Резка металла сжатым воздухом

Обновлено: 21.01.2025

Воздушно-дуговая резка основывается на расплавлении металла электрической дугой и его непрерывном удалении направленной струей сжатого воздуха. Данная технология требует применения инструментов специальной конструкции. Использующиеся в работе резаки могут иметь кольцевое или последовательное расположение воздушной струи. В последнем случае обтекание электрода сжатым потоком осуществляется только с одной стороны.

Особенности

В воздушно-дуговой резке используются угольные или графитовые электроды. Последние являются более прочными, отличаются меньшим электрическим сопротивлением (0,0008 Ом против 0,0032 Ом для кубика с ребром 1 см). Возможно использование угольных омедненных электродов.

В качестве источника питания при дуговой резке металла используются преобразователи постоянного тока или трансформаторы. Подача сжатого воздуха на резак идет от цеховой сети или передвижного компрессора. Давление должно находиться в пределах 0,4–0,6 МПа. Его больший уровень нецелесообразен, так как слишком сильный поток снижает стабильность электрической дуги.

В воздушно-дуговой резке, как правило, используется постоянный ток обратной полярности как более производительный. Применение же переменного целесообразно при мелких работах, например, удалении местных неровностей сварного шва. Использование в таких случаях постоянного тока прямой полярности приводит к увеличению зоны нагрева, что затрудняет устранение расплавленного металла.

Величина тока при воздушно-дуговой резке вычисляется по формуле:

I = K x d,

где d – диаметр электрода в мм, К – линейный коэффициент, составляющий 46–48 А/мм для угольных и 60–62 А/мм для графитовых электродов. Полученное число дает значение тока в амперах.

Сфера использования

Воздушно-дуговая резка широко применяется для обработки большинства черных и цветных металлов.

Чаще всего она используется в следующих случаях:

для устранения дефектных участков сварных швов;
резки металлических листов толщиной до 20–25 мм;
пробивки отверстий;
выплавки пороков литья;
срезки заклепок и т. п.

Виды воздушно-дуговой резки

Разделительная. Используется для резки листов из низкоуглеродистой и легированной стали толщиной до 25 мм. Величина тока (300–600 А) и диаметр электрода (6–12 мм) подбираются в зависимости от размеров материала. Разделение листа осуществляется выплавкой металла вдоль траектории движения электрода. Использование разделительной воздушно-дуговой резки целесообразно, когда необходимо обработать большое количество листового металла, а требования к ширине и точности реза невысоки.

Поверхностная. Применяется для обработки дефектов сварных швов, подрубки их корней, снятия фасок. Последняя операция может осуществляться одновременно на обеих кромках листа. Ширина канавки, которая образуется при такой обработке, на 2–3 мм больше диаметра использующегося электрода. Для поверхностной обработки требуется меньшая величина тока, чем для разделительной дуговой резки.

Аппаратура и технология

Стандартный пост для воздушно-дуговой резки включает:

пусковую аппаратуру;
шланг с компрессором;
источник питания;
сварочный кабель;
резак.

При установке в производственном помещении шланг подсоединяется к цеховому воздухопроводу, а не к компрессору. На строительных площадках пост оборудуется в передвижном или уже существующем машинном зале, с подключением к сварочному оборудованию постоянного тока.

Основным рабочим инструментом является резак типа РВД, оснащенный воздушным клапаном и устройством для зажима электрода. В качестве источников питания для резки используется стандартное сварочное оборудование: преобразователи типа ПСО, выпрямители ВД или ВДУ, другие ИП. При отсутствии компрессора и центральной сети допустимо использование баллонов со сжатым воздухом при оснащении их редуктором, понижающим давление.

Техника безопасности при воздушно-дуговой резке

Все сварочные работы связаны с определенными факторами, которые могут нанести вред здоровью человека.

К основным относятся:

источники постоянного тока большой величины;
расплавленный металл, образующийся при резке;
ультрафиолетовое излучение электрической дуги;
токсичные газы и пыль, образующиеся в процессе воздушно-дуговой резки.

Чтобы обезопасить себя от перечисленных факторов, следует точно выполнять инструкции по эксплуатации оборудования и работать только в специальной одежде. Помещение, в котором производится воздушно-дуговая резка, должно хорошо вентилироваться. Исключение составляют открытые строительные площадки, где происходит естественный воздухообмен.

В связи с высокой мощностью сварочного электрооборудования перед его включением обязательно следует проверить заземление.

Воздушно-плазменная резка металла

Воздушно-плазменная резка металла сочетает в себе эффективность и экономичность, что и определяет ее распространенность на предприятиях, чья работа связана с раскроем. Не менее важным является и тот факт, что данный способ обработки подходит для обработки практически любых металлов: черных, цветных, сплавов – главное, чтобы толщина материала не превышала определенных значений.

Качество работ напрямую зависит от типа оборудования и правильно выбранных условий реза. В нашей статье мы расскажем о вариантах воздушно-плазменной резки металла, о видах и устройстве плазмотронов, а также рассмотрим сферу применения данной технологии.

Суть технологии воздушно-плазменной резки металла

Главное достоинство данного метода состоит в том, что с его помощью удается обрабатывать металлы любых видов толщиной до 220 мм.

Кратко принцип действия воздушно-плазменной резки можно описать следующим образом: в контуре электрической дуги между наконечником форсунки и неплавящимся электродом образуется искра, от нее воспламеняется поток газа. Последний ионизируется, превращается в управляемую плазму. За счет сужения выходного отверстия происходит ускорение потока плазмы, в результате чего скорость ее выхода достигает 800–1 500 м/с.

Плазменная струя вырывается из сопла при температуре около +20 000 °C, поэтому без труда проплавляет материал будущего изделия. Немаловажно, что метод воздушно-плазменной резки металла обеспечивает точечное воздействие и минимальный нагрев области вокруг места реза.

