Газовая резка нержавеющей стали

Области применения нержавеющих сталей

Нержавеющими называются стали, обладающие высокими механическими свойствами, окалиностойкостыо, 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

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.

Рис. 1. Резак РВД-1-58 для воз­душно-дуговой рез­ки:

а - внешний вид, б – резка металла толщиной до 20 мм, в – то, же более 20 мм, г – поверхностная выплавка широких канавок

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

Таблица 3

Режимы поверхности воздушно-дугового реза на постоянном токе

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.

Рис. 2. Схема процесса плазменно-дуговой резки (образование полости реза)

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.

Рис. 3. Схема комплекта для руч­ной плазмеино-дуговой резки с реза­ком РДМ-1-60:

1 - резак. 2 — кабельно-шланговый пакет, 3 — коллектор со струбциной, 4 — зажигал­ка, 5 — источник тока, 6 — баллоны с га­зами, 7 — редукторы, 5 — кабели, 9 — шланги, 10 — водопроводная магистраль, 11 — слив охлаждающей воды.

Рис. 4. Резак РДМ-1-60:

1 — наконечник, 2 — головка, 3 — защитный колпачок,

4 —щиток, 5 — рукоятка, 6 — рычаг клапана подачи

водорода или азота, 7 - вентиль подачи аргона,

8 —коллектор со струбциной

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:

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 (табл. 4).

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

Рис. 5. Резак РПД – 1 – 64 для

машинной плазменно-дуговой рези

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= ---------------

?(0.5 + 0.05?)

где N — мощность дуги, квт;

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

? — 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

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

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

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.

Рис. 7. Схема установки для плазменной резки

Рис. 6. Схема плазменной 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.

Рис. 8 Способы ручной кислородной резки высоколегированных нержавеющих сталей

a — наложением полоски из малоуглеродистой стали вдоль линии реза;

б — наплавка вдоль линии реза валика металлическим электродом из низкоуглеродистой стали;

в — введение в разрез прутка из низкоуглеродистой стали.

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

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.

Рис. 9. Установка УРХС-4 для кислородно-флю­совой резки

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

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.