«Изучение технологии кислородной и плазменно-дуговой резки металла»

Цель работы: ознакомиться с термической резкой строительных материалов; изучить режимы кислородной резки; изучить плазменно-дуговую резку и её возможные результаты.

Сведения из теории.

Термическая резка в строительстве используется как для резки металлов, так и бетона и железобетона. В частности её применяют для раскроя листов металлов, разделение фасон­ного проката поверхностной обработки металлических изделий, подготовки кромок изде­лий под сварку, удаление корней сварочных швов и дефектных участков сварных соеди­нений, разделки трещин в металле, очистке или ремонта стальных отливок, пробивки от­верстий, срезки заклёпок и болтов. Основные виды термической резки и области их при­менения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Виды и области применения термической резки.

Виды резки	Область применения
1. Кислородная резка (кислород, ацетилен, пропан-бутан, при­родный газ, коксовый газ, пары керосина)	Сталь с небольшим содержанием углерода.
2. Кислородно-флюсовая резка (кислород + подогревающие газы п. 1 + флюс)	Сталь хромистые хромоникелевые, чугун, медь и её сплавы.
3. Электрическая дуговая резка (электроды стальные с качественным покрытием МО-3, АНО-4, угольные и графитовые элек­троды – ВНК, ВДГ)	Низкоуглеродистые и нержавеющие стали, чугун.
4. Воздушно-дуговая резка (стальные элек­троды с качественным покрытием, уголь­ные и графитовые электрод, сжатый воздух)	Стали легированные, коррозионно-стойкие, чугун, цветные металлы.
5. Кислородно-дуговая резка (стальные электроды ЦМ7, ОММ-5, угольные элек­троды, кислород)	Углеродистые и легированные стали на строительно-монтажных работах при резки в любых пространственных положениях.
6. Плазменно-дуговая резка (плазмотрон; газы или смеси газов, аргона, водорода, ге­лия, азота, воздуха, пары воды)	Все виды металлов и материалов, включая железобетон с температурой плавления до 15000С.
7. Резка кислородным копьём (стальная труба диам. 6-25 мм с	Пробивка отверстия в бетоне и железобе­тоне глубиной до 4 м с 40…120мм.
8. Резка порошково-кислородным копьем сварка (стальная труба, порошок железа, кислород, пропан бутановая смесь или аце­тилен)	Бетон и железобетон толщиной до 400 мм.
9. Резка термобуром (сверхзвуковая струя продуктов горения углеводородов в кисло­роде)	Отверстия 40…120 мм в бетоне, железобетоне, граните и других каменных материалах.

Кислородная резка.

Принцип кислородной резки заключается в способности металлов, с температурой вос­пламенения меньше, чем температура плавления, гореть в кислороде с выделением боль­шого количества тепла, которое должно быть достаточно для нагрева и последующего воспламенения окружающих холодных слоёв металла.

Этим условиям отвечает малоуглеродистая сталь у которой температура воспламенения 1350С, что на 200С меньше температуры плавления и теплота её сгорания на 70% обес­печивает нагрев холодных слоёв, окружающих зону резки, остальные 30% обеспечивает теплота, выделяющаяся при сгорании ацетилена, пропан – бутан, природного газа или па­ров предварительно подогретого керосина.

Металлы, имеющие большую теплопроводность, а также образующие тугоплавкие окислы, резать практически невозможно. Особо тугоплавкими являются окислы хрома, кремния. Наличие молибдена, вольфрама способствует закалке прилегающих к зоне резки нагретых слоёв металла, что затрудняет последующую механическую обработку. Наличие большого количества углерода способствует повышению температуры воспламенения металла, что в ряде случаев не позволяет выполнять кислородную резку.

Рис.1. Устройство инжекторного резака: 1 – головка, 2 – дополнительный кислородный привод, 3 – вентиль режущего кислорода, 4 – кислородный вентиль, 5 – ацетиленовый вентиль, 6 – инжектор, 7 – камера, 8 – отверстие, 9 – центральное отверстие внутреннего мундштука.

Возможность кислородной резки и её технологию можно оценивать по эквивалентному содержанию углерода, которое определяется по формуле:

С_э=С+0,16Мn+0,3(Si+Мo)+0,4Сr+0,2V+0.04(Ni+Cu) (1)

Стали с С_э<0.8% режутся хорошо, но зимой требуёт подогрева до 150С.

Стали с 0.8<С_э<1,1% требуют предварительного подогрева до 200–300С и склонны к закалке и трещинообразованию.

Стали с С_э<1.1% требуют предварительного подогрева до 300-400С, медленного последующего охлаждения и склонны к образованию трещин.

Рис. 2. Устройство керосино–кислородного резака: 1 – внутренний мундштук, 2 – наружный мундштук, 3 – головка, 4 – трубка режущего кислорода, 5 –трубка для подачи кислорода в инжектор, 6 – вентиль режущего кислорода, 7 – вентиль для керосина, 8 – трубка для керосина, 9 – рукоятка, 10 – трубка для кислорода, 11 – корпус резака, 12 – трубка для подачи керосина в испаритель, 13 – маховичок для регулирования подачи горючего, 14 – щиток, 15 – испаритель, 16 – инжектор, 17 – смесительная камера, 18 – подогревающее сопло.

Процесс резки происходит в следующей последовательности:

• нагрев участка до температуры воспламенения;

• воспламенение металла в кислороде;

• сгорание металла в струе кислорода;

• расплавление окислов металла и их выдувание;

• нагрев смежных слоёв металла теплом от сгорания металла и прогревающих газов.

Для резки с применением ацетилена используется комплект, изученный в лабораторной работе №4 «Изучение технологии газовой сварки», только горелки заменяют резаками.

Вместо ацетилена можно использовать природный газ, коксовый, городской газ, пропан-бутан.

Наибольшее распространение получили инжекторные резаки (рис. 1), которые выпускаются типов Р1, Р2, Р3 со сменными мундштуками для резки стали различной толщины. Для резки труб, вырезки отверстий применяют специальные вставные головки резаков. В промышленности используются машины и механизмы различных типов, механизирующие процесс резки. В строительстве и промышленности для резки стали используются керосинорезы, в которых подогревающее пламя создаётся сгоранием паров керосина. Пары керосина образуются подогревом непосредственно в резаке РК-1 (рис. 2) жидкого осветительного керосина, поступающего по шлангам из специального бачка.

Режим кислородной резки определяется мощностью обогревательного пламени, давлением и расходом режущего кислорода, расходом горючего, шириной резания, толщиной стали. Значения ряда этих параметров приведены в табл. 2.

Таблица 2. Параметры кислородной резки.

Толщина стального листа t, мм	3	25	50	100
Расход ацетилена м3/час	0,3	0,55	0,75	1
Расход керосина г/час.	600	800	900	1100
Расход кислорода м3/час.	3	6	9	20
Ширина резки, мм	2	4	5	6

Скорость резки может быть определена по формуле:

V=4000/(50+t) (мм/мин) (2).

На скорость резки большое влияние оказывает чистота кислорода. Снижение её на 1% уменьшает скорость на 15%, а его расход увеличивается на 35%. Для резки больших толщин эффективно низкое давление кислорода в 5-20 атм., которое резко снижает его расход.