Способы газовой резки металла

Газокислородная резка металла

В любой отрасли, изготовляющей, ремонтирующей или перерабатывающей металлические изделия, требуется резать металл. Для чернового раскроя и разборки неразъемных соединений металлических конструкций существует сравнительно несложная и недорогая технология — газокислородная резка металла. Газокислородный способ резания отличается высокой мобильностью. Для работы требуется несложное оборудование, необходимо тщательно соблюдать меры безопасности — способ пожароопасен.

Технология резки газом

Газокислородная резка используется при раскрое стальных сплавов толщиной от 5 до 60 мм. Нагрев и плавление металла происходит за счет тепла, выделяемого при реакции окисления. В ходе реакции полоса металла сгорает с высокой скоростью в узком пучке пламени, направляемом на обрабатываемую поверхность. Продукты сгорания удаляются из зоны резания потоком газа.

При подготовке и проведении процесса газокислородной резки необходимо соблюдать следующие требования:

• Тщательно очистить поверхность по линии разреза и прилегающую к ней зону на 10-15 см. Необходимо удалить следы старой краска, масложировые пятна, смазочные материалы. Наличие таких загрязнений может стать причиной возгорания или даже взрыва. Следует также по возможности зачистить ржавчину. Она выступает в роли теплоизолятора и замедляет резание.
• Со стороны тыльной поверхности разрезаемой детали следует предусмотреть свободное пространство в 5-10 см. Через него должна выходить газометаллическая струя. Если она будет отражаться обратно на деталь, возникнет нежелательная турбулентность газового потока. Это отрицательно скажется на скорости резания и может привести к термической деформации заготовки.
• Нельзя отклонять резак от вертикали более чем на 5°. Это приведет к искажению формы факела, снижению точности реза и качества поверхности.
• Требуется высокая квалификация и значительный практический опыт газосварщика. Только тогда можно гарантировать высокую точность реза и достаточную производительность.

Технология газокислородной резки

Виды резки металла газом

Газокислородная резка имеет несколько разновидностей. Ученые и инженеры разработали эти методы, исходя из особенностей применения в конкретных условиях. Наиболее употребительны следующие методы резки:

• Пропаном. Этот довольно популярный способ применим для титановых, низколегированных сплавов и сталей с низким содержанием углерода. Для углеродистых и высокоуглеродистых сталей он не подходит. Для большей производительности и энергоэффективности пропан могут заменять на метан или ацетилен.
• Воздушно — дуговая. В дополнение к сгоранию материала в струе кислорода меду заготовками и встроенным в резак электродом возбуждается электродуга. Она плавит металл в районе линии реза, а газовый поток уносит его остатки. Метод не позволяет разрезать толстые изделия, зато дает возможность делать разрезы большой ширины. Это очень полезно при выполнении фасонного раскроя и позволяет существенно снизить трудоемкость операции.
• Кислородно-флюсовая. При данном методе в рабочую область подается флюсовый порошок. Этот компонент участвует в физико-химических процессах и обеспечивает повышенную пластичность и податливость материала во время резания. Способ применим для резания сплавов, на поверхности которых образуются прочные и термостойкие оксидные пленки. Применение флюса позволяет избавиться от них, сместив температурный баланс в зону более высоких температур. Особенно эффективен данный метод для чугунных, медных, бронзовых и латунных изделий, заготовок с высокой степенью зашлакованности и для железобетона.
• Копьевая. Применяется при разборке металлических конструкций, технологических отходов, разделке массивных крупногабаритных заготовок. Струя кислорода пропускается через тонкую стальную трубку — газовое копье. Копье является расходным материалом, оно сгорает в ходе процесса, повышая температуру и эффективность основной реакции и позволяет дополнительно концентрировать режущий факел. В результате скорость разделки существенно возрастает.

Технологически процесс газокислородной резки предполагает ведение резака газорезчиком вручную.