При плазменно-дуговом способе предполагается замыкание заготовки в проводящий контур. Этого не происходит, если применяется резка плазменной струей, поэтому в рабочей схеме плазмотрона обязательным становится стороннее образование высокотемпературного компонента.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Плазменная струя используется при работе с материалами, которые не проводят электрический ток. В таком случае будущее изделие не может стать частью электрической цепи, поэтому дуга формируется между наконечником плазмотрона и электродом.

Плазменно-дуговой метод подходит исключительно для раскроя токопроводящих материалов, так как дуга горит между заготовкой и электродом, ее столб совмещен со струей плазмы. Плазма является нагретым ионизированным газом. Последний продувается через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства, обеспечивает активное формирование плазмы.

Рекомендуем статьи по металлообработке

За счет высокой температуры обеспечивается высочайшая скорость истечения газа, а также повышается уровень воздействие плазмы на будущее изделие. Немаловажно, что при таком способе раскроя капли металла выдуваются газом из области обработки. Процесс активизируется при помощи дуги постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка используется в таких сферах, как:

изготовление деталей с прямолинейными, фигурными контурами;
вырезание отверстий, проемов в металле;
производство заготовок для сварки, штамповки, механической обработки;
обработка кромок поковок;
резка труб, полос, прутков, профилей;
обработка литья.

Благодаря всем перечисленным принципам, плазменная резка обеспечивает высокую производительность труда и отвечает всем требованиям пожарной безопасности. Дело в том, что здесь используются только материалы, которые не горят.

5 видов воздушно-плазменной резки металла

В данном случае для охлаждения и образования плазмы применяется только один газ: это может быть воздух или азот. Чаще всего в таких системах сила номинального тока не превышает 100 А, а значит, возможна воздушно-плазменная резка материалов толщиной в пределах 5/8 дюймов. Данная технология обычно применяется для ручной резки.

Один газ играет роль основы для будущей плазмы, а другой выполняет защитную функцию, не допуская попадания атмосферного воздуха в зону реза. В итоге обеспечивается более высокое качество обработки. Поскольку для формирования рабочей среды могут использоваться различные сочетания газов, этот способ входит в число наиболее распространенных.

Применяемый в данном методе принцип очень похож на описанный выше. Разница лишь в том, что вместо защитного газа используется вода. В результате достигается более качественное охлаждение сопла и заготовки, удается сделать более аккуратные резы на нержавеющей стали. Но такой вариант защиты может применяться только в сочетании с механизированными системами.

При данном виде воздушно-плазменной резки металлов газ используется для образования плазмы, а вода впрыскивается в саму дугу радиально или по контуру завихрения. Подобный подход позволяет значительно усилить сжатие дуги. Иными словами, повысить ее плотность, температуру, добиваясь силы тока в пределах 260–750 А. Именно такие показатели обеспечивают высококачественную обработку материалов вне зависимости от их толщины. Однако впрыск воды также допускается использовать только в механизированных системах.

Данный метод незаменим, когда нужно раскроить материалы толщиной менее 1/2 дюйма и в то же время добиться высочайшего качества реза. Чтобы наиболее точно передать контур будущего изделия, обработку осуществляют на низких скоростях. Использование самых современных технологий позволяет сильнее сжать дугу, а значит, добиться очень высокой плотности энергии. Прецизионная резка тоже может использоваться лишь в механизированных системах.

Плюсы и минусы воздушно-плазменной резки

Обработка металлов используется практически всеми промышленными предприятиями, чье производство имеет отношение к металлопрокату. Плазмотрон позволяет быстро выполнить целый ряд операций: раскрой листового материала на заготовки, декоративную фигурную резку, создание точных отверстий.

Помимо этого, аппараты воздушно-плазменной резки металла обеспечивают:

Высокую производительность, хорошую скорость обработки. Если сравнивать с электродным методом, за аналогичный отрезок времени выполняется в 4–10 раз больший объем работ.
Экономичность по сравнению с более традиционными методами раскроя материалов. Однако нужно понимать, что при использовании плазменного метода есть ограничения по толщине металла. Такая резка стали толщиной более 5 см является нецелесообразной и экономически невыгодной.
Точность, ведь данная технология обеспечивает практически незаметные деформации, а значит, можно избежать последующей дополнительной обработки.
Безопасность.

Благодаря всем названным достоинствам метод воздушно-плазменной резки металла получил широкое распространение в промышленности и даже в быту.

Правда, у него есть и ряд недостатков:

Ограничения по толщине материала. Даже мощные установки могут похвастаться плотностью обрабатываемой поверхности только в пределах 80–100 мм.
Жесткие требования, касающиеся обработки деталей. Мастер должен следить за сохранением в процессе раскроя угла наклона резака 10–50 градусов. В противном случае будет страдать качество реза, а комплектующие быстрее придут в негодность.

Сферы применения воздушно-плазменной резки

Интересующий нас способ считается универсальным. В строительстве и промышленности воздушно-плазменная резка лучше всего позволяет раскроить тонкие металлические листы, стальные рулоны, изготовить металлические штрипсы, подробить чугунный лом. Трубы любого диаметра также могут быть разрезаны с помощью центратора трубореза. Также аппараты для воздушно-плазменной резки металлов позволяют зачищать швы, удалять кромки.

В основном, данная технология используется в таких промышленных сферах, как:

машиностроение;
капитальное строительство;
авиа- и судостроение.

Кроме того, в строительстве распространена художественная плазменная резка при изготовлении ограждений, беседок, разного рода декоративных элементов.

Оборудование для воздушно-плазменной резки металла

Устройства для плазменной резки бывают:

Ручные. Эти приборы для ручной плазменной резки используются в цехах и на объектах. Поскольку раскрой осуществляется вручную, не удается добиться высокого качества реза.
Машинные, то есть системы для работы в условиях цеха. Они позволяют формировать идеальные резы даже при фигурном раскрое. Однако подобное оборудование отличается большими размерами и низкой мобильностью по сравнению с ручными устройствами.

