книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

Толщина р а зр еза ем о й ст а л и , им

Рие. 26.3. Зависимость скорости резки (/), расходов газа [кислорода режущего (2). природного газа (3), ацетилена (4). пропана (5), флюса (6), воздуха (7)1 от толщины разрезаемой стали

В настоящее время кислородная резка металла больших толщин применяется для обработки различного вида поковок, проката и отливок из низко-, средне- и высоколегированных марок сталей. При резке последних применяется способ кисло­ родно-флюсовой резки. Зависимость расходов газов, железного порошка, скорости резки высоколегированной стали приведены на рис. 26.3.

2в.З. Оборудование и аппаратура для кислородной резки

По степени механизации процесса различают ручную и меха­ низированную резку. Ручная кислородная резка выполняется по разметке, поэтому она не обеспечивает получения высокой точ­ ности заготовок, и применяется, как правило, при небольших объемах резки, где применение средств механизации экономи­ чески нецелесообразно, или при ремонтных работах. Заводами автогенного машиностроения выпускаются различные типы руч­ ных резаков, которые подразделяются по назначению на ре­ заки универсальные, предназначенные для прямолинейной и фигурной резки стали толщиной до 300 мм, и специального на­

значения (для резки металла больших толщин, для срезки за­ клепок, вырезки отверстий, для подводной резки и т. п.).

По виду горючего, применяемого для резки, резаки делятся

на:	ацетилено-кислородные		резаки, работающие			на горючем
газе	ацетилене;	резаки для	резки	металла на	газах — замени­
телях ацетилена		(природный газ,		пропан и т.	д.);	резаки для

резки металла, работающие на жидких горючих (керосин, бен­ зин, бензол).

По типу смешения горючего газа с подогревающим кисло­ родом резаки делятся на инжекторные, внутрисоплового и внешнего смешения. Наибольший объем выпуска ручных реза­ ков приходится на универсальные ручные резаки инжекторного типа Р2А-02, РЗП-02, их техническая характеристика приведена в табл. 26.6, устройство резаков показано на рис. 26.4.

При работе в тяжелых условиях металлургического произ­ водства могут быть использованы резаки РС-2А и РС-ЗП. На строительных площадках и в других условиях, где снабжение горючими газами затруднительно, широко применяются керо­ синорезы РК-02.

Для ручной кислородно-флюсовой резки хромоникелевых сталей толщиной до 250 мм используется установка УГПР (со­ стоит из резака Р2А-02 или РЗП-02, оснащенных приставкой, редуктора ДКС—66; вся аппаратура размещается на тележке).

При годовом объеме перерабатываемого листа до 1000 т в год экономически целесообразно применение переносных ма­ шин типа «Гугарк» для кислородной резки. В случае вырезки большого количества однотипных деталей с успехом могут быть использованы серийно выпускаемые шарнирные машины АСШ-86.

На машиностроительных предприятиях нашли широкое при­ менение портально-консольные машины с фотокопировальным управлением ПКК2-4Ф-2 для кислородной резки листов толщи­

ной до 100 мм, размером 2 X 8			м из ниэкоуглеродистой, низколе­
гированных, конструкционных			марок сталей. Контур вырезаемой
детали	задается	копир-чертежом,		вычерчиваемым в мас­
штабе	1 1. Машина имеет точность			±0,5 мм и вырезает заго­
товки	размером	2 X 2 м. Если в		номенклатуре вырезаемых

деталей имеются заготовки больших размеров, потребитель мо­ жет оснастить заготовительный участок портальными дистанци­ онно-масштабными фотокопировальными машинами ПКФ, обра­ батывающими за один проход лист размером (2,5-ьЗ,5)х8 тол­ щиной до 0,1 м. Машины этого класса имеют более высокий уровень автоматизации процесса резки и стоят дороже, их це­ лесообразно применять на предприятиях с объемом перераба­ тываемого листа не менее 1,5—2 тыс. т в год. При больших объемах становится выгодным применение высокопроизводи­ тельных многорезаковых портальных машин с УЧПУ В настоя-

512

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА		УНИВЕРСАЛЬНЫХ РЕЗАКОВ Р2А-02 И РЗП-02
		Толщина разрезаемой	стали,	мм
Параметр
3—8	8—15	15—30	30-50	50—100	100—200

Номер наружного мунд­		1А,	1П			2 А, 2П
штука
Номер внутреннего мунд­	ОА, ОП	1А,	1П	2А, 2 П	ЗА, ЗП	4А, 4П	5А, 5П
штука
Давление на входе в ре­
зак, кПа:
кислорода	196—245	294—343		294—392	294—392	294—392	490—730
ацетилена	3—98	3—98		3—98	3—98	3—98	3—98
пропан-бутана	20—147	20—147		20—147	20—147	20—147	20—147
природного газа	20—147	20—147		20—147	20—147	20—147	20—147
Расход газов, 10- 4 MVC:
кислорода	4,5-5,3	8,1—8,9		10,6—13,1	15,6—20,3	25,6-32	41,7—58
ацетилена	1 ,1	1,4		1,4—1,7	1 ,7-2,1	8	2 ,8 -3
						1, —2,4
природного газа	1,7	1,7		2 ,2 - 2 ,5	2,5—2,6	2,6—3,6	3,6 -5,0
Скорость резки, м/с	0,01—0,008	0,008—0,0075		0,0075—0,006	0,006—0,005	0,005—0,004	0,004—0,002

Рис. 26.4. Ручной универсальный резак Р2А-02:

/ — мундштук наружный; 2 — мундштук внутренний; 3 - рукоятка

513

накидная гайка; 4 — головка резака; 5 — смесительная камера; 6

Т ЕХ Н И Ч ЕС К И Е ХА РАКТЕРИ СТИ КИ П О РТА Л ЬН Ы Х МАШИН ТЕРМ ИЧЕСКОЙ РЕ ЗК И

Тип машины

«Искра-2,5К»

«К ом ета-2,5 К» «К ом ета-3,5 К» «К ом ета-8 К» «П К Ф 2,5-2-2» «П К Ф 2,5-2-10»

«П К Ф 3,5-2-2-10»

«Днепр 2,5-К2»

	Размер обрабаты­ ваемого листа, м		Толщина металла, мм				Наибольшая ско­ рость перемещения, мм/мин
				обычная сталь	высоколегированная сталь	алюминий
							1
2 ,5 X 8 ,0			5— 100				6000
2 ,5 X 8 ,0			5— 100		—	—	6000
3 ,5 X 8 ,0			5 — 100		.—	—	6000
8	,0Х 12,0		5 — 100		—	—	6000
2	,5 X 8 ,0		Д о	100	—	—	2000
2	,5 X 8	,0	Д о	100	—	—	2000
3	,5 X 8	,0	Д о	100	—	—	2000
2 ,5 X 8		,0	Д о	160	—	—	2000

­	Число
копирова	суппо­
	ртов
Точность ния, мм	без скоса кромок	со скосом кромок
± 0 , 5	3	1
± 0 , 5	3	1
± 0 , 5	3	1
± 0 , 5	10	2
± 1 , 0	—	2
± 1 , 0	1	1
± 1 , 0	1	1
± 1 , 0	—	2

управле­
Система	ния

ЧП У

ЧП У

ЧП У

ЧП У

ФК У

ФК У

ФК У

Линей­

ная

щее время серийно выпускаются машины «Искра» для кисло­ родной и воздушно-плазменной резки листов стали шириной 2,5 м и «Комета» для обработки листа шириной от 2,5 до 8 м. Они оснащены УЧПУ на базе микроЭВМ, что обеспечивает воз­ можность их встраивания в гибкие автоматизированные линии, полную автоматизацию процесса термической резки, сокраще­ ние на 10—25 % времени вспомогательных операций, значи­ тельное повышение точности за счет исключения ошибок при вычерчивании контура деталей и, как следствие, сокращение припусков под последующую механообработку или отказ от нее. Подготовка исходной информации о деталях и раскроях выполняется на автоматизированных рабочих местах АРМ2-01 или других с оптимизацией раскладки вырезаемых деталей по площади листа, что обеспечивает повышение коэффициента ис­ пользования металла с 0,5—0,7, получаемого на фотокопиро­

вальных машинах, до 0,8—0,9.

Технические характеристики портальных машин для терми­ ческой резки приведены в табл. 26.7.

При переработке свыше 15 тыс. т листового проката значи­ тельный экономический эффект обеспечивают поточно-механи­ зированные и гибкие автоматизированные линии на базе пор­ тальных машин термической резки с УЧПУ, в которых механи­ зирован не только процесс резки, но и подготовка листа, его подача к режущей машине, разборка вырезаемых заготовок, их разметка и складирование.

26.4. Качество резки

При термической резке различают линейную и размерную точность. Линейная точность (качество резки) характеризуется постоянством макро­ геометрии профиля реза по толщине металла и по длине в направлении резки. Она зависит в основном от параметров струи режущего кислорода и режимов резки (скорость, расход режущего кислорода, мощность подогре­ вающего пламени). В соответствии ГОСТ 14792—80 качество поверхности реза определяется сочетанием следующих показателей: отклонением поверх­ ности реза от перпендикулярности по толщине металла и шероховатостью поверхности реза. В зависимости от технологического назначения детали, требование, предъявляемое к качеству поверхности реза, может быть выс­ шее, повышенное и обычное.

Первый класс соответствует наилучшим результатам, достигаемым в наи­ более благоприятных условиях при точном соблюдении оптимальных режи­ мов резки, применении оборудования высокого класса, высоком качестве изготовления мундштуков. Второй класс соответствует устойчивым резуль­ татам, получаемым на обычных серийно выпускаемых машинах в производ­ ственных условиях. Третий класс соответствует устойчивым производствен­ ным показателям, достигаемым на серийном оборудовании при режимах, обеспечивающих наилучшие экономические показатели процесса. В табл. 26.8 приведены показатели качества реза по неперпендикулярности и шерохова­ тости для различных диапазонов толщин разрезаемого листового стального проката.

Размерная точность резки, т. е. совпадение размеров вырезанной детали с заданными, зависит от точности машины, точности изготовления копирчертежей или программ, деформаций деталей, технологии и техники резки (порядок вырезки деталей из листа, режимы резки). Таким образом, раз­ мерная точность зависит от многих параметров. Наиболее воспроизводимым параметром размерной точности является точность машины. ГОСТ 5614—74 устанавливает три класса точности машин: первый относится к машинам,

электромеханическая погрешность которых не превышает	± 0 , 5 мм, второй —
±1 и третий — ±1,5 мм.	с параметрами ре­
Точность размеров вырезанной заготовки, связанная

жущей струи, деформациями и т. п., т. е. с-процессом резки, определяется ГОСТ 14792—80. В табл. 26.9 приведены допускаемые отклонения

Т А Б Л И Ц А 26.8

П Р Е Д Е Л Ь Н Ы Е О Т К Л О Н ЕН И Я Н Е П Е РП ЕН Д И К У Л Я РН О С Т И

ИШ ЕРОХОВАТОСТИ Д Л Я КИСЛОРОДНОЙ РА ЗД Е Л И Т ЕЛ ЬН О Й Р Е ЗК И

	Классы	качества[
Показатель качества
	1	2	3
Неперпендикулярность,	мм, при тол­
щине разрезаемой стали,	мм:
5—12	0 . 2	0,5	1 ,0
13—30	0.3	0,7	1,5
31—60	0.4	1 ,0	2 , 0
61—1 0 0	0.5	1,5	2,5
Шероховатость, мм, при толщине раз­
деляемой стали, мм:
5—12	0,05	0,08	0,16
13—30	0,06	0,16	0,25
31—60	0,07	0,25	0,50
61—100	0,085	0,5	1 ,0

51S

					Т А Б Л И Ц А 26.9
	ДОПУСКАЕМЫЕ	ОТКЛОНЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ
	В ЗАВИСИМОСТИ ОТ		КЛАССОВ	ТОЧНОСТИ
		Предельные отклонения		при номенклатурных размерах
Класс	Толщина		детали или		заготовки,	мм
точности	листа, мм		от 500		от 1500	от 2500
		до 500
			до 1500		до 2500	до 5000
1-й	5 -3 0	± 1 ,0	±1,5		± 2 , 0	±2,5
	31—60	± 1 ,0	±1,5		± 2 , 0	±2,5
2 -й	61—100	±1,5	± 2 , 0		±2,5	±3,0
	5—30	±2,5	±2,5		±3,0	±3,5
	31-60	±2,5	±3,0		±3,5	±4,0
3-Й	61—100	±3,0	±3,5		±4,0	±4,5
	5 -3 0	±3,5	±3,5		±4,0	±4,5
	31—60	±4,0	±4,0		±4,5	±5,0
	61—100	±4,5	±4,5		±5,0	±5,5

размеров для различных диапазонов толщин металла и габаритных размеров заготовок.

Таким образом, размерная точность вырезаемых деталей должна укла­

дываться в	суммарный	допуск	точности машины	и точности	собственно
резки.	расчета	основных	технологических	параметров	кислородной
П р и м е р

резки листовой стали 35ХГСА толщиной 50 мм по второму классу точности,

чистота кислорода	99,0%,		давление 1000 кПа. Расстояние				между	резаком
и поверхностью листа		0,012	м. Горючий	газ — пропан-бутан.				углерода
Из формулы (26.5) определяется эквивалентное содержание
Сэкв = 0,4 + 0,155.1,4 +			0,14.1,1 + 0,11-1,4 = 0,925,
Гп = 500 V o,925 (1		+ 1 0 0 0 -0 ,0 0 0 2 -0 ,05) — 0 , 4 5			= 3 4 7	°С.
Из табл. 26.1	и	26.2	определяем	значения	коэффициентов			Ар=1,02,
А т - 1,69, Ам=0,9, £ -0 ,8 , Аг=0,6, Р=3,5, Ав= 1,0.
Из формул (26.7), (26.8), (26.11) находим
VKP = 0,07 0,3-1,02-1,0.0,9"1- 0,05°'в =				0,00217	м»/с =	7,8	м»/ч;
Vr. г = 0,8-10"«-1,02- ЬбЭ^-О.б-О.Э" 1 (10®-0,05 +					100) =	46,6- КГ*		м»/с =

= 0,3 м*/ч; у к. „ = 3,5-46,6-10"» = 163-10"» м»/с = 0,6 м*/ч;

о = 7,6-10"*-1,69-1,02 0 -6 -0,9-1,9-1,2- 0,71 -0,05-°l4 =

=61,8-10"* м/с = 371 мм/мин.

Гл а в а 27. ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА

27.1. Общие сведения

Плазма -	э т о	электропроводный		газ,	содержащий электроны,	ионы	и ней-
тм льн ы е	молекулы. При резке			используют термическую плазму с темпера-
туоами (5—30) • 103 К,			получаемую в		результате продувания	текучей	плаз-
мообразующей		среды	(обычно — газа,		реже — жидкости, а	такж е	газо­

жидкостных смесей) через электрический дуговой разряд в устройстве, называемом дуговым плазмотроном.

В столбе дугового разряда плазма образует пространственную область, содержащую газообразный проводник между электродами с плотностью

энергии до 1 • 10е Вт/см2,	а за его пределами — высокоэнтальпийный факел.
Эта формируемая ’в виде	сжатой цилиндрической струи и надлежащим об­

разом ориентированная пространственная область может служить концент­ рированным высокотемпературным теплообменным источником тепловой энер­ гии. Истечение плазменной струи характеризуется скоростями, достигающими скорость звука. Радиальное распределение температуры и скорости в струе аппроксимируется кривыми Гаусса.

Плазменная резка состоит в непрерывном проплавлении материала за­ готовки струей плазмы электрической дуги, перемещаемой по заданной ли­ нии, при сопутствующем удалении ею расплава с образованием полости реза. С этой целью режущую струю размещают в исходной позиции у кромки обрабатываемого металла и по мере его проплавления перемещают по на­ меченной линии.

Однако в процессе резки плазменной струей используется лишь около 7 % энергии плазмогенерирующей дуги, что ограничивает его рациональность преимущественно обработкой неметаллических материалов. Для резки метал­ лов (электропроводных материалов) используют не только плазменный факел и столб дуги, но прежде всего активно передающее энергию заряженных частиц пятно (обычно анодное) плазмогенерирующей дуги постоянного тока, которую принято называть режущей плазменной дугой. Такой способ плаз­

менной (точнее — плазменнодуговой) резки дает	возможность существенно
(до 20—30 % и более) повысить использование	энергии дугового разряда.

Применяя металлическую подложку в качестве вспомогательного анода, возможно использовать для резки неметаллических материалов столб плаз* менной дуги.

Столб дуги и струя плазмы имеют нужный для разделительной резки характер линейного источника тепла. Активное пятно дуги под действием потока плазмы вместе с радиальным участком столба перемещается от верх­ них кромок реза к нижним. Затем у верхних кромок происходит шунтиро­ вание радиального участка, нижнее пятно отмирает и процесс многократно повторяется, что придает теплопередаче квазилинейный характер.

Плазмотрон (рис. 27.1) имеет дуговую камеру, содержащую электрод­ ный элемент для формирования катодной области режущего разряда и элек­ трически изолированное от него сопловое устройство. В дуговую камеру

подается	рабочая среда,	преобразуемая	в плазму, вытекающую из сопла
в виде	цилиндрической	струи. Анодом	плазмогенерирующей дуги служит,

как правило, разрезаемый металл (при плазменнодуговой резке) или корпус сопла (при резке струей плазмы),. Корпус сопла используют в качестве анода также в начальной пусковой фазе. Поджиг дуги осуществляют на­ ложением на дуговой промежуток напряжения источника тока, а также высокого напряжения тока высокой частоты, осуществляющего искровой

пробой.

Катод плазмотрона изготовляют из тугоплавких металлов с высокими эмиссионными характеристиками. Для работы в нейтральных плазмообра­ зующих средах используют вольфрам. В окислительных средах применяют катоды из циркония или гафния (табл. 27.1), образующих при работе дуги защитную пленку тугоплавких оксидов и нитридов (пленочные термохими­ ческие катоды). В плазмотронах для машинной резки наиболее часто ис­ пользуют гильзовую конструкцию катодов (рис. 27.1, а), состоящую из мед­ ного катододержателя с катодной вставкой из вольфрама, графния или циркония. Как правило, катододержатель интенсивно охлаждают проточной водой. Рабочий торец пленочных катодов — плоский. Катодное пятно дуги стабилизируется в центре катодной вставки вихревым потоком плазмообра­ зующего газа, для чего плазмотрон снабжают завихрителем. Вольфрамовые

ж . .

Воздух

Рве. 27.1. Схемы резательных плазмотронов:

а — с	гильзовым	катодом;	б — с	полым	медным	электродом; / — плазмотрон				(1а — ду­
говая	камера);	2 — гильзовый		катод	(2а — гильза; 2б — катодная			вставка);		3 — за-
внхритель; 4 — формирующее сопло (4а — канал						сопла, 4 6 — корпус		сопла,	d Q — диа­
метр	сопла, /с	— длина	сопла);	5 — режущ ая		плазменная	дуга; 6 — разрезаемый ме­
талл;	7 — полый	электрод; 8 — термоэмнссионные вставки;					R — балластное		сопротивле­
ние для питания вспомогательной дуги при зажигании режущего разряда;									В. Ч.— вы­
сокое	напряжение высокой частоты для первоначального пробоя дугового								промежутка
при зажигании дуги