Подача газов управляется одним общим или двумя раздельными запорными вентилями. Применение раздельных вентилей позволяет точно настраивать состав смеси и оперативно перестраивать оборудование для другого вида работ.

Промышленная газокислородная сварка

Рукоятка резака снабжена тремя патрубками с разъемами. По ним подводится кислород, пропан (или ацетилен) и охлаждающая жидкость. Давление кислорода устанавливается на баллонном редукторе и может достигать 12 атмосфер.

После выполнения поджига в факел резака подается кислород. Сгорание пропана нагревает поверхность заготовки до такой температуры, что начинается химическая реакция его окисления. Она идет настолько интенсивно, что деталь прожигается насквозь струей режущего кислорода и газовый поток выносит сгорающие частицы металла в разрез.

Условия для газокислородной резки

Для успешного применения газокислородной технологии резки металла следует соблюдать ряд обязательных условий:

• температура плавления (T_плав) материала должна превышать температуру горения (T_воспл) в кислородной среде. Разница должна составлять не менее 50 °С, чтобы исключить вытекание расплава и неоправданное расширение зоны разреза. Так, для конструкционных сплавов T_плав=1540 °C, а T_воспл= 1150 °С. С увеличением содержания углерода температура плавления понижается. Это затрудняет резание чугунов и высокоуглеродистых сплавов обычным резаком.
• T_плав разрезаемого материала должна превышать T_плав оксидных пленок на его поверхности. Тугоплавкая оксидная пленка будет препятствовать доступу кислорода к поверхности металла и реакция горения не сможет начаться. Так, оксиды хрома и конструкционная сталь 3 имеют температуры плавления соответственно 2270 и 1540 °С. Выходом из такой ситуации может быть применение флюсового порошка, вступающего в реакцию с оксидной пленкой и преобразующего ее в вещества с более низкой температурой плавления.
• Оксиды, возникающие в процессе резания, должны иметь высокую жидкотекучесть. Если текучесть низкая, то они облепляют кромки линии разреза, препятствуя горению основного материала. Специально подобранный флюсовый порошок также помогает решить эту проблему, повышая текучесть оксидов. Но это приводит к удорожанию процесса.
• Разрезаемый материал должен иметь низкую теплопроводность. В противном случае тепло будет отводиться из рабочей зоны и температуры возгорания металла в месте проведения работы будет не достичь. Реакция не сможет начаться либо будет протекать нестабильно, увеличивая расход газа, снижая точность и качество поверхности реза.

Условия для газокислородной резки

Расход газа при резке металла

Расход газа во время проведения операции зависит от сочетания нескольких факторов.

Определяющим из них является выбранный вид газокислородной резки. Так, воздушно-флюсовый метод при прочих равных параметрах расходует газа меньше, чем кислородно — дуговой.

Кроме того, на расход рабочего газа влияют следующие параметры:

• Навыки газорезчика. Опытный мастер будет расходовать газа на единицу длины реза существенно меньше, чем его начинающий коллега.
• Разрезаемый материал. Термостойкие сплавы требую большего расхода.
• Толщина материала. Чем толще раскраиваемая заготовка или разрезаемое при демонтаже изделие, тем выше будет расход.
• Ширина разреза.

Последним, но не маловажным фактором, влияющим на потребление газа, является общая исправность оборудования и его правильная настройка.

Неисправный вентиль или соединение, неотрегулированная горелка могут не только повысить расход на десятки процентов, но и стать причиной серьезной аварии.

Применение качественных промышленных газов с предписанной технологией степенью очистки от посторонних примесей также повышает производительность и снижает расход.

Преимущества и недостатки технологии

Газокислородная резка обладает целым рядом достоинств, делающим эту технологию экономически эффективной, а в ряде случаев — и просто незаменимой:

• Большая толщина разрезаемого материала.
• Выполнение разрезов любой сложности, в том числе многоступенчатых.
• Кроме сквозного реза, возможен рез на определенную глубину, что позволяет проводить фасонную обработку поверхности.
• Низкая себестоимость операции при достаточном качестве поверхности реза.
• Высокая производительность.
• Высокая мобильность делает метод незаменимым при демонтаже сложных промышленных конструкций и корпусов судов, а также при работе в труднодоступных местах.

Как и любой реально существующей технологии, есть у нее и минусы:

• Требует высокой квалификации и продолжительного набора опыта оператором резака. Начинающим доступны только самые простые операции типа прямого реза тонкого листа.
• Пожароопасность и взрывоопасность. Метод требует проведения ряда подготовительных операций для обеспечения безопасных условий работы и тщательного соблюдения требований безопасности в ходе ее выполнения.
• Невысокая точность раскроя, особенно при ручном резании. Как правило, необходима дополнительная механическая обработка заготовок для приведения размеров и формы в соответствие с чертежом.
• Температурное воздействие на материал может привести к деформациям — короблению, кручению и пр. Это не так важно при демонтаже, но привносит дополнительный риск при раскрое листов.

Стационарные автоматизированные установки плазменной резки металла позволяют побороть большинство недостатков, но лишают процесс мобильности.

Качество резки

Качество газокислородной резки является весьма важным фактором и слабым местом технологии. Чтобы его обеспечить, необходимо контролировать следующие параметры:

• Подача кислорода. Необходимо точно выдерживать этот параметр. Недостаточная подача вызывает неполно окисление разрезаемого материала и накапливанию оксидом в рабочей зоне Переизбыток же охлаждает рабочую зону и выносит из нее тепло, приводя к нестабильности реакции горения.
• Чистота промышленного газа. Применение загрязненного кислорода приводит к скоплению шлаковых масс на нижней стороне разреза, снижению скорости резания и повышенному расходу газа.
• Мощность факела подогрева. Исходя из состава газовой смеси, различают три типа пламени. Окислительное применяется для работы с листом в 3-9 мм. Обычное — для заготовок от 10 до 100 мм. Для более толстого материала используют т.н. науглероживающее пламя подогрева.
• Длина факела. Факел должен быть длиннее, чем толщина детали. Это позволит эффективно выносить продукты горения за пределы рабочей зоны.

Качество резки металла

Опытный мастер должен быть способным одновременно контролировать все указанные параметры.

Скорость резки

Скорость газокислородной резки требуется выдерживать ровно такую, какая предусмотрена технологией.

В случае занижения скорости движения резака происходит перегрев материала и оплавление кромок.

При превышении может начаться частичный или полный непрорез металла, поскольку струя кислорода будет запаздывать и отклоняться.

Контролируют скорость визуально, по направлению факела и искр, вылетающих с тыльной стороны заготовки.

Зависит скорость также и от толщины разрезаемого металла.

Подготовка к резке металла

В ходе подготовительных операций линия резки и околоразрезная зона должны быть зачищены механическим способом от ржавчины, окалины, остатков лакокрасочных покрытий. Масложировые загрязнения следует удалить органическими растворителями.

Присутствие загрязнений в рабочей области приводит к снижению производительности и качества поверхности кромок.

Кроме того, загрязняющие вещества могут вступать в химические реакции при высокой температуре с образованием нежелательных соединений, налипающих на тыльную сторону разреза в виде шлаков.

Подготовка оборудования для газокислородной резки

Заготовку следует надежно закрепить в выбранном положении. Преимущество обычно остается за нижним положением — в нем облегчен доступ к детали и вынос сгоревшего металла с тыльной стороны разреза. Для этого нужно уложить заготовку на специальный раскроечный стол или подложить под нее негорючие подкладки.

Установка для газокислородной резки металлов

Перед тем как зажечь газокислородный резак

Следует провести полную проверку оборудования:

• Осмотреть горелку, все разъемы, шланги, баллоны и арматуру на предмет отсутствия механических повреждений.
• На слух проверить отсутствие утечки газа. Проверять утечку зажженной спичкой недопустимо.
• Поверить инжекцию.

Осмотр резака

Особо опасной неисправностью, делающей невозможной дальнейшую работу, является обратный удар — распространение пламени в обратном направлении внутрь горелки. Если оператор слышит повторяющиеся хлопки или видит, как пламя втягивается внутрь горелки, он должен немедленно перекрыть подачу пропана, затем кислорода. Горелку следует остудить. Далее необходима прочистка и продувка инжектора, смесительной камеры и форсунок. Все соединения после продувки необходимо подтянуть. Категорически недопустимо:

• Продолжение резки при обратном ударе или нарушении регулировок состава газовой смеси.
• Удержание шлангов в руках или опора их на другие части тела.
• Движение с работающей газокислородной горелкой. При необходимости сменить рабочее место резак следует погасить и вновь разжечь на новом месте.
• Оставлять работающую горелку без присмотра.

Рабочая зона должна быть не захламлена и обеспечивать свободное перемещение оператора и шлангов.

Резка металла

Работа осуществляется в следующей последовательности:

• прогреть кромку, отклонив резак в сторону детали на 2-3°:
• поставить газокислородную горелку в вертикальное положение и подать кислород;
• снова отклонить резак на 2-3° в сторону реза;
• плавно, без рывков, вести горелку по линии разреза;
• перед окончанием линии немного снизить скорость и дорезать линию до конца.

Перед началом резания следует убедиться в том, что отрезаемый кусок конструкции надежно закреплен и не упадет на оператора или его коллегу

После окончания резки

Правильное завершение операции — это залог безопасности и качества работы. По окончании резания следует:

• Перекрыть подачу кислорода, а затем — горючего газа.
• Закрутить баллонные вентили.
• Открыть вентиль подачи кислорода на горелке и дать газу из шланга уйти в атмосферу, после чего закрутить его.
• Провернуть винт регулировки подачи кислорода, освободив его пружину.
• Очистить форсунки резака от шлаков и нагара.
• Отсоединить горелку от шлангов, свернуть их и подвесить в отведенном месте.
• Убрать газокислородную горелку в отведенное место хранения.

Резка металла газом

Перед тем, как покинуть рабочее место, следует убедиться в отсутствии задымления постороннего запаха и других признаков очагов возгорания.

Деформация материала при резке газом

Термические деформации часто сопутствуют технологическим операциям, связанным с нагревом заготовок до высоких температур. Чаще всего встречается изгиб и коробление.

Для снятия внутренних напряжений, возникших поле газокислородной резки, и восстановления формы деталей, применяют следующие приемы:

• термообработка методом отпуска или отжига;
• правка на правильных вальцах;
• прочное крепление проката перед раскроем и до полного остывания;
• повышенная скорость резания.

Кроме изменения формы, неравномерный нагрев может привести и изменению механических свойств заготовки. Их восстанавливают термообработкой.

Обратный удар при резке газом

Явление обратного удара заключается в изменении направления горения струи газовой смеси. При этом фронт горения втягивается в форсунку и далее начинает распространяться внутри горелки и по шлангам. В наихудшем случае он может привести к взрыву редукторов или даже баллонов с газом. Это серьезная угроза здоровью и жизни сотрудников и сохранности материальных ценностей. Во избежание печальных последствий резак оборудуется обратным клапаном, отсекающим подачу газа при изменении давления.

Обратный удар при резке металла

Пропан или ацетилен: что предпочесть?

Для кислородной резки используют несколько подогревающих газов. Наиболее часто применяют пропан. Это объясняется следующими его достоинствами:

• Низкая пожароопасность и взрывоопасность по сравнению с ацетиленом.
• Характерный запах меркаптановых добавок в пропане позволяет легко идентифицировать факт и место разгерметизации и утечки.
• Существенно более низкая стоимость пропана.

Ацетилен обладает своими достоинствами, которые в определенных обстоятельствах делают его более предпочтительным выбором. В их числе вдвое больший энергетический потенциал. При резке толстых конструкций или при необходимости обеспечить высокую скорость резания это становится определяющим фактором. Однако ацетилен более сложен в обращении, для него строже нормы безопасности и он существенно дороже.

Кроме того, ацетилен издает характерный неприятный запах, и в помещениях ограниченного объема он будет мешать другим работам.

Для работы в установке газокислородной резки не подходит бытовой газ. Там пропан смешан с бутаном, замедляющим или останавливающим процесс первичного нагрева. Промышленный пропан не содержит этой вредной примеси. При снижении температуры ниже 10 °С плотность пропана растет настолько, что изменяется скорость его подачи в горелку. Это приводит к снижению производительности и к повышенному износу деталей и узлов резака.

Кроме подогревающего газа, важно уделять внимание и держать под постоянным контролем узел подачи кислорода. Давление режущего кислорода — свыше 10 атмосфер, и при его утечке можно получить сильные ожоги.

Особенности выполнения ручной резки

Одна из самых распространенных ошибок резчика, приводящая к большому количеству дефектов — это запаздывание струи кислорода. Причинами этого явления служат неравные условия горения по глубине разреза. В средних и нижних слоях заготовки часть энергии факела растрачивается на непроизводительное нагревание соседних областей. Кроме того, часть энергии расходуется на образование окислов. Как следствие, факел отстает от горелки, и фронт разреза вместо вертикального становится наклоненным назад. Если идет раскрой листа и требуется высокая точность разреза, такой порок неприемлем. Для борьбы с этим нежелательным явлением форсунки горелки наклоняют немного назад. Часть факела отражается от фронта разреза, прогрев становится равномерным и обеспечивается требуемая точность, хоть и снижается скорость.

Кроме скорости движения резака, исключительно важна плавность этого движения. Рывки приводят к образованию термических напряжений и, в конечном счете — дефектов структуры. Не менее важно сохранение заданного угла наклона форсунок к разрезаемой поверхности.

Газокислородная резка не подходит для разделки металлов с низкой температурой плавления и высокой теплопроводностью. Детали из алюминия, например, просто расплавятся.

Точность ручной резки повышают с помощью использования шаблонов и лекал из материалов с высоткой температурой плавления.

Их накладывают на подлежащий раскрою лист и плавно обводят контуры горелкой. При этом повышается точность раскроя и качество поверхности среза, снижается и коэффициент отходов.

Механизированная газопламенная резка

Еще больше улучшить точность и коэффициент использования металла позволяют механизированные и автоматизированные установки газоплазменной резки. Их основные достоинства следующие:

• Высокая скорость реза с сохранением точности.
• Ниже требования к квалификации и опыту газорезчика.
• Автоматический контроль и коррекция параметров работы, включая скорость движения, наклон резака, подачу газов, ширину и длину факела. Это позволяет снизить непроизводительные потери металла.
• Входной контроль качества газов. При превышении допустимого содержания примесей установка блокирует работу.
• Совместимость с компьютерными программами оптимизации раскроя заготовок позволяет избежать процедуры разметки. Это повышает коэффициент использования металла и снижает себестоимость раскроя.
• Функция предварительного прогрева листа позволяет снизить термические напряжения в нем и уменьшить коробление. Предварительный прогрев также сокращает время выполнения основной операции.
• Вспомогательные устройства удаляют с поверхности листа шлаки и нагар, причем без остановки основной операции.

Рабочие параметры современных автоматических установок для раскроя достигают:

• скорость резания — до 0,6 метра в минуту;
• ширина разреза- 1-2 мм;
• точность соблюдения размеров — до 1 мм.

Механизированная газопламенная резка

Имеет автоматическая газокислородная резка и ряд недостатков. Это, прежде всего, ограничения по размеру раскраиваемого листа. Установка строго стационарна и не может использоваться в мобильном варианте, ее монтаж и наладка занимают несколько недель.

Источник