По принципу работы аппараты для воздушно-плазменной резки металла делятся на:

Контактные. Обеспечивают работу с токопроводящими материалами, используя раскраиваемую заготовку как анод – дуга возникает между металлом и электродом.
Бесконтактные. Металл изделия не участвует в формировании дуги, она образуется между внутренним электродом плазмотрона и его наконечником.

По типу источника питания системы для воздушно-плазменной резки металла бывают:

Инверторными. Они потребляют мало электроэнергии, требовательны к качеству электропитания, имеют небольшие размеры, при этом гарантируют стабильную дугу.
Трансформаторные. Отличаются большим весом и габаритами, энергозатратны, но справляются с более длительной нагрузкой.

Во всех аппаратах используется примерно один принцип обработки заготовок. При помощи встроенного или выносного компрессора, баллона со сжатым воздухом газ через фильтр и осушитель подается в плазмотрон, в котором находится катод (электрод). После того как загорается дуга, образуется плазма, которая, вырываясь из наконечника плазмотрона, раскраивает лист металла толщиной от 1 мм.

Несмотря на то, что модели таких плазменных станков могут иметь разные характеристики, у такого оборудования есть общие элементы:

система подачи газа в плазмотрон;
стол для раскроя заготовок, укомплектованный поворачиваемой поверхностью;
система креплений на магнитах, устройство для передвижения режущего инструмента;
датчик для контроля высоты горелки над заготовкой;
рельса из профиля с зубчатыми рейками;
система ЧПУ.

Перед запуском станка составляется программа, в которую вводятся все необходимые параметры. Она позволяет системе работать без оператора либо требует его минимального участия.

Обработка заготовок плазмой на станках с ЧПУ имеет следующие достоинства:

раскрой металлических листов сложной конфигурации осуществляется по установленным параметрам и обеспечивает высокую точность;
низкие энергозатраты;
отсутствие производственных издержек при работе станка, за счет чего повышается рентабельность производства;
высокий уровень производительности;
возможность обработки листов разного металлопроката, низколегированных и углеродистых сталей, чугуна толщиной 0,5–150 мм, при этом достигается качественный и чистый рез без необходимости финальной зачистки кромок;
безопасность работы, так как не предполагается выхода газа, огня;
наличие функции определения толщины разрезаемого листа;
простая эксплуатация и обслуживание.

У таких устройств для воздушно-плазменной резки металлов лишь один минус: они не позволяют работать с титаном и высоколегированными металлическими листами толщиной более 100 мм.

Стол обеспечивает удобство, безопасность и высокую скорость раскроя. Сегодня существует богатый выбор таких устройств, поэтому можно выбрать модель для конкретных условий работы.

Стол состоит из съемных стальных пластин, которые могут быть заменены на новые при необходимости. Расстояние между пластинами зависит от пожеланий заказчика, ведь этот показатель выбирают с учетом планируемых параметров деталей. Последние не должны проваливаться во время раскроя. Если требуется, всегда можно изготовить дополнительные пластины, используя имеющийся стол и аппарат для воздушно-плазменной резки металла. Чаще всего производители бесплатно предоставляют инструкцию по их раскрою.

Под рабочим основанием стола находится внутренняя решетка, исключающая падение готовых деталей в контейнер для отходов.

Стол обязательно оснащается встроенным воздуховодом, ведь в процессе работы с металлами образуются пыль, дым и другие вредные для здоровья человека продукты. На установках шириной более 2,5 м подобные системы монтируются с двух сторон. Немаловажно, что все узлы конструкции рассчитаны на эксплуатацию в непростых условиях, поэтому их можно в короткие сроки и без труда заменить. При выборе модели стола важно учитывать имеющуюся для установки площадь, а также максимальную толщину обрабатываемых материалов.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Разрезать металл — воздухом? Почему бы и нет…

Во все времена, с самого момента своего появления, металл был окружён различными проблемами: начиная от его добычи и заканчивая последующей обработкой. Особенно эта проблема усугубилась в период промышленной революции, когда всё более возрастающий темп жизни побуждал производства подстраиваться под него и искать такие способы обработки, которые бы позволяли производству быть конкурентоспособным в условиях рыночной среды.

Многие, особенно те, кто имеет возраст достаточно немолодой, могли застать в изобилии встречающиеся в наших городах различные газовые резаки, которые, как правило, использовались водопроводчиками и коммунальными службами, для ремонта и подведения труб отопления.

Проблема резаков, однако, заключается в том, что для резки металлов с использованием такого способа, требуется использование дорогостоящих и опасных газов. Кроме того, эти газы необходимо каким-то образом транспортировать, определённым образом складировать.

Всё это делает процесс резки достаточно проблемным. Однако, есть способ гораздо более высокотехнологичный и экономичный, который широко распространился (особенно в бытовом плане), в последнее время. Именно о нём мы и поговорим в этой статье.

Газовые резаки, в своей сущности, работают по одному и тому же принципу: металл нагревается в струе пламени газового резака, после чего он частично сгорает/частично выдувается, из зоны резания.

Частным случаем этого способа резания является «резка кислородным копьём». Способ заключается в том, что кончик кислородного копья (которое представляет собой стальную трубку), разогревается горелкой, после чего открывается подача кислорода.

Кислород, поступающий прямо внутрь «копья», позволяет кончику копья активно гореть, благодаря чему идёт постоянное поддержание температуры в зоне контакта копья и разрезаемой заготовки. При использовании метода кислородного копья, возможно проделывать отверстия в металлических заготовках, толщиной до 2 метров. При этом, само копьё активно сгорает и его расход составляет до 25 диаметров того отверстия, которое проделывается с его помощью.

Кроме того, кислородное копьё часто используют не только для проделывания отверстий, но и для разрезания заготовок большого диаметра. Сам процесс выглядит более чем впечатляюще:

Однако, прочитав всё вышесказанное, у читателя возникнет закономерный вопрос: если любая работа по проделыванию отверстий, либо разрезанию металла является настолько энергоёмкой и затратной в плане расхода газов, каким же образом можно осуществлять эту работу без затрат драгоценного газа? Для этого и пригодится аппарат плазменной резки.

Несмотря на то, что бытовые аппараты плазменной резки распространились совсем недавно (отправной точкой можно считать 2006 год, когда и появились портативные аппараты), как средство обработки металла они известны достаточно давно. Отправной точкой своей истории они могут считать 1929 год, с момента открытие факта ионизации газов, в газоразрядных трубках, физиками из США — И.Ленгмуром и Л.Тонко.

А уже с середины прошлого века плазменная резка, базирующиеся на открытии этих двух физиков, широко распространилась для целей металлообработки.

Суть плазменной резки заключается в том, что в электрическую дугу подаётся сжатый газ, имеющий давление в несколько атмосфер. После продувки дуги – газом, он приобретает температуру до 30 000 градусов Цельсия (и более, если используется дополнительно водяной пар) и превращается в плазму.

Такая огромная температура газа позволяет с лёгкостью резать металлы с достаточно большой скоростью.

Здесь мы подошли к самому главному: при работе аппаратов плазменной резки может быть использован обычный атмосферный воздух!

Именно это качество и делает плазморезы такими экономичными и малопроблемными, по сравнению с классическими газовыми резаками: ведь не используются никакие опасные газы, требующие аккуратного обращения и соответствующего хранения, и в качестве рабочего тела выступает обычный воздух!

Конечно, использование воздуха это только один из видов плазменной резки, в зависимости от целей могут применять как азот, так и аргон, и другие газы.

Одним из самых важных элементов аппарата для плазменной резки является плазмотрон — именно он отвечает за то, насколько эффективно и какие именно типы обрабатываемых изделий будут доступны конкретному устройству.

С электрической точки зрения (зажигания дуги плазмореза) плазмотроны бывают 2 типов: прямого действия и косвенного действия.

Плазморез прямого действия действует по принципу зажигания высокочастотной пилотной дуги, которая позволяет «выдуть» струю плазмы, которая касается обрабатываемой заготовки. После того, как плазма коснулась заготовки, пилотная (поджигающая) дуга погасает и зажигается основная, которая уже позволяет обрабатывать заготовку (плазма является проводником электричества, практически ничем не отличающимся от самого металла, поэтому дуга горит прямо «сквозь» плазму).

В плазмотронах же косвенного типа, поджигание дуги происходит за счёт разряда между катодом и соплом. Теоретически, плазмотроны такого типа позволяют обрабатывать заготовки неметаллического типа.

Расходными деталями для плазмореза являются сопло и электрод. Ввиду того, что данные детали достаточно недороги, их замена не является какой-либо проблемой. Срок их службы достаточно индивидуален, — в сети фигурируют цифры в 500-600 резов, либо 1 комплекта на 150 метров реза и т.д.

По типу, плазморезы можно подразделить на инверторные и трансформаторные. Плазморезы 1 типа позволяют разрезать металл толщиной до 30 мм, в то время как 2 типа может резать металл и до 40 мм толщиной.

В любом случае, при работе с плазморезом следует смотреть на конкретные рекомендации в его паспорте, так как от плазмореза бытового типа требуется соблюдать определённые циклы работа/отдых, во избежание перегрева. Профессиональные же модели позволяют работать достаточно продолжительное время.

Ещё одним плюсом плазмореза, кроме экономичности работы, является чистый рез и высокая скорость работы. Согласно wiki, плазменная резка выигрывает у лазерной по скорости в 2-3 раза.

Кстати, ещё о скорости: экспериментаторами проводился такой опыт: брался стальной лист, толщиной 15 мм и его пытались «проткнуть» посередине — классическим газовым резаком и плазморезом. Классическому резаку для этого потребовалось 30 секунд, а плазморезу — всего 2 секунды. Впечатляющая разница!

Если же говорить об экономической составляющей, в частности о стоимости входа в такое интересное занятие, то можно сказать, что цена большей части бытовых плазморезов находится в пределах суммы до 20000 руб.

Использование такого устройства позволяет существенно упростить любую работу, связанную с фигурным вырезанием из металла разнообразных декоративных изделий:

Термическая резка металла

Термическая резка металла применяется при изготовлении различных металлоконструкций. Как правило, такая технология используется в работе с листовым или баночным металлопрокатом. Удобно вырезать отверстия заданной формы и размера, используя станки с ЧПУ, и корректировать отдельные элементы.

Основное преимущество технологии заключается в отсутствии прямого контакта между заготовкой и выбранным инструментом. В результате получаются изделия, соответствующие чертежу, с точностью до микрона. Подробнее о термической резке и ее видах читайте в нашем материале.

Виды термической резки

Термическая резка – способ обработки металлических изделий путем их нагревания для последующего отделения элементов заготовки друг от друга резом. В зависимости от формы и характеристик реза обработка может быть разделительной и поверхностной, в зависимости от шероховатости поверхности разреза – заготовительной и чистовой.

В отличие от других способов обработки, для термической резки характерна высокая производительность, возможность работы с толстостенными металлами, создание заготовок различной конфигурации, небольшие энергозатраты.

Основные виды термической резки металлов:

Окисление. Металл в области реза нагревается до температуры, при которой он воспламеняется, а затем сжигается в струе кислорода. Образующиеся продукты горения выдуваются из рабочей зоны кислородно-газовой струей. К этой разновидности резки относят газопламенную (кислородную) и кислородно-флюсовую.
Плавление. Металл нагревается в зоне разреза мощным источником тепла направленного действия, продукты распада выдуваются плазменной или газовой струей. Этот способ термической резки металлов включает в себя дуговую, воздушно-дуговую, плазменную, лазерную и термогазоструйную резку.
Плавление окислением, с одновременным использованием обоих описанных выше процессов. Эта группа представлена кислородно-дуговой, кислородно-плазменной и кислородно-лазерной резкой.

При термической резке металлов окислением должен соблюдаться ряд условий:

Способ допустим только для металлов, которые плавятся при более высокой температуре, чем воспламеняются. В этом случае твердый металл горит, рез получается широким и ровным, с гладкой поверхностью, продукты обработки удаляются из рабочей зоны с помощью струи кислорода.
Окислы, образующиеся в результате обработки, плавятся при более низкой температуре, чем основной металл заготовки. В этом случае в процессе обработки они находятся в жидком состоянии и без проблем удаляются из реза.
Теплопроводность обрабатываемого металла должна быть невысокой для облегчения нагрева рабочей зоны до температуры воспламенения.

Такими характеристиками обладают железо и углеродистые стали. Железо воспламеняется при температуре кислорода от +1 050 °С до +1 360 °С, плавится – при температуре +1 535 °С. Температура плавления образующихся в процессе обработки окислов БеО и Ее304 составляет +1 350 °С и +1 400 °С соответственно. Железо обладает достаточно низкой теплопроводностью, если сравнивать его с прочими конструкционными материалами.

Области применения термической резки

Термическая резка металлов делится на разделительную и поверхностную. Результатом технологической операции является появление реза в заготовке полости.

Для выполнения поверхностной и разделительной термической резки на определенный участок заготовки воздействуют источником тепла, нагревающим эту зону до температуры плавления.

Источник должен быть очень мощным и высококонцентрированным, чтобы нагревать и расплавлять участок заготовки небольшой ширины.

Чтобы увеличить эффективность резки, следует равномерно распределять тепло по всей толщине обрабатываемого изделия. Термическая резка в этом случае выполняется за счет сгорания металла в кислородной струе или за счет воздействия электрической дуги.

Первый вариант включает в себя кислородную (автогенную, газовую) или кислородно-флюсовую резку, второй – электрическую резку.

И та, и другая технология термической резки металлов может быть как ручной, так и механизированной. Ручная используется в бытовых условиях или на мелких предприятиях с небольшими объемами обрабатываемой продукции, поскольку в этом случае применение автоматизированных систем не будет оправдано с экономической точки зрения.

В ведущих отраслях промышленности около 70–80 % термической резки металлов выполняется при помощи автоматизированного оборудования с фотокопировальным или числовым программным управлением, что позволяет внедрять в производство поточные комплексно-механизированные и гибкие автоматизированные линии для термической резки стали.

Заготовки из низкоуглеродистых, конструкционных и низколегированных сталей обрабатывают при помощи газовой (кислородной) резки, для работы с высоколегированными сталями, чугуном и цветными сплавами подходит кислородно-флюсовая технология резки.

Для проведения ремонтных работ под водой используют подводную кислородную резку. Кроме того, для обработки металлов применяют кислородно-копьевую и электрокислородную технологии.

Термическую резку металлических заготовок используют в следующих сферах:

Способ резки

Разрезаемый материал

Толщина материала, мм

Углеродистые и низколегированные стали

Титан и титановые сплавы

Высоколегированные хромоникелевые и хромистые стали, чугун, медь, латунь, бронза

Конструкционные стали всех марок, алюминий, медь и сплавы на их основе, тугоплавкие металлы

Конструкционные стали всех марок, алюминий, медь и сплавы на их основе, тугоплавкие металлы, титан

Кислородная резка – один из главных способов обработки металлов, который применяется при производстве изделий в металлургической, металлообрабатывающей промышленности, а также в строительной отрасли.

Резка электрической дугой

Для термической резки электрической дугой (дуговой резки) используют:

плавящиеся покрытые электроды;
вольфрамовые неплавящиеся электроды;
флюс;
защитную газовую среду.

При работе с плавящимися электродами металлические заготовки расплавляют в рабочей зоне мощной электрической дугой, при этом требуется сила тока, на 30–40 % превышающая необходимую для проведения сварных работ.

Дуга зажигается в начале реза, затем перемещается вдоль разрезаемой кромки заготовки. В процессе образуются капли расплавленного металла, которые удаляются из рабочей зоны козырьком покрытия электрода. Этот козырек в то же время предохраняет электрод от замыкания.

Недостаток этого варианта термической резки заключается в невысокой производительности и низком качестве реза.

Технология резки под флюсом используется при работе с легированными сталями, толщина которых составляет не более 3 см. Резка выполняется при помощи автоматического сварочного оборудования с применением проволоки Св-08 или Св-08А и флюса АН-348.

Термическая резка в защитной газовой (аргоновой) среде производится с использованием вольфрамовых электродов для работы с легированными сталями и сплавами цветных металлов.

Металл во время обработки проплавляется полностью, сила тока, подаваемого на электрод на 20–30 % превышает необходимую для проведения сварных работ.

Термическая резка с использованием плавящихся покрытых электродов осуществляется в следующих режимах:

Диаметр электрода, мм

Скорость сварки, м/ч

Кислородная резка металла

Одной из разновидностей термической резки окислением является кислородная технология обработки металлических заготовок, при которой частицы металла сжигают струей кислорода, а затем удаляют из рабочей зоны оксидной струей.

Эта технология термической резки чаще всего используется для работы с заготовками из черных металлов. В основе ее лежит тот факт, что железо горит при более низкой температуре, чем начинает плавиться. Кислородную резку деталей выполняют в определенной последовательности.

Начальная точка реза разогревается с помощью ацетиленокислородного пламени до температуры воспламенения в кислороде (при работе со сталями необходимо нагреть заготовку до температуры +1 000…+1 200 °С). Ацетилен может быть заменен более дешевыми газами, такими как природный газ или пропанобутановая смесь.

После этого зону реза подвергают направленному воздействию режущей кислородной струи. Горячий металл загорается, образуя жидкий шлак: 3Fe + 2О2 = Fe3О4 + Q.

Для его удаления из зоны реза также используют кислородную струю. При горении металла выделяется тепло, нагревая сопряженные поверхности до температуры горения в кислороде.

Следовательно, последующая резка не требует дополнительного разогрева заготовки. Струя кислорода перемещается по изделию в соответствии с требуемой формой реза.

Металл, который планируется обрабатывать с помощью технологии термической газокислородной резки, отвечает определенным критериям:

должен плавиться при более высокой температуре, чем температура горения;
образуемые в процессе обработки окислы обязаны плавиться при температуре ниже, чем температура плавления металла заготовки;
в процессе термической резки должно выделяться достаточное количество тепла, чтобы обеспечить непрерывность процесса;
металл обязан обладать невысокой теплопроводностью;
образующиеся в процессе термической резки окислы должны обладать высокой текучестью, чтобы их было легко выдувать из рабочей области кислородной струей.

Такими характеристиками обладают исключительно низкоуглеродистые и низколегированные стали. Для обработки легированных и высоколегированных сталей, чугуна, медных и алюминиевых сплавов кислородную резку не используют.

Термическую резку выполняют машинами или вручную. Последняя производится специальными резаками со сменными мундштуками. Поскольку при ручной невозможно обеспечить равномерное перемещение резака и полностью убрать вибрации режущей струи, качество реза будет низким, нуждающимся в дальнейшей механической обработке.

Высококачественный рез получают при машинной обработке заготовок, способной обеспечить равномерность перемещения резака вдоль линии реза, строгую перпендикулярность режущей кислородной струи к разрезаемой поверхности заготовки, а также постоянное расстояние между мундштуком и металлической поверхностью.

Машинная резка выполняется с помощью автоматического или полуавтоматического оборудования, оснащенного одним или несколькими резаками.

Кислородная термическая резка подходит для работы с металлами, толщина которых составляет от 0,5 до 3 см. Если же их толщина превышает 3 см, то необходимо пользоваться специальными резаками.

Кислородно-флюсовая резка

Следующая разновидность термической резки металлов – кислородно-флюсовая, в процессе которой металл заготовки сжигается в кислородной струе, одновременно с этим в рабочую зону поступает порошкообразный флюс, а образующиеся окислы выдуваются кислородной.

Эта технология подходит для работы с металлами, которые невозможно разрезать при помощи кислородной резки, поскольку в процессе образуются тугоплавкие не жидкотекучие шлаки. Такие металлы представлены высокохромистыми и хромоникелевыми сталями, чугуном, медными сплавами.

Флюс, дополнительно подающийся в рабочую зону, необходим для того, чтобы при его окислении образовывался шлак, смешивающийся с тугоплавким и разбавляющим его. Также флюс необходим для увеличения количества выделяемого тепла.

В основе большей части используемых при этом виде термической резки флюсов – железный порошок. Для работы с хромистыми сталями применяют порошок без добавок.

Обработка чугуна требует дополнительного введения в состав флюса не более 35 % феррофосфора, резка меди и ее сплавов – 10–15 % феррофосфора, а также не более 20 % алюминиевого порошка.

Кислородно-флюсовая термическая резка металлов выполняется на специальном оборудовании, оснащенном резаками, а также флюсопитателем, который подает флюс в кислородную струю.

Технология используется для работы с заготовками из высокохромистых и хромоникелевых сталей, толщина которых не превышает 5 см, а также из серого чугуна не толще 3 см, меди не толще 0,5 см, латуни толщиной не более 1,5 см.

Воздушно-дуговая резка

Следующий вид термической резки металлических заготовок – воздушно-дуговой. Для расплавления металла в зоне реза используют электрическую дугу, а расплавленные частицы удаляют струей сжатого воздуха.

Технология предполагает применение неплавящихся угольных или графитовых электродов, сжатый воздух для удаления шлаков подается параллельно электроду.

Воздушно-дуговая термическая резка выполняется при помощи специальных воздушно-дуговых резаков с силой тока до 1 000 А и угольных или графитовых электродов.

Технология подходит для обработки большинства сплавов, исключение составляют магниевые (из-за возгорания при резке).

В основном такая термическая резка используется для поверхностной обработки заготовок, т. е. для создания отверстий и канавок в поверхности детали, удаления дефектов со слитков и отливок и пр.

Плазменная резка

Еще одна разновидность термической резки плавлением – плазменная резка, в процессе которой металл проплавляется за счет интенсивного воздействия плазменной дуги или плазменной струи с последующим удалением из рабочей зоны частиц металла газовой струей.

При резке плазменной дугой на металл воздействует направленный плазменный поток, образуемый плазмотроном прямого действия.

Резка плазменной струей предполагает применение струи свободной газовой плазмы, образуемой плазмотроном косвенного действия.

Технология подходит для работы с заготовками из любых, в том числе цветных, металлов.

Способ используется для обработки листового алюминия, а также алюминиевых сплавов при толщине листов до 0,8–1,2 см, заготовок из коррозионностойкой стали и медных сплавов. Кроме того, это единственный способ, который применяется для резки изделий из магниевых сплавов.

При использовании ручного оборудования можно разрезать металлы толщиной 0,8–1 см, при применении автоматизированных станков – до 3 см.

Плазменную резку используют для работы с тонколистовыми стальными изделиями, алюминиевыми и медными заготовками, жаропрочными сплавами, керамикой и другими неэлектропроводными материалами.

Главные достоинства плазменной термической резки состоят в высокой производительности, отличном качестве реза, низком числе деформаций при работе с тонкими заготовками, скорости обработки (резка стальных изделий, толщина которых составляет 0,6–2 см, происходит в 3-4 раза быстрее, чем при применении технологии кислородной обработки).

Что касается недостатков этого вида обработки металлов, то к ним можно отнести сложное оборудование, высокий уровень шума, а также высокий процент азота в кромках разреза.

Технологии лазерной и электронно-лучевой термической резки

При лазерной и электронно-лучевой резке металл испаряется за счет воздействия концентрированного источника нагрева. Электронно-лучевая резка выполняется в вакууме, лазерная – в обычных условиях. Для этих технологий характерны высокое качество реза, небольшая область нагрева.

Благодаря автоматизации процесса возможно выполнение разрезов любой конфигурации. Однако само оборудование – сложное и дорогостоящее.

Резка металла газом

Резка металла газом – метод металлообработки, применяемый не только на крупном производстве, но также в быту, сельском хозяйстве, мелкосерийном выпуске. Это по-настоящему универсальный, простой и быстрый способ разрезать толстую металлическую заготовку без длительной настройки оборудования и больших затрат.

Для того чтобы резка металла газом выполнялась правильно, необходимо соблюдать правила, подобрать оборудование и расходные материалы, выполнить остальные условия. О том, как это сделать лучше, читайте в нашем материале.

Что собой представляет процесс резки металла газом

Газовая резка металлов в настоящее время – это достаточно простая технология, при которой работа идет без применения сложной аппаратуры и дополнительных источников энергии. Данный метод используют специалисты для проведения работ в сельском хозяйстве, строительстве и различных видах ремонта. Оборудование для газовой резки металла мобильно, быстро перевозится для использования на другом объекте.

Рассмотрим основной принцип резки с помощью кислорода. Вначале происходит разогрев материала нагревателем в среднем до температуры +1 100 °С. После чего кислород начинает подаваться в зону реза, соприкасается с раскаленной поверхностью и загорается. Стабильная подача кислорода дает мощную струю горящего газа, которая с легкостью режет лист металла.

Для успешной резки газом необходимо, чтобы материал имел температуру горения меньшую, чем плавления. Иначе расплавленный металл будет тяжело убрать из зоны реза, в отличие от сгоревшего.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что резка металла газом происходит вследствие его выгорания в зоне действия газовой струи. Основной частью оборудования для резки газом является резак. В нем происходит создание смеси воздуха с газом за счет дозирования и последующее смешивание кислорода с парами жидкого топлива или газами. После чего резак воспламеняет получаемую смесь и дополнительно обеспечивает подачу кислорода в зону реза.

Газовая резка является одним из температурных методов обработки материалов. Ее достоинством стала большая производительность и возможность обрабатывать заготовки практически любой толщины. Один сварщик за смену в состоянии произвести резку нескольких тонн материала. Работники указывают на одно из главных преимуществ – возможность работать вне зависимости от источников энергии. Это особенно важно, когда работа ведется в полевых условиях, где отсутствует какой-либо источник питания.

В списке металлов, в работе с которыми используется газокислородная резка, есть исключения: алюминий, нержавейка, медь и латунь.

Преимущества и недостатки технологии резки металла газом

Резка кислородом имеет большое количество преимуществ перед иными видами. Они делают ее эффективнее экономически. Но существует ряд ситуаций, когда она просто незаменима.

Достоинствами газокислородной резки являются:

Возможность обрабатывать заготовки большой толщины.
Высокая сложность выполняемых резов, например, таких как многоступенчатый.
Удобство выполнения фасонной обработки материалов, т. е. на заданную глубину, а не только сквозного реза.
Хорошее качество реза при невысокой себестоимости обработки.
Высокая производительность.
Автономность и мобильность оборудования позволяет применять ее в труднодоступных местах, в том числе при сборке/разборке корпусов судов, а также сложных производственных конструкций.

Описываемая технология резки газом, помимо достоинств, имеет и недостатки, к примеру:

Для ее осуществления сварщику требуется достаточный опыт. Специалистам с низкой квалификацией доступны только простые виды реза, например, прямая обработка тонкого листа металла.
Опасность возникновения пожара или взрыва. Технология требует тщательных подготовительных мероприятий и последующего соблюдения правил техники безопасности при проведении работ.
Точность реза не слишком высокая, в особенности при ручной обработке. После его выполнения заготовку, как правило, необходимо дополнительно механически доводить до соответствия ее формы и размеров чертежу.
Термическое воздействие на заготовку иногда приводит к разным формам деформации, таким как кручение, коробление и пр. Это особенно рискованно при раскрое материала и в меньшей степени при демонтаже конструкций.

Эти недостатки способен решить иной метод – плазменная резка с помощью автоматизированных стационарных аппаратов. Однако они не мобильны и не дают возможности выполнять операции в труднодоступных местах.

Какие газы используются для резки металла

Существует несколько методов классификации газовой резки. Она происходит в зависимости от применяемых газов и прочих особенностей. Из них можно выбрать оптимальный для выполнения той или иной операции или задачи. К примеру, электродуговая резка с кислородом возможна в случае подключения аппаратуры к электрической сети. А обрабатывать низкоуглеродистые стали удобнее газовоздушной смесью с пропаном.

Среди профессионалов наиболее востребованными методами являются:

Резка пропаном. Резка металла газом, например, пропаном, а также кислородом – пожалуй, самый популярный, но имеющий свои ограничения. Он применяется для низколегированных и низкоуглеродистых сталей, титановых сплавов. В случае наличия в составе материала легирующего компонента или углерода в количестве более 1 %, требуется применение иного метода. Резка возможна и с другими газами: ацетиленом, метаном и пр.
Воздушно-дуговая резка. Довольно эффективным методом резки является кислородно-электрическая дуговая резка. Плавка происходит при помощи электрической дуги. Остатки же расплава убираются воздушной струей. При выполнении операции таким образом подача кислорода происходит вдоль электрода. К недостаткам этого метода можно отнести неглубокие резы. Впрочем, они компенсируются практически любой шириной заготовки.
Кислородно-флюсовая резка. Ее особенностью является подача в зону реза дополнительного компонента – порошкообразного флюса. Он дает возможность обрабатываемому металлу стать более податливым в процессе флюсовой кислородной резки. Данный метод применяется для металлов, которые образуют твердоплавкие окислы. В процессе его применения создается добавочный тепловой эффект, при котором струя газа эффективно режет металл. Применяется кислородно-флюсовая металлическая резка для обработки меди и медных сплавов, легированных сталей, железобетона и зашлакованных металлов.
Копьевая резка. Данный метод применяется для работы с промышленными технологическими отходами, большими массивами стали и аварийными скрапами. Особенностью является увеличивающаяся скорость выполнения работ. Технология включает применение высокоэнергетичной струи газа, что приводит к значительной экономии стальных копьев. Скорость же работы увеличивается быстрым, полным сгоранием обрабатываемого материала.

Расход газов при резке металла можно увидеть в таблице:

На показатель зависимости расхода газа от объемов работ сильное влияние оказывает выбранный метод резки. Нормы резки металла газом при использовании кислородно-флюсового метода содержат информацию о несравнимо меньшем использовании газа, чем при воздушно-дуговом.

Помимо способа обработки, расход газа и кислорода при резке металла зависит от ряда параметров, таких как:

квалификация сварщика – неопытному специалисту потребуется большее количество газа на один метр заготовки, чем мастеру;
параметры оборудования и его целостность;
толщина и марка металла, из которого сделана заготовка;
характеристики реза – ширина и глубина.

В нижеследующей таблице представлена информация, необходимая для специалиста при выполнении реза пропаном:

Основные правила резки толстого металла газом

Газокислородная резка применяется для раскроя сплавов стали толщиной от 0,5 до 6 см. Вследствие реакции окисления выделяется тепло, которое нагревает и расплавляет металл. А продукты, образующиеся из-за сгорания материала, убираются из зоны реза потоками газа.

Существует ряд требований, которые надо соблюдать в процессе подготовки и выполнения газокислородной резки материалов:

Перед началом работ необходимо аккуратно очистить поверхность вдоль будущей линии реза на расстояние до 10–15 см. Удалению подлежат остатки старой краски, смазок, масложировых пленок. Если их оставить, то во время резки газом может произойти возгорание, а иногда и взрыв. Помимо них, необходимо избавиться от ржавчины, поскольку ее присутствие замедляет работу по причине теплоизоляционных свойств последней.
В нижней части заготовки должно быть свободное пространство для выхода струи газа. Размер его невелик – 5–10 см. Однако его отсутствие может привести к турбулентности потока газа из-за его отражения, что крайне нежелательно, к тому же отрицательно влияет на скорость выполнения работы, а также вызывает температурную деформацию изделия.
Угол отклонения резака от вертикали не должен превышать 5°. В противном случае форма факела искажается, точность падает, качество поверхности реза ухудшается.
Для выполнения работ сварщику необходимы высокая квалификация и достаточный опыт. Выполнение данного требования будет гарантировать высокую производительность и точность реза.

Газ в зону реза подается с помощью запорных вентилей: одним общим и двумя запорными. Использование двух разных запорных вентилей помогает быстро управлять составом смеси и перенастраивать оборудование для резки металла газом.

На рукоятке резака находятся три патрубка с разъемами. Именно с их помощью в зону реза попадают газ для сварки и резки металла: ацетилен или пропан, кислород, а также жидкость для охлаждения. Давление газов при резке металла устанавливается на редукторе баллона. Оно должно быть ≤ 12 атм.

Подача кислорода в факел резака начинается после поджога последнего. Пропан, сгорая, выделяет тепло, которое нагревает изделие, и начинается его окисление. Процесс происходит достаточно быстро. Заготовка режется (прожигается) струей раскаленного газа (кислорода), одновременно этот же поток выметает частицы расплава в образовывающийся рез.

Условия резки металла газом и кислородом

Рассмотрим обязательные условия успешной обработки материалов методом газокислородной резки:

Температура горения металла в среде кислорода, которая также обозначается как Т_воспл, должна быть ниже Т_плав (температуры плавления). Разница температур не должна быть ниже 50 °С. В противном случае возможно вытекание расплава, а также увеличение ширины реза. Например, конструкционные сплавы имеют Т_воспл, равную +1 150 °С, в то время как Т_плав равна +1 540 °С. Температура плавления снижается с возрастанием количества углерода, что затрудняет обработку высокоуглеродистых сплавов, а также чугуна простым резаком.
Температура плавления заготовки должна быть выше температуры плавления поверхностных оксидных пленок. Такая пленка является тугоплавкой и не дает кислороду достигнуть поверхности металла, в результате чего его горение не может начаться. Например, температура плавления оксида хрома равна +2 270 °С, а конструкционной стали – +1 540 °С. Специалисты рекомендуют в таком случае использовать порошок флюса. Между ним и поверхностной пленкой начинается реакция, превращающая последнюю в продукт с пониженной температурой плавления.
Появляющиеся в ходе резки газом оксиды должны иметь высокий показатель жидкотекучести. Иначе расплав будет облеплять края реза, мешая работе и не давая основному материалу гореть. Повысить текучесть оксидов можно с помощью специально подобранных флюсов. Однако такое вмешательство делает резку газом существенно дороже.
Обрабатываемая заготовка должна иметь невысокую теплопроводность – иначе не будет происходить возгорания материала в зоне реза из-за отведения из него тепла. Работу либо вообще нельзя будет вести, либо она будет постоянно прерываться, из-за чего норма расхода газов при резке металла повысится, а следом снизится качество реза и его точность.

Перед тем как начнется резка металла природным газом, необходимо подготовить следующую аппаратуру:

Емкости, содержащие газ.
Шланги для подключения газа.
Резак.
Определенного размера мундштук.
Редукторы, контролирующие объем и регулировку.

Перечисленная аппаратура не зависит от ее производителя и имеет стандартную маркировку вентилей.

До работы допускаются только сварщики, прошедшие инструктаж, о чем произведена запись в специальном журнале, и успешно сдавшие зачеты о знании теории и практики резки.

Читайте также: