис. 1 Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя подогревательное пламя. Этим пламенем металл нагревается до температуры начала его горения. После этого по осевому каналу режущего мундштука подается струя режущего кислорода. Кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. При его горении выделяется значительное количество теплоты, которое совместно с теплотой, выделяемой подогревательным пламенем, передается нижележащим слоям металла, которые также сгорают. Образующиеся при этом шлаки
(оксиды железа и т.д.) выдуваются струей режущего кислорода из зазора между кромками реза.
Поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржавчины и других загрязнений. Металл устанавливается в положение, лучше всего в нижнее, но так, чтобы был свободный выход режущей струи с обратной стороны. Операция резки начинается с предварительного подогрева в месте реза при температуре горения металла (1200 . 1350 °С). Устанавливаемая мощность подогревающего пламени зависит от рода горючего газа, толщины и состава разрезаемого металла.
Начинают резку обычно с кромки металла. При толщинах до 80 . 100 мм можно прорезать отверстие в любом месте листа. Ядро подогревающего пламени находится на расстоянии 2 . 3 мм от поверхности металла. Когда температура подогреваемого металла достигнет необходимой величины, пускают струю режущего кислорода. Чем выше чистота режущего кислорода, тем выше качество и производительность резки. По мере углубления режущей струи в толщу реза уменьшается скорость и мощность струи режущего кислорода. Поэтому наблюдается ее искривление (рис. 2), для уменьшения которого дается наклон режущей струи. При резке толстого металла ширина реза увеличивается к нижней кромке из-за расширения струи режущего кислорода. На кромках с их нижней стороны остается некоторое количество шлака.
Низкоуглеродистая сталь закалке практически не поддается. Происходит только укрупнение зерна и появление в структуре наряду с перлитом участков сорбита. При резке сталей с повышенным содержанием углерода или легирующих примесей в структуре металла может появиться троостит и даже мартенсит. Неравномерный нагрев кромок создает напряжения в металле и деформирует его. Кромки реза несколько укорачиваются, а в прилегающем слое возникают растягивающие напряжения, которые могут привести к образованию трещин.
О производстве литья
По назначению кислородная резка делится на разделительную и поверхностную. Разделительная кислородная резка предназначена для вырезки заготовок, раскроя листов и выполнения других работ, связанных с разрезкой металла на несколько частей. Поверхностная резка предназначена для разделки канавок на металле, удаления поверхностных дефектов на отливках, прокате и сварных швах, удаления головок заклепок, снятия поверхностного слоя металла и ряда других работ.
По способу выполнения кислородную резку делят на ручную и машинную. Ручную резку выполняют специальным резаком, машинную на специальных газорезательных полуавтоматах и автоматах.
Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, которое образуется при сгорании какого-либо горючего газа в кислороде. В некоторых случаях в качестве горючего газа используют пары бензина или керосина. Кислород, сжигающий нагретый металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту резки отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для нагрева металла. Касаясь нагретого металла, режущая струя кислорода интенсивно окисляет и сжигает его верхние слои. Процесс окисления верхних слове металла сопровождается выделением большого количества тепла, которое идет на прогрев нижних слоев металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струей режущего кислорода.
Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления, окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью, металл не должен иметь высокой теплопроводности. Медь, алюминий и их сплавы, а также чугун не удовлетворяют этим требованиям и не поддаются кислородной резке. Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали. Среднеуглеродистые и высокоуглеродистые тоже достаточно хорошо режутся, однако в некоторых случаях нужен их предварительный нагрев.
Склонность сталей к закалке при содержании в них некоторых легирующих примесей, а также при содержании углерода более 0,3% приводит к образованию трещин при резке без предварительного подогрева. Легирующие примеси в сочетании с углеродом неодинаково влияют на способность стали поддаваться кислородной резке. Влияние различных элементов на разрезаемость сталей кислородной резки указано в табл 6.
Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800ᴼС. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 98,5- 99,5 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Сравнительные данные по снижению производительности резки и увеличению расхода кислорода с понижением его чистоты приведены в таблице 7.
Кислородная резка оборудование
Резаки
Для кислородной резки с применением ацетилена используют оборудование для ацетиленовой сварки, но вместо сварочной горелки применяют газовый резак, обычно инжекторного типа, рис 6.
Кислород по рукаву, надетому на кислородный ниппель 1, поступает в резак. Часть кислорода, проходя вентиль 2 и инжектор 10, идет в смесительную камеру 9. Остальная часть кислорода (режущий кислород) направляется в головку 5 через вентиль 3 и трубку4. Из головки резака режущий кислород проходит через центральный канал внутреннего мундштука 6 и поступает к месту реза.
Ацетилен подводится в резак по рукаву, надетому на ниппель 12. Затем ацетилен проходит через вентиль 11 и по пазам инжектора, находящимся на его наружной поверхности, поступает в смесительную камеру 9. Ацетилен в смесительную камеру подсасывается кислородом, проходящим через центральное отверстие инжектора. В смесительной камере образуется горючая смесь, которая проходит по трубке 8 в головку резака, откуда через кольцевой зазор между наружным мундштуком 7 и внутренним
мундштуком 6 выходит наружу. На выходе горючую смесь поджигают, и при этом образуется подогревающее пламя.
Для ручной разделительной резки широко применяют резаки типов «Пламя -62» и РГС -60М. Резак РГС-60М вставной, его присоединяют к стволам сварочных горелок «Москва» и ГС-3. Техническая характеристика резака «Пламя -62» приведена в таблице 8.
Для резки с применением газов – заменителей ацетилена применяют резак РЗР-62.
Кроме этих резаков применяют также универсальный резак РУ-66. Универсальный резак предназначен для ручной резки с использованием подогревающего пламени, образуемого смесью ацетилена или газов – заменителей ацетилена с кислородом.
Резак РУ-66 выпускается в трех исполнениях : РУ – для резки стали с использованием в качестве горючего ацетилена и газов – заменителей; РУА- для резки стали с использованием в качестве горючего только ацетилен; РУЗ – для резки стали с использованием в качестве горючего газов – заменителей ацетилена.
Помимо резаков, предназначенных для разделительной резки,
существуют резаки специального назначения для поверхностной резки, например резаки типа РАП-62,РПА-62,и РПК-62.
Резак 321(РАП) , табл 9 , используют для удаления провисания корней сварных швов, а также мелких дефектов на отливках. В качестве горючего газа для этого резака используют ацетилен.
Резаки РПА-62 и РПК-62 используют для удаления дефектов сварных швов, для чашеобразной подготовки кромок листов под сварку и для удаления местных дефектов на отливках и прокате табл 10.
Для срезания головок заклепок применяют вставной резак РАЗ-60, который присоединяют к стволам горелок «Москва» и ГС-3.
Для резки стали большой толщины (до 700 мм) применяют специальную установку УРР-700. Эта установка предназначена для кислородной резки отливок, проката, поковок, отрезки прибылей стального литья и разделки крупного стального лома.
В комплект установки входят: резак РР-700 инжекторного типа, кислородная рампа из десяти баллонов, рамповый кислородный редуктор и ацетиленовая трехбалонная рампа с обычным баллонным редуктором. Для подогреваемого пламени в качестве горючего газа используют ацетилен.
Переносные и стационарные машины предназначены для разделительной резки стали, они отличаются высокой производительностью и чистотой получаемого реза.
Переносная машина «Спутник» предназначена для резки стальных труб диаметром до 1100 мм. Машина может резать трубы перпендикулярно к образующей или наклонно со скосом кромок под углом до 35 ᴼ. При установке на машину двух резаков можно вырезать кольца. Машина имеет тележку самоходного типа с электродвигателем и комплектуется выпрямительным блоком с магнитным усилителем.
Управление магнитным усилителем расположено вне машины.
Машина АСШ – стационарная, предназначена для кислородной резки стали толщиной до 100 мм. Машина в основном применяется для вырезки деталей и заготовок различной конфигурации из листовой стали по специальным шаблонам- копирам. По шаблонам можно вырезать заготовки для гаечных ключей, фланцы, грубые плоские зубчатые колеса и другие детали с допуском 0,3-0,5 мм.
Режимы резки для машины АШС -2 указаны в табл 11.
Универсальная газорезательная машина СГУ – 1-60 предназначена для разделительной резки в стационарных условиях. Эта машина консольного типа с автоматическим магнитным копированием по стальному копиру позволяет производить вырезку фигурных деталей и прямолинейный раскрой листов.
Кислородная резка технология
Применяют пакетную резку. При этом листы плотно укладывают один на другой и сжимают струбцинами. Значительные воздушные зазоры между листами в пакете ухудшают резку.
При поверхностной резке с обрабатываемого изделия срезают (сострагивают) часть металла, поэтому этот процесс резки иногда называют поверхностной газовой строжкой. Для поверхностной резки применяют специальные резаки. Угол наклона резака к плоскости обрабатываемого металла приповерхностной резке зависит от равномерности передвижения резака. Резак передвигают равномерно, сохраняя постоянный угол наклона к плоскости металла.
Ручная дуговая сварка, формирование шва.
28) Газовая сварка. Строение пламени, температура, реакции в зонах.
Билет 29 Газовая резка
29) Газовая резка Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, которое образуется при сгорании какого-либо горючего газа в кислороде. Кислород, сжигающий нагретый металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту реза отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для подогрева металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струёй режущего кислорода.
Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью; металл не должен иметь высокой теплопроводности. Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали.
Рис. 1 Схема процесса газокислородной резки:
1- режущий мундштук; 2- режущий кислород; 3- разрезаемый металл; 4 - подогревательный мундштук; 5 - подогревательное пламя; 6 – шлаки
Резка может осуществляться вручную или машинным способом, выполняемым на полуавтоматах и автоматах. Схема процесса разделительной газокислородной резки представлена на рис. 1 Смесь кислорода с горючим газом выходит из подогревательного мундштука резака и сгорает, образуя подогревательное пламя. Этим пламенем металл нагревается до температуры начала его горения. После этого по осевому каналу режущего мундштука подается струя режущего кислорода. Кислород попадает на нагретый металл и зажигает его. При его горении выделяется значительное количество теплоты, которое совместно с теплотой, выделяемой подогревательным пламенем, передается нижележащим слоям металла, которые также сгорают. Образующиеся при этом шлаки (оксиды железа и т.д.) выдуваются струей режущего кислорода из зазора между кромками реза. Для проведения кислородной резки металл должен удовлетворять следующим требованиям:
1.Температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления, т.е. металл должен гореть в твердом состоянии. В противном случае расплавленный металл трудно удалять из полости реза.
2.Температура плавления образующихся при резке оксидов должна быть ниже температуры плавления самого металла. В этом случае оксиды легко выдуваются из полости реза.
3.Тепловой эффект образования оксидов должен быть высоким.
При резке стали основное количество теплоты (70 . 95 %) образуется при окислении металла. Этим условиям удовлетворяют низкоуглеродистые и низколегированные стали, титановые сплавы. Чугун не режется кислородом вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры горения; медь - из-за высокой температуры плавления и малой теплоты сгорания; алюминий - из-за высокой тугоплавкости образующихся оксидов. Высоколегированные стали (хромистые, хромоникелевые и т.д.) не режутся ввиду образования тугоплавких, вязких шлаков.
Поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржавчины и других загрязнений. Металл устанавливается в положение, лучше всего в нижнее, но так, чтобы был свободный выход режущей струи с обратной стороны. Операция резки начинается с предварительного подогрева в месте реза при температуре горения металла (1200 . 1350 °С). Устанавливаемая мощность подогревающего пламени зависит от рода горючего газа, толщины и состава разрезаемого металла.
Начинают резку обычно с кромки металла. При толщинах до 80 . 100 мм можно прорезать отверстие в любом месте листа. Ядро подогревающего пламени находится на расстоянии 2 . 3 мм от поверхности металла. Когда температура подогреваемого металла достигнет необходимой величины, пускают струю режущего кислорода. Чем выше чистота режущего кислорода, тем выше качество и производительность резки. По мере углубления режущей струи в толщу реза уменьшается скорость и мощность струи режущего кислорода. Поэтому наблюдается ее искривление (рис. 2), для уменьшения которого дается наклон режущей струи.
Билет 30 Лазерная сварка
При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора - лазера.
Основные элементы лазера - это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры. В твердотельных лазерах (рис. 1) в качестве активной среды чаще всего применяют стержни из розового рубина - окиси алюминия А12О3 с примесью ионов хрома Сг 3+ (до 0,05 %). Выходная мощность твердотельных лазеров достигает 10 7 Вт при сечении луча менее 1 см 2 . В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получать температуру до миллиона градусов.
Рис. 1. Схема твердотельного лазера:
1 - рубиновый стержень; 2 - генератор накачки; 3 - отражатель; 4 - непрозрачное зеркало; 5 - охлаждающая среда; 6 - источник питания; 7 - полупрозрачное зеркало; 8 - световой луч; 9 - фокусирующая линза; 10 - обрабатываемые детали
При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера - низкий КПД (0,01. 2,0 %). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме, например твердотельный лазер на алюмоит-триевом гранате, активированном атомами неодима (приблизительно 1 %). Еще более высокий КПД и мощность у газовых лазеров. В качестве активной среды в них применяют чаще всего СО2или смесь газов, генераторами накачки могут служить искровые разрядники или электронный луч.
Типичная конструкция газового лазера - это заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами: непрозрачным и полупрозрачным (рис. 2). В результате электрического разряда между введенными в трубку электродами возникают быстрые электроны, которые возбуждают газовые молекулы. Возвращаясь в стабильное состояние, эти молекулы образуют кванты света так же, как и в твердотельном лазере. Газовые лазеры могут работать в непрерывном режиме. Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия.
Рис. 2. Схема газового лазера:
1 - разрядная трубка; 2 - непрозрачное зеркало; 3 - источник питания; 4 - вакуумный насос; 5 - полупрозрачное зеркало
Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции.
Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки - это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность t его действия. При непрерывном излучении t определяется продолжительностью времени экспонирования, а при импульсном - длительностью импульса. Превышение верхнего предела Е вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла, приводящее к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е=10 6 . 10 7 Вт/см 2 . При Е < 10 5 Вт/см 2 лазерное излучение теряет свое основное достоинство - высокую концентрацию энергии. Изменение Е и t позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.
Рис. 3. Сварные соединения деталей разной толщины:
а - по бурту на массивной и отбортовке на тонкой детали; б - тавровое соединение; в - по кромке выточки в массивной детали; г - по отверстию в тонкой детали. Стрелками показано направление лазерного луча
Детали малой толщины можно сваривать также газовыми и твердотельными лазерами непрерывного действия мощностью до 1 кВ-А. Лучше всего формируется шов при стыковом соединении тонких деталей. Однако при сборке таких соединений под лазерную сварку предъявляются более жесткие требования: должен быть обеспечен минимальный и равномерный зазор в стыке и практически полное отсутствие смещения кромок.
При лазерной сварке с глубоким проплавлением металл шва защищают от окисления, подавая через сопло в зону сварки защитный газ. Применяют специальные сопла (рис. 6). Для сварки алюминия, титана и других высокоактивных металлов требуется дополнительная защита корня шва. Для защиты используют те же газы, что и при дуговой сварке, чаще это аргон, гелий или их смеси. Защитные газы влияют на эффективность проплавления: чем выше потенциал ионизации и теплопроводность газа, тем она больше. Качественную защиту можно обеспечить при расходе гелия 0,0005. 0,0006 м 3 /с, аргона 0,00015. 0,0002 м 3 /с, смеси, состоящей из 50 % аргона и 50 % гелия, - 0,00045. 0,0005 м 3 /с. Для защиты зоны лазерной сварки можно использовать флюсы такого же состава, что и при дуговой сварке. Применяют их в виде обмазок, наносимых на свариваемые кромки.
ис. 6. Схемы защитных сопел:
а - при сварке деталей малой толщины; б - при сварке с глубоким проплавлением; 1 - лазерный луч; 2 - свариваемые детали
Билет 31 Лазерная резка
Лазерная резка — технология резки и раскроя материалов, использующая лазер высокой мощности и обычно применяемая на промышленных производственных линиях. Сфокусированный лазерный луч, обычно управляемый компьютером, обеспечивает высокую концентрацию энергии и позволяет разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств. В процессе резки, под воздействием лазерного луча материал разрезаемого участка плавится, возгорается, испаряется или выдувается струей газа. При этом можно получить узкие резы с минимальной зоной термического влияния. Лазерная резка отличается отсутствием механического воздействия на обрабатываемый материал, возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого лазерную резку, даже легкодеформируемых и нежестких заготовок и деталей, можно осуществлять с высокой степенью точности. Благодаря большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением позволяет осуществлять лазерную резку по сложному контуру плоских и объемных деталей и заготовок с высокой степенью автоматизации процесса.
Лазерная резка осуществляется путём сквозного прожига листовых металлов лучом лазера. Такая технология имеет ряд очевидных преимуществ перед многими другими способами раскроя:
Отсутствие механического контакта позволяет обрабатывать хрупкие и легко деформирующиеся материалы;
Обработке поддаются материалы из твёрдых сплавов
Возможна высокоскоростная резка тонколистовой стали;
При выпуске небольших партий продукции целесообразнее провести лазерный раскрой материала, чем изготавливать для этого дорогостоящие пресс-формы или формы для литья;
Для автоматического раскроя материала достаточно подготовить файл рисунка в любой чертёжной программе и перенести файл на компьютер установки, которая выдержит погрешности в очень малых величинах.
Таким образом, возможны два механизма лазерной резки – плавлением и испарением. Однако последний механизм требует высоких энергозатрат и осуществим лишь для достаточно тонкого металла. Поэтому на практике резку выполняют плавлением. При этом в целях существенного сокращения затрат энергии, повышения толщины обрабатываемого металла и скорости разрезания применяется вспомогательный газ, вдуваемый в зону реза для удаления продуктов разрушения металла. Обычно в качестве вспомогательного газа используется кислород, воздух, инертный газ или азот. Такая резка называетсягазолазерной.
Читайте также: