Текст
УЧЕБНИК СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Г. В. Полевой
Г. К. Сухинин
ГАЗОПЛАМЕННАЯ
ОБРАБОТКА
МЕТАЛЛОВ
УДК 621.791(075.32)
ББК 30.61Я723
П491
Рецензенты: Л
преподаватель государственного образовательного учреждения : Я
«М лтшцинекий машиностроительный техникум-предприятие» Б. Г. Волков- Я
г. явный специалист ОАО «НИИТавтопром» канд. техн, наук В. И. Митин Я
41
try л
йД
Полевой Г. В.
П49 I Газопламенная обработка металлов: Учебник для студ. уч-
реждений сред. проф. образования / Г. В. Полевой, Г. К. Су-
хинин. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 336 с.
ISBN 5-7695-1604-6
Приведены сведения о современных технологических процессах обра-
ботки металлов высокотемпературным газовым пламенем и смежных про-
цессах, а также о режимах обработки, применяемых материалах и обору-
довании. Большое внимание уделено технике безопасности при выполне-
нии сварочных работ.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования,
осваивающих современные процессы газопламенной обработки металлов,
молодых рабочих-газосварщиков, высококвалифицированных мастеров и
рабочих, проходящих переподготовку, и специалистов в этой области.
УДК 621.791(075.32)
ББК 30.61я723
Оригинал-макет данного издания является собственностью
Из< ательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом
без согласия правообладателя запрещается
© Полевой Г. В., Сухинин Г. К., 2005
© Обр азовате дьно-издател го кий центр «Академия», 2005
ISB 4 5-7695-1604-6 © Оформление. Издательский центр «Академия», 2005
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сварка — один из основных технологических процессов в со-
временном производстве. Ее успехи в значительной мере опреде-
ляют технический уровень, качество, рентабельность и конкурен-
тоспособность выпускаемой продукции. Именно поэтому важное
значение имеет освоение высокопроизводительных сварочных про-
цессов и нового оборудования.
Газопламенная обработка, положившая начало сварке, явля-
ется одним из ведущих направлений в современном сварочном
производстве. Способы газопламенной обработки чрезвычайно раз-
нообразны: газовая сварка, термическая резка, пайка, нагрев ма-
териалов, наплавка и др. В настоящее время быстро развиваются
смежные ресурсосберегающие процессы плазменной и лазерной
обработки (сварка, резка и напыление), которым до сих пор не
было уделено должного внимания в учебной литературе.
Цель настоящего учебника — помочь студентам образователь-
ных учреждений среднего профессионального образования, обу-
чающимся по специальности 1207 «Сварочное производство», ов-
ладеть знаниями, необходимыми для практической работы на со-
временных предприятиях. Кроме того, это учебное издание может
оказаться полезным для высококвалифицированных мастеров и
рабочих, проходящих переподготовку, и специалистов в данной
области.
Учебник содержит описание основных технологических про-
цессов и типовых приемов газопламенной обработки метатлов,
применяемых в современном производстве, и оптимальных ре-
жимов их осуществления, а также обширные сведения о материа-
лах и современном оборудовании для газопламенной обработки,
его технических характеристиках и рекомендуемых областях при-
менения.
ВВЕДЕНИЕ
Газопламенная обработка металлов» связан с изулс-
кса технологических процессов, основу которых со-
Фентрированный местный нагрев материала высоко-
Предмет <
нисм компле:
ставляет кон
температурным пламенем. По своему технологическому назначе-
нию процессы газопламенной обработки могут быть разделены на
четыре основные группы: резка, соединение, нагрев и напыление
материалов,
цессы газоэл
ной, обработ:
вой энергии ।
В настоящее время на заводах страны применяются свыше
30 процессов
пространены
шее положение при раскрое на заготовки листовой стали, про-
фильного пр*
ного, энергетического и химического машиностроения, в судо-
строении, строительстве и других отраслях промышленности. Без
термической резки невозможно создание установок для бурения
нефтяных и
атомных ста
По мере
нение газов*
она имеет вф
ки и по-прежнему широко используется для получения сварных
соединений
а также чуту
Далее перечислены характерные области применения основ-
ных процессов газопламенной обработки.
Ручной р;
углеродисту:
скрап, лом и
колегирован!
ществляют
заготовках тз низкоуглеродистой и низколегированной стали.
Машинная кислородная резка позволяет выполнять заготови-
тельную прз
товок и деталей из листовой низкоуглеродистой и низколегиро-
ванной стали толщиной до 150 мм; обрезку торцов труб в цеховых
4
< газопламенной обработке примыкают смежные про-
юктрической, в том числе плазменной и газолазер-
ки при осуществлении которых источниками тепло-
служат плазменная дуга, лазерное излучение и т.д.
газопламенной обработки (рис. В1). Наибольшее рас -
е среди них подушила резка, которая занимает веду-
юката и труб на предприятиях тяжелого, транспорт-
[ газовых скважин, тепловых, гидроэлектрических и
1нций и других объектов.
совершенствования процессов дуговой сварки приме-
няй сварки постепенно сокращается, однако и сейчас
жное значение для некоторых видов металлообработ-
сталей, цветных металлов и сплавов малой толщины,
на.
аздслительной кислородной резке подвергают низко-
го и низколегированную сталь толщиной 3...600 мм;
литье из этих видов стали толщиной до 200 мм; высо-
кую сталь. С помощью ручной кислородной резки осу-
также поверхностную зачистку местных дефектов на
молинейную резку; точную фигурную вырезку заго-
Рис. Bl. Классификация процессов газопламенной обработки
5
и пдлевых условиях, резку заготовок из труб; резку прибылей ли-
тых
разй
ной
чи
заготовокикрупногабаритных поковок толщиной до 2500 мм;
слителвную резку слябов и блюмов в установках непрерыв-
разливки стали; сплошную и выборочную поверхностную за-
дтку слябов и блюмов в процессе прокатки.
Машинная плазменная резка обеспечивает точную фигурную
ззку заготовок и деталей из листовой низкоуглеродистой и
выр
высоколегированной стали толщиной до 80 мм, из цветных ме-
талл
ре па — высокоточную вырезку заготовок и деталей из листового
ма
:ов и сплавов толщиной до 100 мм; машинная газолазерная
териала толщиной до 10 мм.
Помимо этого осуществляются газовая сварка стали малой тол-
щины, чугуна, цветных металлов и сплавов; ручная газопламен-
ная
паййосварка чугуна чугунными припоями; высокопроизводитель-
пайка легко- и тугоплавкими припоями; низкотемпературная
на я
РУЧ1
вов
на 1
св:
; машинная газопламенная пайка деталей из меди и ее сплавов;
зая газопламенная наплавка цветных металлов и твердых спла-
на стальные и чугунные изделия; газопорошковая тонкослой-
наплавка износостойких покрытий из порошковых твердо-
:авных материалов; газопламенный нагрев до температуры
°C; правка и очистка изделий из черных и цветных металлов.
я
л
Зф
Газопламенное напыление покрытий включает в себя нанесе-
:е
покрытий из цинка, алюминия, стали и других материалов
защиты металлоконструкций от коррозии, повышения изно-
нт
для
ссстойкости деталей и восстановления их размеров; из порошков
цин
hi псе 800 °C — для зашиты поверхности изделий от коррозии; из
caMi
май
:ка и термопластичных материалов с температурой плавления
офлюсующихся твердых сплавов, оксида алюминия и других
ериалов — для повышения износостойкости.
*
РАЗДЕЛ I
ГАЗОВОЕ ПЛАМЯ. ГАЗЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ
ГЛАВА 1
СВАРОЧНОЕ ПЛАМЯ
1.1. Основные свойства сварочного пламени
Реакция горения обычно протекает при соединении твердых,
жидких или газообразных веществ с кислородом. Для процессов
газопламенной обработки наибольшее значение имеет процесс
горения различных горючих газов и паров жидких горючих ве-
ществ в кислороде или воздухе.
Горение любой газовой смеси начинается с воспла:
при определенной температуре, зависящей от условий, при кото-
рых протекает этот процесс. После того как горение нач
нейший нагрев газа внешним источником теплоты
излишним, поскольку тепловой энергии газа достаточ
держания горения новых порций горючей смеси.
Необходимое условие горения газа в кислороде или воздухе
состоит в том, что содержание горючего газа в смеси должно на-
ходиться в определенных пределах, называемых пределами вос-
пламенения. В зависимости от скорости распространения пламени
1!пл различают три вида горения: спокойное (дпл не
15 м/с); взрывчатое (дпл достигает нескольких сотен хетров в се-
кунду); детонационное (дм свыше 1 км/с).
Скорость распространения пламени зависит от состава газовой
смеси, давления, под которым она находится, характ
ма пространства, где происходит горение, термомехан
ловий на его границе (например, при горении смес
основным параметром, определяющим эти условия,
диаметр), степени чистоты горючего газа и кислорода
нием содержания в них примесей скорость распространения пла-
мени уменьшается).
Применяемые в процессах газопламенной обработки горючие
газы и пары жидких горючих веществ представляют с
преимущественно углеводородов с другими газами. В я истом виде
используется только водород. Все горючие газы, соде ржащие уг-
леводороды (метан, пропан, бутан, нефтяной, пиролшный и дру-
гие газы), образуют пламя со светящимся ядром, аналогичное по
менения ее
г адось, даль-
становится
: то для под-
превышает
ера и объе-
лческих ус-
и в трубке
является ее
(с увеличе-
эбой смеси
7
Рис. 1.1. Строение ацетиленокисло-
родного сварочного пламени;
<г — нормальное пламя: / — ядро (С2Н2 +
+ О2); 2 — средняя зона (СО + Н2); 3 —
Внешняя зона — факел (СО2 + Н2О); б —
окислительное пламя (с избытком кис-
лорода); в — науглероживающее пламя
(с избытком горючего газа)
ацетиленокислородному пламени (рис. 1.1). Чем больше
в составе горючего газа, тем резче очерчено ядро пламе-
строению
углерода
ни. В отличие от газообразных углеводородов водородно-кисло-
родная с и
лировку п
Наиббг
[есь светящегося ядра не образует, что затрудняет регу-
ламени по внешнему виду.
ыпее распространение в процессах газопламенной об-
работки,! особенно газовой сварки, получил ацетилен. Ацетиле-
нидное сварочное пламя принято делить на нормальное,
ьное и науглероживающее. В сварочном пламени разли-
зоны: внешнюю (окислительную) — факел, среднюю
НОКИСЛО[
окислится
чают три
(восстановительную) и ядро.
Полнбе сгорание ацетилена в кислороде происходит с выделе-
нием тепл
оты:
С2Н2 + 2,5О2 = 2СО3 + Н2О + ft
(1-D
/дельная теплота сгорания ацетилена, равная 1308 кДж/моль
при темпе [ _ ~
быть выражена также в Дж/кг или Дж/м3 в зависимости от удоб-
ства представления данных для анализа или расчета).
Рассм
ющие на
Допус
ступают
где Q. —
ратуре 273 К и давлении 100 кПа (эта величина может
югрим реакции горения ацетилена в кислороде, протека-
i начальной и конечной стадиях этого процесса.
:тям, что на начальной стадии ацетилен и кислород no-
ir j горелки в соотношении 1:1:
где 0Н =
Далее
рючего г
дит за сч
С2Н2 + О2 = 2СО + Н2 + QH!
443 кДж/моль.
условно считаем, что на конечной стадии сгорания го-
аза его окончательное окисление (догорание) происхо-
дя подсасывания в пламя кислорода воздуха:
2СО + Н2 + 1,5О2 = 2СО2 + Н2О + QK,
где QK - 365 кДж/моль.
Пламя,
подаче и
8
х
образующееся при сгорании ацетилена в кислороде при
в горелку в равных количествах (соотношение газов в
смеси р0= 1), принято называть нормальным. Однако следует учи-
тывать, что с кислородом, поступающим из горелки, взаимодей-
ствует относительно небольшое количество водорода, превраща-
ясь в водяной пар. Кроме того, в кислороде содержатся примеси,
поэтому нормальное пламя образуется при поступлении несколь-
ко большего количества кислорода, а именно при соотношении
газов в смеси р0= 1,1... 1,2.
Для окислительного пламени, например, при соотношении
газов в смеси рс = 1,5 начальная стадия горения в средней (рабо-
чей) зоне пламени может быть выражена реакцией
С2Н2 + l,5O2 = 2СО + Н2 + 0,5О2,
свидетельствующей о том, что эта зона утрачивает свои восстано-
вительные свойства и становится окислительной.
Для науглероживающего пламени, в частности, при соотно-
шении газов в смеси рс = 0,5 реакция, характеризующая сгорание
горючего газа в средней зоне пламени, записывается в виде
С2.Н2 + 0,5О2= СО + С + Н2.
В данном случае в этой зоне появляется значительное количе-
ство свободного углерода.
Для углеводородов СЛН? при отсутствии кислорода протекает
реакция разложения
сЛн?=лс + о/2)н2+еР,
где 2Р — удельная теплота реакции.
Таким образом, яркое свечение ядра пламени любого газооб-
разного углеводорода обусловлено наличием на периферии ядра
раскаленных частиц углерода.
При избытке ацетилена количество свободного углерода возрас-
тает, ядро пламени увеличивается, и зона яркого свечения, насы-
щенная раскаленными частицами углерода, расширяется. При даль-
нейшем повышении содержания ацетилена в смеси средняя зона
пламени полностью исчезает, и пламя становится сильно коптящим.
1.2. Химический состав пламени
Состав пламени в различных его частях весьма неоднороден,
так как зависит от состава газовой смеси и условий подсоса возду-
ха, т.е. от скорости истечения смеси и атмосферного давления.
Для процесса сварки наибольшее значение имеет химический со-
став рабочей зоны пламени.
Основы регулирования состава сварочного ацетиленокислород-
ного пламени разработаны А.Н. Шашковым (50-е гг. XX в.), уста-
новившим общие принципы определения оптималвных составов
смеси горючего газа с кислородом при сварке сталей.
9
Рис. 1.2. Диаграмма равновесия Н2 с оксидами железа и железом
Как показали исследования А.Н.Шашкова, ранее применяв-
шаяся газосварочная терминология (деление пламени на нейт-
ральное, восстановительное и окислительное) необоснованная,
поскольку истинно нейтральное пламя при данном составе,
пературе и давлении окружающей среды не окисляет и не во
навливает металл, находясь в равновесии одновременно с самим
металлом и его низшим оксидом. Сварочное же нейтральное
отвечающее соотношению газов в смеси = 1,1... 1,2, актив-
противодействует окислению, а в некоторых случаях, шири-
тем-
>:ста-
пла-
мя
но
ме? при сварке железа, меди и никеля, восстанавливает металл
сварочной ванны благодаря присутствию в средней зоне пла
необходимого для протекания этого процесса количества оксидов
углерода и водорода (атомарного и молекулярного).
мени
Также необоснованным и неверным является термин «во
ноЕштельное пламя», когда речь идет о пламени с избытком
тилена, поскольку оно не восстанавливает металл сварочной
>рста-
аце-
ван-
на , а науглероживает его.
Согласно диаграммам равновесия Н2 и СО с железом и его
оксидами (рис. 1.2и 1.3) нейтральными являются только те соста-
вы смесей, которые лежат на линиях равновесия, поэтому зеро-
яли ость получения нейтрального сварочного пламени при грубом
регулировании его состава ничтожно мала.
При сварке низкоуглеродистой стали верхний предел содержа-
ния кислорода в нормальном пламени устанавливают из условия
Рис. 1.3. Диаграмма равновесия СО с оксидами железа и железрм
гетерогенного равновесия СО и Н2 с оксидом железа FeO. Эго пре-
дельное значение зависит от многих параметров, и в первую оче-
редь от температуры сварочной ванны и состава горючего газа.
Оно может быть определено непосредственно по приведенным на
рис. 1.2 и 1.3 диаграммам: полагая, что средняя температура сва-
рочной ванны равна 1873 К, по диаграммам находят содержа-
ние, %, компонентов (Н2 — 43, Н2О — 57; СО — 83; СО2— 17),
характеризующее допустимую степень окисления пламени по во-
дороду и оксиду углерода. Используя полученные данные, опре-
деляют количество кислорода, необходимое для протекания ре-
акций
С2Н2 + О2= 2СО + Н2,
2СО + 0,17О2 = 0,34СО2 + 1,66СО,
Н2 + 0,2850; = 0,57Н3О + 0,43Н;,
Результирующая реакция записывается в виде
С2Н2 + 1,455О2 = 1,66СО + 0,34СО2 + 0,57Н2О + 0,43Н2.
Таким образом, без учета подсоса воздуха при сгорании ацети-
лена в рабочей зоне пламени отношение объемов кислорода и
ацетилена р0= 1,455/1 = 1,455. С учетом подсоса воздуха, обеспечи-
вающего введение в среднюю зону пламени дополнительного ко-
личества кислорода, составляющего 7... 10% объема кислорода,
поступающего из горелки, максимально допустимое соотноше-
ние газов в нормальном пламени при сварке низкоуглеродистой
стали р9= 1,31... 11,35. При более высоком содержании кислорода
в пламени на поверхности сварочной ванны появляются белые,
ярко светящиеся оксидные частицы, свидетельствующие о пере-
ходе от нормального пламени к окислительному.
1.3. Тепловые характеристики сварочного пламени
Температура пламени — один из наиболее важных параметров,
влияющих на процессы нагрева и плавления металла.
Неоднородность химического состава пламени вдоль его оси и
в поперечном сечении вызывает различие в значениях температу-
ры сто отдельных зон. Большинство газообразных углеводородов
имеют максимальную температуру пламени в той части сто сред-
ней зоны, которая находится непосредственно вблизи ядра
(рис. 1,4). Так как средняя зона, состоящая из оксидов углерода и
водорода, обладает к тому же восстановительными свойствами,
о сварку осуществляют именно этой зоной, располагая горелку
<к, чтобы ядро пламени отстояло от поверхности металла на рас-
нчие 2....3 мм.
Рис. 1.4. Тепловые характеристики сварочного пламени:
а -- распределение температуры по оси пламени: 7 — окислительного; 2 — нор-
ма тьного; .? — науглероживающего ацетиленокислородного; б — строение газо-
во о пламени: 1 — сопло; 2 — ядро пламени; Гпт — максимальны температура
нормального ацетиленокислородпого пламени
Существенное влияние на температуру пламени оказывает соот-
ношение горючего газа и кислорода в их смеси. При увеличении |30
температура пламени и ее максимальное значение повышаются,
причем максимум смещается влево, в сторону сопла горелки (см.
рис. 1.4), что объясняется увеличением скорости процесса горе-
ния смеси газов при избыточном содержании в ней кислорода.
Температуру пламени можно определить расчетным путем и
непосредственным измерением. Наиболее достоверные данные о
температуре пламени обеспечивают спектральные методы изме-
рения.
Температура ацетиленокислородного пламени сварочной го-
релки при расходе ацетилена 250... 400 дм?7ч и соотношении газов
в смеси р0 1,1... 1,2 на различных расстояниях от ядра пламени
и мест следующие значения:
Расстояние, vim ....3 4 pi 25
Темпере гура К 3 32 3 Д'1: > 2 "то, /То" тол у то 2923
Нагрев металла пламенем обусловлен вынужденным конвек-
тивным и лучистым теплообменом между потоком горючей смеси
пламени и соприкасающимся с ним участком поверхности метал-
ла. Доля лучистого теплообмена невелика: она составляет 5... 10 %
общего теплообмена между пламенем и металлом. Преобладает
вынужденный конвективный теплообмен, интенсивность которого
зависит в основном от разности температур пламени и нагревае-
мой поверхности металла, а также скорости перемещения потока
газов пламени относительно этой поверхности.
В общем виде удельный тепловой поток пламени ду, Вт/м2, пред-
ставляющий собой количество теплоты, вводимой пламенем в
металл за единицу времени через единицу площади нагреваемой
поверхности, согласно правилу Ньютона определяется как
ду=а(Тп- Т),
где сс — коэффициент теплообмена между пламенем и металлом,
равный сумме коэффициентов вынужденного конвективного и
лучистого теплообмена, Вт/(м2-К); Т„ — температура потока га-
зов пламени, К; Т — температура поверхности металла, на кото-
рую направлен этот поток, К.
Коэффициент а, зависящий от температуры металла, в про-
цессе его нагрева уменьшается.
Газовый поток пламени, соприкасаясв с поверхностью метал-
ла, растекается и нагревает ее значительный у* исток, называе-
мый пятном нагрева. Характер распределения удельного теплово-
го потока пламени по этому пятну зависит от углг наклона пламе-
ни, расстояния от сопла горелки до нагревасмогс металла и сред-
ней скорости истечения горючей смеси из сопла.
Эффективная тепловая мощность пламени (количество тепло-
ты, вводимой им в металл за единицу времени, зависящее в ос-
новном от расхода горючего газа) при увеличении расхода возра-
стает (рис. 1.5).
Эффективность нагрева металла газовым пламенем оценивает-
ся эффективным КПД пламени, представляющим собой отно-
Рис. 1.5. Зависимость эффективной
силовой мощности пламени в про-
i.ecce нагрева металла от расхода
цтаилепа ^материал шиюипа из
:>! it.oviасро'шстой стали размером
о х Mi х мч; скорое 11> старки
> <1! 11 т о.! ! ы клопа i ощ ли к
шение его эффективной мощности дк, определяемо^ колоримет-
рированием, к полной тепловой мощности пламени Ч, рассчиты-
ваемой исходя из низшей удельной теплоты сгордгия горючего
газа:
Пи = qJq-
Для ацетиленокислородного пламени при низшей теплоте сго-
рания ацетилена 52 468 кДж/м3, соответствующей температуре
293 К и давлению 100 кПа, эффективный КПД пламени
103^, 68,6<7„
1,1 52468 R;/3600 И, ’
где — эффективная тепловая мощность, кВт; Va расход аце-
тилена, дм3/ч.
Из графика (рис. 1.6), построенного для нескольких значений
расхода ацетилена, обеспечиваемых семью наконечниками (с раз-
личными номерами) простой сварочной горелки, видно, что при
увеличении расхода ацетилена эффективный КЩ пламени т]м
снижается (вследствие изменения условий теплообмена пламени
с поверхностью металла), т.е, эффективность нагрета падтет.
Эффективность использования тепловой энергии, вводимой в
металл движущимся сварочным пламенем, характеризуется тер-
мическим КПД проплавления тд,,, представляющим собой отно-
I шение теплоты, затраченной на проплавление металла с бьем ом
wFnp, к полной тепловой мощности пламени д:
К) 3ыДр5|1Л
Лп — >
Q
где w — скорость перемещения горелки, см/с; F — прощадь попе-
речного сечения металла шва, см2; р — плотность металла, кг/м3;
•З/гл ~ удельная энтальпия металла при температуре плавления
t'j-rc I Ь лымспмость эффективного
MI:.i 1 и.iMn-iн о! расчо.м г.ш.ет п.т?
: .! О. -i : I к ..Г Г Г.: .. " !|У! г," Ч-.’Г - Г1,Г| I, Г.Г
ГП1, кДж/кг.
Основным параметром, опре-
деляющим (I рои з годите лишить
процесса проплавления, являет-
ся расход горючегр газа
Полный КПД!при газовой
сварке мал. Значительны часть
теп л о j ы с ж и га с м р го юр ю чего
газа нс использус|'ся и за раз-
личных потерь Нйпрнчср пои
;шстилен1.жж торфа.i-r г варю
С I 1 i И Г:.' ! Ш.И 14 . ' : -I I I : '. j i УЧ . ,
3 I i ..
на, шов) расходуется около 45 % подводимой тепловой энергии.
При увеличении толщины свариваемого металла или его тепло-
проводности составляющая расхода теплоты на его нагрев вне рас-
плавляемой зоны увеличивается.
Важное значение для проплавления металла и управления па-
раметрами сварочной ванны имеет и механическое действие пла-
мени, максимальное по его оси. В сварочных горелках большой
мощности давление газов пламени составляет 10 кПа.
Газовая сварка плавлением ввиду ее меньшей производитель-
ности и тепловой эффективности по сравнению с дуговой приме-
няется в основном для соединения стали малой толщины, чугуна
и некоторых цветных металлов.
Контрольные вопросы
1. Какова максимальная температура нормального ацетиленокисло-
родного пламени?
2. Каков химический состав ацетиленокислородного сварочного пла-
мени?
3. Что влияет на восстановительные свойства пламени?
4. Д.чя каких газовых пламен характерно наличие или отсутствие ядра?
5. Опишите строение сварочного пламени.
6. Каким образом можно повысить эффективный КПД сварочного
пламени?
ГЛАВА 2
ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ
2.1. Ацетилен. Основные свойства и способы его получения
Для процессов газопламенной обработки могут применяться
различные горючие газы и пары жидких горючих, при сгорании
которых в смеси с техническим кислородом температура газового
пламени превышает 2273 К По химическому составу все они, за
исключением водорода, представляют собой или соединения, или
смеси различных углеводородов. 1 (аиболыпее распространение по-
лучил ацетилен, поскольку при его сгорании в кислороде образу-
ется пламя с более высокой температурой, чем при сгорании дру-
, их горючих газов.
Ацетилен предсгиг-отлет :.обои 'глецолорол... имеет химическую
/Д С НИ С НТ?\: J; го • ф, о !\ -пИ - у- ( н Приатмо-
; ено - :.д-1;; I- !! л ч -! f,-- -!|г ДТП f 1 i ц' И ' 0 11 беСПВГТ-
! ч -г : ; i S' < . !’i [ Г' < ’
резкий специфический запах. При температуре
100 кПа платность ацетилена равна 1,09 кг/м3.
При атмосферном давлении ацетилен сжижа
190,6 К. При температуре 188 К и тртже он переходит
стояние, образуя кристаллы. Жидк
взрывается от трения, механичеек
293 К и давлении
ется при темпера-
ре 189,4..|.
твердое cd
силен легко
ноского удара и действия детонатора.
Процесс [сгорания ацетилена описывается формулой (1.1), из
порой сл
гена требут
Высшая
2'73 К и давлении 100 кПа составляет 58 660 кДж/м3. Низшая удель-
нгя тепл от г сгорания при тех же условиях может быть принята
звной 55 890 кДж/м3. Удельная теплота Qc, выделяющаяся при
фотекании реакции сгорания ацетилена, представляет собой сум-
му значени й удельной теплоты реакции экзотермического разло-
ения ацетилена и первичных реакций сгоранф
ода.
Экзотер
А
5 '
Р
п
ж*
р
риг и твердый аце-
фго или гидравли-
1дует, что для полного сгорания одн<
ртся 2,5 объема кислорода,
удельная теплота сгорания ацетилец;
ого объема анети-
а при температуре
я углерода и водо-
мическое разложение ацетилена происходит в соответ-
jfBini с реакцией
С'
C2Hj = 2С + Н2+ Qp,
де удельная теплота <2Р = 225,8 кДж/моль,
Удельная теплота сгорания С в кислороде с
равна 395,'' кДж/моль. При сгорании Н2 в кислороде с образова-
нием ЕГО
сгорания
г,
образованием СО2
тта величина равна 290,4 кДж/моль.
Тогда для реакции
ацетилена получаем (9С = 225,8 + 2- 395,7 + 290,4 =
= 1308 кДж/моль, или 50 МДж/кг, или 58,5 М
Еще одЦим важным параметром сварочногс
г нтенсивнрсть горения. Данные об интенсивности горения неко-
торых горючих газов приведены в табл. 2.1. Ацет тлен обладает боль-
шей интенсивностью горения, чем другие газы
газопламенной обработке.
Для тог з чтобы обеспечить полную безопас
т помнит), о том, что ацетилен (как и водород
олее взрывоопасным газам. Температура самовоспламенения аце-
илена зависит от того, под каким давлением [находится газ:
Абсолют
’I емпература самовоспламенения, К ...963 803 74S 623
Повыш
фовосплак
ющие в ацетилене, увеличивают поверхность его контакта и тем
<амым сн/жшот температуру самовоспламенения нрп гомосфер-
ном давлении до сгооших 'iHroicinn'i; К' жеш roe>i ipv.i-.x s -
'Дж/м3.
пламени является
применяемые при
&
е:
D
гое давление, МПа
гость работ, следу-
) от носится к наи-
0,2 0,3 0,4 2,2
ение давления существенно уменьшает температуру са-
снения ацетилена. Частицы других веществ, присугству-
Таблица 2.1
Интенсивность горении газов
Горючий газ Смесь
стехиометрическая (полное сгорание) обеспечивающая нормальное пламя
Содержа- ние горючего газа в смеси, % Интен- сивность горения, М Вт/м3 Содержа- ние горючего газа в смеси, % Интенсивность горения, МВт/м3
первичная вторичная общая
Ацетилен 28,1 116 47 52 92 144
Водород 66,7 75 80 44 42 S6
Метан 33,3 58 40 47 23 70
Пропан 16,7 55 20 51 13 64
алюминия — 763; медная стружка — 733; активированный уголь —
673; гидрат оксида железа (ржавчина) — 553...573; оксид желе-
за— 553; оксид меди — 523.
Если ацетилен медленно нагревать до температуры 973... Ю73 К
при атмосферном давлении, то происходит его полимеризация,
при которой молекулы уплотняются и образуют более сложные
соединения: бензол СЙНЙ, стирол CSHS, нафталин СШНВ, толуол
C7HS и др. Полимеризация всегда сопровождается выделением теп-
лоты и при быстром нагреве ацетилена может перейти в его само-
воспламенение или взрывчатый распад.
Если при сжатии ацетилена в компрессоре до давления 2,9 МПа
температура при завершении этого процесса не превышает 548 К,
то самовоспламенения не происходит, что позволяет наполнять
баллоны ацетиленом с целью его длительного хранения и транс-
портирования. С повышением давления температура, при которой
начинается процесс полимеризации, понижается (рис. 2.1).
I Области rio.utMepifTiM.iiи I./1
li Р!. lUU I'liil If'11.. 1 ! ! I f / / !
на
допустим его на-
При практическом использовании ацетиле
( рев до следующих значений температуры, ^73 — при давле-
нии 0,1 МПа'; 423..,453 - при 0,25 МПа; 373 - п
давлениях.
Одним из важных показателей взрывоопасное
и паров является энергия зажигания. Чем ме
тем взрывоопаснее данное вещество. Значен
ния, кДж, для газовых смесей стехиометрическ
атмосферном давлении и температуре 293 К)
ж более высоких
ти горючих газов
нь|пе эта величина,
ия
та:
энергии зажига-
ого состава (при
ковы:
Горючий газ
Метан........
Этан ........
Пропан.......
Водород......
Ацетилен.....
Смесь с воздухом
.....300
.....250
.....240
.......20
...... 19
Смес.> с кислородом
3,8
1,9
2,0
0.3
0,3
Энергия зажигания кислородных смесей горюуих газон в 100 раз
меньше, чем у воздушных, причем смеси, в
дит ацетилен, имеют наименьшую энергию 4;
Водяной пар служит флегматизатором дл>
присутствие существенно снижает способность Ацетилена к само-
воспламенению при наличии случайных исгоч
взрывчатому распаду. Согласно действующим
леновых генераторов, в которых ацетилен все
тоды, предельное избыточное давление состаг
салютное — 250 кПа,
При атмосферном давлении смесь ацетиле!
юопасна, если в пей содержатся 2,2 % ацетил
сислородом — 2,8 % ацетилена и более (верхн
[ентрации ацетилена для его смесей с воздухом
.’уществует, так как при достаточной энергии зажигания сносо-
юн взрываться и чистый ацетилен).
Основным способом получения ацетилена
ютка карбида кальция. Этот способ, до волы i
югостоящий, требует больших энергозатрат
разработаны и внедряются более экономия!
юл, и тельные способы пол учения ацетилен;
1ый пиролиз метана и смесн природною г
ыскгропиролиз ... гм-1,поженит жидких гор
.ин ) под действием .
1ач|,п;деп.я иирсыи
тав которых вхо-
игания.
ацетилена, т,е. его
сое
аж!
(ников теплоты и
: эрмам для ацети-
насышен парами
ivijicT 150 кПа, а аб-
н
да
на
:ен
i с воздухом взры-
ва и более, смесь с
ях пределов кон-
iи кислородом не
является перера-
грудоемкий и до-
. В последние годы
1ЫС и высокопроиз-
. ермоокисли гель-
аз,•• с кяелорою.м и
о
и
ю1ш\ (нефть, ксро-
IX улучаях зиети.тен
пена и< природного
I
Карбид кальция СаС2 — твердое, кристаллическое вещество,
поверхность излома которого имеет темно-серый или коричне-
вый цвет. Плотность химически чистого СаС, равна 2,22 г/см3 при
291 К. Реакция образования карбида кальция из оксида кальция и
углерода является эндотермической. При температуре 2173...2573 К
она протекает в соответствии с уравнением
СаО + ЗС = СаС2 + СО - Q{,
где Q, = 452 кДж/моль.
Поскольку относительные молекулярные массы веществ, вхо-
дящих в это уравнение, равны соответственно 56,08; 36,03; 64,10
и 28,01, для получения 1 кг СаС2 расходуется 56,08/64,10 = 0,87 кг
оксида кальция и 36,03/64,10 = 0,56 кг углерода.
Для получения 1 кг карбида кальция теоретически требуется
затратить количество теплоты 452 103/64,10 = 7,06 МДж. Техни-
ческий карбид кальция содержит 70...75 % химически чистого
СаС2, 17...24% СаО и различные примеси: оксиды магния, алю-
миния и железа, соединения серы и фосфора, ферросилиций,
углерод и др.
Карбид кальция чрезвычайно активно вступает в реакцию с
водой, разлагаясь при этом с образованием газообразного ацети-
лена и гидрата оксида кальция (гашеной извести). Разложение кар-
бида кальция водой протекает экзотермически:
СаС2 + 2Н2О = С2Н, + Са(ОН)2 + Qy,
где Q-1 = 127,4 кДж/моль.
Относительные молекулярные массы СаС2, Н2О, С2Н2 и
Са(ОН)2 равны соответственно 64,10; 36,03: 26,04 и 74,09. Следо-
вательно, для разложения I кг химически чистого карбида каль-
ция требуется затратить 36,03/64,10 = 0,56 кг воды. При этом об-
разуется 26,04/64,10 = 0,41 кг ацетилена и 74,09/64,10 = 1,16 кг
i ашеной извести. Плотность ацетилена при температуре 293 К и
..(двлении 100 кПа равна 1,09 кг/м3, поэтому выход ацетилена
три разложении 1 кг СаС, равен 0.406 *Ю3/64,10 = 372 дм3/кг.
< учетом объема паров волы, содержащихся в ацетилене при ука-
: Н1НЫХ значениях температуры и давления, его выход составляет
Ю дм;/кг.
Количество теплоты, выделяющейся при разложении 1 кгСаС2,
эрстнчески равно 127,4-103 /64,10 = 1,98 МДж. При столь значи-
;.1ном количестве теплоты возникает опасность перегрева кар-
л калы.! и я в зоне реакции, его температура может достигать
О'/ ’, к При такси гемтер i.ivpe возможен взрыв ацетилена,
Н '/ ДТ а. а,- • a-а а !а; < п f afii г-ЛиТОин В МССТС рТЗЛОЖС-
; а. ; : < .а . А а : . I I i аа- Га?ратгра НС
Кроме того, при темпер
жение карбида кальция за
СаС2 + Ca
натуре 473 К и выше происходит разло-
счет отбора влаги у Са(ОН)2:
(ОН)2 = С2Н2 + 2СаО.
ызывать
кальция, куски которого будут покры-
Эта реакция протекает рри недостатке влаги и может в
сильный перегрев карбида
ты плотной коркой гашеной извести. Поэтому непрерывное уда-
ление с кусков СаСа2 образующегося слоя Са(ОН)2 имеет
значение для полноты разложения карбида кальция и без
сти этого процесса. Его следует осуществлять при избытке воды,
обеспечивая отвод теплоты реакции.
В ГОСТ 1460—81 установлены нормы выхода ацетилена в зави-
симости от размера кус;
абл. 2.2).
Приуменьшении размер.
: важное
юпасно-
(1
ков (грануляции) карбида к
альция
ов частиц карбида кальция выход ацети-
лена снижается, что объясняется более высоким содержатием no-
il др.) в мелком карбиде. Частиц; я такого
прочностью и при дроблении стходят в
мелкие фракции. При наличии значительной общей площадт
эсти мелкий карбид в большей степени подвергается разы
сторон них примесей (СаО
карбида обладают меньшей
поверх-
ожению
н
атмосферной влагой и теряет часть ацетилена. Содержание Мимичес-
ки чистого карбида кальция в техническом продукте определяется
отношением фактического
Скорость разложения йарбида кальция — важный показатель
।ри его использовании в ацетиленовых генераторах. Она
стся количеством ацетилена, выделившегося при разложе|нии 1 кг
выхода ацетилена к теоретичесю
ому.
п
измеря-
кцрбида кальция в течение 1 мин, и зависит от сорта и
ии последнего, а также температуры воды. Повышение содержа-
ия в воде гашеной извести Са(ОН)2 снижает скорость разложе-
ия вследствие заиливания кусков карбида кальция. При
т/ре воды 290 К и содержании в ней 20 % Са(ОН)2 раз/
арбида кальция почти полностью прекращается вследстг
ого заиливания его кусков. При разложении карбида к;
щетиленовых генераторах
рануля-
ш
н:
Н1
к;
Hl
а
"емпера-
гожение
не силь-
дльция в
предусмотрено его периодическое пе-
ия
Таблица 2.2
Нормы выхода ацетилена при разложении карбида кялып
согласно ГОСТ 1460 — 81
Грануляция карбида кальция, мм Выход ацетилена, дм’/кг
I сор га И сорта 11! i орта
50...80 25 ...80 25 ...50 2...25 295 290 285 285 285 280 260 2 2 2 2 75 65 50 40
Рис. 2.2. Зависимости выхода ацети-
лена от продолжительности разложе-
ния карбида кальция, имеющего раз-
личную грануляцию, мм:
/- 2...8; 2 — 8...15; 3- 15...25;
4— 25...50; 5- 50...80
У
ремешивание в зоне реакции. Воду, загрязненную известковым
илом, необходимо заменять свежей.
Наибольшая скорость разложения карбида кальция наблюда-
ется в течение первых 2...4 мин после смачивания его водой
(рис. 2.2). Карбидная пыль и мелочь (частицы размером менее 2 мм)
разлагаются почти мгновенно, что представляет опасность в слу-
чае использования их в генераторах обычной конструкции: при
быстром разложении возможно резкое повышение давления и тем-
пературы в зоне реакции вследствие склонности пыли к спека-
нию, что, в свою очередь, часто приводит к вспышкам и взрыв-
чатому распаду ацетилена. Поэтому для применения карбидной
пыли и мелочи предназначены специальные генераторы, в кото-
рых обеспечивается точная дозировка подачи пыли и воды, а так-
же эффективное охлаждение реакционной зоны при постоянном
перемешивании реагирующих веществ.
С учетом указанной особенности разложения мелкого карбида
кальция ГОСТ 1460 — 81 ограничивает содержание карбидной пыли
и мелочи значением 2 % при грануляции карбида более 25 мм и
5 % — при грануляции 2...25 мм.
Поскольку карбид кальция активно поглощает атмосферную
влагу и при этом разлагается с выделением ацетилена, его хранят
и транспортируют в герметично закрытой постоянной оборотной
таре — стальных барабанах или контейнерах. Масса барабана и
контейнера, кг, обычно составляет от 120±5 до 125±5.
Барабаны с карбидом кальция необходимо хранить в сухих, хо-
рошо проветриваемых складах, защищенных от затопления грунто-
выми водами. На территории завода склады должны располагаться
на расстоянии не менее 20...40 м от производственных помещений.
В складских помещениях не должно быть водопровода и отопи-
тельной сети. Здание склада должно иметь первую или вторую сте-
пень огнестойкости. Для тушения пожара в складе карбида каль-
ция следует применять углекислотные огнетушители и песок; ис-
пользовать для этой цели воду запрещается. Барабаны с карбидом
необходимо вскрывать неискрящим инструментом (латунные зу-
било и молоток или специальное приспособление типа консерв-
ного ножа). Карбид из вскрытых барабанов при его тпьнейшем
хранении должен быть пересыпан в кои;?!!игры =. । етощ i нчнои
крышкой, снабженной резиновой прог ।;
I
аце-
ци-
Рас ъоренный ацетилен. Для хранения и транспортирован ия
под давлением используют баллоны, заполненные спе
Ацетон, бут учи
гм растворителем для ацетилена, позволяет существе
ме тою, ацег
з флегматизатором ацетилена, снижает его тзрывоопаснб|
'зеличизает
пористой массой, пропитанной ацетоном
ить количество ацетилена в баллоне. Кро
нно
гон,
сть.
г распределяется по всему объему баллона,
ность его контакта с ацетиленом.
химальное давление ацетилена при залоги
1яет 2,5 МПа, а температура равна 305 К.
что у
нов
ненир балле:
После отстоя и
:ие снижаете а до
.гуры :з 40-ли ро-
на при темпера-
тилен;
ально!
хорош
увели1
являяс
Ацето
повер:
Ма
состаг
охлаж, ,ения баллона до температуры 293 К давлег
1,9 Ml la. При этих значениях давления и темпера
вый б: ллон вмещается 5,8 кг, или 5,3 м3, ацетиле:
туре 2 »3 К и давлении 100 кПа.
Ко. ичество ацетилена в баллоне определяют следующим спосо-
бом. 11аполненный баллон взвешивают с точное
выдер сивают при температуре не ниже 288 К в течение 8 ч, после
чего О' бирают ацетилен со скоростью не более 0,8
давлег ие в баллоне после отбора газа должно сос
50 кП
напол
массе
ного I
его ма
ти (пр
Да1
няетс.'
лью до 0,1 лег и
м3/ч.
Эстато1 :ное
гавлять не менее
значений м^ссы
[енного баллона и баллона после отбора из неге
}астворенного ацетилена. Чтобы определит3 обы
[вленци 100 >1Па,
. Затем баллон вновь взвешивают. Разность
газа равна
:м отобран-
Тем
Дав.
1за, например, при температуре 293 К и д<
;су нужно умножить на соответствующее значение плот(юс-
I указанных условиях плотность ацетилена
пение ацетилена в полностью наполнение!
в зависимости от температуры следующи
.268 273 278 283 288
. 1,3 1,4 1,5 1,7 1,8
гература, К.,
ение, МПа .
равна
м бал:
м3).
1,09 кг/i
лоне изме-
л обргзом:
293
1,9
303 ЗВ
2,4 З,1)
кг ацерона
дм3
I давлении 0,1 МПа и температуре 293 К в 1
ряется 27,9 кг ацетилена, или в 1 дм3 ацетона — 20
сна. Растворимость ацетилена в ацетоне юзрастает пбямо
Пр
раствс
ацети.
пропс шионально давлению; при повышении Температуры
сниж;
рожнг
полол
ацето
Pai творенный ацетилен имеет ряд существен!
перед ацетиленом, получаемым из карбида калы j
генер; торах непосредственно на месте выполнен г я ра^от: npi| ис-
польз
свари
тилен
поста
ключ;
11ллона
;тся. Чтобы полнее использовать вместимость б
е ацетиленовые баллоны следует хранить е горизонталь:
ении, что способствует более равномерному рас^редсле
ia по всему объему внутреннего пространства баллона.
ых преимущ!
ия в Перенос
она
ПО-
НОМ
нию
еств
ных
(вании ацетиленовых баллонов производительность т
ика возрастает на 20 %, на 16...25 % снижа отся Потери
I, повышаются оперативность и маневренность
-руда
аце-
свароч того
удобство и безопасность выполнения ра|бот, а также
:м генератор
ются проблемы, связанные с применение
1 ис-
IOB в
22
количе-
рименя-
следую-
приме-
э спосо-
:ляют на
з, а так-
। систем:
зимнее время. Кроме того, растворенный ацетилен являртся вы-
сококачественным горючим, содержащим минимальное
ство примесей, и потому пригоден для выполнения особо ответ-
ственных сварочных работ.
Использование растворенного ацетилена в технике газе пламен-
ной обработки расширяется из года в год, что приводит к вытес-
нению передвижных ацетиленовых генераторов.
В качестве пористой массы для наполнения баллонов п|
ют такие высокопористые вещества, как инфузорная земля, ки-
зельгур, диатомит, пемза, асбест, древесный и активированный
уголь, силикат кальция, углекислый магний и др.
Оборудование для производства ацетилена. Ацетилен, предназ-
наченный для питания аппаратуры при газопламенной обработ-
ку, получают в специальных генераторах из карбида кальция и
воды. Крупные ацетиленовые генераторы используют длл произ-
водства ацетилена на химических заводах, где он служит сырьем
для получения многих химических продуктов. Существует
щая классификация генераторов. В зависимости от давления выра-
батываемого ацетилена различают генераторы низкого (менее
20 кПа) и среднего (20... 150 кПа) давления. По способу
нения они могут быть переносными и стационарными. П
бу взаимодействия карбида кальция с водой их подразде
генераторы системы КВ — карбид в воду и системы В К — вода на
карбид с мокрым (М) и сухим (С) вариантами процессе
же генераторы контактного типа (К) с двумя вариантами
ВВ — вытеснения воды и ПК — погружение карбида.
Генераторы системы КВ представляют собой аппараты
рых карбид кальция порциями подается из бункера в газообразо-
ватель, наполненный до определенного уровня водой. Подача кар-
бида кальция осуществляется автоматически, как только давле-
ние газа оказывается ниже определенного уровня. Такая
применяется в крупных стационарных ацетиленовых генераторах
низкого и среднего давления производительностью свыше
Генераторы системы ВК содержат газообразователь,
рый загружается карбид кальция, а затем постепенно поступает
вода. Недостатком этой системы является возможность перегрева
ацетилена, поэтому она применяется в генераторах производитель-
ностью, не превышающей 5 м3/ч.
Генераторы контактного типа с вытеснением воды (системы
ВВ) (рис. 2.3) состоят из двух сообщающихся сосудов
разователя и вытеснителя. Недостатком этой системы является воз-
можность разогрева ацетилена в реакционном пространстве и спе-
кания известкового ила. Количество смачиваемого водой карбида,
находящегося в газообразователе, регулируется автоматически
уровнем воды в зоне реакции, положение которого загисит от
давления получаемого ацетилена.
,в кото-
система
10 мэ/ч.
в кото-
газооб-
23
&
я в качестве переносных источ
иторы комбинированной сис
гкции они близки к генерале
но имеют дополнительный резервуар — вытесщ
акционной зоны при ИОВЫ
ле. Основное преимуществ^ ффб:
В настоящее врем;
на применяют генер
(рис. 2.4). По констру
НИ Ki
ю
поступает вода из pt
газа в газообразоват:.
ной системы —• плавное регулирование газообра
мости от расхода аце
1,1 раздельным системам Bff
Е ыражены в меньшей степе
гилена. Она обладает теми
те $$
рам
ИТ!
ш
да ацетилс-
ВК и ВВ
фртемы ВК,
ел >,
ений
з который
давления
Жнирован-
к в зависи-
которые свойственн
ном сочетании они
Генераторы комбинированной системы ПК V.
}ораш:
недостатками,
В
ДП
И М
йи.
В
но в дан-
В комплектуют
фающим корзину с карбидам кштция отно-
имо :ти от давле-
выхйл ацетиле-
устройством, переме
сительно уровня водя в газообразователе в зави);:
ния ацетилена, т.е. а
на посредством измд
ция. Сочетание двух
[зтоматически регулирующим
нения количества смочсннзгб ф^ида каль-
систем — ПК и ВВ — обес [,
ное регулирование газообразования при резких 1:
ечивар
олеб
а-
ет стабиль-
шях расхо-
да ацетилена.
Рис. 2.3. Сх'Ьма ацетиленового ге-
нератора контактного типа систе-
мы ВВ:
ой системы
:н1
Рис. 2.4. Схема
ратора комбин:
,щ г ги лугового гене-
HpOBiJ
Bk и ВВ
1 — корпус генератора; 2 — запорный
вентиль для выпуска газа; 3 — загру-
зочная камера; 4 — запорный вентиль
для выпуска lina; I, II — уровни воды
соответственно в вытеснителе и газо-
образевателе
по
I — резервуар дс
нитсля; 2 — запо
пуска газа; 3 — кар
кран контроля д
торта с карбидом
ни воды соответ/
и газом
ангтфдьного вытес-
>Ыый
пус
рови»
К£ ЛЬНИ
твени
азе вАтсле
вентиль для вы-
г итератора; 4 —
ады; 5 -~ ре-
я; I, II— уров-
г вытеснителе
га
бр.
24
В настоящее время в эксплуатации находится б
ство переносных и стационарных генераторов ра
юльшое колите-
□личных конст-
рукций, в том числе тех, производство которых пре кращено. Ни:
в качестве примеров рассмотрены ряд конструкций современн
Же
ЛХ
генераторов.
Переносной ацетиленовый г
представляет собой аппарат контактного типа ко|<бинированн
системы ПК и ВВ.
Корпус такого генератора (рис. 2.5) состоит из
ля 5 и промывателя 1, соеди;
трубкой 4. В газообразователе п
ция с выделением ацетилена,
;нератор среднего давления АСП-
10
:Ьй
газообразоваЛе-
ненных друг с другом переливнэй
;эоисходит разложение карбида ка/ъ-
а в промывателе -- охлаждение
отделение ацетилена от частий извести.
ватель через горловину. Достигн;
>/бки, вода передир
чется до уровня контрольной прей
и
Воду заливают в газообразс:
верхней части переливной тр
промыватель, который заполн;
ки. Карбид кальция загружаю^ в корзину 12, после чего устанав-
ливают крышку 10 со штоком
ается по ней
ув
в
б-
8 и корзиной на горловину. Плот-
ное соединение крышки с горловиной обеспечивается усилие
создаваемым винтом 7с помощью рукоятки 9. Образующийся аце-
тилен по переливной трубке поступает в промыватель, где, пр <
ходя через слой воды, охлаждается и очищается от механических
примесей. Отсюда через вентиль 14по шлангу ацетилен поступи
в предохранительный сухой затвор 13 и далее — на потребление.
По мере повышения давления в газообразователе при умеъ :
м,
о-
,ет
ъ-
шении отбора ацетилена вода
патрубку 3 перетекает в вытесн|1
тель, вследствие чего урове:
воды в газообразователе пони» ;
ется, уменьшается количество
смоченного карбида кальция, в ы-
работка ацетилена ограничивав
ся, и возрастание давления пр,
кращается.
ТО
и-
иь
:а-
т-
е-
Рис. 2.5. Схема переносного ацети-
ленового генератора АСП-10:
1 — промыватель; 2— вытеснитель; У —
патрубок; 4 — переливная трубка; 5 —
газообразователь; 6 — манометр; 7 —
винт; 8 — шток; 9 — рукоятка; 10 —
крышка; 11 — предохранительный кла-
пан; 12 — корзина; 13 — прсдохрап
тельный сухой затвор; 14 — вентиль
II, Ill — уровни воды соответственна в
газообразователе, вытеснителе и про\
вателе
1И-
7,
:ы-
8
13
>-9
10
7/7
25
При снижении давления в газообразователе вода из вытесни-
теля перетекает в газообразоватсль, уровень воды в нем возраста-
ет и увеличивается количество вырабатываемого продукта.
При прекращении отбора ацетилена корзина с карбидом каль-
ция оказывается выше уровня воды, в результате чего реакция
прекрашается. По мерф уменьшения давления вода вновь занимает
прежний объем, и вн
ция.
Давление ацетилен^ контролируется манометром 6. Предохра-
нительный
ние в генераторе становится выше допустимого. В месте присоеди-
нения клапана к корп
тиц карбидного ила, О'
Генератор АСП-10 1
тики:
звь происходит смачивание карбида кадь-
клапан 11
служит для сброса ацетилена, когда давле-
усу установлена сетка для задержания час-
калины и других веществ.
имеет следующие технические характерис-
м3/ч.....
П роиз ног .итсл ьность,
Давление
рабоче
максимально допустимое в корпусе генератора .
Масса ед
Продолжительность работы без перезарядки, ч.
Допустимая грануляция карбида кальция, мм .
Габаритные размеры,
Масса без воды и карбида кальция, кг
.....1,5
кПа:
10... 150
... 150
{повременно загружаемого карбида кальция, кг... 3,2
0,7...0,8
. 25,..80
.. 4000 х 500 х 1000
..........16,5
мм ...
Стационарный ацетиленовый
генератор непрерывного действия
ГРК-10 (рис. 2.6) представляет со-
бой аппарат системы ВК средне-
го давления. Он состоит из двух
поочередно работающих реторт 7,
двух газосборпиков 2, двух обрат-
ных газовых клапанов 3 и щита уп-
равления 4, охлаждаемых водой,
двух загрузочных корзин, регуля-
тора подачи воды и регулятора
давления газа. Генератор этого
типа служит для снабжения газо-
образным ацетиленом небольших
цехов газопламенной обработки
металлов, питания установок,
Рис. 2.6. Стационарный ацетилено-
вый генератор ГРК-10:
i — реторты; 2 — газосборники; 3 ~ обрат-
ные газовые клапаны; 4 — шит управления
26
Рис. 2.7. Схема стационарного ацетиленового
генератора АСК-1:
1 — газосборник; 2 — реторты; 3— манометр; 4 —
обратный газовый клапан; 5 — поляной предохра-
нительный затвор; 6 — влагосборник
Кислород
Рис. 2.8. Схема стационарной ацетиленовой установки УАС-5:
7 — ацетиленовый генератор АСК-1; 2 — водяной предохранительный затвор;
3— влагосборник; 4 — газоразборный ацетиленовый пост; 5 — газе разборный
кислородный пост; б — сварочные горелки или резаки
27
предназначенных для производства растворсцього ацетилена, а
также одновременного и попеременного питан ля таки?:установок
и сварочньгх цехов.
Стационарный ацетиленовый генератор непре
ствия АСК-1 (рис. 2.7) представляет собой ап:
ванной системы ВК и ВВ среднего давления. 1
поочередно работающих реторт 2, рубашек д
ры
г к
дит из двух
Аного дей-
лмбиниро-
пара
Он сост<
(ля их олотаждения,
загрузочных корзин, газосборника 1, двух обратны?
панов 4, обратного водяного клапана и регулятора
Генератор этого типа применяется для одновременного питания
ацетиленом нескольких постов для газопламегной
; газовых кла-
не Дач и воды.
обработки ме-
таллов.
Стационарная ацетиленовая установка УАС-5 (же.
печивает получение газообразного ацетилена из каэбг.
и воды, а также подачу его потребителю для газопламел
ботки металлов. В установку входят генератор АСК-’
5 по :то
газоразборных ацетиленовых 4 и кислородных
2.2. Заменители ацетилена
.1 2.8) обес-
да кальция
иной обра-
и по семь
в.
дно цепрльзовать в
пламенной
обработки не требуется подогревающее платья с фчет
легко плав-
лен), пайка
:остная за-
Газы — заменители ацетилена целссообра
тех случаях, когда для осуществления процее
:сов i
азе:
сварка
ь высокой
температурой. К таким процессам относятся
лов (алюминий, магний и их сплазы, с|ви’
высоко- й низкотемпературными припоями,
;арка тонкой стали, кислородная ра
верхностная резка. Наиболее широкое прим
звязано с кислородной разделительно^ резкой, при
ни которой температура подогревающего пЪмени вли-
на продолжительность предварите,
этому для резки могут быть использ
, у которых температура пламени пр i
с кислородом не ниже 2273 К, а удельная т
МДж/м3.
нение местных дешевых горючих газ
ких мета.1
калка, св.
нителей ;
выполнеъ
яет лишь
талла. По:
менители.
поверх)
‘Дйная и по-
зделйте.
еяен
гие
ЛЬНО'О
ювал-ы ]
и сгора
азов-заме-
агрева ме-
;:е газы-за-
3
в
I -щи в смеси
tплота с
менее 10
Приме:
значительно снижает стоимость газопламени
рошает организацию работ.
Рассмотрим некоторые наиболее важные с:
нителей.
'орания не
ль в BN|ecifo ацетилена
лрй обработки и уп-
войсгва
'азов-заме-
: г собой ко-
1. Удельная теплота сгорания (низшая) представля
тепловой энергии, выделяющейся при полном сгорании
объема или массы горючего с учетом
[ чистых углеводородов и водорода эт
ой константой и измеряется с помол
ли чсство
единицы
воды. Дл;
физическ
28
потерь га испарение
ia величина является
лью кал г л
риметра.
Для сложных газовых смесей известного,
нуго теплоту сгорания (при температуре 293
кДж/м3, можно рассчитать по формуле
&,,= 24Н2+ 80СН4 + 206C3Hs + 2750^],“
где содержание компонентов смеси выраж.
центах. Формула С,„НЧ служит для обозначу
сокомолекулярных углеводородов, содержа;
циенты перед обозначениями компонентов <
удельной теплоты сгорания каждого горю
состав газа-заменителя.
2. Плотность, кг/м3, сложных газовых с
формуле
। гава низшую удсль-
,С давлении 100 кПа),
tJ40C„H„ + 28СО,
,р„;я в объемных про-
у;; суммы прочих вы-
',<ся в газе. Коэффи-
< :<;и равны сотой доле
/ » газа, входящего в
-I ей определяется по
Р™- 0,01(г1Р1 + Г2Р2+...+ /1>(
>ЫДТ I
где rt, г2, г„ — объемные доли, %, к< <’--
р2,..., р„ — плотность, кг/м3, компоненте! ,,1>
Пример. Коксовый газ имеет следуют -
плотности компонентов при температуре 29;
Компонент...............Н? СН4 С3Н8
Объемная доля, % ....... 58,6 25,2 2,4
Плотность, кг/м3.......0,084 0,67 1,86
Плотность, кг/м3, коксового газа рассч
образом:
Р™ == 0,01(58,6-0,084 + 25,2-0.67 +
+ 2,4 - 1,84 + 0,6-1,33 + 3,7- 1,
3. Теоретическое отношение рт объема
рючей газовой смеси, обеспечивающее ее
сит от состава смеси:
рт = 0,01 |0,5Н2+ 2СН4+ 5C3Hs+ S(m + п
Пример. Сланцевый газ имеет следу
40; СН4 - 14; C3HS - 4; СО - 20;
N2 - 6,5.
Объем, м3, кислорода, необходимого дл
газа, определяется по формуле
р7= 0,01(0,5-40 + 2 - 14 + 5'4 + 0,5-
4. Эффективная тепловая мощность пла
личество теплоты, вводимой в металл з
наибольшей степени зависит от двух вели
лорода и горючего газа в их смеси, а также
Значения р0, при которых существует сва
личных горючих газов, таковы: ацетилен
0,3...0,4; природный газ (метан) — 1,0...
энентов смеси; р(,
еси.
состав и значения
'1 давлении 100 кПа:
)) СО,
1 2,4
б 1,84
вается
ного сгорания 1 м3
тН„ + 0,5СО - О2].
й состав, %: Н2 —
- 15; О2 - 0,5;
1,86 + 7,1 • 1,16 +
= 0,44.
орода к объему го-
юе сгорание, зави-
0,5) = 0,775.
горючего газа (ко-
нницу времени) в
соотношения кис-
ода горючего газа,
юе пламя для раз-
s... 1,4; водород —
технический про-
29
01 N2
0,6 3,7
1,33 1,16
следующим
8; нес]:
тяной газ —
пан — 3,0... 3,5; коксовый газ — 0,75...О
1,5...1,6.
Зависимости эффективной тепловой мошйости
личных горючих газов от соотношения кислорода и
в их смеси представлены на рис. 2.9, а зависимости
чины от расхода горючего газа — на рис. 2.10
5. Отношение расхода газа-заменителя к рас «}ду ацетиле-
на Уя (у = К/Ю при одинаковом тепловом ьордейс!
ваемый металл называется коэффициентом
Для нахождения коэффициента замены
ми, приведенными на рис. 2.9 и 2.10. По н
замени раз-
горючего газа
эг'ой же вели-
п
в
а'
ш на нагрс-
цетилена.
ся графика-
знамен в
пользу И
:им опр; дгляют такой
расход газа-заменителя, при котором он, сгорая в с
родом, обеспечивает такую же эффективную
аИени
И-
тепло
пламени, как у ацетилен о кислородного пл;
Реализуемые на практике значения коэффи
ацетилена другими горючими
иента
газами приведены н
иеси с кисло-
ую мощность
фи Ро = 1,15.
при замене
Природный
газ
1,6...1,8
4
Технический
пропан
Газ-заменитель....Водород
Резка стали:
разделительная.......5,2
поверхностная......—
Рис. 2.9. Зависимости эффективной
тепловой мощности пламени от со-
отношения кислорода и горючего
газа н их смеси:
2 — про пан-бута новая смесь; 2 — аце-
тилен; 3 — меган; 4 — коксовый газ;
5 — водород
О 6
1J0. .1,2
;:тл эффективной
:тн пламени от
афисимс
ощно;
Рис. 2.10. 3;
тепловой
расх,
I — пропм
ода горй)ч|ето газа:
-Оутаног
2 — ацетиле н (Ро =
- - коксе
Фо= 1,5); 4
смесь (ро = 3,5);
15); 3 — метан
1Я
1,
в^й газ (ро = 0,8);
5 -I- ЬодороН (
Jo =0,4)
30
Нефтяной
1,2
1,8... 2,4
Сланцевый
4,0
6,0... 8,0
применения г;
азов-
Газ-заменитель. Коксовый
Резка стали:
разделительная .... 3,2...4,0
поверхностная....5,0
Рассмотрим основные свойства и области
заменителей.
Водород. Технический водород должен соответствовать требо-
ваниям ГОСТ 3022—80. В зависимости от способа промышле
го получения водород может иметь следующие марки: А (электро-
лиз воды); Б (железопаровой способ и взаимодействие ферр
линия с раствором щелочи); В (электролиз хлористых солей) и Г
(паровая конверсия углеводородных газов). Объемное содерж
чистого водорода колеблется в пределах 95 ...99,8 %. Он отпускает-
ся в стальных баллонах под давлением, не превышающим 16,5 МПа.
При нормальных физических условиях водород предстатляет
собой газ без цвета и запаха плотностью 0,084 кг/м3. Он способен
проникать через мельчайшие дефекты в уплотнении в окру;
тую среду, образуя взрывоопасные смеси с воздухом. Вод|<
взрывоопасен, если его объемное содержание в воздухе состп:
ст 4... 75 %, а в кислороде — 4... 94 %. Поэтому при работе с г одо-
род ом необходимо обращать особое внимание на герметичность
аппаратуры и газовых коммуникаций.
Температура водород но-кислородного пламени составляет
2273...2373 К. Его применяют при безокислительной пайке
ли, иногда при сварке свинца или кислородной разделительной
резке под водой. Низшая удельная теплота сгорания воде;
10,6 МДж/м3.
:нно-
ОСИ-
ание
'жаю-
ород
1ВЛЯ-
ста-
рода
Природный газ. Хотя состав природного газа и зависит от ха-
рактера газового месторождения, его основным компонентом все-
гда является метан. Примерный состав, %, природного газа та-
ков: СН4 — 97,8; С:Н6и С3НВ — 0,9; ЕЕ и СО2 — 1,3. Его плотность
низ-
пура
на в
П]?и нормальных условиях может составлять 0,7... 0,9 кг/м3, a i
шая удельная теплота сгорания — 31 ...33 МДж/м3, Темпера’
пламени при сгорании газа в смеси с кислородом заключи:
пределах 2373...2473 К и при дополнительном подогреве смеси в
мундштуке горелки может достигать 2673 К. Природный газ гзры-
воопасен, если его объемное содержание, %, в смеси с воздухом
составляет 4,8... 16,7, а в смеси с кислородом — 5,0...59,2.
газопламенной обработке газ подается к постам или в балш
под давлением не более 16,5 МПа, или по трубопроводу под
ким давлением — 0,3 МПа.
Природный газ применяют при разделительной и поверхност-
ной кислородной резке стали, сварке стали толщиной 4... 5
сварке легкоплавких металлов и сплавов, пайке и других про:
сах газопламенной обработки, допускающих более низкую темпе-
ратуру пламени, чем при использовании ацетилена.
При
онах
низ-
мм,
щес-
31
юпаи-бутановая смесь. Эти газы явля-
1ми переработки нефти.
Технический пропй
или смеси пропана и
Технически^ пропав и п
ются побочными проЛукта
н сос тоит главным образом из пропана С3Н4
пропилена С3Нб, суммарное объемное со-
держание которых должно
р 4%
ю и б
%, Кроме того, в его
быть не менее 93
этана С2Не и этилена С2Н4, а также нс
утилена С4Н;
При нормальных уЬловпях плотность про
ност|ь относительно воздуха для этих газов i
етственно. ‘
состав входит не боле
более 3 % бутана С4Н
к-
на — 2,52 кг/р3;
составляет 1,5? и 2,1
Низшая удельная ф
бутана — 116 МДж/м3.
воздухом 2,0.19,5% — для пропана, 1,5...8
смеси с кислородом н- соответственно 2,4...
Температура пламрни пропана и пропан
в смеси с кис
тельном подогреве ее
При нормальных
273 К и давление 100
газообразном!состоянии, '
1,6 МПа или! снижении г
жидкое состояние. Указав:
ма удобны ми; для хртненг::
'рама 1,88 кг/м3, бута-
ПЛ0ф
Ю0ТЙ1
еплога сгорания прош
. Пределы взрываемое!.
на равна 87 МДж/м3, 1
и этих газов в смеси с ,
,5 % — для бутана; в >
57 и 3,0...45 %. !
бутана при сгорании ;
ородор составляет 2673 ...2723 К и при дополни- :
в мундштуке может достигать 2923 К.
услс:
кПа
ивечают температура
их смеси находятся в j
3 К они переходят в
виях, которым о
пропан, бутан и
тогда как при повышении давления до -
емпературы до 2
ное свойство этих газов делает их весь-
я и транспортире :
газами, предназначенными для газопламс
(вания. Сжиженными •
газами, предназначенными для газопламенной обработки, на- !
полняют сварные стальные баллоны вместимостью 5...50 дм3, '
' л , ввозках по железной !
яцают 50 т сжижснно- :
ьзуют цистерны, которые вме:
жидкого пропана в ;
, чем у воды. Поэтому )
жиженным газом до- ?
соответствующие ГС СТ 15860 — 84. При пе
дороге испод
го газа.
Коэффициент объемного расширения
16 раз, а жидкого бурана -- в 11 раз больше
при превышении температуры сосуда со с:
пустимого уровня (для цистерн — 323 К, для баллонов — 318 К) i
возникает опасность возрастания давления в сосуде, грозящего i
взрывом. В связи с этим согласно действующим нормам при на- ;
полнении бафлонов
стыо в сосуде додж
вместить дополните.
(стерн сжиженными газами над жидко- ?
фа оставаться паровая
‘льны й объем жидкости при ее расширении в ;
случае нагрефа внещним
бутана не превышает
и ни
подушка, способная f
источником теплоты. Плотность ежи-
соответственно 425 и
женных пройана и
488 кг/м3, if
Сжиженные газы
паточно высокую тем-
чосительно дешевые, >,
рования и хранения,
недефипитнфге, удО1
широко применяются в
обеспечивающие дос
псратуру газокислородного пламени, от:
бндг< для транспортир
качестве заменителей ацетилена. Про- \
пан, бутан р их см|еси можно использов;
в отдельных случаях до 12 мм), сварке и
ать при сварке стали ,
толщиной до 6 мм
32
пайке чугуна, цветных металлов и сплавов, кислородной и кис-
лородно-флюсовой резке (разделительной и поверхностной)
сталей, наплавке, поверхностной закалке, металлизации, на-
греве при гибке, правке, формовке и других подобных процес-
сах.
При разделительной резке, сварке цветных металлов, пламен-
ной закалке и пайке 0,3 т сжиженного газа заменяют 1 т карбида
кальция (что эквивалентно примерно 235 м3 ацетилена).
Коксовый и сланцевый газы. Коксовый газ получают в процессе
коксования каменного угля. Примерный состав коксового газа ха-
рактеризуется следующим содержанием, %, компонентов; Н2 —
50...59; СН4~ 25...30; С2Н4 и другие непредельные углеводоро-
ды - 1,8...3,0; СО - 5...7; N:и СО2 - 6... 13; О2 - 0,5...0,8.
Сланцевый газ получают при газификации горючих сланцев.
Его примерному составу отвечает следующее содержание, %, ком-
понентов: И2 — 25...40; СН4 — 14... 17; СО — 10...20; СО2 —10...20;
С2Н4 и другие углеводороды — 4...5; N2 — 22...25; О2 — не более
1 %.
Плотность коксового и сланцевого газов при температуре 293 К
и давлении 100 кПа составляет соответственно 0,4...0,55 и
0,74...0,93 кг/м3; низшая удельная теплота сгорания — 14,7... 17,6
и 12,6... 14,3 МДж/м3. Температура пламени этих газов в смеси с
кислородом равна 2273 К.
Коксовый и сланцевый газы подают к постам газопламенной
обработки по трубопроводу. Их используют при сварке легкоплав-
ких металлов, пайке, разделительной и поверхностной кислород-
ной й кислородно-флюсовой резке и других процессах, для кото-
рых приемлема температура пламени около 2270 К.
Городской газ. Состав газа утверждается соответствующими орга-
низациями с учетом используемых источников его получения. Плот-
ность газа при нормальных условиях 0,84... 1,05 кг/м3, низшая удель-
ная теплота сгорания 18,8 ...21,0 МДж/м3, температура газокисло-
родного пламени приблизительно равна 2300 К Городской газ имеет
те же области применения, что и коксовый.
Нефтяной и пиролизный газы. Нефтяной газ — это смесь газо-
образных продуктов термического разложения нефти, нефтепро-
дуктов и мазута в ретортах при температуре 993... 1013 К. Выход
газа 0,35...0,4 м3 на I кг нефти. Его состав зависит от состава не-
фти и режима ее переработки. При наполнении баллонов газ на-
ходится частично в сжиженном состоянии. При отборе газа его
состав изменяется вследствие испарения в первую очередь более
летучих компонентов. Для выравнивания давления газа и преду-
преждения его частичной конденсации в трубопроводах и рукавах
перед горелкой иногда устанавливают промежуточный ресивер вме-
стимостью 40 дм3, в котором газ находится под избыточным дав-
лением 0,3... 0,4 МПа. Отсюда через регулятор давления он посту-
2 Пилеюи
33
ает в горелку или резак. Нефтяной и пиролизный газы имеют
следующие характеристики:
I
Нефтяной
газ
Пиролизный газ
Плотность при нормальных
условиях, кг/м3.......
Низшая
сгорани
Коэффициент замены ацетилена .
Температура пламени, К.....
К рабочим постам нефтяной газ подают е
более 16,5 МПа, пиролизный — ио
ением, под которым газ находится
: нефти. Области применения этих 1}аз|о^ |е же, что и при
использовании пропана и пропан-бутановых
удельная теплота
1Я, МДж/м3.....
...0,63... 1,
,43
0,65... 0,85
днем не
г'ем давл<
поженил
.....4,10... 5,
..... 1,2
.....2570
56
б;
В
3,14.-3,35
1,6
2570
лонах под давле-
трубопроводу под
установке для раз-
i;Ui
CMeqi
Фмпсратуры пламени нефтяной и пйрол
:ьзовать для сварки стали толщиной де
Жидкое горючее. На стройках и в условия?:
авка горючего затруднена, в качестве
ЛИЗКОЙ 14
НО ИСПОл
суда дост<
пеняют жидкое горючее — керосин
приведены ниже:
лена при
эистики
ей. Ввиду более
зный газы мож-
более 3 мм.
Крайнего Севера,
зр^енителя ацети-
и бе:
и
азин. Их характе-
Kepic.it
Бензин
Плотность при нормальных
условиях, кг/м3 .........
Низшая теплота
сгорания, МДж/м3.........
Температура пламени, К...
Уделы
полном сгорании........
сжигании в горелке ..
I3H61M заменителем ацетилена являеЬгсф кф
безопасное горючее при выполнении работ.
......0,8..
0
.84
..... 44,3
..2670...2
ый объем кислорода в смеси, м3/кг;
?|20
0,695...0,76
42,7-44,3
2770... 2870
при :
при 1
Осно:
1
2.
,7.
55
2,6
1,1-1,4 \
росин как более <
д заливкой в ба-
। а войлока и кус- ;
д ических частиц, !
,4
Церс
чок рекомендуется профильтровать его черфз
дкого натра NaOH для очистки от
кового е,
остатков смолистых вегцеств и обезвоживая:
ют при резке стали, бензин — при резке пбд
этилированного бензина запрещается.
зло:
меха:
. Керосин использу- i
водой. Применение j
:гя
Контрольные вопросы
I. Каковы основные свойства ацетилена?
2. Каковы основные способы получения ацетиленг?
3. В чем состоят преимущества растворенного ацетилена?
получения ацетилена?
4. Какие системы генераторов используют дея
5. Касие газы применяют в качестве замените; ей ацетилена?
6. При каких видах газопламенной обработки используют жидкое го-
рючее?
34
ГЛАВА 3
КИСЛОРОД
3.1. Основные свойства кислорода
Кислород является наиболее распространенным элементом на
Земле. Газообразный кислород бесцветен, прозрачен, не имеет
запаха и вкуса, не относится к горючим газам, но способен ак-
тивно поддерживать горение.
Приведем некоторые характеристики кислорода:
Относительная молекулярная масса................... 52
Плотность газа, кг/м3:
при температуре 273 К и давлении 100 кПа..........1,43
при температуре 293 К и давлении 100 кПа..........1,33
Температура сжижения при давлении 100 кПа..........90,18
Плотность жидкого кислорода при температуре 90 К
и давлении 100 кПа, кг/м3.......................... 1140
Объем газообразного кислорода, образующегося
из 1 м3 жидкого при температуре 293 К и давлении
100 кПа, м3......................................
....860
। со всеми
ксенон,
лро, пла-
рния рез-
ня и тем-
оряет ее.
Кислород обладает высокой химической активностью и спо-
собен образовывать химические соединения (оксиды)
элементами, кроме инертных газов (аргон, криптон
неон и гелий) и благородных металлов (золото, сере
тина, палладий, родий и др.). Скорость реакции окисл
ко возрастает при повышении температуры или применении
катализаторов. Реакции окисления органических веществ в кис-
лороде носят экзотермический характер и протекают с выделе-
нием большого количества теплоты. Повышение давлег):
пературы кислорода в зоне реакции значительно уск!<
В сжатом или нагретом кислороде процесс окисления при оп-
ределенных условиях может протекать с нарастающей скорос-
тью за счет повышения температуры в зоне реакции вследствие
выделения теплоты.
При соприкосновении сжатого газообразного кислорсда с орга-
ническими веществами (пленки масел или жиров, уголь чая пыль,
ворсинки органических веществ и т.п.) возможно их самовоспла-
менение, инициируемое теплотой, выделяющейся при
сжатии кислорода или при трении, ударами твердых
металл, электростатическим искровым разрядом в струе
да и другими явлениями. Поэтому при использовании гнслорода
необходимо всегда внимательно следить за тем, чтобы эн не на-
ходился в контакте с легковоспламеняющимися горючи
ствами. В кислороде могут загораться также углеродистые стали
быстром
частиц о
кислоро-
ми веще-
35
аточном количестве деплоты в месте контакта и неболь-
:с металла (например
при достр
шой мае
сивные йасти машин, наличий стружки, частиц окалины или же-
лезного горошка).
Для предотвращения авар
кирлородопроводы и баллонь подвергают тщательному обезжи-
ривании). Необходимо исключить возможность попадания и на-
койлени|я масел и жиров на поверхности деталей, работающих в
среде кйслорода.
Цилиндры компрессоров, накачивающих кислород в баллоны,
смазывают не маслом, а дистиллированной водой, в которую
иногда добавляют 10 % глицерина. Кроме того, в кислородных ком-
прессорах применяют поршне
тифрикционных материалов,
няющие
Горкл
щие весьма широкими пределами взрываемости при воспламене-
нии. Взрывная волна распространяется в таких смесях с очень боль-
шой скоростью (3000 м/с и тыше), когда взрыв сопровождается
детонацией.
। Различные пористые органические вещества, такие, как уголь-
ная мелочь и пыль, сажа, тор(
сти и т.п., будучи пропитаны
называемые оксили квиты, при
детонации происходит сильный взрыв.
О наличии у кислорода ука
его использовании в процессах газопламенной обработки, транс-
портировании и хранении.
при трении тонких пластин о мис-
сий всю кислородную аппаратуру,
вые кольца из графита и других ан-
заботаюшие без смазки и не загряз-
кислород органическими примесями.
чие газы и пары образуют с кислородом смеси, обладаю-
ф, шерсть, ткани из хлопка и шер-
жидким кислородом, образуют так
[ воспламенении которых вследствие
занных свойств следует помнить при
3.2. Промышленное получение и применение кислорода
Технический кислород наводит широкое применение во мно-.
тих ведущих отраслях промышленности. Его используют для ин-
тенсификации выплавки стали (в мартеновских и электрических
печах) и чугуна (в доменных
ной выплавке стали и получе
>im потребителем кислород
ость. С его применением осуществляются газификация твердых;
топлив, конверсия газообразных углеводородов при получении
синтетического аммиака, метанола и формальдегида, произвол-.
сг'во ацетилена из природно!
другие процессы.
Технический кислород является основой для осуществления
газовой сварки, кислородно
других видов газопламенной ।
н
Hl
печах), при кислородно-конвертор-
:нии цветных металлов из руд. Круп-
а является химическая промышлен-
го газа, азотной и серной кислот и
1Й резки, поверхностной закалки и
обработки.
3;
Кислород можно получать химическим способом, электроли-
зом воды и физическим способом, основанным на сжижении ат-
мосферного воздуха и его последующей ректификации*.
Химические способы малопроизводительны и неэкономичны,
поэтому в настоящее время их не применяют в промышленности,
а лишь иногда используют в лабораторной практике.
Электролиз воды, т.е. разложение ес на составляющие (водо-
род и кислород), осуществляют в аппаратах, называемых элект-
ролизерами. Через воду, в которую для повышения электропро-
водности добавляют едкий натр, пропускают постоянный ток;
кислород выделяется на аноде, а водород —- на катоде. Недостат-
ком данного способа получения кислорода является большой рас-
ход электроэнергии. Применение электролиза воды целесообраз-
но при одновременном использовании обоих газов. По этому прин-
ципу работают ряд установок для газовой сварки, пайки и нагре-
ва с помощью кислородно-водородного пламени.
Основной способ промышленного получения кислорода во всем
мире — физический. Атмосферный воздух представляет собой смесь
газов с разными температурами сжижения; его основными ком-
понентами являются азот и кислород.
В установках для получения кислорода и азота из воздуха пос-
ледний подвергают очистке от примесей, сжатию в компрессоре
до соответствующего давления холодильного цикла (0,6... 20 МПа),
охлаждению в теплообменниках до температуры сжижения и за-
тем, в жидком виде, разделению (низкотемпературной ректифи-
кации) на кислород и азот. Разность температур сжижения кисло-
рода и азота составляет около 13 К, и этого достаточно для их
полного разделения в жидкой фазе. На крупных воздухораздели-
тельных установках попутно с получением кислорода и азота из-
влекают из воздуха также инертные газы: аргон, криптон, ксенон
и неоногелиевую смесь, широко применяемые в технике.
Для первоначального охлаждения аппаратов блока разделения
воздуха и поддержания низкой температуры используют холодиль-
ные циклы, основанные на двух способах получения низких тем-
ператур газов: на дросселировании сжатого воздуха — его расши-
рении в поршневом детандере иди турбодетандере (детандирова-
ние).
При дросселировании сжатого воздуха его охлаждение проис-
ходит за счет того, что внутренняя энергия газа затрачивается на
преодоление сил межмолекулярного взаимодействия и внешнего
сопротивления увеличению его объема при расширении (эффект
* Ректификацией называется процесс многократного испарения и конденса-
ции жидкости на тарелках разделительною аппарата — так называемой ректи-
фикационной колонны. В верхней части колонны собираются пары чистого лег-
коки нищего компонента (азота), а в нижней — жидкость, содержащая в основ-
ном менее летучий компонент (кислород).
37
I 'жоуля — Тс мео
чительно больш
го внутренняя
В современ
ци
е кий
е
г
И;
в:
F4
41
- а). При детандировании газ охлаждается в зна-
:й степени, чем при дросселировании, так как
шергия расходуется и на полезную работу.
о
:ых установках применяют также слсг.кные комби-
наты с целью снижения удельных затрат энергии
слорода.
фефность выпускает большое число видов кислород-
кэторые отличаются друг от друга пр эизводитель-
()0 м3/ч газа), технологической схемзй, степенью
мого кислорода и другими признаками.
:н:
ированные
а полутени<
Промыт,
ых установ
остыо (15..
истоты пойуНаВ.
рк,
..35
5.3.
Оборудование для транспортирования
газификации жидкого кислорода
и
В процесра^г
зообразный
азопламенной обработки обычно используют га-
КЙсД
ип и транспортировании от завода-изготовителя к
Однако в некоторых процессах применя ют и жид-
(например, в качестве окислителя жидкого топлива
mi-и в ракетных двигателях).
г;
ород, тогда как в жидком состоянии он находит-
с я при хранен
потребителя:
кий кислород
при его сжита
Основные преимущества хранения и транспортирования кис-
лорода в жидком виде состоят в следующем:
м
ается (в среднем в 10 раз) масса тары;
я расходы, связанные с организацией и эксплуа-
• уменыд;
• исключакЬтф:
тацией большого баллонного хозяйства на заводах (Строительство
складов, пр:
'иоб|ретение, учет, испытание и ремонт баллонов,
Транспортные
• повышаеп
кий кислород
• газооб^аз:
жит влаги и
фсходы);
безопасность газопитания цехов, nni
Сходится под небольшим давлением
ный кислород, получаемый из жидкого, не содер-
мэжет транспортироваться по трубопроводу при низ-
окружающей среды без принятия'
Р'
ст
н;
скольку жид-
ffcow температуре
мерзания конденсата (прокладка труб
йы промерзания
'сплоизоля^ил, ]
ается возможность замерзания влаги в каналах редук-
торов, горелое,
iM
мер против
за:
• ис ключ;
I, установка конденсатоотводчиков.
паровых обогревателей и др.);
специальных
ниже глуби-
применение
резаков и шлангах.
использования жидкого кислорода
является на-
Недостатки:
личис его неизбежных потерь на испарение при хранении, пере-
возке и газиф
Сосуды и fie^i
"ранепорти
применяют
внутренний
"онкостенн
>|икации.
ервуары для жидкого кислорода. Ддя хранения и
ния небольшого количества жидко|го кислорода
рова:
сосуды Дьюара (рис. 3.1). Сжиженный газ заполняет
сос;
ОЙ Т]
уд 2 из алюминиевого сплава, подвешенный на
рубке-горловине / из стали 12X18
Н10Т внутри
38
Рис. 3.1. Сосуд Дьюара:
7 — Трубка-горл о ви и а; 2 — внутрен-
ний сосуд; 3 ~~ внешний сосуд; 4 —
камера с адсорбентом; 5 — тепловая
изоляция
внешнего сосуда 3, изготовлен-
ного также из алюминиевого
сплава. Все соединения выполне-
ны аргонодуговой сваркой; сталь-
ные детали предварительно али-
тированы. Пространство между
сосудами заполнено тепловой
изоляцией 5 из смеси порошко-
образного аэрогеля и бронзовой
пудры. Затем это пространство ва-
куумируют до достижения оста-
точного давления 131 МПа. Сни-
зу к внутреннему сосуду прива-
рена камера 4, содержащая адсор-
бент (силикагель КСМ). При за-
полнении сосуда 2 сжиженным
газом адсорбент охлаждается и
поглощает остаточные газы в
межстенном пространстве, созда-
вая в нем вакуум, характеризуе-
мый давлением 13...65 МПа.
Транспортные резервуары ис-
пользуются для перевозки боль-
шого количества жидкого кисло-
рода автотранспортом и по же-
лезной дороге. Автомобильные
резервуары имеют вместимость 1 ...7,5 м3, железнодорожные —
30... 35 м3, а иногда и более. Схема транспортного автомобиль-
ного резервуара ТРЖК-2У приведена на рис. 3.2. Внутренний
резервуар /, заполняемый жидким кислородом, изготавливают
из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н9Т аргонодуговой свар-
кой, наружный (кожух 2) — из низкоуглеродистой стали 20.
Изоляция 21, находящаяся в межстенном пространстве, пред-
ставляет собой вакуум но-порошковую смесь аэрогеля с перли-
товой пудрой; вакуум в этом пространстве соответствует оста-
точному давлению 0,65 — 6,5 Па.
Заполнение резервуара жидким кислородом из стационарной
емкости осуществляется через вентиль 3 и штуцер 5 при открытом
вентиле 13 для сброса газа в газгольдер или атмосферу. При опо-
рожнении резервуара в нем создается избыточное давление вслед-
ствие испарения части жидкого кислорода в испарителях 17. Слив
жидкости происходит также через вентиль 3 и штуцер 5, но при
закрытом вентиле 13. Для уменьшения притока теплоты через опоры
резервуара их изготавливают из слоистого стеклопластика с низ-
ким коэффициентом теплопроводности, обладающего достаточ-
ной прочностью при низких температурах. Использование алюми-
39
Рис. 3.2 Схема транспортного автомобильного резервуара ТРЖК.-2У:
— внутренний резервуар; 2 — кожух; 3 — вентиль наполнения-опорожнения;
— предо (ранительная мембрана шланга; 5 — штуцер наполнения-опор ожне- 1
тя; 6 — ,i
7
4
н
кислородной станции; 8 — предохранительный клапан; 9 — манометр; 10 — |
трехходовой вентиль; 11 — указатель уровня жидкого кислорода; 12 — прсдохра- ]
н ительная
д тения к
/*7 — испарители; 18 — коллектор вакуумирования изоляционного пространства; 1
7S? — вентиль вакуумирования; 20 — адсорбент; 21 — порошковая изоляция; j
ентиль сброса давления из шланга; 7 — штуцер для полсоединения к .1
мембрана сосуда; 13 — вентиль газосброса; 14 — штуцер для подсое-
емкости потребителя; 15 — пенишь выдачи; 16 — вентиль испарителя;
22 -— предохранительная мембрана кожуха
воляет снизить их массу.
а!
становии и безнасосные газификаторы.
ниевых сплавов в качестве материалов кожухов крупных резерву- |
ров по';
Газификаторы для жидкого кислорода. Такие устройства уста- |
навливают у тех потребителей, у которых расход газообразного I
кислорода превышает 15 м3/ч. Применяют насосные газификаци- |
онныеу!
На рис. 3.3 представлена принципиальная схема насосной уста- |
новки СГУ-.1, предназначенной для газификации кислорода и 1
Заполнения баллонов (реципиентов) газообразным кислородом I
под давлением, достигающим 24 МПа. Кислород от реципиентов |
подается потребителям по трубопроводу через центральный рам- I
новый редуктор под давлением (1,5...2,0 МПа), требуемым для I
процессов газопламенной обработки. Существуют газификацион- 1
ные станции, насос которых рассчитан на давление 20 МПа и я
щгужит для подачи кислорода в сеть через буферную ем кость. В про- 1
мышлемности применяют также автомобильные передвижные га- |
зификатонные установки, предназначенные для получения га- |
зообрайного кислорода под различным давлением. 1
Бсзй|асосные газификаторы (рис. 3.4) рассчитаны на давление I
кислорода, подаваемого по трубопроводу потребителям, не более 1
L ,6 МП г при относительно постоянном и равномерном его расхо- )
40
Рис. 3.3. Принципиальная схема насосной газификациоиной установки СГУ-1:
7 — электро шкаф, 2 — трубопровод подачи жидкости из насоса в испаритель;
кожух насосов; 4, 6 — насосы; 5 — бачок; 7 — трубопровод подачи жидкости
из резервуара в насос; 8 — резервуар с жидким кислородом или азотом; 9 —
обратный клапан; 10 — щит арматуры; 11 ~ трубопровод подачи сжатого газа в
рампу, баллоны или к потребителю; 12 — испаритель; 13 — электрокабель
де. Сосуд газификатора снабжен вакуумно-порошковой изоляци-
ей. Повышение давления в сосуде 2обеспечивается поступлением
в него газообразного кислорода, полученного из порции жидкого
кислорода в испарителе Я и впоследствии автоматически поддер-
живается на постоянном уровне с помощью регулятора I.
В соответствии с необходимым расходом газа жидкий кислород
поступает через регулятор 8 в испаритель 7, а затем в виде газа —
в трубопровод и направляется потребителю. Избыток газа в гази-
фикаторе сбрасывается при заданном давлении через регулятор 5.
Наполнение сосуда 2 происходит через штущер 4 и вентиль б.
Рис. 3.4. Схема безнасосного гази-
фикатора:
7, 5, 8 — регуляторы давления; 2 — со-
суд с жидким кислородом; 3 — вентиль
для наполнения сосуда газообразной
фракцией; 4 — присоединительный шту-
цер; 6 — вентиль для наполнения сосуда
жидким кислородом; 7, 9 — испарители
t Пар -------> t пар
К потребителю
41
I, приме-
; ь в газо-
Требования к качеству кислорода. К чистоте кислорода
чяемого при кислородной резке, играющей ведущую рол
пламенной обработке, предъявляются очень высокие требования.
Чем меньше в нем аргона, азота, паров воды и других примесей,
тем чище кромки реза, выше скорость резки и меньше расход
кислорода. Согласно ГОСТ 5583 — 78 в газообразном техн
кислороде 1, 2 и 3-го сортов должно содержаться не менее 99,7;
99,5 и 99,2 % чистого кис.
ическом
.города соответственно.
Ко
итрольные вопросы
свойства кислорода.
римснения жидкого кислорода?
I. Перечислите основные;
2. Каковы особенности п]
3. Какой промышленный способ получения кислорода облг,
большей производительное'
ью?
даст наго
ГЛАВА 4
ГАЗОВЫЕ КОММУНИКАЦИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ПОСТОВ
4.1. Организация рабоч
его поста газосварщика и газорезчика
По своему назначению рабочие посты подразделяются на пе-
редвижные и стационарные. На передвижных постах, которые на
предприятии могут быть оборудованы в любом месте, газопита-
ние выполняют по схеме
Газопитание на ст
лизованно: если числ>
к ним по газопровода
ство газопроводов нерационально, разрешается оборудовать пе-
редвижные посты.
Схема централизо
Кислород поступает к
воду 6 от соответств;
установки, газификат'
дается по газопроводу 2 от ацетиленовой установки, стационар-
ного генератора или перепускной рампы. При использовании пер-
вых двух источников
лена устанавливают :
нительный затвор 1,
газопроводов от обратных ударов пламени. В случае применения
перепускной рампы вде
провод.
На входе газопроы
внутрицеховой разво
кислородные вентил,
42
, приведенной на рис. 4.1.
ацйонарных постах осуществляется центра-
о постов превышает десять, то газ подается
in. При меньшем числе постов, когда устрой-
|ранного газопитания приведена на рис. 4.2.
стационарным рабочим постам по газопро-
тощего источника питания — кислородной -
ора или перепускной рампы. Ацетилен по-
ацетилена на входе в газопровод для ацети-
групповой жидкостный или сухой предохра-
, пр
>едназначенный для защиты межцеховых
;гилен поступает непосредственно в газо-
ода
1ЦКИ.
и 7.
6 в цех, как и на каждом ответвлении его
, устанавливают запорные магистральные
. На участках, где выполняются газосва-
Рис. 4.1. Схема газопитания передвижных постов:
а — работа от баллонов; б — работа от ацетиленового генератора; 1 — кислород-
ный баллон; 2 — кислородный редуктор; 3 — ацетиленовый баллон; 4 — рукава;
5 — горелка; 6 — передвижной ацетиленовый генератор
рочные или газорезательные работы, на газопроводах оборудуют
газоразборныс посты 4 и 5, в состав которых входят запорные,
регулирующие и предохранительные устройства. П итание огневой
аппаратуры кислородом осуществляется от редуктора газоразбор-
ного поста, если давление в газопроводе составляет более 1,6 МПа.
В том случае, когда давление в газопроводе не превышает 1,6 МПа,
а расход кислорода — 10 м3/ч, используется газоразборный посте
сетевым редуктором. Если аппаратура не требует регулирования
давления, то допускается питание непосредственно от запорного
вентиля.
Присоединение аппаратуры для газовой сварки или резки к
газопроводу для ацетилена осуществляется с помощью сухих или
жидкостных затворов. Предохранительные постовые затворы долж-
ны соответствовать максимально возможным значениям давле-
ния в ацетиленопроводе и расхода газа, потребляемого аппара-
турой.
При подсоединении огневой аппаратуры к газоразборным по-
стам для горючего газа применяют рукава типа I, для кислоро-
да — типа III.
43
итания;
: затвор; 2 ~ газопро-
атмосфсру; 4 — газо-
Рис. 4.2. Схема централизованного газош
1 — групповой жидкостный или сухой предохранительный
вод для ацетилена; 3 — газопровод для сброса ацетилена i
ацетилена; 6— газопро-
ло годные вентили; 8 ~ .
тр;
разборные посты кислорода; 5— газо раз борные посты
вод для кислорода; 7 — запорные магистральные кис
запорный вентиль сброса кислорода в атмосферу; 9 —
кислорода в атмосферу; 10 — запорные магистральные: а к ти леи о вы с вентили;
11 ~ запорный вентиль сброса ацетилена s атмосферу
убопровод для сброса
Газы — заменители ацетилена поступают к торгам, как правило,
от заводской газорегулирующей станции и реже
рамп. Типовые схемы питания аппаратуры аштгленом и газами —
его заменителями отличаются друг от друга составом оборудования.
— от перепускных
4.2. Баллоны
Большинство потребителей получают газы из специализиро-
ванных предприятий, осуществляющих их производство, в балло-
нах, снабженных
запорными вентилями (рис. 4.3) со штуцерами
для подсоединенйя редукторов.
44
Технические характеристики баллонов для газов, применяе-
мых при газопламенной обработке, приведены в табл. 4.1 (значе-
ния массы и габаритные размеры указаны для стандартных балло-
нов).
Для хранения и транспортирования газообразного кислорода
под давлением применяют стальные баллоны. Баллоны типов 100У,
058
I
Рис. 4.3. Вентиль кислородного банлона:
7 — маховик; 2 — шпиндель; 3 — сальник; 4 — гайка сальника; 5 — муфта; 6 —
клапан; 7 — корпус
45
150У и 200У из углеродистой стали рассчитаны на рабочее давле-
ние соответственно 9,8; 14,7 и 19,6 МПа, а баллоны типов 150Л и
200Л из легированной стали — на рабочее давление 14,7 и 19,6 МПа.
Наиболее широкое применение находят баллоны вместимостью
40 дм3.
Баллоны испытывают в соответствии с действующими прави-
лами и подвергают контрольным проверкам каждые пять лет. Бал-
лоны для газов, вызывающих коррозию (хлор, сероводород, фос-
ген и др.), испытывают не реже чем один раз в два года. Паспорт-
ные данные баллона и характеристики, определенные в ходе пе-
риодических испытаний, выбивают на его сферической части. Это
товарный знак завода-изготовителя, номер баллона, фактическая
масса (кг), дата (месяц и год) изготовления и год следующего
освидетельствования, рабочее давление газа (МПа), испытатель-
ное гидравлическое давление (МПа), вместимость баллона (дм3),
клеймо ОТК завода-изготовителя (круглое), клеймо завода-напол-
нителя (круглое, диаметром 12 мм), проводившего очередное ос-
видетельствование, даты проведенного и следующего освидетель-
ствования (в одной строке с клеймом завода-наполнителя).
Для баллонов испытательное пневматическое давление равно
рабочему, а испытательное гидравлическое давление в полтора
раза превышает его.
Баллоны окрашивают в условные цвета, установленные для
соответствующих газов, и снабжают надписями, содержащими
названия газов, а иногда и отличительными полосами.
Баллон наполняют газом с помощью компрессора, используя
при этом устройство, называемое наполнительной рампой. Такая
рампа представляет собой два коллектора из медных или латун-
ных труб, снабженных запорными вентилями, манометрами и при-
соединительными. змеевиками из медных труб или гибкими шлан-
гами высокого давления.
У потребителей организуют расходные склады баллонов, а в
случае необходимости — и распределительные рампы, из которых
кислород через центральный редуктор подается в цехи по трубо-
проводам.
Для технологических процессов, требующих значительного рас-
хода кислорода, его подают по трубопроводу под давлением
3 ...3,5 МПа непосредственно с завода—изготовителя газа, где за-
пас кислорода может создаваться в хранилищах постоянного объе-
ма — так называемых реципиентах.
Из баллонов большой вместимости (400 дм3) составляют так-
же транспортные реципиенты, используемые при доставке сжа-
тых газов потребителям с помощью автопоездов. Наполнение и
опорожнение баллонов осуществляются на заводах при доставке
реципиента автопоездом без снятия баллонов с прицепа. В обра-
щении всегда находятся несколько транспортных реципиентов,
47
одни из которых наполняются газом, а другие опорожняются или
находятся в пути.
Давление кислорода в транспортном реципиенте составляет
МЛа; его вместимость для крупных, средних и мелких
соответственно 1500, 750 и 375 м3; радиус достав-
прогрессивным и экономичным, значительно снижаю-
грузка и выгрузка, испытания и др.).
зий под действием влажного кислорода. Образующиеся
редотвращения сильного повреждения баллонов корро-
поражены коррозией, и изъятия их из обращения.
16,5...20
потребителей —
ки автотранспортом — до 400 км.
Способ Доставки кислорода потребителям в автореципиентах
является
щим потребность в 40-ли1’ровых баллонах, обычно применяемых
в производстве, и затраты, связанные с их эксплуатацией (ре-
монт, по:
Внутренняя поверхность стенок баллонов может подвергать-
ся корро:
при этом гидраты железа Fe(OH), Fe(OH)2 и Fe(OH)3 представ-
ляют собой рыхлую массу, легко проницаемую для кислорода,
что способствует распространению коррозии в глубь стенок.
Сухой кислород вызывает лишь медленное окисление тонкого
поверхностного слоя железа. Образующиеся оксиды покрывают
металл сплошной пленкой, замедляя дальнейший процесс окис-
ления.
Для п
зией неоэходимо применять осушенный кислород. Следует также
тщательно осматривать внутреннюю поверхность баллонов при
очередных переосвидетельствованиях для выявления тех из них,
которые
Взрыт баллона может причинить значительные разрушения,
обусловл
освобождающейся за доли секунды. Анализ причин взрывов бал-
лонов пс казывает, что они происходят при наличии скрытых де-
фектов и.
ми газами. К дефектам относятся трещины, пленки, раковины,
складки,
ле баллона в процессе изготовления и при последующих перес-
ев ид етел ьствованиях. Кроме того, возможны дефекты внутренней
структура металла баллона, которые образуются при нарушении
режима термообработки. Эти дефекты, представляющие собой кон-
центрате]
вызвать разрушение баллона.
Извес
резкого удара о металлические предметы при низкой температуре
окружающей среды (около 213 К).
Очень
пропана,
опорожнения кислородного баллона, когда в другом, используе-
мом одновременно с ним баллоне еще остается горючий газ под
более высоким давлением. При определенных условиях он перете-
48
енные большой потенциальной энергией сжатого газа,
ли нарушении правил эксплуатации баллонов со сжаты-
слоистость металла стенок, не замеченные при контро-
ры напряжений, при неблагоприятных условиях могут
гны случаи взрывов наполненных баллонов вследствие
опасно попадание в кислородный баллон горючего газа —
метана или ацетилена. Это возможно при завершении
каст в кислородный баллон, где образуется взрывоопасная смесь.
Поэтому при наполнении баллонов кислородом нужно тщатель-
но проверять, какой газ остался в них от предыдущего наполне-
ния.
Попадание в кислородный баллон органических масел и жи-
ров также может служить причиной его взрыва.
Баллоны для горючих газов имеют боковой штуцер с левой
трубной резьбой Вентили для ацетилена и пропана изготавли-
вают из стали во избежание коррозии и загорания металла, что
возможно при использовании стали для кислородных вентилей.
Вентили для ацетиленовых баллонов не имеют маховичка и боко-
вого штуцера; для поворота шпинделя в этих вентилях применяют
квадратный торцевой ключ, надеваемый на выступающий конец
шпинделя. Для присоединения вентиля к рампе или редуктору ис-
пользуют специальный хомут с нажимным винтом. В ряде зару-
бежных конструкций баллонов принят способ крепления вентиля
к редуктору и рампе с помощью накидной гайки и бокового шту-
цера, снабженного резьбой.
4.3. Перепускные рампы
Перепускные рампы предназначены для питания газами сва-
рочных постов одновременно от нескольких баллонов. Они при-
меняются, как правило, при отсутствии на предприятии ацетиле-
новых или кислородных станций, резервуарных установок, гази-
фикаторов и т.п.
При наличии в цехе нескольких постов для газопламенной об-
работки металлов централизованное питание их кислородом и го-
рючим газом осуществляют от батареи баллонов, соединенных в
общую емкость с помощью перепускной (разрядной) рампы. Рампы
устанавливают в отдельном несгораемом помещении, располо-
женном вне цеха.
Допускается размещать кислородные рампы снаружи, у стен
цехов-потребителей, в металлических шкафах или под навесами.
Кислородная рампа состоит из двух переключаемых труб (кол-
лекторов), запорной арматуры, гибких присоединительных тру-
бопроводов для баллонов и редуктора. Промышленность выпуска-
ет кислородные перепускные рампы на 2 х 10 и 1x5 баллонов.
Аналогичную конструкцию имеет рампа РАР-15 для ацетиле-
новых баллонов (рис. 4.4). Ее отличие состоит в том, что для при-
соединения баллонов к коллекторам используют гибкие резино-
вые рукава; запорные вентили на коллекторах допускают присо-
единение к каждому вентилю по три баллона. Ацетиленовая рампа
укомплектована редуктором, предохранительным клапаном и пре-
дохранительным затвором.
49
Рис. 4.4. Схема перепускной рампы РАР-15 для ацетилен
1 — узел крепления; 2 — продувочный вентиль; 3 — коллектор;
тельный рукав; 5 — перепускной вентиль; 6 — центральный ксллектс]
дуктор; 8 — предохранительный клапан; 9— предохраните
:рвь:х баллонов:
4-
npi
ШШЙ
исседин и-
р; 7 — ре-
затвор
Для продувки рампы азотом служат вентили, рД'
на концах коллекторов.
Ацетиленовые рампы рассчитаны на 2*6, 2x9,
баллонов. Для сжиженных газов — заменителей анети^
кают рампы на 1 х 5 и 2 х 10 баллонов.
Технические характеристики перепускных рамл
табл. 4.2.
спэложенньге
2'Х
12 И 2х 15
ена выпус-
приведены в
Технические характеристики перепускных ра т мп 16 J 1 ица 4.2
Рампы
Показатель ацетиленовая РАР-15 пропан-бута- новая 2x5 ItCJ юродная х 10
Число присоединяемых баллонов: в одной ветви в двух ветвях Максимальная пропускная способность, м3/ч: одной ветви двух ветвей Максимальное рабочее давление, МПа: до редуктора после редуктора Масса, кг 6 12 7,5 15 2,5 0,02...0,1 80 5 10 12,5 25 2,5 0,02...0,3 о, 10 20 125 250 20 3—1,6
50
4.4. Газовые редукторы и регуляторы давления газа
Назначение и классификация редукторов. Редукторы, приме-
няемые при газопламенной обработке материалов, предназна-
чены для понижения давления газа, отбираемого из баллона
или газопровода, а также поддержания расхода и давления газа
в пределах, требуемых конкретным технологическим процес-
сом.
Типы и основные параметры редукторов, выпускаемых в Рос-
сийской Федерации, регламентированы ГОСТ 6268 — 78, соглас-
но которому при их классификации принимают во внимание сле-
дующие признаки:
• назначение (Б — баллонные, Р — рамповые, С — сетевые);
• род газа (А — ацетиленовые, К — кислородные, М — мета-
новые (для метановой группы газов), П — пропан-бутановые; В —
водородные);
• схему регулирования давления (О — одноступенчатые с ме-
ханическим регулятором, Д — двухступенчатые с механическим
регулятором, 3 — одноступенчатые с пневматическим регулято-
ром).
В соответствии со стандартом выпускают 32 типа редукторов:
семнадцать кислородных, девять ацетиленовых, три пропан-бута-
новых (все — Б, Р и С) и один метановый (С).
В редукторе любого типа имеется предохранительный клапан,
срабатывающий в том случае, если давление из-за неисправности
редуктора превышает установленное. Кроме того, в промежуточ-
ной камере двухступенчатых редукторов и в подмембранной ка-
мере основного редуктора с пневматическим регулированием ра-
бочего давления расположены дополнительные предохранители.
Редуктор присоединяют к баллону или сети с помощью накидной
гайки или хомута (к ацетиленовым баллонам) на входе и ниппе-
ля — на выходе; у рампового редуктора на входе и выходе имеют-
ся накидные гайки.
Редукторы должны нормально работать в следующих интерва-
лах температур, К: кислородные — 243...323; ацетиленовые —
248...323 и пропан-бутановые — 258...318.
Принцип действия редукторов. На рис. 4.5 приведены схемы од-
нокамерных редукторов прямого и обратного действия. Снижение
давлен ия сжатого газа обеспечивается посредством дросселирова-
ния его через редуцирующий клапан.
Для поддержания давления газа в рабочей камере на постоян-
ном уровне служит гибкая мембрана, на одну сторону которой
действует давление этого газа (рабочее давление), а на другую —
усилие главной регулировочной пружины или установочное дав-
ление (в редукторах с беспружинным регулированием рабочего
давления).
51
б
. 4.5. Схемы однокамерных редукторов:
a — обратного действия; б — прямого действия; 1 — мембрана; 2
ный диск со штифтом; 3 — штуцер впуска газа; 4 —- манометр высокого давле-
ния; 5 — вспомогательная пружина; 6 — камера высокого дав.тени
рующий клапан; <?-- предохранительный клапан; 9— гианометр ни-кого (рабо-
чего) давления; 10 '
а
Ри<
i;
-- камера низкого давления; 11 4- главная nasi
на; 12 — регулировочный винт
передаточ’
7 — редуци-
их* пая гтружи-
При изменении давления газа в рабочей камере редуктора мем-
уется соответствующим образом, увеличивая или
уменьшая площадь приходного сечения редуцирую!Ц<
редь, приводит к уменьшению или увеличению
брана деформир
гс
клапана,
что, в свою оче
степени дросселирования газа. При уменьшении проходного сече-
ния клапана рас<од газа уменьшается, а стрпень дрос< ел
возрастает, при
ратного действФ
клапан сверху, с
ирования
фцжторе об-
увслиЧении сечения — наоборот. В р<
я давление газа до редуцирования Действует нй
тремясь закрыть его (рис. 4.5, а), тот да как в ре- :
дукторе прямого действия — снизу, стремясь открыть его
(рис. 4.5, б). Наиболее широкое применение находя? редукторы
по кон ст-
обратного действия, так как они компактнее, лроше ________
рукции, имеют меньше деталей и надежнее в работе, е'то объясни- '
лсдукторах обратного действия упрот-------------------—" ;
кроме того
да
11ТСЯ связь ;
основная
на выходе
из баллона — возрастающая, а у редакторов пря
ется тем, что в
редуцирующего
рабочая характеристика — зависимость д
от расхода газа
клапана с мембраной и,
явления га:
мого действия -- падаЮшая (рис. 4.6).
жтериСтики редукторов. К отой группе
абочее давление, пропускная способ
Рабочие хара
тик относятся р;
характерис-
сть, пере -
ас.
52
пад давления, предел редуцирования и чувствительность регули-
рования редукторов.
По рабочему давлению и пропускной способности редукторы
подбирают в соответствии с требованиями технологического про-
цесса. Пропускная способность зависит от рабочего давления, се-
чения отверстия в седле клапана, размеров сечений выходных
отверстий горелок, резаков и сопла (рис. 4.7).
Под перепадом давления подразумевается изменение рабочего
давления в камере редуктора при резком прекращении расхода
газа. Важно, чтобы перепад давления был небольшим во избежа-
ние срыва или разрыва
разрыва мембраны редуктора.
Перепад давления вь: ражается в процентах:
рукава, идущего к горелке (резаку), или
Др - 100,
Р
вление соответственно при отсутствии и
ров перепад давления должен находиться
где и р — рабочее да
наличии расхода газа, МПа.
У баллонных редукто
в определенных предел 1х, причем у редукторов обратного дей-
ствия он меньше, чем у редукторов прямого действия, так как
Рис. 4.6. Зависимости рабочего
давления кислородных редукторов
от продолжительности отбора газа
из баллона:
/ — редуктор прямого действия; 2 —
редуктор обратного действия;
менение давления в баллоне
отбора газа; А — предел редуцирования
Рис. 4.7. Зависимости расхода кис-
лорода от рабочего давления ре-
дуктора при значениях диаметра
сопла на выходе, равных 4,0 (7),
2,8 (2), 2,0(2), 1,8 (4), 1,4 (5) и
1,0 мм (6)
3 — из-
по мере
53
юцего из баллона, способствует более бы-
:апана.
Пред< лок| редуцирования называется наименьшее давление pnii„
котором рабочее давление р начинает
a
давление гд;а, поступ
строму зпфыванию кН
в баллоге’или сети,
ггь (см. риф
:rrd:
'лип
при
4.6). Установлено, что= (2,
щсхсде газа, например при резке
О...2,5)р.
стали боль-
юдит к не-
быстро г ада'
Приз hej41
ШОЙ ТОЛЩТЙЫ
полному отбору газа ф| бал|лона. Такие баллоны используют затем
для рабе г, .ш
льном
высойпг Предел редуцирования прив
p
с требуюф|
Чувст втт уп ность
ния rah
рабочсгс д.а:1ле1
90\ Для эаллокных кг^лор
ставляет 59.
тельностзре
живы, пата
щади мембран
На рг с. 4
тора
тих большого давления (сварка ifr пайка),
пгул
ирования характеризуется и
fi пр:
эдных редукторов чувствите.
ацетиленовых — 25...50 кПЬ. Чувстви-
вменением
и повороте регулировочного винта на
льность со-
... 190 кПа,
аудирован
резьбы на:
я и редуцирующего клапана.
, для
г я зависит от жесткости регулировочной пру-
жимного винта и соотношения pt
бочей лло-
8 роказарЬ конструкция одноступенчатогс
<П-1 — 65), а в табл. 4.3 приведены тех-
аллонных одноступенчатых редукторов,
'иструкция двухступенчатого кислород-
кислород-
БКО-50 (Д
арайтерист -i
доказан
тора БКД-50 (ДКД-8—65). В двухступенчатых редукто-
лгдовательно редуцируется в двух камерах:
с начального до пром
ного ред /г
нически ; j
На pi с.
ного ред /г
рах газ г о<
.9
[ки б;
а ко
з первой —
очного давления 4...5 МП; , а во вто-
(Укур
4
я
Pre.
/ — накиг.н;
г епчатый кислородный редуктор БКО-50;
- фильтры; 3, 8 — манометры; 4 — регулировочный
инл; 6— толкатель; 7— мембрана; 9 — ниппель; 10 —
11 — запорная пружина; 12 — редуцирующий кла-
8. Одностз
гайка; Д 11
винт; 5 — нфктмг ая пруж!
ьнпй клала!
седло; А - камера высокого давления; Б — рабочая камера
прсдохраг ит ?л
пан; 14 -
н
54
Технические характеристики баллонных одноступенчатых редукторов
eq 6 с L3 Водород О ОФ 20 0,1. ,.1,2 Накидная гайка с левой трубной резьбой ’/2" 280x150x145 <—1 -30...-г 50 I
5п°-5-2 ж, ншХд-нвцобц VI >5 0,3 I 280x150x145 196x182x60 -15...+45 -15... + 15
- -4 vi г^[ < о U3 нХ *** * еч 6 Ацетилен 2 0,01 ...0,12 1 0,15 Хомут 280x150x145 245x182x60 1,98 1,2 -25...+30 -15... + 15
Б КО-2 5-2 Б КО-50 «НОРД» Кислород ' 25 50 30 20 0,1.„0,8 | 0,1.„1,2 | 1,0 Накидная гайка с правой трубной резьбой У/‘ О о X ОО X со С7\ X о X СО сч tQ »П 1 о иэ СП 5
Показатель Рабочий газ ч о *! га СЦ Максимальное давление газа, МПа: на входе рабочее Вид крепления на баллонном вентиле Габаритные размеры, мм Масса, кг Температура окружающей среды, °C
55
вная пружина; 4 — рычаг; 5 —;
й клапан второй ступени; 7 —:
мембрана; 3 — глг
6 — редуцирую па 1
тощий клапан первой ступени
Дву <ступе зчатый кислородный редуктор Б КД-50;
вхоАа газа; 2 —
Рир 4.9.
1 — шпце|
г!елый>1й фапай;
предохрани
р
=дуиир:
рои — С Г j
двухстуш;
яет тольк:
пироваш:
о до рабочего давления. Во второй камере;
редуктора на колебан
:оде из первой камеры реду-;
этих редукторах обеспечивается постоян-
ткут|<
ого
:не|ние давления на вых*
к Поэтому в
ство рабе уе гс
КонструктJ.
роме;
нча”€
[| изм
очной
[ия рабочего давления вли--
Ко нет)?:
тором раб
клапана 4
[дещия.
чюго редуктора
|£>че.
)' оп|т
снизу действ;
дав
я раЦпо
:fd> ДЕ
мдс,
Д:"
пневматическим регуля-;
енгя показана на рас. 4.10. Степень открытия:
йяется перемещением
л таврен]
юй
.вл
ство под доемрран
газ рз-
дкф
е
ИзбЫТОЧ! ый
ру 7черед
матическл
чем у ynj:
рабочего г
IM f I
утих
ЩВД|
по
ие кислорода, i
каналу 9 от всп<
мембраны 8, на которую*
Поступающего в простран-,
омогательного редуктора 2;
асывается в рабочую каме-'
тементов редуктора с пнев- i
гвления значительно ниже, «
механической установкой
под мембраны сбр;
Жесткость упругих м
ировачисм рабочего д
элементов редукторов с
; 1я пружина в основном ре-
16.
4ул
:е.
ни-т (гос
кольку нажимь
56
Ри
ic. 4.10. Рамповый редуктор РКЗ-250/500 с пневматическим
регулятором рабочего давления;
щер входа газа; 2 — вспомогательный (установочный) редуктор; 3 —
/ — шту
манометр высокого давления; 4— редуцирующий клапан; 5 — манометр низкого
(рабочего) давления; 6 — штуцер выхода газа; 7— рабочая камера; 8 — мембрана;
9 — канал; 10 — дюза
дукторе отсутствует), что позволяет применять редукторы рассмат-
риваемой конструкции в качестве кислородных рамповых редук-
торов, обеспечивающих высокий расход газа (до 6000 м3/ч).
В табл. 4.4 приведены технические характеристики одноступен-
чатых рамповых редукторов, а в табл. 4.5 — одноступенчатых сете-
вых.
Основы безопасной эксплуатации редукторов. Чтобы исключить
возможность применения редуктора, ранее заполнявшегося кис-
лородом, для работы с горючим газом и наоборот, у редукторов
предусмотрены неодинаковые присоединительные элементы. Так,
кислородные, воздушные и аргоновые редукторы имеют на при-
соединительном штуцере накидную гайку с правой трубной резв-
бой 3/4"; водороднвш и пропановые редукторы снабжены накид-
ной гайкой с левой трубной резьбой У2”. На ацетиленовые редук-
юры вместо накидной гайки устанавливают специальный ирисо-
57
Технические характеристики одноступенчатых рамповых редукторов
сч О С Пропан-( ЧП см 1 1 i и
3
X in 1П
i см X ш 4Q
m
РАО-ЗО-1 Ацетилен й i и N ? •* 5...50
1 HJOf-ENd Кислород 500 О ГМ см 5 СМ - X * ; см L X > иП О
ГМ
и
эеды.
Показатель 5очий газ ь/Еи ‘tfox; вление газа, МПа: шичис Заритные размеры, мм ice а, кг мпература окружающей
Рас oj £ S Те:
1
58
единительный хомут для крепления редуктора к вентилю ацети-
ленового баллона. Редукторы окрашивают в условные цвета: кис-
лородные — в голубой, водородные и пропановые — в красный,
ацетиленовые — в белый.
Выгорание клапана кислородного редуктора. На рис. 4.11 показа-
ны две схемы выполнения каналов для подвода сжатого кислоро-
да к клапану редуктора. При резком открывании вентиля баллона
кислород, находящийся в канале 1 (рис. 4.11, а), подвергается
ударному адиабатическому сжатию, и его температура в месте кон-
такта с уплотнением клапана 2 мгновенно повышается до
1253... 1273 К. Если уплотнитель недостаточно теплостойкий или
имеет поверхностные дефекты (волокна, вмятины, посторонние
включения и др.), то возможно его воспламенение в среде сжато-
го кислорода. Это приводит к выгоранию клапана, а также может
вызвать выгорание пружины, мембраны и других частей редукто-
ра, что представляет опасность для окружающего персонала.
Учитывая это, в современных редукторах применяют схему
подвода газа к клапану, показанную на рис. 4.11, б. При этом кла-
пан расположен так, что струя кислорода попадает сначала в ка-
меру 3 над ним, где может расшириться. Кроме того, в канале 6
установлен те пл о поглотитель 4 из пористо-сетчатого материала.
Замерзание редуктора. При дросселировании газа происходит
его охлаждение (эффект Джоуля —Томсона). Если в газе содер-
жатся пары воды, то они могут конденсироваться и замерзать в
Рис. 4.11. Схемы подвода кислорода к клапану редуктора:
п — прямой канал; б — канал с теплопоглотнтелем и вводом кислорода е камеру
над клапаном; /, б — каналы; 2 — клапан; 3 — камера над клапаном; 4 —
теплопоглотитель; 5 — дюза
59
к аналах клапана, забивая его кристаллами льда. Опасность замер-
зания редуктора тем больше, чем выше влажность
давление газа, больше его подача через редуктор и н
аура окружающей
Для предотвращения замерзания редуктора осуще>
двухступенчатое дросселирование, либо предварите
<у, либо подогрев
редуктор можно только горячей водой или паром.
,:дя этого открытого пламени запрещается.
Негерметичност ъ клапана редуктора. В случае негерметичности
клапана редуктор
нажимной пружи
рением седла или
:тиц и другими причинами. При негерметичности
“то чрезмерное повышение давления в рабочей
камере редуктора
ности необходим
> и начальное
(иже темпера-
среды.
ствляют либо
льную осуш-
газа перед редуктором. Отогревать замерзший
Применение
пропускает газ при полностью ос
не. Негерметичность может быть вы;:
уплотнения клапана, попаданием под клапан
: побежденной
вана повреж-
посторонних час
клапана возмож!
и разрыв мембраны. При наличии
земонт редуктора.
нетерметич-
4.5. Газопроводы и рукава для горючих газов и rii
ислорода
Газопроводы jpu
алл кислорода подразделяют на четыре катен
пил газопроводе
рии:
[я кислорода. В зависимости от рабочего давле-
’О—
Категория.....
Рабочее (избыто1
давление, МПа
Выбор матерю
ное)
.....1
II
II]
TV
............................6,4...60 2,5...6,4 1,6...2,5 До 1,6
ла труб для газопроводов осуществляется с уч
|ом возможности загорания стали в кислороде. Стальные газопр
В потоке газа,
сварочного грата, угля или кокса. Загорание обыз-
зникают удар
1,8... 3,0 МПа:
.а.
13-'.
поды для кислор
частиц окалины, <
НО происходит Hi
л трение твердых 1
еда могут загораться при наличии
участке после колена трубы, где во:
истиц о стенку трубы при давлении
п скорости потока 30...85 м/с.
кислорода в наземном и подземном газопров
сияют стальные трубы. Если при рабочем давл
При скорость:
дах до 8 м/с прим
чии скорость потока кислорода превышает допустимый преде.
применяют трубы
ды, рассчитанные
ны быть изготовл
1 Э-;
е-
л,
аз-
из меди или латуни. Все надземные газопров
на давление кислорода 6,4 МПа v выше, долж-
к ны только из медных или латуйных труб. Трубо-
проводы для жидкого кислорода создают из мейи, алюминиевых
тоыно-стойкой стали, сохранявши
□генных температурах.
газопроводы для кислорода мойут
сплавов и корроз
ВЯЗКОСТЬ ПрИ Kplli
Межцеховые
[X прочность
и
быть подзем-
ными и надземн|ь|ми. В цехах их прокладывают, кат: правило, с
т-
60
крыто по стенам или колоннам здания. Если по местным услови-
ям это невозможно, то допускается прокладка в каналах, засыпа-
емых песком и перекрываемых съемными несгораемыми плитами.
Допустима совместная прокладка газопроводов для кислорода и
ацетилена в одном канале при наличии разделительной стенки и
засыпании обоих отделений канала песком. В кислородных цехах и
на газификанионных станциях разрешена прокладка газопровода
для кислорода совместно с другими трубопроводами в крытых
каналах.
При прокладке газопроводов для кислорода, ацетилена и дру-
гих горючих газов на стапелях, доках и набережных должны вы-
полняться дополнительные требования, учитывающие особенно-
сти проведения работ в этих условиях.
При эксплуатации газопровода для кислорода следует систе-
матически контролировать его герметичность. Повышение концен-
трации кислорода в окружающей среде при наличии открытого
пламени, искры или нагретых предметов может привести к пожа-
ру и аварии.
Газопроводы для ацетилена. В зависимости от рабочего давле-
ния газопроводы для ацетилена подразделяют на три группы: низ-
кого (до 10 кПа), среднего (10... 150 кПа) и высокого (свыше
150 кПа) давления. Газопроводы всех групп должны быть изготов-
лены из стальных бесшовных труб. Стальные сварные трубы мож-
но использовать только для газопроводов низкого давления, рас-
положенных на участке от генератора до водяного затвора. Нс до-
пускается применение труб, арматуры и деталей из меди и спла-
вов, содержащих более 70 % Си. Возможна подземная прокладка
труб в траншеях с засыпкой землей и антикоррозионной защи-
той.
В цехах-потребителях газопроводы для ацетилена прокладыва-
ют, как правило, открыто по стенам или колоннам здания или,
если это неосуществимо, в непроходных каналах, засыпаемых
песком и перекрываемых несгораемыми плитами. Запрещается про-
кладка труб через дымоходы, вентиляционные воздухопроводы, а
также на расстоянии менее 1 м от горячих поверхностей с темпе-
ратурой свыше 423 К; высота прокладки над полом должна со-
ставлять не менее 2,2 м.
Газопроводы должны быть удалены от электрокоммуникаций
и источников искрообразования или открытого пламени на рас-
стояние не менее 0,5... 1,5 м.
Газопроводы для ацетилена низкого и среднего давления ис-
пытывают на прочность под гидравлическим давлением, в 1,5 раза
превышающим рабочее; газопроводы высокого давления — под
удвоенным рабочим гидравлическим давлением. После испытания
на прочность проводят пневмоиспытание на герметичность возду-
хом под давлением 300 кПа. По завершении всех испытаний газо-
61
I
проводы продувают азотом со степенью
объем которого не менее чем в 3 — 4 pad;
97,5%,
чистоты не ниже
а превышает их вмести-
мость. П еред пуском в эксплуатацию газе проводы продува)
от аце-
тилевом.
Газопроводы для ацетилена окрашивв:
Любые неплотности, обнаруженные е
ют в белый цвет.
газопроводе в процессе
эксплуатации, должны немедленно устраняться.
Рукава. Для изготовления рукавов (шлангов) применяют вул-
канизированную резину с тканевой прокладкой. Выпускаю'
ва следующих типов:
it рука-
Тип........................1
Рабочее давление, МПа....0,63
Назначение...........Для ацетилена
и городского
газа
Дл
и
2
0,63
in бензина
керосина
3
2,0...
Для кисло-
рода
.4,0
Гидравлическое испытание рукавов проводят под давлением,
вдвое превышающим рабочее, в течение
Рукава типа 2 изготавливают из бенз
репний диаметр рукавов для горелок
10 мин.
||остойкой резины
малой мощности равен
6 мм, для горелок и резаков нормальной и повышенно
обладать таким
||гивостоять не ме
должны иметь Цветной
. Внут-
а мощ-
апасом
тес чем
ности —9, 12 и 16 мм. Рукава должны
прочности, при котором они могут про
трехкратному рабочему давлению. Они
наружный слой: для кислорода — синий, для ацетилена ]- крас-
ный, для жидкого топлива — желтый. В случае выполне
боты при температуре окружающей среды ниже 308 К
образно применять неокрашенные рукава из морозостой|кой ре-
зины.
Для свободного манипулирования го
на рукавов должна составлять 8...20 м
значительно возрастают потери давления в них. При недо
: другом с помощью ла-
: ния ра-
делесо-
। редкой или резакрм дли-
I. При длине бол
зс 20 м
статоч-
ной длине рукавов их соединяют друг
тунных (для кислорода) и стальных (дл
наружными канавками и обжимают св>
ками.
Необходимо тщательно следить за герметичностью рукавов, осо-
бенно на участках, где установлены ниппели. Рукава, cot
ные ниппелями, не рекомендуется использовать при проведении
работ в помещениях. Запрещается применять ниппели для соеди-
нения отрезков рукавов, по которым поступает бензин ши керо-
син.
Трубопроводы для природных нефтяных и сжиженных ч^зов. По
значению рабочего давления эти трубоггроводы подразде.
трубопроводы низкого (до 5 кПа), средг
кого (0,3... 1,5 МПа) давления.
я ацетилена) ниппелей с
;ерху винтовыми хомути-
|йдинен-
:сго (5...300 кПа)
тяют на
и высо-
62
Расположение внутрицеховых трубопроводов такое же, как у
газопроводов для ацетилена; вид их окраски соответствует стан-
дарту.
4.6. Предохранительные затворы и огнепреградители
Предохранительными жидкостными (водяными) затворами на-
зывают устройства, предназначенные для защиты ацетиленовых
генераторов и трубопроводов для горючих газов от обратного уда-
ра пламени.
Рис. 4.12. Схемы работы водяного затвора среднего давления
закрытого типа:
<i — нормальный режим; б — обратный удар; / — ниппель; 2 — диск рассекателя;
.1 — корпус; 4 — контрольный кран; 5— обратный клапан; 6— газоподводящая
трубка
63
Выход
210
2108x2,5
лир
Рис. 4.13. Предохраните л
стпый затвор ЗСП-8:
ныйжидко-
1 — обратный клапан; 2 —
ный колпачок;
ка; 5— отбойнлк; 6 — корпуё; 7— вентиль
3 — рассек
ника 1} засоре
горючей смесй р
восшшменснгщ.
Аи4
ходу,
распределитель- ;
.етель; 4 — проб-
!М ударом называется ,
мие пламени внутрь ка- '
налов сопла горелки
распространение его
току горючей смеси. Обратный удар;
сопровождается резк
гашением ш амени. Вероятность об-
ратного уда
основном от соотно
истечений смеси и так
нормали [
снения.
восплам
горения,
Обратны
проникиове!
или резака и
навстречу по-
4М хлопком и:
ра пламс|ни зависит в
пения между
скоростью 1
называемой
ее воспламЬ
скоростью
скоростью
скорость распростра
ни, направленная пе
но поверхности его фронта в дан-
ной точке.
Основны ии причинами обратны
ударов являются пере
ой СКОРОСТЬЮ'
Нормальной
снения, или
, Называется
нйния пламе-
дПендикуляр-.;
грев наконец
мундштука, при которых скорость истечснит
ко снижается и становится меьыйе скорост
гиленов
оторый
ставля гь 0,8; 1
азличают йа’
Явления —
генератор<
а) испс.
нию (р;
него д
Дли
150 кН
(рис. .
пус 3,
жидкостные затворы kj
V $а-
ibie
льву
12). Ацетй.
нассифицгруют по рас-
конструкций может со-
по предельному давле
я — до 100
"воров существующих
2,0 и 3,2 м3/ч, а также
хворы низкого давленй
10... 150 кПа).
юв и сварочных постов
ют гидравлические згтворы за
iBH проходит по трубке (
:й водой до уровня ко:
кПа и сред-
среднего
давления (дс
крытого ТИПЕ
тан 5 в кор:
крана 4,
уйаре пламень
6 через к та:
>нтрольнсгу
вступает в горелку. При обратном
ода дави! ^а клапан
вода газа
:л
заполнений
через йиппель /к
давление в за"всг
закры вает его,
но boj на взрьи
стенкой
рз резко повышается, ы
ключая трубопровод пот:
асится при прохождении ее чер
кбрпуса затвора и краем д
В нЦютоящеф время промышленность вы,
затворы ЗСП-8 (рис. 4.13). Недостатком водяны
ьныс затворов является зах ерзание год:
он
ва
г
рдновремен-
узкую щель
между
ные ж
предо
1ДКОСТНЫ6
ранител
иска 2.
пускает преДохранитель-
:ы при paoo-®
64
те на морозе. Во избежание этого в затвор заливают морозоустой-
чивые водяные растворы:
1) этиленгликоль — два объема, вода — один объем (темпера-
тура замерзания 198 К);
2) глицерин — два объема, вода — один объем (температура
замерзания 237 К).
Предохранительные затворы сухого типа ЗСЗ-1 можно эксплуа-
тировать при любой температуре окружающей среды. Затвор ЗСЗ-1
(рис. 4.14, а) состоит из корпуса 77и крышки 4, которые скрепле-
ны шпильками. Между крышкой и корпусом установлены отбой-
ник, и ламе гасящий элемент 6, мембрана 26 и клапан 20. Затвор
приводится в рабочее состояние вводом штока 16. Газ по ниппе-
лю 13 поступает в затвор, своим давлением отжимает мембрану от
штока 22 и через выходной ниппель поступает в горелку или резак.
Рис. 4.14. Предохранительные затворы сухого типа:
и — затвор ЗСЗ-1; 7, 27 — прокладки; 2 — диск; 3 — отбойник; 4 — крышка; 5,
23 — шайбы; 6 — пламсгасящий элемент; 7 — шпилька; 8 — пломба; 9 — прово-
лока; IO., 19; 21 — пружины; 11 — шарик; 12 — гайка; 13 — ниппель; 14 —
штуцер; 15 — уплотняющее кольцо; 16 — шток; 17 — корпус, 18 — уплотнение;
20 — клапан; 22 — шток; 24 — опорное кольцо; 25 — винт; 26 — мембрана; б —
затвор ЗСУ-1: 1 — корпус блока пламсгашения; 2 — отбойник; 3 — крышка; 4 —
обратный клапан; 5 — пламегасящий элемент; 6 — отсечный клапан
J Пиленой.
65
клапаны (рис. 4
Рис. 4.15. Обратный защитный
клапан:
7 — штуиер; 2 — корпус; 3 — пламегасящий элемент; 4 —
обратный клапан; 5 — ниппель; 6 — накидная гайка
При обратном ударе пламени ударная волна
доится на отбойнике 3, а пламя — а пламегася-
;дем элементе. Мембрана прижимается давлени-
ем пламени к штоку и закрывает путь для досту-
: а горючего газа в корпус затвора. Под давлени-
ем горючего газа мембрана давит на
рый перемешается вниз, в результате чего под
действием пружины /Оклапан 20зак]
чое отверстие для газа. Расход затвола 5 м3/ч при
температуре 293 К и давлении 100 кПа, рабочее
давление поступающего газа 150кПа.
Аналогично устроен и работает
гельный затвор сухого типа средн<
!СУ1 (рис. 4.14, б).
Для защиты коммуникаций гор
ислорода от обратного удара пламени на горсл-
г
шток, кото-
рывает вход-
предохрани-
его давлений:
очего газа и
пах и резаках устанавливаю!' постовые защитные
:). При возникновении обратного удара в горелке
взрывная волна! попадает в обратный защитный клапан и задер-
1
живается в полости между корпусом и пламегасящиу! элементом.
Размер пор этого :
IS1
элемента подобран таким образом
ие пламени при его прохождении
;|гФгреннюю полость элемента. Вместе
чтобы обес-
через порис-
с тем давле-
лечивалось гаш
тую стенку во в
ние во внутренйёй полости возрастает, что приводи-! к закрытию
а и прекращению подачи газа из сети. После га-
горения пламени в обратном защи"ном клапане;
обратного клапан
шения продукте г
давление во вюпренней полости снижается, вследствие чего газ,;
преодолевая co rp1
пан и поступав" к горелке. Род газа определяет сосфв материала
пламегасящего эл(
;о:=
отивление пружины, открывает обратный кла
шитных клапан
^мента. Технические характеристики
приведены в табл. 4.6.
постовых за-:
Таблица 4.6
Технически! характеристики обратных защитных клапанов
Показатель 03 к- 15/10К ОЗК- 30/iOK озк- 3/I0H озк 3/1,5. озк- 5/ЗП
Максимальное давление на входе, МПа Максимальный расход, м3/ч 1,0 15 1,0 30 0,3 10 0,15 3 0,3 5
66
4.7. Оборудование рабочих постов
На стационарном рабочем месте сварщика для регулирования
подачи горючего газа и кислорода из газопроводов в горелки и
резаки и для зашиты газопроводов от обратных ударов пламени
устанавливают газоразборные посты (рис. 4.16).
Газоразборный пост включает в себя металлический шкаф с
дверцей, закрываемой на замок, ключ от которого хранится у ра-
бочих, имеющих допуск к работе. В стенках шкафа для преду-
преждения скопления газов имеются вентиляционные Отверстия.
Шкаф для кислорода оборудован запорным вентилем и редук-
тором, а для горючего газа — вентилем и предохранительным за-
твором — сухим или водяным закрытого типа.
Каждый рабочий пост целесообразно оснащать экономайзера-
ми и ротаметрами. Экономайзер (рис. 4.17) представляет собой
прибор клапанного типа, предназначенный для прекращения по-
дачи газов в горелку при перерывах в работе и возобновления ее
работы без нарушения ранее установленного режима.
Гашение пламени осуществляется помещением горелки на
крюк рычага экономайзера. Клапаны ацетилена и кислорода при
предохранительный затвор; 2 — замок; 3 —
вентиль; 4 — корпус редуктора; 5 — крышка
а
67
17. Экономайзер;
для газов дежурного пла-
нинлель для газон сварочной ;
— запорный вентиль; 4 — го- !
рычаг для ;
фочной горелки
4.
Рис
1 — ниппе
мени; 2 —
горелки; 3
ре л ка де жу 1 н с го 11 л аме н и; 5 —
:на
рь
:амейи остается зажжен
этом закрываются; горька дежурного пл
ной.
Для возобновления
и поджи гает вытекаю] йУю из мундштука см
мени маломощной горелки, горящей постоянно и расходующей;
10 дм3/ч ацетилена пл
работы сварщик с Ни
мает горелку с рычага;
:есь от дежурного пла-)
1'1
20 дм3/ч природт
ого газа.
4.8. Горел! a i для газопламени
Ьй
обработки
ойство, предназ!
амени необходим.
аченное для полученш
ой тепловой мощности
Горелка — это уст;
устойчиво горящего г.
размеров и формы.
Конструкция горелк
и кислорода в требуемых соотношениях!,
состава горючей смс£и,
конструкции газопламенных горелок мож
го следующим пр^зфакам:
:и горючего газа в
инжекторные и безыг|жекторные;
л — сверхмалой (рабход ацетилена, дм3/ч
..400), средней
Р'
Л!
л обеспечивает смев
гивание горючих газо:
ладное регулирован!)
мощности пламени и
Все существующие
но классифицировать
• по способу подач
смесительную камеру
• мощности пламе:
10...60), малой (25
(2800... 7000) мощности;
• назначению — унт
ка, подогрев); специализированные (тряски сварка или толью
подогрев, закалочные
• числу рабочих пл а:
• по способу приме:
механизированны*
ятей. В инжекторнс!:
9
лением 100...400 кПа
кгора /5 в смесител
щ
(5
всрсальные (свар)
3... 2800) и больше
ка
, резка, пайка, наплав
я др.);
|Мен — однопламецн)
мнения — для ручн
ной обработки и для
Инжекторные горе
пород через ниппель
ые и много пламенные
ых способов газопламен
зоцессов. г
п
й горелке (рис. 4.18) кис
проходит в трубку
фо
ьнуЮ камеру 14. При это]
и с большой ско
7 под избыточным дав
стью выходит из цент
рального канала ниже
струя кислорода создает разрежение в ^ц^тиленовых каналах, з
счет которого ацетил <
тельную камеру, отку
68
ер подсасывается
образовавшаяся
да
инжектируется) в смеси
горючая смесь направля
69
:оде из него сгорает. Инжекторные го-
при избыточном давлении поступаю-
кПа.
юючего газа в трубке 11
ется в мундштук 1 и
мально работают
тлена не м
ение давлс
; стара и улучшает Регулирование пламени,
я уменьшать пода чу горючего газа,- что мс|жет привести
к возникновению обратногс
(нжекторньх горелок перед входам в них
мать давление ацетилена (при работе от бгллона) в пре-
50 кПа.
редки нор
шего аце г
Повыл
боту инжг
приходите 1
на вых.
енее 1
:ния го
облегчает ра-
котя при этом
удара пламен ij. Поэтому при исполь-
екомендуется
зовании л
поддержи
делах 20..
Инжекторные горелки рассчитывают так им образом, чтобы они
обеспечигали некоторый «запас» ацетилена, т.е, п )и полностью
открыто.^
чивался б
на 15 %.
Безынатекторные фрелки
торных С')
мени работы горелкф незав
лотом пл
В безы
смесител >
ацетиленовом вецтиле горелки р
паспортным значением
я по сравн ;нию с
। а сход аце
гилена увели-
не менее чем
I гие от инжек-
:ние всего вре-
. В этих горелках в от'ли
храняетея Достоянный состав смеси в тече
1исимо от ее нагрева отраженной теп-
1МСНИ.
: чжекторных горе/
ках ацетилен и кислброц поступают в
>^ое устройство поД одинаковым давлением. Поэтому при
меси остается постоянным.
нагреве Мундштука состав с:
4.19, а показана схема безынжефорной фрелки ГАР, а
9, б — схема газо
JP укомплектована
На рис
на рис. 4
редка ГА
। разборного поста для ее
семью наконечниками, <
питания. Го-
обеспечиваю-
нжскторная горелка ГАР;
Рис. 4,
3 — вентиль
19. Безь
а — схема фрелки; б ~~ схема газэразборного поста
кислорода; 4 — ниппель ю
— кислородный редуктор) 8
наконечник
сентиль ацетилена; 7
op; 9 — редук
лена; 6 —
редук'
1 — муш птук; 2 — трубка
- ниппель ацети-
— ацетиленовый
горелка
:слорода; 5
гор равного давления; 10 -- рукава; .7 —
70
Технические характеристики универсальных ручных ацетиленовых горелок
«Star* о- о ° о о « о £? 3 : ; ; 1 1 2 'О. Ио гч
«Звезда» 5-0 ; о о « © о О © m 0° т? — 00 «> О CN ©о и : : : q о' от -о ро О |-Г| l<i —'
Г-3 «О 2 S О g £ а 22 * © гч =( : : ; • : О <4 Йо о <= _: <=> 1Г’ г \ сп гч Е о _ i-i СП гч
<2 и °, Я R о. ° Си г~^ U"! СП ° гч о о . гч гч — . о и : : : : : \о ,—Г л in * ' • О Art г. 'П J*J СП «ми ^,f О t"- Г'"
Г2-06 к СЛ о S 1 8| ой Е^. ' *-* - 'ТГ г £ °о • Я □ d -о
О гч § °- £ о о й I О' t<r-~ СЧСЧ—1Л cf - * : : оо °® d> : ’ - Q М* о Q о* in <П ^22
«Малютка» Малая 0,2...4,0 250...400 35 ...440 30... 120 50...400 430 0,54
«Искра» с? С5 40 i °; ss йй о ОО - ° й - ш V) — — О °
00 Показатель S , Е Е s s Н Q. м I— г- S н ~с- 12 п д U § "е 2 § -S^ig £ В s i ° 5 В g з * ° §2 * g 2 Д Д S Н § Л. d "=1 2
71
Техни ёские характеристики ручных горелок для заменителях ацетилена Т а 6 л и ц а 4.5 работы на газах —
Пок пате ль ГЗУ-З-02 гстз-з АСГ-1П
Толщин об ра баг, стали, к Расход, пропан приро; кислор Давлени пропан приро; кислор Габарит размерь Масса, более Темперг окружав среды, 15 1 [ваемой и 1мэ/ч: -бутана io го газа >да кПа: гбутана того газа >да ые мм г, не ура щей С 0,5...7,0 25 ...340 70... 830 90... 1260 Не менее 1 Не менее 1 0,2...0,3 456x160x56 1,1 -15...+45 0,5.„7,0 30...380 70...920 НО...1380 30... 120 30... 120 200... 400 425x157x71 1,52 -20. ..+40 ) 1,2...6,0 21 ...350 720... 1200 20...30 30... 120 150...400 550x140x67 1,0 -20... + 40
Техничен не характеристики горелок для работы на его заменителях ацет Таблица 4.9 1лснс и газах —
Показа' :ль Г2-06 АП ГСВ-1 «Нор; «Starlet»
Толщин; свари вас стали, хг ЛОЙ 0,5 ..4,0 0,5...6,0 0,5... 6 ,0 0,2... 9,0
Вид гора го (под д лепием, кПа) че- в- Ацетилен (3) Пропан-бутап, природный газ (200...300) Анети; (50...11 Пропан-С природнь (50... 1 сн 0) утаи ей га: 50) Ацетилен (3) Пропан- бутан, при- родный газ (200...300)
Габариту размеры, яе мм 470x165x160 558x103x68 — 770 (длина)
Масса, i; 0,65 0,6 1,3 0,6
72
щими расход ацетилена 50... 2800 дм3/ч. Каждый наконечник име-
ет смесительную камеру с двумя калиброванными отверстиями:
центральным — для кислорода и боковым — для ацетилена. Отме-
тим, однако, что из-за небольшого давления горючего газа в се-
тях и переносных ацетиленовых генераторах ручные горелки вы-
пускают преимущественно инжекторного типа.
Технические характеристики универсальных ручных горелок для
ручной сварки и пайки ацетиленокислородным пламенем приве-
дены в табл. 4.7.
Эти горелки обеспечивают хорошее качество сварных и паяных
соединений и высокую производительность процесса, так как при
этом виде пламени достигается максимально возможная темпера-
тура в зоне сварки.
Наряду с горелками, работающими на ацетиленокислородных
смесях, выпускаю! также горелки для работы на газах — замени-
телях ацетилена (пропан-бутан, природный газ и др.). Это более
дешевые виды горючих газов. Однако, применяя их, трудно полу-
чить сварные соединения высокого качества при толщине метал-
ла свыше 3 мм.
В табл. 4.8 приведены технические характеристики универсаль-
ных сварочных горелок для работы на газах — заменителях ацети-
лена.
В последние годы промы шленность освоила выпуск ручных го-
релок, которые могут работать как на ацетилене, так и на его
заменителях. Они снабжены несколькими наконечниками и необ-
ходимым числом запасных частей для работы с различными го-
рючими газами. Технические характеристики этих горелок приве-
дены в табл. 4.9.
Для сварки и наплавки металлов большой толщины, нагрева и
других работ, требующих пламени большой мощности, использу-
ют инжекторные горелки Г-4 с наконечниками № 8 и 9. Условия
их применения таковы:
Номер наконечника....................8 9
Расход, м3/ч:
ацетилена.......................2,8...4,5 4,5...7,0
кислорода......................... 3,1 ...5,0 5,0... 8,0
Толщина свариваемой стали, мм....30...50 50...100
В горелках Г-4 инжектор и смесительная камера установлены
непосредственно перед мундштуком. Горючий газ подается в ин-
жектор по трубке, расположенной внутри трубки подачи кисло-
рода. Этим предупреждается нагрев горючего газа и газовой смеси
отраженной теплотой пламени, что снижает вероятность его об-
ратного удара при большой мощности пламени.
Горелка Г-4 может работать на пропан-бутане при использова-
нии двух наконечников с сетчатыми мундштуками:
73
....8
9
Номер
Расход
пропШ-бутана
кисло
наконечника
м3/ч:
1,7...1,8
6,0. ..9,5
2,7...4,2
9,5... 14,7
о обычных горелок для горючих газов — заменителей
выпускаются также горелки с подогревом горючей смеси
ода из мундштука и горелки, работающие на жидких
зода...
Поми(
ацетилен
до ее вы
горючих.
Након
Нако]рчник с подоч’реватслсм горючей смеси до ее выхода из
мундштука (рис. 4.20) выпускают и комплектуют на базе серий-
ных апеттенокислородных горелок. Часть смеси (5... 10 %) выхо-
I сопло 4 подогревателя и сгорает, образуя факелы, подо-
дит чере^
гревающре камеру из коррозионно-стойкой стали. Температура
смеси н^
этому воз
рочного пйамени. ;
Горел!?! с подогревом горючей смеси могут работать на про- j
пан-бута!
:в Аль сталь толщиной до 5 мм (в отдельных случаях — до
выходе из мундштука повышается на 573...623 К, и по-
ic астают скорость сгорания и темпера^ра основного сва-
-кислородной и метан-кислородной смесях; ими мож- ;
но свари
1 2 мм) с
ность, кг
удовлетворительными показателями (производитель- ;
чество сварки). .
i на пр о пан-бута не: j
атслъ; 4 — сопло подо- ?
6 — подог] свающее пламя .<
Наконечник с подогревателем для сварк
мушшфк; 2 — подогревающая камера; 3 — подогре!
гр с шел я; 5 — трубка горючей смеси;
Рис. 4.20.
7-
шарониппельный при-
оподводящий штуцер
Рис. 4.21. Газовоздушна ч горелка ГВ-1-02:
7 — цилиндрический стабилизатор; 2 — сопло; 3 —
технологическая трубка; 4 —
соединительный элемент; 5 -|- одновентильный кор-
пус; 6' — рукоятка; 7 — га:
74
Технические характеристики специальных горелок
75
Наконечники
я расхода газе
этих горелок
в:
рассчитаны на следующие значе-
ч
ЧС|Ч гика
Номер наконС]Ч^ика
Расход, дм3/
пропан-буганЬ .
кислорода.л.....
Номер нако
Расход, дм3
пропан-бу*ганЬ .
кислорода ..г...
0 1 2 3
.. 15...30 30...70 70... 140 140... 240
.50...105 105...260 260...520 520...840
4 5 6 7
240... 400 400...650 650...1050 1050...1700
840... 1400 1400...2200 2200...3600 3500... 5800
При переводе
боты на ацзтитенс, следует применять наконечник на два но-
ра больший й
тй, а инжектс
талла той же: т олщины на ацетиленокислородной смеси.
Для пайки
редок.
Горелки ГВГ
:атого возду'ха 1
значена для h шки, оплавления битумных рулонных материа-
В при гидр: .
жига старо й !к 5аски, а вторая — для низкотемпературной пай-
и нагрева.
Для низкого
1Х металлов рфработана газовоздушная горелка инжекторного:
па с подсосом
Для пайкг) высокотемпературными припоями, правки, пред-
рительного
редки ГЗУ-|4
етилена. ТбхтЦйеские характеристики специальныхгорелокдля
йки, нагрейа
на пропан-бутан горелок, предназначенных для
шертывать в него мундштук на один номер болв-
р — на один номер меньший, чем при сварке
ои:
йгрева и очистки поверхности выпускается ряд
-1-02 и ГВЮ-1 рассчитаны на работу от сети
или компрессора. Первая из этих горелок пред-
оляционных работах, сушки литейных форм и
IV
Г1
пературного нагрева изделий из черных и цвет-
воздуха из атмосферы ГВ-1 -02 (рис. 4.21).
обогрева при дуговой сварке могут применяться
и ГСТЗ-4, работающие на газах — заменителях
г
очистки приведены в табл. 4.10.
Контрольные вопросы
1. Какие т'и ты галлонов применяют при газопламенной обработке?
т: 1 аль нос число баллонов можно установить в кислород-
ую рампу?
и г различие редукторов прямого и обратного действия?
2. Какое макс
ю перепуски:
3. В чем состс:
4. Какие Рс тс|фыс требования предъявляют к газопроводам для кис-
рода?
5. Какиетйпы
-о?
6. Для каких
гьных затвор:
7. Каковы с
гезынжектор
] укавов применяют для газообразного и жидкого горю-
шей устанавливают пористый элемент в предохрани-
а
ах?
с<£ гиности устройства сварочных горелок инжекторного
ног J типов?
МЕТАЛЛУРГИЯ
РАЗДЕЛ II
ГАЗОВАЯ СВАРКА
ГЛАВА 5
ЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ
5.1. Физико-химические процессы
ность процесса сварки и малый объем расплав-
значительно осложняют изучение сопутствую-
Кратковремен
денного металла
ших химических реакций и позволяют лишь приближенно (по ре-
зультатам анализа начального и конечного состояний системы и
отчасти по аналогии с процессами большой металлургии) судить
'о явлениях, происходящих в сварочной ванне.
При газовой сварке на расплавленный металл ванны активно
воздействует газовый поток средней зоны пламени, в которой
содержатся в осн эвном СО и Н2 и существенно в меньшем коли-
честве — пары воды, СО2, Н, О2 и N2. В средней зоне пламени
возможно также наличие незначительного количества свободно-
го углерода, не ус певшего полностью окислиться в СО на грани-
!ie ядра пламени
!анне, опреДеляе
ди, зависящим о
цые реакцицв св
Становления.
I Наибольшие изменения претерпевает металл, расплавляющийся
р процессе сварк
|егируюших:доб;ц
роме того, бн мо
я кислородом, а
словиях — водор<
глеродом.
Так, при сварке стали, пред-
тавляющей собо
углеродом и прйсутствующи-
1И в виде примесей и добавок
Kin, Si, S и Р, реакции в жид-
ком металле сварочной ванны
протекают по схенр, показанной
на рис. 5.1. . i
Аарактер реакций, протекающих в сварочной
;гся химическим составом средней зоны пламе-
ц; соотношения газов в горючей смеси. Основ-
фочной ванне — это реакции окисления и вос-
:и. При этом меняется содержание примесей и
вок в металле,
жет обогащать-
й ри некоторых
одом, азотом и
сплав железа
Направление
"сварки
Шлак
Мл
SiOi
МпО
Рис. 5.1. Схема основных реакций
в расплавленном металле
,со
бонн
FcjOj"FC3O4 СО2
77
II
Оксид железа,
находящийся на кромках расплавляемого ме-
талла и образующийся на поверхности жидкого металла, раство-
ряется в свароч
йой ванне и реагирует с различными элементами
внутри нее:
FeO + С = Fe + СО - Q3,
2FeO + Si = 2Fe + SiO2 + Q4,
FeO + Mn = Fe + MnO + Q5,
Q4 и Q5 равны соответственно 156 170, 263 700,
(5.1)
(5-2)
(5.3)
где значения <9;
10 040 Дж/моль
Вероятность
не определяется
количеством в сварочной ванне.
Углерод, кре
протекания реакций раскисления в сварочной ван-
зродством различных элементов к кислороду и их 4
щний и марганец, обладая в конкретных условиях ;
бблыиим сродо'
циях (5.1) — (5.3)|.
удалять его из р
неметаллически?; жидких или твердых соединений MnO, SiO2 и др. ;
Происходит раскисление металла ванны, и уменьшается содер-
жание кислорода. I
По мере уменьшения количества раскислителя вероятность его
недородом снижается, и соответствующее равно- :
не кислорода в жидком металле увеличивается. Так, :
к реакции (5.3) связь между равновесными кон- ;
зом к кислороду, чем железо, и участвуя в реак-
, могут связывать в сварочной ванне кислород и
зсплава в виде газообразного продукта СО либо
соединения с к
веское содержав
применительно
центрациями рЕскислитедя Ми и оксида железа FeO (а следова- !
тельно, и кислорода) в жидком металле определяется формулой j
[FeO] [Мп] = const.
особ введения раскислителей связан с примене-
Основной СЩ
нием присадочного металла, содержащего такие составляющие.
Например, в пр;
дят повышенное
дичество Мп и Si.
Восстановлен те оксида железа водородом протекает аналогич-
но. Однако избвдток водорода в средней зоне пламени нежелате-
садочный металл для сварки сталей обычно вво-
(по сравнению со свариваемым металлом) ко-
лен, так как с повышением температуры его растворимость в же-
лезе увеличиваемся, а при переходе металла из твердого состоя-
зко возрастает (рис. 5.2). По мере остывания сва-
кдород выделяется из металла, причем чем выше
ния в жидкое ре:
рочной ванны в
скорость охлаждения последнего, тем больше водорода остается в
металле шва в виде мелких газовых пузырьков. Но поскольку для
процесса газово 3 сварки характерно относительно медленное ох-
лаждение металла, водород и другие газы, как правило, успевают
выделиться из Огарочной ванны, и металл шва оказывается дос-
таточно плотных.
78
В пламени могут присутство-
вать оксиды серы (SO2) и фос-
фора (Р2О5), которые, взаимо-
действуя с расплавленным ме-
таллом, увеличивают в нем со-
держание S и Р, что может быть
весьма вредным явлением (в ча-
стности, повышение содержания
S приводит при кристаллизации
к образованию горячих трещин).
Поэтому при сварке металлов,
Рис. 5.2. Растворимость водорода
в железе в зависимости от темпе-
ратуры
чувствительных к таким загряз-
нениям, количество вредных примесей в пламени необходимо
сводить к минимуму, применяя только очищенный ацетилен.
5.2. Флюсы
Применяемые для восстановления металла из оксидов веще-
ства (газ, жидкость или твердое тело) должны обладать большим
химическим сродством к кислороду, нежели восстанавливаемый
металл, а парциальное давление паров оксидов этих веществ при
диссоциации должно быть меньше, чем у оксида восстанавливае-
мого металла.
В ряду оксидов., расположенных в порядке возрастания парци-
ального давления их паров при диссоциации (CaO, MgO, АЬО3,
ZrO2, ТЮ2, SiO2, MnO, Сг2О3, ZnO, Р2О5, FeO, WO2, МоО2, СсЮ,
NiO, As2O3, Cii2), наибольшим парциальным давлением паров
обладает оксид меди Си2О, а наименьшим — оксид кальция СаО.
Изучая процесс газовой сварки различных металлов и сплавов,
следует иметь в виду, что оксиды некоторых металлов не могут
быть восстановлены в средней зоне сварочного пламени. При сварке
железа и никеля газы этой зоны нормального ацетиленокисло-
родного пламени в определенной степени предотвращают обра-
зование оксидов данных металлов, так как последние сравнитель-
но хорошо восстанавливаются оксидом углерода СО и водоро-
дом — Ни Н2. Однако этого не происходит с магнием, алюмини-
ем, цинком и другими металлами. Для их восстановления или свя-
зывания их оксидов обычно прибегают к флюсам — веществам,
вводимым в сварочную ванну для раскисления расплавленного
металла и извлечения из него образующихся оксидов и неметал-
лических включений. Кроме того, благодаря использованию флю-
сов на поверхности ванны формируется пленка шлака, предо-
храняющая металл от окисления и азотирования.
Необходимость в применении флюсов при сварке высоколеги-
рованной стали, чугуна, цветных металлов и сплавов обусловлена
79
I
i
тем, что при нагреве этих металлов до высокой температуры на их •']
поверхности образуется пленка оксида, переходящая при расплав- 1
лении в сварочную ванну и препятствующая надежному сплавле- I
нию основного и присадочного металлов. j
Основные с
Флюс представляет собой легкоплавкий материал с более низ-
кой температурой плавления, чем у основного и
металлов.
Он обладает высокой реакционной способностью, достаточ-
ной для того,
вершался до затвердения сварочной ванны, и не оказывает вред- 1
ного влияния та металл. ч
Плотность £люса меньше плотности металла, благодаря чему ]
образующийся шлак легко всплывает на поверхность сварочной
ванны. 1
Свойства флюса не изменяются под влиянием высокой темпе- |
ратуры пламени. I
Расплавлен гый флюс хорошо растекается по нагретой поверх- 1
ности металла |
Образуемый флюсом шлак эффективно защигфет металл от |
окисления и а
войства сварочных флюсов таковы.
присадочного
чтобы процесс растворения оксидов металлов за-
зотирования кислородом и азотом воздуха и легко s
отделяется от шва при остывании металла. |
сти от того, какого характера оксий образуется в 1
не, следует применять основные или кислые флю-
сы. Если оксид является преимущественно основн:
ние составляет титан), то флюс должен быть кислы я, и наоборот, j
Кислые флюсы применяют главным образом при сварке цвет- 1
в частности медных и алюминиевых-сплавов, а ос- |
:е, основные в сочетании с кислыми)
В зависимс<
сварочной ван!
ым (исключе- ]
ных металлов,
иовные (верне
чугуна, содержащего значительное количество крбмния, когда в ;!
сварочной ван
— при сварке .!
не помимо оксидов железа образуется кислотный 5
оксид кремния.
5.3. Структурные превращения в сварном шве и око.опювпой зоне 1
При газовой сварке стали вследствие медленного охлаждения ]
материала металл шва имеет крупнокристаллическую структуру с j
равновесными
того металла. Характерная для дуговой сварки столбчатая структу- |
ра наплавленного металла при газовой сварке можез- образоваться |
только в случае соединения металлов, обладающих
лопроводностгю, таких, как медь и алюминий, когда происходит 1
интенсивный отвод теплоты от шва в основной металл. |
При газовой сварке стали, содержащей 0,15...О,
шва может иметь так называемую видманштеттову
80
зернами неправильной формы, типичную для ли- <
высокой теп- '
,3 % С, металл 1
структуру. ’
Размерь! и форма кристаллитов металла шва при газовой свар-
ке в большей мере зависят от ряда факторов, нс поддающихся
точному учету:
• степени перегрева и скорости охлаждения металла;
• числа содержащихся в жидкой ванне мельчайших металли-
ческих включений, которые могут служить центрами кристалли-
зации;
• перемешивания жидкого металла газовым потоком или кон-
цом присадочной проволоки;
• выделения из жидкой ванны газов и т.п.
Чем меньше перегрев металла при сварке и выше скорость его
охлаждения, тем мельче зерно стали и лучше механические свой-
ства металла шва. С этой точки зрения газовую сварку целесооб-
разно проводить с максимально возможной скоростью.
В основном металле, в непосредственной близости от шва, вы-
полненного газовой сваркой, возникает зона термического влия-
ния (ЗТВ), состоящая из таких же характерных участков, какие
образуются и при других способах сварки плавлением. Однако ши-
рина этих участков при газовой сварке значительно больше, чем
при дуговой, вследствие длительного теплового воздействия пла-
мени на металл, которое к тому же характеризуется тепловым
потоком, распределенным по большой площади поверхности сва-
риваемого металла.
Ширина зоны термического влияния зависит от толщины свари-
ваемого металла, а также от способа и режима газовой сварки.
Например, при правом способе сварки стали относительно боль-
шой толщины ширина ЗТВ меньше, чем при левом, а при том же
способе сварки стали малой толщины (1... 3 мм) наблюдается об-
ратное соотношение.
Режим сварки определяется в основном мощностью горелки и
скоростью перемещения пламени. При нормальной мощности го-
релки и максимально возможной скорости сварки ЗТВ имеет мень-
шую ширину, чем при заниженной мощности и малой скорости
сварки. В зависимости от значений приведенных параметров ЗТВ
при газовой сварке низкоуглеродистой стали может составлять
5...30 мм.
Иа рис. 5.3 показаны поперечное сечение стыкового сварно-
го соединения при однослойной сварке низкоуглеродистой ста-
ли, кривая распределения температуры по поверхности свар-
ного соединения в момент, когда металл шва находится в рас-
плавленном состоянии, и схематично — структуры различных
участков ЗТВ после сварки, образующиеся в ходе термического
цикла сварки.
Данная схема является условной, так как распределение тем-
пературы по поверхности сварного соединения во время охлажде-
ния меняется.
81
Низкоуглеродистая сталь
Жидкость
Участок перегрева
Аустенит
Участок нормализации
(перекристалл изаци и)
Участок
старения
АС]
Феррит +
перлит
Металл шва
Участок _нспо лного_[>а£плавл_е ния
Участок неполной
перекристалл изаци и
Участок
рекристаллизаци и
0,9 1,7 С, %
i Низколегированная сталь
Участок
отпуска
1р1
Участок ।« Bl
Аусте-
нит + ферр
закалки I
ж
И S
Рис. 5.
Ас,, Ас3
. Строение зоны термического влияния сварного шва при сварке
низко угле род истой стали:
— температуры соответственно неполной и полной перекристаллизации
сплава
этрим строение зоны термического влияния сварного шва
ке низкоуглеродистой стали. Этот участок, по существу, 1
Рас :м
при CI
и явля =тся местом сварки. Его протяженность, зависящая от спо- :
соба с варки, состава и свойств металла, обычно не превышает
ар
0,5 мЦ С войства металла в ЗТВ могут оказывать решающее влия-
свойства всего сварного соединения.
гстке перегрева металл нагревался в интервале темпера-
.. 1573 К до линии солидуса. Металл, нагретый выше тем-
ние н;
На
тур 13'
перату эь Ас3, полностью переходит в состояние аустенита, при
этом г зо
больш?,
Дау
выше
уч
3.
। i сходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем
1ем выше температура металла.
:е ^продолжительная выдержка металла при температурах
3"3 К приводит к значительному увеличению размера зе-
82
ств
Он:
лар;
per:. Крупнозернистая структура металла на этом участке нагрева
после охлаждения может привести к образованию неблагоприят-
ной видманштеттовой структуры.
Металл, нагретый незначительно выше температуры Ас3, име-
ет мелкозернистую структуру с хорошими механическими свой-
:ами. Этот участок называется участком нормализации (пере-
кристаллизации). На участке неполной перекристаллизации ме-
талл нагревался до температуры, заключенной между АС[ и Ас3.
характеризуется почти неизменным по своим геометрическим
аметрам ферритным зерном и некоторым измельчением и из-
менением формы зерна на перлитных участках.
Металл, нагревавшийся в интервале температур от 773...973 К
АС[ (участок рекристаллизации), по структуре незначительно
ичается от основного. Если до сварки металл подвергался пла-
ческой деформации, то при нагреве в нем происходит сращи-
ие раздробленных зерен основного металла — рекристаллиза-
до
отл:
сти1
ван
ция. При значительной выдержке при этих температурах может
отмечаться значительный рост зерен. Механические свойства это-
го щшстка металла могут несколько ухудшиться вследствие; разу-
прочнения при снятии наклепа.
При нагреве металла в интервале температур 373...773 К (уча-
сток старения) его структура в процессе сварки нс претерпевает
вид:
ныц содержанием кислорода и азота (обычно кипящих), то их
нагрев до температур 423...623 К сопровождается резким сниже-
нием ударной вязкости и сопротивляемости разрушению.
:имых изменений. Что касается некоторых сталей с повышен-
5.4. Напряжения и деформации
В результате менее концентрированного ввода теплоты по срав-
нению с дуговой сваркой объем нагретого металла при газовой
сварке значительно больше. В первую очередь это приводит к зна-
чительному увеличению временных деформаций, возникающих в
пер:
иод выполнения сварочной операции.
Временные деформации в ряде случаев становятся настолько
бол ьшими, что мешают нормальному ведению процесса сварки.
Если, например, кромки, подлежащие сварке, расходятся на зна-
чительное расстояние, то при сварке тонколистового металла встык
и внахлест в самом процессе сварки приходится осуществлять
правку местным прижимом или ударами.
Развитие деформаций во времени происходит с опережением
выполнения самого шва, в связи с чем соединяемые сваркой эле-
менты получают необратимые искажения. Суммируясь с дефор-
мациями, происходящими при последующем охлаждении, оста-
точные деформации после газовой сварки вызывают, как прави-
83
ло, большее искажение формы сварных узлов, чем после дуговой.
Жесткое закрепление элементов перед газовой сваркой d боль-
шинстве случаев не дает желаемого результата. Более того, их за-
крепление вне шва приводит при нагреве к пластическому сжа-
тию металла в зоне вблизи шва, имеющей значительные разме-
ры, что может даже увеличить деформации. Если же закрепление
осуществлять вблизи свариваемых кромок, то большие пласти-
ческие деформации, образовавшиеся при нагреве, могут привес-
ти к разрушению сварного соединения при охлаждении.
Газовая сварка недостаточно жестких сварных конструкций ча-
сто не позволяет получить изделия требуемой формы. При газовой
сварке швов в жестких контурах возможность возникновения тре-
щин возрастает по сравнению с дуговой сваркой в связи с увели-
чением размеров области пластических деформаций металла в зоне
нагрева.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные реакции, протекающие в сварочной ванне.
2. Оксиды каких металлов хорошо восстанавливаются газами средней
зоны сварочного пламени?
3. Какие требования предъявляют к сварочным флюсам?
4. Какова типичная для газовой сварки структура сварного шва?
5. Каковы особенности структуры околошовной зоны при газовой свар-
ке?
б. Перечислите причины искажения формы изделий при газовой
сварке.
ГЛАВА 6
ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ
6.1. Типы сварных соединений
При сварке металла малой толщины (до 2 мм) применяют со-
единение встык без разделки кромок и без зазора или соединение
с отбортовкой кромок, выполняемое без присадочного металла
(рис. 6.1, а). При толщине металла 2...5 мм соединение можно
осуществлять без разделки кромок, с зазором между свариваемы-
ми элементами (рис. 6.1, б). Если сваривается металл значитель-
ной толщины (свыше 5 мм), то предпочтительны стыковые со-
единения, выполняемые в зависимости от толщины металла с
односторонней (рис. 6.1, в) или двусторонней (рис. 6.1, г) раздел-
кой кромок.
Широкое распространение при сварке металла малой толщи-
ны получили торцевые (рис. 6.1, з) и угловые (рис. 6.1, м) соеди-
84
8 < 3 мм
Ё =2,..5 мм
5 < 3 мм
8 > 3 мм
д
Рис. 6.1. Типы сварных соединений:
а — стыковые без разделки кромок и без зазора; б — стыковое без разделки
кромок, с зазором; е — стыковые с односторонней разделкой кромок; г — сты-
ковые с двусторонней разделкой кромок; д — нахлесточное; е — тавровое без
зазора; ж— тавровое с зазором; з — торцевые; и — угловые; 8 — толщина сва-
риваемого металла
нения. Торцевое соединение, как и соединение с отбортовкой кро-
мок, обычно выполняют без присадочного металла. В этом случае
шов формируется из расплавленного материала кромок основно-
го металла.
Положение сварного шва в пространстве может быть нижним
(рис. 6.2, а) — шов выполняется в любом направлении в горизон-
тальной плоскости горелкой, находящейся над швом; вертикаль-
ным (рис. 6.2, б) — шов накладывается в вертикальной плоскости
Рис. 6.2. Положение сварных швов в пространстве:
а — нижнее; б — вертикальное; е — наклонное (а = 0...60°); г — горизонтальное
на вертикальной плоскости; д — потолочное
85
вниз; горизонтальным (рис, 6.2, г) — в вертикальной плос- 3
и вертикальном направлении, снизу вверх или сверху вниз: на- з
клонным (рис. 6.2, е) — в наклонной плоскости, снизу вверх или
сверху
кости й горизонтальном направлении, слева направо или справа |
налево; потолочным (рис. 6.2, 0 — шов выполняется в горизон- 1
тальной плоскости, в любом направлении, над головой сварщика ]
горелкой, расположенной под швом. 1
По отношению к направлению действующих усилий разлила- 1
ют швы фланговые, параллельные направлению усилия; лобовые, |
перпендикулярные к нему, и косые, расположенные под углом к 1
действ; тощему усилию.
6.2. Техника и технология газовой сварки
[равление движения горелки и наклон ее наконечника по t
;;нию к сварному шву оказывают исключительно большое 3
ie на эффективность нагрева металла, производительность
и качество сварного соединения. В соответствии с этим •(
ают два способа газовой сварки — правый и левый.
I правом способе (рис. 6.3, а) пламя сварочной горелки 2 ]
Нап
OTHOUK
влняни
сварки
различ;
При
направлено на шов и процесс сварки проводится слева направо. ,1
Горслкз перемещается перед присадочным стержнем 7. |
При
шва и процесс осуществляется справа налево. Горелка в этом слу- -
чае пер
Благ
лено не шов, обеспечиваются лучшая зашита сварочной ванны от |
воздейс
талла. Однако внешний вид шва лучше при левом способе, осо- |
бенно при сварке металла малой толщины, так как сварщик хо- |
рошо в:
равном
Пра
левом способе (рис. 6.3, о) пламя горелки 2 направлено от j
смещается за присадочным стержнем i.
одаря тому что при правом способе сварки пламя направ- ]
:твия окружающего воздуха и замедленное охлаждение ме- j
лдит верхнюю кромку застывающей ванны и обеспечивает
=рную высоту и ширину валика. I
ктика газовой сварки показывает, что при толщине стали J
до 3 мм более производителен левый способ сварки, а при боль- J
ис. 6.3. Правый (а) и левый (0 способы газовой сварки:
- присадочный стержень; 2 — горелка; 3 — направление сварки
Р
I -
86
шей толщине металла, особенно при сварке с разделкой кромок, —
правый.
По результатам исследований газовой сварки стали относитель-
но большой толщины (5... 12 мм) левым и правым способами
Н.Н. Клебанов рекомендовал выполнять сварку, соблюдая следу-
ющие условия:
• расход ацетилена для правого способа сварки, устанавливае-
мый из расчета 120,.. J50 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого
металла, должен быть больше, чем для левого, при использова-
нии которого оптимальный расход газа составляет 100... 130 дм3/ч;
• угол скоса кромок при правом способе сварки может быть
примерно на 10... 15° меньше, чем при левом;
• при сварке с уменьшенным углом скоса кромок горелку не-
обходимо перемещать поступательно вдоль шва, без поперечных
колебаний, тогда как присадочной проволокой следует выпол-
нять колебательные движения, способствующие лучшему переме-
шиванию ванны и формированию шва требуемой ширины;
• при правом способе сварки угол наклона мундштука горелки
должен быть на 10...20° больше, чем при левом.
Зона термического влияния при правом способе сварки стали
указанной толщины меньше, чем при левом. Вследствие лучшей
защиты от воздействия воздуха и замедленного охлаждения ме-
талл сварного шва, выполненного правым способом, отличается
повышенной плотностью и более благоприятными механически-
ми свойствами.
Сварка швов в различных пространственных положениях. Про-
цесс формирования шва при газовой сварке в значительной мере
зависит от давления газового потока пламени, движения конца
присадочной проволоки, силы тяжести, действующей на каплю
расплавленного металла, и силы его поверхностного натяжения.
Однако следует иметь в виду, что при сварке швов в нижнем по-
ложении влияние двух последних факторов несущественно.
По данным А. Н. Шашкова, давление газового потока пламени
на сварочную ванну при скорости истечения смеси 120... 150 м/с
может составлять 10... 12 кПа. Этого давления достаточно для ин-
тенсивного перемешивания расплавленного металла и оттесне-
ния его в хвостовую часть ванны.
При сварке швов в вертикальной и потолочной плоскостях дав-
ление газового потока пламени и перемешивание ванны концом
присадочной проволоки способствуют удержанию жидкого металла
в ней.
В этом случае на формирование шва большое влияние оказыва-
ют и два других фактора: сила тяжести капли, способствующая ее
отрыву и вытеканию из жидкой ванны, и сила поверхностного
натяжения, направленная в противоположную сторону и стремя-
щаяся удержать каплю в ванне.
87
Рис. 6.4. Положение горелки и ириса- 1
дочной проволоки при выполнении вер- j
тикального шва снизу вверх: |
1 — присадочная проволока; 2 — горелка; 1
3 — направление сварки я
Выбор правого или левого спо- |
соба сварки обусловлен положени- |
ем шва в пространстве. При сварке I
швов в нижнем положении процесс |
можно осуществлять как правым, |
так и левым способом. В этом слу-1
чае выбор способа сварки опреде- |
ляется производительностью, кото- 1
рая зависит в основном от толщи-
ны металла. Сварку же вертикальных швов снизу вверх значи-
тельно удобнее проводить левым способом, когда сварщик рас-
полагает горелку и присадочный металл так, как показано на
рис. 6.4. Однако иногда сварку таких швов выполняют и правым
способом.
чии их коэффициентов I
Подготовка изделия к сварке. Перед приведением газовой свар- 1
ки кромки свариваемого изделия и прилегающая к ним зона ши- 1
риной 5... 15 мм должны быть тщательно очищены до металличес- |
кого блеска от окалины, ржавчины, кражи, масла и других за- 1
грязнений. Со свариваемых кромок их мэжно удалить непосред- j
ственнр пламенем сварочной горелки. Очистка поверхности стали |
от окалины пламенем основана на разлт
теплового расширения, В некоторых случаях, главным образом при .1
сварке ответственных изделий небольших размеров, поверхность |
подвергают травлению или дробеструйной обработке. |
Помимо этого детали предварительно
гом сваркой в отдельных точках, чтобы затем в течение всего про-
цесса сварки их взаимное расположение
тавали^ь постоянными. Эти соединения,
соединяют друг с дру- j
и зазор между ними ос- j
называемые прихватка- I
ми, выполняют отдельными короткими швами. Длина прихваток I
Направление сварки
50...100 30...50
а ' б
Рис. 6.5. Последовательность выполнения прихваток
при малой (а) и большой (б) толщине металла
88
и расстояние между ними зависят от толщины свариваемого ме-
талла и длины шва. При сварке небольших узлов из тонкой стали
длина прихваток должна составлять не более 5 мм, а расстояние
между ними — 50... 100 мм (рис. 6.5, а). При сварке толстой стали
и значительной протяженности шва длина отдельных прихваток
может достигать 20...30 мм при расстоянии между ними 300...
500 мм (рис. 6.5, б).
Прихватки необходимо выполнять с большой тщательностью
на тех же режимах, что и процесс сварки самого шва.
Режимы газовой сварки. Наклон мундштука горелки к поверх-
ности металла зависит в основном от толщины свариваемых лис-
тов и теплофизических свойств металла. Чем толще металл, тем
больше угол наклона мундштука. С изменением толщины стали от
1 до 15 мм угол наклона мундштука меняется в пределах 10...§0°.
Помимо этого угол наклона мундштука горелки зависит от тем-
пературы плавления и теплопроводности металла. Чем выше тем-
пература плавления и теплопроводность металла, тем больший
угол наклона мундштука необходимо устанавливать при сварке.
Так, при сварке меди угол наклона составляет 60... 80°, а при сварке
свинца или легковоспламеняющегося магниевого сплава — 10°.
Наклон мундштука горелки может меняться в процессе сварки.
В начальный момент для улучшения прогрева металла и ускоре-
ния образования сварочной ванны устанавливают наибольший угол
наклона (80...90°), тогда как в процессе сварки он должен соот-
ветствовать толщине и виду свариваемого металла.
Расход горючего газа зависит от толщины металла и его тепло-
физических свойств. При сварке низкоуглеродистых и низколеги-
рованных сталей расход, здесь и далее — дм3/ч, ацетилена опре-
деляют по следующим формулам:
при левом способе сварки
Еа= (100... 120)3,
при правом
Еа = (120... 150)5,
где 5 — толщина стали, мм.
При сварке чугуна, латуни, бронзы и алюминиевых сплавов
расход ацетилена примерно такой же, как при сварке стали.
В случае использования одной горелки для сварки меди, имею-
щей значительную теплопроводность и довольно высокую темпе-
ратуру плавления, расход ацетилена устанавливают путем расчета
по формуле
Га = (150... 200)6.
Если сварку ацетиленом выполняют двумя горелками — подо-
гревающей и сварочной, что имеет место при большой протяжен-
ности швов, то для подогревающей горелки
89
к= (150...200)8,
а для сварочной
К= (120... 150)8.
Диаметр присадочной проволоки. Эта величина зависит от спо-
соба газовой сварки. Для левого способа ее значение больше, чем
для правого. Диаметр, мм, присадочной проволоки для сварки
I стали толщиной до 15 мм определяется по следующим эмпири-
ческим формулам:
для левого способа сварки
i d = 8/2 + 1,
для правого
d = 8/2,
где d — диаметр проволоки, мм.
При сварке стали толщиной более 15 мм диаметр проволоки
выбирают равным 6... 8 мм.
Движение горелки и проволоки. Значительное влияние на про-
цесс формирования сварного шва оказывает характер движения
горелки и присадочной проволоки.
При сварке в нижнем положении правым способом (без раз-
। дедки кромок) стали толщиной, превышающей 3 мм, или при
сварке стали относительно большой толщины левым способом
(с разделкой кромок или без нее) обычно осуществляют движе-
ния горелкой и концом присадочной проволоки, показанные на
рис. 6.6. В этом случае конец присадочной
проволоки совершает движения, обратные
движению сварочной горелки. Для получе-
ния угловых швов нормальной формы го-
релкой и присадочной проволокой произ-
водят движения, показанные на рис. 6.7.
В данном случае сварщик быстро переме-
щает пламя и конец проволоки в области
середины шва и задерживает их по краям.
При сварке правым способом (с раздел-
кой кромок) металла толщиной 5 мм пла-
мя горелки углубляют в зазор (рис. 6.8) и
перемещают вдоль шва, без колебательных
движений.
Рис. 6.6. Движения горелки и присадочной про-
волоки при сварке стали толщиной более 3 мм
в нижнем положении:
1 — движение проволоки; 2 — движение горелки;
3 — направление сварки
90
4
Рис, 6,7, Движения горелки и при-
садочной проволоки при снарке
угловых швов:
1 — движение проволоки; 2 — движе-
ние горелки; 3, 4— места задержки
движения горелки и проволоки; 5 —
направление сварки
Рис. 6.8. Положение горелки (/) и
присадочной проволоки (2) при
сварке правым способом с раздел-
кой кромок:
а — сечение шва в продольном направ-
лении; б — схема перемещения прово-
локи; стрелками показано направление
сварки
При сварке стали малой толщины (без отбортовки кромок) с
применением присадочной проволоки получил распространение
способ последовательного образования сварочных ванночек, сущ-
ность которого заключается в следующем. Сварщик, сформиро-
вав ванночку (при малой толщине стали ее диаметр составляет
4... 5 мм), вводит в нее конец присадочной проволоки и, распла-
вив небольшое количество присадочного металла, выводит ко-
нец из нее в среднюю зону пламени, а горелкой (несколько при-
близив ее к поверхности металла) совершает резкое круговое
движение, переводя ее в следующую позицию. При этом каждая
последующая ванночка перекрывает предыдущую на 1/3 ее диа-
метра (рис. 6.9),
В этом случае сварка осуществляется левым способом. Высоко-
качественное выполнение сварного соединения, обеспечивающее
исключительно гладкую и ровную поверхность шва, требует со-
блюдения двух основных условий:
Рис. 6.9. Сварка методом последо-
вательного образования ванночек:
1 — прихватки; 2 — сварочные ван-
ночки; 3 — направление сварки
91
1) конец присадочной проволоки для предотвращения его окис-
ге следует выводить за пределы средней зоны пламени;
ления
2) В'Ь избежание науглероживания металла шва ядро пламени
при приближении его к сварочной ванночке нс должно касаться
ее повс
Способ последовательного образования сварочных ванночек,
или, как его иногда называют, сварка каплями, позволяет полу-
чать сварные швы весьма высокого качества.
рхности.
б.З. Дефекты сварных швов
ровар шва может быть связан с загрязнением поверхности 1
<: основного металла, малым зазором между свариваемыми
к, нерациональной разделкой кромок, недостаточной мощ-'
: пламени или избыточной скоростью сварки. При соедине-
:ык непровар обнаруживается в вершине угла разделки кро-
iK следствие малого угла скоса, чрезмерно большого при-.
1Я угла разделки или недостаточного зазора между свари-
Нен.
кромог
листам
ностью
НИИ ВС"
мок ка
туплен
ваемыми листами.
Подрез металла обнаруживается по наличию канавок по краям
шва (рис. 6.10). Причинами возникновения подрезов являются пре- .
вышек ле допустимых значений мощности пламени и скорости
истечения горючей смеси, неравномерное расплавление ириса-;
дочног
конца 1
баниях
опаснь
Пережог — это дефект, вызываемый высокотемпературным
нагревом металла шва в1присутствии кислорода и образующийся
в резул
ленног
дочной
нагреве
Пер
внешне
интенс
о металла, недостаточная продолжительность задержки ,
присадочного стержня на краях шва при поперечных коле-
: и т. п. Подрезы ослабляют сечение шва и поэтому являются
.:ми дефектами. 1
(ьтате длительного воздействия пламени на ванну расплав-
э металла при повышенном содержании в ней или приса-
i проволоке оксидов, избытке кислорода в пламени или
е металла окислительной зоной пламени.
=жог металла, особенно стали, легко обнаруживается по
ему виду шва. В процессе сварки при пережоге происходят
явное кипение металла в сварочной ванне и вспучивание
Рис. 6.10. Виды подрезов в сварных стыковых (я) и угловых (я) соеди-
нениях
92
его при застывании. Вследствие этого на поверхности сварного
шва образуются неровные бороздки, и она приобретает характер-
ный вид губчатой массы.
Перегрев металла связан с длительным его нагревом пламенем
выше температуры Ас3, но не имеет отношения к окислению ме-
талла. Обычно перегрев происходит при медленной сварке метал-
ла большой толщины.
Перегрев обнаруживается посредством металлографического
исследования как самого сварного шва, так и ЗТВ сварки. Зона
перегретого металла при газовой сварке стали имеет особенно
большую ширину. В этом случае металл шва характеризуется круп-
нокристаллическим строением, а часто и видманштеттовой струк-
турой.
Пористость шва является следствием выделения газов при хи-
мических реакциях, протекающих в сварочной ванне, и растворе-
ния в жидком металле некоторых газов, в частности водорода,
содержащихся в пламени. Однако при газовой сварке благодаря
медленному застыванию металла сварочной ванны значительная
часть образовавшихся газов успевает выйти на поверхность ванны.
Поэтому для процесса газовой сварки пористость металла шва не
является характерным дефектом.
Шлаковые включения могут возникать при загрязненной поверх-
ности свариваемых кромок и присадочной проволоки, примене-
нии для сварки окислительного пламени, плохом перемешива-
нии жидкого металла в процессе сварки, быстром застывании ван-
ны вследствие недостаточного прогрева металла и т. п. Шлаковые
включения ослабляют металл шва и являются серьезнвтм дефек-
том сварки. Их определяют физическими методами неразрушаю-
щего контроля.
Трещины представляют собой наиболее опасные дефекты свар-
ного соединения. Они могут возникать как в самом шве, так и в
ЗТВ. Предотвращению образования трещин способствуют равно-
мерный нагрев свариваемого узла или детали и медленное их ох-
лаждение, выполнение сварки без жесткого закрепления свари-
ваемых элементов, а также соответствующий подбор присадочно-
го материала и флюсов.
Контрольные вопросы
1. Каким образом формируется сварной шов при торцевом соедине-
нии и соединении листов по отбортовке кромок?
2. Почему внешний вид шва при правом способе сварки лучше, чем
при левом?
3. Какие силы действуют на каплю расплавленного металла присадоч-
ной проволоки при сварке?
4. Какие факторы влияют на угол наклона мундштука горелки при
газовой сварке?
93
5. От чего зависит расход горючего газа при сварке?
6. Как выбирается диаметр присадочной проволоки?
7. Какова причина пережога металла при газовой сварке?
! ГЛАВА 7
СВАРКА СТАЛЕЙ
i 7.1. Сварка углеродистых сталей
Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25 % С, хорошо
свариваются с помощью газовой сварки. Для этой цели применя-
ют нормальное пламя. Расход ацетилена должен составлять при
левом способе сварки 100... 130 дм3/ч, при правом — 120... 150 дм3/ч
на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадочного
материала используют сварочную проволоку Св-08, -08А, -08ГА,
-ЮГА и -10Г2. Применения флюса не требуется.
При сварке возможно выгорание углерода, марганца и крем-
ния, что приводит к снижению предела прочности наплавленно-
го металла.
При сварке металла большой толщины и ответственных изде-
лий проводят термическую обработку готовых сварных соедине-
ний или изделий в целом (нормализация, низкотемпературный
отжиг).
В случае выполнения сварки окислительным пламенем исполь-
зуют проволоку Св-12ГС, -08, -08Г2С, а также проволоку Св-
15ГЮ (0,5...0,8% А1 и 1,0...1,4% Мп) с повышенным содержа-
нием раскислителей.
Сварку среднеуглеродистых сталей (0,25...0,6 % С) выполняют
с меньшим расходом ацетилена — 75... 100 дм3/ч (для левого спо-
соба сварки), применяя только нормальное пламя.
При увеличении содержания углерода свариваемость стали ухуд-
шается. Если в ней содержится свыше 0,3 % С, то возможно обра-’
зование трещин как в околошовной зоне, так и в сварном шве.
при температурах, близких к линии солидуса (горячие трещины),
и при охлаждении после сварки (холодные трещины). Повышение
содержания углерода в стали способствует образованию в сплаве
хрупких прослоек между зернами.
При толщине металла свыше 3 мм рекомендуется проводить
общий предварительный подогрев изделия до значений темпера-
туры 523...623 К, а также местный подогрев околошовной зоны
горелками до 923 ...973 К. Благоприятное влияние на структуру
металла шва и околошовной зоны оказывает отпуск при темпера-
турах 873... 923 К.
Улучшению механических свойств наплавленного металла при
сварке среднеуглеродистых сталей способствует использование
94
присадочной проволоки (например, Св-06НЗ или -18ХГС), леги-
рованной хромом (0,5... 1,0 %) и никелем (2,0...4,0 %) при обыч-
ном содержании марганца (0,5...0,8 %).
Высокоуглеродистые стали, содержащие 0,6 ...2,0 % С, свари-
ваются хуже, чем среднеуглеродистые. Приемы сварки высоко- и
среднеуглеродистых сталей аналогичны. Расход ацетилена состав-
ляет 75 дм3/ч. Сварку рекомендуется проводить левым способом с
применением нормального или слегка науглероживающего пла-
мени и присадочной проволоки из низкоуглеродистой стали. При
сварке сталей, содержащих более 0,7 % С, используют флюс —
буру.
Удовлетворительное сварное соединение высокоуглеродистых
сталей можно получить при их толщине не более 3 мм. Сварку
выполняют с общим предварительным подогревом до температу-
ры 523...623 К в сочетании с местным подогревом (923...973 К).
По ее завершении проводят термообработку в режиме, установ-
ленном для данной марки стали.
В ряде случаев для соединения высокоуглеродистых сталей вме-
сто сварки целесообразно применять пайку высокотемпературны-
ми припоями.
В низколегированных сталях перлитного класса общее содержа-
ние легирующих компонентов не превышает 2,5 % (без учета уг-
лерода). Низколегированные стали марок 10ХСНД и 15ХСНД —
типичные представители этого класса сталей — характеризуются
повышенной прочностью, хорошей свариваемостью и высокой
устойчивостью к атмосферной коррозии.
В настоящее время эти стали сваривают в основном дуговой
сваркой специальными электродами или плавящимся и неплавя-
щимся электродами в среде защитного газа. Однако в некоторых
случаях прибегают к газовой сварке.
Газовую сварку низколегированных сталей выполняют нормаль-
ным пламенем. Расход ацетилена при левом способе сварки со-
ставляет 75.,. 100 дм3/ч, при правом — 100... 130 дм3/ч. Использу-
ют проволоку Св-08, -08А и -08Г2С; флюс не применяют. После
сварки для улучшения механических свойств наплавленного ме-
талла проводят термообработку, включающую в себя нормализа-
цию металла шва нагревом горелкой и охлаждение на воздухе.
Основная задача при сварке теплоустойчивых молибденовых,
хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей ~ получе-
ние в сварном соединении металла, аналогичного по свойствам
основному металлу. Для этого необходимо обеспечить приблизи-
тельно одинаковую структуру и химический состав основного и
наплавленного металлов.
Молибденовые низколегированные стали марок 15М и 25МЛ,
содержащие 0,4... 0,6 % Мо, предназначены для использования при
температурах до 773 К. При температурах, достигающих 813 К,
95
применяют хромомолибденовые стали 1.5ХМ и 20ХМЛ., которые
содержат 0,4.210,6 % Мо и 0,8... 1,1 % Сг; при еще более высоких,
температурах7(до 858 К) — хромомолибденбванадисвые стали-
12Х1МФ и 15Х1М1Ф (не более 0,2 % V).
Сварку этик сталей осуществляют только нормальным пламе-
нем при расходе ацетилена 100 дм3/ч. Сварочная проволока
Св-08ХНМ, AL0HM, -18ХМА, -ЮХМ и -10М.Х обеспечивает в.
сварочном шел такой состав металла, который придает соединен
нию термостойкость. i
Молибден, ^будучи в данном случае карбидообразующим эле-
ментом, повышает прочность металла без снижения его пластич-
ности. Присутствие молибдена в стали уменьшает ее склонность к,
ползучести пр’-i повышенных температурах, способствует форми-
рованию мелкозернистой структуры сплава, увеличивает прока-
ливаемость и предотвращает возникновение отпускной хрупкости,
в хромистых (талях. Хром повышает предел ползучести и жаро-
стойкость молибденовой стали, образуя на поверхности тонкий
слой плотных, туго плавких оксидов. i
Сварку выполняют небольшими участками длиной 15 ...25 мм,-
поддерживая :,‘га всем свариваемом участке температуру светло-;
красного кале,дня.
Перёд сваркой кромки должны быть зачищены до металлйчес-;
кого блеска. 11ри толщине металла до 5 мм осуществляют одно-
слойную свар су, при большей толщине — многослойную, .бри-;
чем сначала к
го металла дл
Сварку еле [ует проводить с минимальным числом перерывов,
а при ее возо(
данном месте
523...573 К flJ I предупреждения появления трещин.
Хром ОМ ОЛ1
молибденовы
щего тугопла! сие оксиды.
Хромокрем! „марганцевые стали типа ЗОХГСА обладают боль-
шой ПрОЧНОС' мо, упругостью и устойчивостью к Вибрационным;
и ударным на
рактерны Bpei енное сопротивление 800 МПа, относительное уд-
линение 10%
Пригазовф сварке этих сталей хром и кремний частично вы-
горают, что м
непроваров. I гя предотвращения этих явлений применяют нако-
нечник, обесг :чивающий расход ацетилена 75... 100 дм3/ч. В Каче-
стве прйеадоч
волоку^Св-08
Перед свар
при толщине
96
омки стыка сваривают без добавления присадочно-
обеспечсния полного провара корня шва.
новлении необходимо равномерно прогреть Щов в;
(при сварке труб — весь стык) до температуры.
бденовые стали свариваются несколько хуже, чем;
, что обусловлено наличием в них хрома, образую-
л ударная вязкость 0,6 МДж/м2.
жет вызвать появление в шве включений оксидов и
рузкам. После термической обработки для них ха^;
гого материала используют низкоуглеродистую Про-
5 -08А или легированную проволоку Св-18ХМД,.
:ой листов выполняют прихватки через 20... 30 мм —
металла 0,5... 1,5 мм и через 40...60 мм — при пол-
шине 2 мм и более. Прихватки следует располагать на расстоянии
10... 15 мм от края листа или угла сварного соединения.
Необходимо тщательно зачистить и подогнать кромки, а также
обеспечить одинаковый зазор между ними по всей длине шва, что
проверяется шаблоном.
Сварку осуществляют в один слой. При резком охлаждении ме-
талла возможно образование трещин в шве и околошовной зоне,
поэтому по окончании сварки пламя следует отводить от шва мед-
ленно, подогревая факелом его конечный участок в радиусе
20...40 мм. Сварку необходимо выполнять с максимально возмож-
ной скоростью, без перерывов, не задерживая пламя горелки на
одном месте и не перегревая металл сварочной ванны.
7.2. Сварка легированных сталей
К среднелегированным относятся стали с общим содержанием
легирующих элементов 2,5... 10 %, к высоколегированным — свы-
ше 10 %. По своей структуре, зависящей от содержания углерода и
легирующих элементов, эти стали могут быть мартенситного, мар-
тене итно-ферритно го, ферритного и аустенитного классов. При
их сварке необходимо стремиться сохранить первоначальный со-
став и структуру стали в сварном соединении для того, чтобы его
коррозионная стойкость, жаро-, износостойкость и другие свой-
ства существенно не отличались от специфических свойств основ-
ного металла.
Свариваемость этих сталей в значительной мере определяется
их химическим составом, и особенно содержанием в них углерода.
С помощью газовой сварки успешно свариваются среднелегиро-
ванные стали только некоторых марок.
В сварных изделиях наиболее широко используют хромистые и
хромоникелевые коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропроч-
ные стали. Они находят применение, например, при изготовле-
нии химической аппаратуры.
Хромистые стали могут содержать 4...30 % Сг. Стали, содержа-
щие 4... 14 % Сг, относятся к мартенситному классу, 13... 18 % Сг —
к мартенситно-ферритному, 23... 30 % Сг — к ферритному. Струк-
тура стали зависит также от содержания углерода: его повышение
способствует формированию мартенситной структуры.
При сварке многих видов высокохромистых и хромоникелевых
сталей, содержащих более 0,06 % углерода, в случае недостаточно
быстрого их охлаждения в интервале температур 923...723 К он
диффундирует к поверхности зерен, образуя у их границ карбиды
хрома. Это приводит к тому, что поверхность зерен обедняется
хромом, и металл теряет устойчивость к межкристаллитной кор-
розии. Она может происходить при содержании хрома менее 12 %
4 Полной
97
Б их состав вводят более активные карбидообра
но необходима стойкость к коррозии.
ладают повышенной прочностью, устойчивы •:
%: борной кислоты — 55, оксида кремния — Ц
-- 10, феррохрома — 10, ферротитана, плавико
и ускоряться под влиянием внутренних напряжений, возникают
щих вследствие термического воздействия в процессе сварки. Гц
зовая сварка, создающая большую зону нагрева, — наименее бла
гоприятный способ соединения коррозионно-стойких, жаропроч
ных и жаростойких сталей, содержащих хром.
Для уменьшения склонности высокохром истых и хромонике
левых сталей к трещинообразованию, межкристаллитной корро
зии и росту зерна
зующие элементы, чем хром, а именно титан (около 0,8 %) ил1
ниобий (до 1,2%).
Среднелегирог анные хромистые стали, содержащие до 0,15 % С
применяют в конструкциях в тех случаях, когда не требуется вы
сокая прочность,
Высоколегирс ванные хромистые стали могут содержать Д'
0,35 % С. Они об.
коррозии и дейст вию кислот. При длительном нагреве высокохрб
мистые стали склонны к росту зерна, что снижает их прочностг
поэтому не рекомендуется сваривать их газовой сваркой. >
Для предупреждения перегрева и уменьшения деформации xpoi
мистых сталей их сварку выполняют нормальным пламенем с по
ниженным расходом ацетилена (70 дм3/ч на 1 мм толщины метал,
ла). При сварке используют присадочную проволоку из стали оди
наковой марки со свариваемой или близкой к ней. Можно приме
нять проволоку Св-04Х19Н9 и -06X19Н9Т.
Сварку необходимо проводить максимально быстро, без пере
рывов и повторного нагрева одного и того же участка шва пламб
нем горелки. Тонкие листы сваривают левым способом, более тол
стые — только ^равым. Рекомендуется использовать флюс следу
ющего состава,
ферромарганца
вого шпата и концентрата титановой руды — по 5. Флюс предо
храняет хром О” выгорания и способствует растворению и удале
нию из наплавленного металла в шлак тугоплавких оксидов хрО
ма, титана и ниобия. После сварки рекомендуется подвергать из
делие термообработке, режим которой предусмотрен для данно)
марки стали. ’
Хромоникелееыё стали имеют низкий коэффициент теплопро
водности (16,7
расширения (1,
коробление изд
Вследствие ч;
элементов швы,
меньшей стойк:
ном состоянии.
Газовую свар
ным пламенем _
Ву/(м-К)) и высокий коэффициент линейноп
О7), что вызывает значительные деформации 1
?
(Фтйй при газовой сварке.
астичного выгорания хрома и других легирующия
, наложенные газовой сваркой, обычно обладаю!
зстью к коррозии, чем основной металл в исход-I
ку хромоникелевых сталей выполняют нормаль-)
р т расходе ацетилена 70...75 дм3/ч. Окислитель-;
98
кое пламя применять нельзя ввиду вызываемого им сильного вы-
горания хрома с образованием тугоплавких оксидов. Присадочная
проволока должна содержать титан или ниобий и малое количе-
ство углерода. Этим условиям отвечает проволока Св-01Х19Н9,
-06Х19Н9Т и -07Х19Н10Б.
Сварку осуществляют с максимально возможной скоростью,
погрузив конец присадочной проволоки в сварочную ванну. Мож-
но применять правый и левый способы сварки.
Для защиты сварочной ванны используют флюсы следующих
составов, %: 1) буры и борной кислоты — по 50; 2) буры — 80 и
оксида кремния — 20; 3) плавикового шпата — 80 и ферротита-
на— 20.
Флюс разводят в воде и за 15...20 мин до сварки наносят в виде
пасты на кромки и обратную сторону металла для предотвращения
образования оксидов хрома в корне шва. Остатки флюса после сварки
удаляют тщательной промывкой швов горячей водой.
После сварки рекомендуется (если позволяет конструкция из-
делия) термообработка: нагрев до температуры 1323... 1373 К с
последующим охлаждением в воде.
Газовую сварку целесообразно применять для хромоникелевых
сталей толщиной не более 2 мм. При этом обеспечиваются удов-
летворительное качество шва и довольно высокая производитель-
ность. Более толстый металл рекомендуется соединять дуговой свар-
кой с помощью соответствующих электродов.
Хромоникелевые аустенитные стали типа 18-8 содержат до 0,12 %
С, 17... 19 % Сг, 9... 11 % Ni и до 0,7 % Ti. Они обладают высокой
коррозионной стойкостью, жаростойкостью (окалиностойкостью)
и жаропрочностью.
Хромоникелевые стали приобретают антикоррозионные свой-
ства после термической обработки — нагрева до температуры
1323... 1373 К и последующего быстрого охлаждения в воде или на
воздухе, обеспечивающих формирование однофазной аустенит-
ной структуры.
При сварке аустенитных сталей горячие трещины не возника-
ют, если в наплавленном металле содержится 2,5...8,5 % феррит-
ной фазы. Титан и ниобий способствуют получению двухфазной
аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла с не-
большим содержанием феррита.
Хромоникелевые аустенитные стали с повышенным содержа-
нием углерода (например, 4Х14Н14В2М), достигающим 0,4...0,5 %,
склонные к выделению карбидов и образованию горячих трещин,
свариваются значительно хуже низкоуглсродистых. Сварку этих ста-
лей приходится выполнять с предварительным подогревом и ис-
пользованием присадочной проволоки Св-06Х19Н9Т. По завер-
шении сварки проводят термическую обработку изделия в режи-
ме, предусмотренном для стали данной марки.
99
Контрольные вопросы I
1. Какой тип пламени используют при сварке низкоуглеродистой став
ли? I
2. Каковы основные особенности сварки теплоустойчивой стали? Я
3. Какова роль молибдена при сварке теплоустойчивых марок сталейя
4. Каковы причины образования холодных и горячих трещин при га-1
зовой сварке? !
5. В чем причина образования межкристаллитной коррозии при газов
вой сварке хромоникелевых сталей? 1
6. Почему при газовой сварке хромоникелевых сталей наблюдается
повышенное коробление свариваемых деталей? 1
ГЛАВА 8 Я
СВАРКА ЧУГУНА I
Сварке подвергают детали и изделия из серого чугуна и чугув
нов специальных марок. Средний химический состав, %, сероп!
чугуна таков: С — 3,0...3,6; Si — 1,6...2,5; Мп — 0,5... 1,0; S — ня
более 0,12; Р — не более 0,8. 1
В сером чугуне углерод находится в форме пластинчатого графив
та, и только часть его присутствует в химически связанном состояв
нии в виде цементита Fe3C. Кремний и углерод служат графитизав
торами, т. с. способствуют выделению углерода в виде графита. 1
Отбеливание чугуна обеспечивается его быстрым окпаждениеш
после сварки и наличием в нем таких элементов, как марганец!
хром, ванадий и молибден. Сера является неблагоприятной при!
месью в чугуне, так как повышает его вязкость, увеличивает усадюЯ
и замедляет графитизацию. Фосфор ослабляет вредное влияния
серы, повышает жидкотекучесть чугуна и улучшает его свариваев
мость, но одновременно способствует возрастанию его хрупкостги
и твердости. 1
Специальные виды высокопрочных чугунов получают путеля
термической обработки деталей, отлитых из белого чугуна, или
добавления в литейный чугун присадок-модификаторов (магний!
силикокальций, ферросилиций и др.). Эти присадки способствуй
ют выделению графита в виде включений шаровидной формы!
при наличии которых повышается пластичность чугуна и снижа-|
ется его хрупкость. •!
Сварку применяют для ремонта и восстановления изношенных|
чугунных деталей, а также устранения литейного брака изделий.!
Серый чугун успешно сваривается газовой сваркой. Основные за-']
труднения, связанные с получением его высококачественных свар-!
ных соединений, состоят в следующем.
1. При высокой скорости охлаждения возможно образование
закалочных структур (мартенсит, троостит). При расплавлении чу-
100
гуна не исключены местные превращения графита в цементит (от-
беливание). Выгорание кремния также способствует отбеливанию
чугуна. Участки, содержащие закаленный и отбеленный металл,
имеют высокую твердость и в дальнейшем не поддаются механи-
ческой обработке резцом.
2. При неравномерном нагреве в процессе сварки и после нее,
при остывании, образуются трещины. Чугун обладает очень малой
пластичностью и под действием растягивающих термических на-
пряжений, превышающих его временное сопротивление, может
разрушаться. Вероятность появления трещин уменьшается в слу-
чае осуществления общего равномерного подогрева изделия при
сварке до температуры 573 К.
3. В расплавленном состоянии чугун жидкотекуч и полностью
лишен пластичности при плавлении и затвердевании. Он перехо-
дит из жидкого состояния в твердое, минуя пластичную фазу.
4. В зависимости от условий охлаждения в разных частях изде-
лия может сформироваться неодинаковая структура.
5. Низкая температура плавления чугуна (1373... 1523 К) и бы-
стрый переход его из жидкого состояния в твердое способствуют
появлению пор в швах, поскольку при сварке выделяется боль-
шое количество газообразного оксида углерода.
6. Образование тутоплавкого оксида кремния затрудняет сварку
и требует применения флюса (буры) для его удаления в шлак.
На свариваемость чугуна влияет характер распределения в нем
графита. Лучше сваривается чугун, в котором графит содержится
в виде мелких пластинок (перлитный чугун) или имеет шаро-
видную форму. При наличии мелких и средних включений гра-
фита, окруженных твердым раствором углерода в железе, свари-
ваемость чугуна удовлетворительная. Чугун с крупными включе-
ниями графита (в виде сплошной сетки), затрудняющими со-
единение основного и присадочного металлов, плохо поддается
сварке.
Основная задача при сварке чугуна — получение соединения с
одинаковой твердостью наплавленного металла, переходной зоны
и основного металла, равнопрочного основному металлу и подда-
ющегося последующей обработке режущим инструментом. При за-
варивании литейных дефектов допустима более низкая прочность
сварного соединения, чем у основного металла. Структура и хи-
мический состав основного и наплавленного металлов должны
быть по возможности одинаковыми.
Газовая сварка чугуна — один из наиболее надежных способов
получения наплавленного металла, близкого по своим свойствам
к основному. При газовой сварке нагрев более длителен и равно-
мерен, чем при дуговой, изделие охлаждается медленнее, что со-
здает благоприятные условия для графитизации наплавки и пред-
отвращает появление зон отбеленного чугуна на участках, приле-
101
тающих к шву. Вследствие ослабления внутренних напряжений |
умень
Га<
нение
перат;
вать д
дупре:
чугун] 1ых изделий для нагрева используют конвейерные п^чи не-1
преры
снабж
лается вероятность образования трещин, >
эвую сварку чугунных изделий следует проводить с приме- 1
и общего или местного предварительного подогрева до тем- 1
ры 573... 673 К. После сварки деталь должна медленно осты- |
ля получения однородной структуры серого чугуна
кдения возникновения трещин. При массовом производстве !
и пре-|
вного действия, а для замедленного охлаждения — камеры, |
энные тепловой изоляцией. Местный подогрев осуществил- |
ют го] юлками, индукционным и другими способами. 1
с сварки чугуна применяют литые чугунные присадочные 1
Дл;
прутки. Существует несколько марок прутков в соответствии с их j
назна1
• А
• Б
качест
• Б
отлив! ik;
. Б
отлив! ik;
• Б
Ди;
на — 3
Тве
[ением:
— горячая газовая сварка;
— газовая сварка с местным нагревом и использование в
ве электродных стержней;
4-1 -
низкотемпературная газовая сварка тонкостенных
4-2 —
низкотемпературная газовая сварка толстостенных 1
— наплавка.
БиХЧ
.метр прутков составляет 4; 6; 8... 10 и 12... 16 мм, а их дли- |
50... 450 мм. Химический состав прутков приведен в та
рдость поверхности наплавленного металла должна состав- J
лять д 1я прутков марок А и Б не более 230 НВ, НЧ-1 и НЧ-
более
Пр
V-обр
чугунг
доджи
загряз
ного а тпарата и прогреты пламенем горелки. Применяют но эмаль- •]
ное hj и слегка науглероживающее пламя при расходе ацетилена я
|5л. 8.1. I
2 — не J
240 НВ, БЧ - 44...66 HRC и ХЧ - 48...52 HRC.
I подготовке чугуна под сварку выполняют одностор<
езный скос кромок с углом их раскрытия 90°. При толщине 5
до 4 мм скос кромок отсутствует. Перед сваркой К]
-я быть тщательно очищены от масла, ржавчины и прочих
тений с помощью металлической щетки или дробе;
оннии ।
ром ки J
струи- ’
Т а б л и
ца 8.1
Хи шческий состав, %, литых прутков для газовой сварки чугша
Марк; С Si Мп S Р Ni, 1 Т, Сг
А 3,0...3,5 3,0...3,4 0,5.„О,8 <0,08 0,2...0,4
Б 3,0...3,5 3,5 ...4,0 0,5...0,8 <0,08 0,3.„О,5
НЧ-1 3,0...3,5 3,0...3,4 0,5...0,8 <0,05 0,2...0,4 0,4... 0,5 Ni
НЧ-2 3,0...3,5 3,5...4,0 0,5.„0,8 <0,05 0,2...0,4 0,03... 0,06 Ti
БЧ 2,5. ..3,0 1,0...1,5 0,2.„О,6 <0,05 <0,1 - -
X1! 2,5...3,0 1,2... 1,5 0,5...0,8 <0,05 <0,1 1,2...; ,0 Сг
102
Таблица 8.2
Химический состав, %, флюсов для газовой сварки чугуна
Компонент Номер флюса
1 2 3 4 5
Прокаленная бура NaB4O7- Н2О 100 56 50 —" 23
Углекислый натрий Na2CO3 — 22 — 50 27
Углекислый калий К2СО3 — 22' — — —
Двууглекислый натрий NaHCO3 — — 47 50 —
Кремнезем SiO2 — — 3 — —
Азотнокислый нагрий NaNO, — — — — 50
100... 120 дм3/ч. Окислительное пламя вызывает местное выгора-
ние кремния и образование включений твердого белого чугуна.
Сварку следует проводить с максимально возможной скорос-
тью, не отводя пламя в сторону и защищая ванну ее восстанови-
тельной зоной от воздействия окружающего воздуха. Для умень-
шения нагрева металла ядро пламени отводят вверх, не нарушая
защиты ванны. Местная задержка пламени может привести к вы-
горанию кремния и углерода в данной точке ванны и отбелива-
нию чугуна.
Для удаления в шлак оксидов кремния, марганца и железа при
сварке чугуна применяют флюсы. Их химический состав приведен
в табл. 8.2.
При сварке чугуна, в сварочной ванне которого образуется ту-
гоплавкий кислотный оксид кремния SiO2 с температурой плав-
ления 1983 К, для его растворения в состав флюса вводят компо-
ненты, обладающие основными свойствами. Такими компонента-
ми обычно служат углекислый натрий Na2CO3 или углекислый
калий К2СО3.
Углекислый натрий и оксид кремния участвуют в химической
реакции
2№ъСО3 + SiO2 = Na4SiO4 + 2СО2.
Реакция взаимодействия SiO2 с углекислым калием протекает
аналогично:
2К2СО3 + SiO2 = K4SiO4 + 2СО2.
В обоих случаях оксид кремния, связанный в виде шлака, всплы-
вает на поверхность сварочной ванны.
Отметим, что при сварке серого чугуна в состав флюса часто
вводят буру, обладающую сильно выраженными кислыми свой-
ствами. В некоторых случаях в качестве флюса применяют буру без
каких-либо добавок. Объясняется это тем, что чугун содержит зна-
чительное количество не только кремния, но и углерода, что тре-
103
бует защиты сварочной ванны от кислорода воздуха. Бура же, рас-
плавленная пламенем горелки, хорошо растекается по поверхно-
сти металла и создает шлаковую пленку, достаточно надежно за-
щищающую ванну от воздействия воздуха.
В то же время образующийся в результате разложения буры бор-
ный ангидрид связывает оксиды железа и марганца в борнокис-
лые соли ЁеО-В2О3и МпОВ2О3, всплывающие в виде Шлака на
i поверхность сварочной ванны.
При использовании газообразного флюса БМ-1, представляю-
щего собой пары азеотропной смеси метанола с метилборатом,
на поверхности расплавленного металла образуется плотная вяз-
кая пленка боросиликатов, надежно защищающая сварочную ванну
от попадания в не,с газов из пламени и воздуха.
Контрольные вопросы
1. Какие явления препятствуют высококачественной газовой сварке
чугуна?
2. Назовите преимущества газовой сварки чугуна перед дуговой.
3. С какой целью применяют предварительный подогрев деталей при
газовой сварке чугуна?
4. Какой тип газового пламени используют при сварке чугуна?
ГЛАВА 9
СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ
9.1. Общие положения
При сварке цветных металлов и их сплавов возникает ряд за-
труднений, обусловленных их физико-химическими свойствами:
поглощением газов расплавленным металлом, приводящим к по-:
ристости шва; высокой теплоемкостью и теплопроводностью, что
требует применения пламени повышенной мощности; значитель-
ным линейным расширением при нагреве, сопровождающимся
деформированием изделий; склонностью к окислению с образо-
ванием тугоплавких оксидов, вынуждающей использовать при свар-
ке активно действующие флюсы, которые защищают сварочную
ванну от поступления кислорода извне, растворяют образующие-
ся оксиды и удаляют их в шлак.
Газовая сварка представляет собой универсальный способ со-
единения любых цветных металлов, однако область ее примене-
ния в настоящее время весьма ограниченна в связи с низкой про-
изводителвностью и сложностью автоматизации процесса. Для по-
лучения высококачественных соединений цветных металлов с по-
мощью газовой сварки первостепенное значение имеет точное
104
соблюдение установленного режима и техники выполнения свар-
ки, а также применение соответствующих сварочных материалов.
9.2. Сварка меди и ее сплавов
Свариваемость меди существенно зависит от наличия в ней не-
желательных примесей — висмута, свинца, серы и особенно кис-
лорода. Висмут и свинец образуют легкоплавкие эвтектики в обла-
сти границ зерен, придающие меди хрупкость и красноломкость,
т.е. способность к разрушению при высоких температурах. Сера и
кислород также образуют эвтектики с более низкими температура-
ми плавления, чем у меди, повышающие хрупкость последней. Если
содержание серы превышает 0,1 % (она присутствует в меди в виде
соединения Cu2S), то медь становится красноломкой.
Кислород входит в состав меди в виде ее оксида Си2О. Ско-
рость сварки влияет на процесс выделения этого оксида: при ее
увеличении ширина зоны внутри шва, содержащей Си2О, умень-
шается.
Для изготовления сварных конструкций выпускают медь марок
МО и Ml—М4, в которой содержание кислорода не превышает
0,01%.
Расплавленная медь, содержащая Си2О, способна поглощать
водород и оксид углерода, поскольку в ней протекают реакции
Cu2O + Н2 = 2Си + Н2О,
Cu2O + СО = 2Си + СО2.
Пары воды и углекислый газ образуют поры в металле шва и,
не имея возможности выделиться из него, при расширении могут
привести к появлению микротрешин (так называемая водородная
болезнь меди).
Коэффициент теплопроводности меди в 6 — 7 раз выше, чем у
стали. Вследствие этого при сварке меди приходится применять
более мощное пламя или одновременно две горелки. Сварку меди
толщиной до 10 мм выполняют одной горелкой, обеспечивая рас-
ход ацетилена 150 дм3/ч. При сварке меди толщиной более 10 мм
нс следует использовать мощное пламя одной горелки во избежа-
ние перегрева металла, роста зерна и снижения прочности со-
единения. В этом случае сварку нужно осуществлять двумя горел-
ками: подогревающей, при расходе ацетилена 150...200 дм3/ч, и
сваривающей, при его расходе 100 дм3/ч. В случае применения двух
горелок сварку проводят одновременно с двух сторон шва, распо-
лагая свариваемые листы вертикально.
Сварку меди необходимо выполнять с помощью строго нор-
мального пламени. Его ядро должно находиться на расстоянии
105
вторном на-!
3... 6 мм от поверхности ванны. Для лучшей передачи теплоты ила- )
мени металлу мундштук держат почти под прямым углам к поверх- i
ности ванны. При сварке в вертикальном положении пламя на-|
правляют под углом 30° вниз от горизонтальной оси г сварку осу-3
ществляют снизу вверх.
Сварку следует проводить с максимальной скоростью, без пе-з
рерывов, для уменьшения количества образующегося оксида меди. ]
Желателен сопутствующий подогрев, ускоряющий процесс свар-]
ки. Прихватки швов не применяют, поскольку при по:
греве, во время сварки, на этих участках могут возникнуть трещи-Ж
ны. Для закрепления деталей при сварке используют соответству- а
юшие приспособления (кондукторы и др.). Я
При сварке необходимо обеспечить одновременное расплавле-Я
ние кромок и присадочной проволоки, не оставляя, во избежа-и
ние окисления, расплавленные кромки не заполненными приса-
дочным металлом даже на короткое время. Плавящуюся проволо- я
ку, с которой металл стекает каплями, нужно держать рядом ся
поверхностью сварочной ванны с целью предотвращения окисле-я
ния жидкого металла. Я
Для лучшего заполнения зазора между разделанными кромка-Я
ми металлом и увеличения высоты шва свариваемые листы распо-
лагают под углом 10° к горизонтальной плоскости с зазором, рас- Я
ширяющимся кверху. Для предупреждения протекания жидкого я
металла в зазор сварку проводят на графитовой подктадке, спо-1
собствуюшей формированию обратной стороны шва. я
При наложении длинных швов сварку начинают, отступив от Я
края шва на расстояние, равное 1 /3 его длины. После выполнения я
2/3 шва оставшуюся 1/3 часть сваривают в обратном направлении Я
от начальной точки. я
Сварку следует осуществлять в один слой, так как при наложе- я
нии второго слоя возможно появление трещин при температуре Я
523...773 К, I
При сварке меди необходимо выполнять в основном стыковые I
соединения. Допустимы угловые соединения с внешни м швом. Со-Я
единения встык металла толщиной до 2 мм сваривают без приса- 9
дочного материала, с отбортовкой кромок, на графитовой или!
асбестовой подкладке. При толщине металла 3 мм и более создают 1
односторонний скос кромок под углом 45" с притуплением, со- |
ставляющим 1/5 толщины листа, но не менее 1,5 мм. При толщи- 1
не свыше 10 мм проводят Х-образную разделку кромок. При свар- 1
ке труб из меди в месте приваривания к ним патрубков осуществ- I
ляют вытяжку кромок основной трубы или развальцовку патруб- )
ков, чтобы получить стыковое соединение деталей.
Для получения высококачественного соединения при сварке
меди следует применять присадочную проволоку, в состав кото-
рой введены элементы-раскислители (кремний, фосфор, марга-
106
Таблица 9.1
Химический состав, %, флюсов для газовой сварки меди
Компонент Номер флюса
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Прокаченная бура 100 — 50 75 50 50 70 56 78
Борная кислота — 100 50 25 35 — 10 — 4
Поваренная соль — — — — — — 20 22 13
Кислый фосфорнокислый начрий — — — — 15 15 — — —
Кварцевый песок — — — — — 15 — — —
Древесный уголь — — — — — 20 — —
Углекислый калнй (поташ) — 22 —
Бикарбонат натрия (сода) — 5
нец). Используют также проволоку, легированную оловом и се-
ребром, снижающими температуру плавления присадочного ме-
талла. Такую проволоку, содержащую до 1,2 % серебра, выпуска-
ют согласно ГОСТ 16130 — 85 двух марок — Ml и MCpl. Диаметр
выбираемой присадочной проволоки зависит от толщины свари-
ваемого металла:
Толщина меди, мм......>1,5 1,5...2,5 2,5...4 4...8 8...15 >15
Диаметр проволоки, мм ... 1,5 2 3 4...5 6 8
Для раскисления металла шва применяют флюсы. Их химиче-
ский состав приведен в табл. 9.1.
Флюсы № 5 и 6, содержащие соли фосфорной кислоты, реко-
мендуется применять при сварке проволокой, в составе которой
отсутствуют элементы-раскислители (фосфор и кремний). Можно
сваривать медь с применением газообразного флюса БМ-1; при
этом расход ацетилена повышают на 20...30 % для того, чтобы не
снижать скорости нагрева и сварки.
Для измельчения зерен наплавленного металла и повышения
плотности швов после сварки их проковывают. При толщине ме-
талла до 5 мм проковку проводят в холодном состоянии, при боль-
шей толщине — при температуре 473... 573 К. После проковки ме-
талла шва его подвергают отжигу при температуре 823...873 К с
последующим быстрым охлаждением в воде. Проковка и отжиг
способствуют образованию мелкозернистой структуры, равномер-
ному распределению эвтектики оксид меди —медь, что повышает
пластичность металла шва.
Медно-цинковые сплавы, содержащие 20...55% Zn, называют
латунями. Сплавы с содержанием цинка менее 20 % называются
томпаками. Благодаря пластичности, довольно высокой прочнос-
ти, легкой обрабатываемости давлением, удовлетворительной сва-
риваемости, устойчивости к коррозии, хладостойкости и ряду
107
f окое примсне-1
рукций для хи-1
юлсе 37 % сплав
р:
л
я
и
и
других положительных свойств латуни находят шт
дне в машиностроении, особенно при изготовлейии различной^
аппаратуры, емкостей, арматуры и других конст]
мической промышленности.
Структура и технологические свойства латуни зависят от со
держания в ней цинка. При его содержании не б
состоит только из a-фазы. Однофазная латунь при содержании вуЯ
ней не менее 20 % Zn и не более 0,03 % РЬ хорошо обрабатывается;^]
давлением как в холодном, так и в горячем состоянии. ;Я
При содержании 37 ...45 % Zn латунь имеет двухфазную струк-Я
туру — а- и (3-фазы. В холодном состоянии [3-фаза обладает боль-Я
ней твердостью и меньшей пластичностью, чем в горячем.; ПриЯ
содержании в латуни более 46 % Zn она снова приобретает одно- ;Я
Фазную структуру, но теперь состоит только из [3-фазы. -^Я
Наличие свинца в двухфазных латунях не вызывает их горяче-Я
ломкости. Такие латуни относятся к литейным сплавам и не под-;Я
даются обработке давлением в холодном состоянии вследствие их'^]
малой пластичности. Температура плавления латуни зависит от со- ;И
держания в ней цинка и составляет для латуни Л90 1223 К, а для;^]
Л62 — ПОЗ К. Я
При сварке латуней основные трудности связаны с поглоше-[Я
кием газов расплавленным металлом сварочной ванны, вы гора-[Я
кием цинка и повышенной склонностью металла шва и около-[Я
шовной зоны к образованию трещин и пор. Для устранения при- [Я
чин возникновения указанных трудностей и получения высокока-^]
чественных сварных соединений необходимо применять специ-[Я
альную технологию сварки, соответствующие присадочные мате-’^]
налы и флюсы.
Испарение цинка при сварке латуни зависит от его содержа-^]
г ия в сплаве. Так, при 20 %-ном содержании Zn температура его (Я
кипения равна 1573 К, а при 40 %-ном — 1273 К. Цинк начин ает!Я
испаряться при температуре около 1173 К. При испарении цинка^М
го пары окисляются кислородом воздуха, и образуется оксид1Я
инка, вредный для здоровья сварщика в концентрациях более.Я
,005 мг/м3. Это соединение цинка вызывает заболевание, назы-Я
аемое литейной лихорадкой. При газовой сварке угар цинка Я
ожет достигать 15...20 % его первоначального содержания в ла- 1Я
ту ни. Испарение цинка приводит к образованию пор в наплав- Я
(знном металле. Я
Другой причиной пористости металла шва при сварке латуни Я
аляется поглощение расплавленным металлом водорода свароч- Я
кого пламени, который не успевает выделяться из ванны вслед- Я
ствие незначительного интервала между температурами солидуса я
ликвидуса у латуни. При застывании металла водород образует в W
ве газовые пузырьки и поры, которые увеличиваются в размерах -
и|з-за проникновения и расширения в Них паров цинка.
108
е
IT
О,
в;
к
Для уменьшения испарения цинка латуни сваривают окисли-
тельным пламенем. При этом на поверхности сварочной ванны
образуется пленка оксида цинка, которая препятствует его даль-
нейшему испарению. Кроме того, избыток кислорода окисляет
основную часть свободного водорода пламени, что резко умень-
шает поглощение водорода металлом.
При сварке латуни образуются кристаллизационные (горячие)
трещины из-за низкого качества нераскисленного наплавленного
металла, а также трещины, обусловленные горячеломкостью ла-
туни в интервале температур 573...873 К.
Для сварки латуней выпускают присадочную проволоку несколь-
ких марок согласно ГОСТ 16130 — 85.
Проволоку Л62 применяют для сварки простых латуней (Л62,
Л 68 и др.), но для предупреждения испарения цинка при этом
рекомендуется использовать газообразный флюс БМ-1.
Проволоку ЛК62-05, легированную кремнием, применяют для
сварки латуней тех же марок. Такая проволока обеспечивает луч-
шие результаты и при сварке с порошкообразными флюсами, так
как угар цинка не превышает 0,7... 1,0 %. При сварке этой прово-
локой получают сварные соединения с хорошими механически-
ми свойствами (без применения проковки металла шва) и почти
полным отсутствием газовых включений и пор.
Проволока ЛО60-1, легированная оловом, предназначена для
сварки изделий, работающих в морской воде и отвечающих тре-
бованию повышенной коррозионной стойкости.
Проволока ЛОК59-1-03 содержит кремний и олово, что увели-
чивает жидкотекучесть металла и глубину провара шва. Ее приме-
няют для сварки стыков латунных труб и замыкающих кольцевых
швов сосудов.
Проволока ЛКБ062-02-004-05, легированная кремнием, бо-
ром и оловом, предназначена для сварки простых латуней. Она
является самофлюсуюшей, обеспечивает благоприятные механи-
ческие свойства и герметичность сварного соединения. Приме-
нение этой проволоки при сварке латуни не требует использова-
ния флюса.
Для проволок, не содержащих флюсующих добавок, связыва-
ние оксидов при сварке латуней осуществляют порошко- и газо-
образными флюсами, содержащими в качестве активного компо-
нента борный ангидрид В2О3. Основные оксиды, возникающие
при сварке, реагируют с борным ангидридом, образуя сложные
бораты.
При сварке латуни осуществляют следующую подготовку' кро-
мок. При толщине металла до 1 мм проводят их отбортовку. Латунь
толщиной 5 мм сваривают встык, без скоса кромок. При толщине
металла 6... 15 мм выполняют односторонний скос кромок под
углом 35...45°, с притуплением 1,5...3 мм и зазором 2...4 мм. Для
109
। сварки встык металла толщиной 15.„25 мм применяют Х-образ-
ную разделку кромок с углом скоса 35 ...45’, притуплением 2.„4 мм
и зазоров 2...4 мм.
। Несмотря на то что теплопроводность латуни больше, чем у ста-
I ли, расход ацетилена устанавливают в диапазоне 100... ] 20 дм3/ч во
i избежание перегрева латуни и повышенного испарений цинка. Для
i снижения испарения цинка и уменьшения поглощении водорода
i расплавленным металлом ядро пламени при сварке расйолагают на
! расстоянии от сварочной ванны в 2 — 3 раза большем, чем при сварке
' стали. Пламя направляют преимущественно на присадочную про-
! волоку, которую держат под углом 90° к оси мундпггука. Конец
i проволоти периодически погружают во флюс, который подсьша-
! ют также в ванну расплавленного металла и на кромки: шва. Сварку
! следует выполнять с максимально возможной скоростью.
Диаметр проволоки выбирают равным толщине свариваемого
металла, но не превышающим 9 мм. Сварку осуществляют левым
способом в один слой, проваривая кромки сразу на всю толщину
шва. Для обеспечения провара при толщине металла более 3 мм с '
обратной стороны накладывают подварочный шов, а при толщи-
не более 5 мм применяют технологические подкладки: остающи-
еся — из меди или съемные — из жаростойкой стали. Для увеличе-
ния высоты шва свариваемые листы располагают под. углом 10° к
горизонтали. При многослойной сварке применяют пЬисадочную
проволоку ЛК62-05, а в качестве флюса — прокаленную буру. Пе-
ред нанесением последующего шва тщательно очищают от шлака i
предыдущий слой наплавленного металла. j
Значительная жидкотекучесть расплава латуни затрудняет ее ,
сварку в горизонтальном и вертикальном положениях.
в вертикальном положении расход ацетилена уменьшают до
35 ...40 дм3/ч, а диаметр проволоки — на 1 мм по ср
значениями этих показателей при сварке в нижнем п
Временное сопротивление металла шва, сварение:
кальном: положении, на 15...20 % ниже, чем при сварке в нижнем .
положении, вследствие появления мелких пор. Для
При сварке
ывнению со г
: эложении. i
го в верти-
уплотнения ;
металла и улучшения его механических свойств проводят проков- i
ку шва, причем при содержании в латуни менее 60 % Си ее вы-
ее высоком
полняют при температуре 923 К, тогда как при бол
содержании меди латунь проковывают в холодном состоянии. После
проковки осуществляют отжиг при температуре 873...
следующим охлаждением для получения мелкозернт
гуры и снятия наклепа.
Газовую сварку бронз проводят при исправлении дл^ектов ли-
тья, ремонте бронзовых литых изделий, наплавке и •
мышленпости получили распространение оловянные к
ные бронзы. В зависимости от состава бронзы могут зыть литей-
ные и деформируемые, т.е. обрабатываемые давлением
923 К с по-
стой стру ic-
т..
[ С
д. В про-
езоловян-
ПО
Оловянные бронзы в качестве основной легирующей добавки
содержат 3... 14 % Sn (иногда до 20 %), а также в их состав могут
входить фосфор, цинк, никель и другие легирующие элементы.
Наличие в бронзе олова значительно снижает температуру плав-
ления сплава и расширяет интервал между температурами начала
и окончания его кристаллизации.
При сварке оловянной бронзы обогащенная оловом легко-
плавкая часть сплава под действием объемных изменений и выде-
ляющихся в шве газов перемещается к поверхности шва. Это при-
водит к появлению выступов из мелких и крупных застывших ка-
пель, в которых содержание олова может достигать 15... 18 %. В ре-
зультате механические свойства бронзы ухудшаются настолько,
что деталь может разрушиться под действием собственного веса
еще в процессе сварки. Для предотвращения этих явлений деталь
медленно охлаждают в песке или асбесте.
Оловянные бронзы сваривают только нормальным пламенем,
так как окислительное пламя вызывает выгорание олова, а из-
быток ацетилена увеличивает пористость, связанную с раство-
рением водорода в металле шва. Расход ацетилена составляет
70... 120 дм3/ч.
Металл расплавляют концом восстановительной зоны пламе-
ни, располагая его ядро на расстоянии 8... 10 мм от поверхности
ванны. При сварке литых деталей из бронзы применяют местный
или общий подогрев до температуры 773...873 К для уменвшения
сварочных напряжений и деформаций. Его проводят в печах, гор-
нах или пламенем горелки. Пламя при сварке должно быть «мяг-
кое», т.е. давление кислорода нужно снизить для предупреждения
«раздувания» жидкого металла ванны.
Кромки завариваемых дефектов тщательно зачищают и скаши-
вают под углом 30...45’ с притуплением 3...4 мм. Во избежание
протекания металла с обратной стороны устанавливают подклад-
ку из асбеста или графита; при необходимости обратную сторону
шва подформовывают смесью из огнеупорной глины, песка и жид-
кого стекла.
Сварку проводят только в нижнем положении, так как повора-
чивать деталь, нагретую до температуры выше 623 К, нельзя вви-
ду опасности ее разрушения.
Присадочная проволока должна бытв выполнена из бронзы,
близкой по составу к свариваемому металлу. Желательно иметь
присадочную проволоку диаметром 5... 12 мм, содержащую до 0,4 %
Si в качестве раскислителя. Если допустимо различие по цвету
металла шва и основного металла, то в качестве присадочного
материала можно применять проволоку из латуни указанных выше
составов.
Хорошие результаты обеспечивает сварка оловянных бронз с
использованием проволоки из оловянной бронзы с добавлением
111
нз применяют те же флюсы, что и при
фосфора. При сварке брсн
сварке латуней.
Для улучшения механических свойств и структуры металл;
асвар-
ного соединения деталь после сварки подвергают отжигу при тем-
пературе 1023 К и послед;тощему охлаждению в воде до теипсра-
. В зависимости от размеров детали вы-
тжига составляет 3...5 ч, а скорость на-
туры 873 ...923 К (закалке';
держка при температуре с
грева — не более 100 К/ч.
Безоловянные бронзы можно сваривать как дуговым, та:
зовым способами. Эти брс!
рующих элементов марг<
к и га-
клети- -
нзы содержат в качестве основны
нец и никель, реже — цинк, железо, '
олово, алюминий. Они ко'эрозионно-устойчивы, имеют бла,
ства, износостойки и хорошо сварива-
гопри- ;
•рт (как
пилена
'спользуют одинаковые флюсы. Детали
штельно подогревают до температуры
и действию низких температур, немаг-
ятные механические свой'
ются. Наличие в них кремния и марганца улучшает свариваемость,
так как кремний образует защитную пленку шлака, повыша
и марганец) жидкотекучесть металла шва и смачиваемость им
кромок при сварке.
Сварку проводят нормальным пламенем с расходом аце
100... 150 дм3/ч. Химический состав присадочной проволоки такой
же, как у основного меняла, или близкий к нему. При сварке
бронзы, меди и латуни и
сложной формы предвар
573...623 К. После сварки целесообразно провести отжиг и за-
кал ку.
Алюминиевые бронзы широко распространены в маш и ностро- ;
ении. Они содержат желе: о, марганец, никель и до 10 % А1, обла-
дают хорошими механиче зкими и антифрикционными свойства-
ми, устойчивы к коррозиг
нитны, хорошо штампуются. Легирование их железом, марганцем
и никелем улучшает механические, технологические и антикор-
розионные свойства; никель повышает их жаростойкость.
Сварка алюминиевых бронз затруднена вследствие образова-
ния тугоплавкого оксида глюминия АБО3, для удаления которого
следует применять флюсь
вых сплавов. Лучшие резуз ьтаты обеспечивает аргонодуговая свар-
ка, поэтому газовую сварю
догреве металла до темпер;
ряется, хотя его можно проводить и без подогрева.
Присадочный металл должен содержать не более 5 % А1. Реко-
мендуется флюс АФ-4А, г
сплавов; применяется «мягкое» нормальное пламя; расход ацети-
лена составляет от 100... 150 дм3/ч (при сварке с подогревом) до
125... 175 дм3/ч (без него)
мальной. Пленку оксида а.т
газовой сварке временное сопротивление сварного соединения
составляет 320...4(10 МПа.
используемые при сварке алюминие-
у применяют как исключение. При по-
атуры 623...673 К процесс сварки уско-
спользуемый при сварке алюминиевых
Скорость сварки должна быть макси-
люминия удаляют концом прутка. При
112
9.3. Сварка алюминия и его сплавов
К газовой сварке алюминиевых сплавов прибегают крайне ред-
ко, в основном при ремонте. На поверхности свариваемого алю-
миния образуется тугоплавкая пленка оксида А12О3, температура
плавления которой составляет 2333 К. Оксид алюминия, имею-
щий более высокую плотность, чем основной металл, может ос-
таваться в металле шва в виде включений между кристаллитами,
существенно снижая прочность и пластичность сварного соедине-
ния. Полное удаление А12О3 из наплавленного металла — основ-
ная задача при получении высококачественного сварного соеди-
нения алюминия и его сплавов. Для этой цели применяют специ-
альные флюсы. Из всех способов сварки алюминия и его сплавов
посредством плавления наилучшие результаты обеспечивают ар-
гонодуговая сварка в непрерывном, а для тонкого металла — в
импульсном режиме и плазменная сварка. Алюминий и его спла-
вы хорошо свариваются контактной, точечной и шовной сваркой.
При сварке алюминия и его сплавов следует учитывать следую-
щие особенности этих материалов:
• относительно низкую температуру плавления и высокую теп-
лопроводность, что требует точного дозирования количества вво-
димой в ванну теплоты;
• высокое химическое сродство алюминия к кислороду и обра-
зование тугоплавкого оксида алюминия, затрудняющего сварку;
• значительное линейное расширение при нагреве, вызываю-
щее деформации и остаточные напряжения;
• пониженную прочность при высоких температурах сварки;
• повышенную вязкость расплавленного металла, затрудняю-
щую формирование сварного шва.
Для сварки технического алюминия, содержащего не более 0,6 %
как Fe, так и Si, применяют присадочную проволоку из чистого
алюминия, а лучше из сплава АК5 или АМц. При сварке алюми-
ниево-марганцевых сплавов используют проволоку из сплава того
же состава, что и у основного металла, или из сплава АК5. Прово-
лока АК5 при сварке металла толщиной около 1 мм позволяет
получать соединение, равнопрочное основному металлу.
Сварку алюминиево-магниевых сплавов проводят, применяя
проволоку AM г с повышенным содержанием магния с целью сни-
жения температуры плавления присадочного материала и повы-
шения временного сопротивления наплавленного металла. Исполь-
зование при сварке алюминиево-магниевых сплавов проволоки
того же состава, что и у основного металла, ухудшает механичес-
кие свойства наплавленного металла по сравнению с таковыми у
исходного материала.
При сварке сплавов системы алюминий —магний —кремний,
склонных к образованию кристаллизационных трещин, рекомен-
113
для тавровых и ут-
разделки кромок —
дуется применять следующие виды проволоки
ловых соединений — АК5; для стыковых без
АК10.
Для сварки разнородных алюминиевых сплавов используют про-
волоку АК5, литейных алюминиевых сплавов (заваривание тре-
щин, пороков литья и др.) — проволоку из СП.’
шего собой основной металл (АК5 и СвАК12).
i Для сварки алюминиевых сплавов различно)
мышленность выпускает ряд флюсов на базе галоидных солей,
щелочных и щелочно-земельных металлов.
Флюс наносят на присадочную проволоку и
стью; можно погружать конец проволоки в разведенный флюс. После
тщательной зачистки и прихватки кромок их покрывают слоем
флюса шириной в 3 раза большей ширины шва. Остатки флюса
удаляют после сварки промыванием в горячей и холодной воде,
предварительно зачистив место сварки металлической щеткой. Сва- ’
ривать соединения внахлест не рекомендуется ввиду трудности пос-
дедующего удаления остатков флюса, попавше)
При газовой сварке металла толщиной до
стыковое соединение с отбортовкой кромок и зазором до I мм, -
Часто отбортовку проводят только у одной кромки. При толщине )
Металла до 1 мм зазор нс требуется. Высота отбортовки равна 2 — 3
значениям толщины свариваемого металла. При таком способе со-
единения повышается жесткость конструкции и уменьшается ко- <
робление металла при сварке. Отбортовка должна полностью рас-
плавляться при сварке шва.
При толщине металла, достигающей 4 мм, проводят сварку’
встык со скосом и без скоса кромок, а при большей толщине
(5... 20 мм) — с односторонним скосом под углом 30... 35 °. Сварку
осуществляют с одной стороны, а с другой накладывают подва- .
фочный шов. Зазор в зависимости от толщины металла составляет-
.,5... 5 мм, а притупление кромок — 1,5... 2 мм. При толщине ме-:
талла более 20 мм выполняют двусторонний скор кромок при тех
же углах скоса, зазорах и притуплении.
Расход ацетилена, дм3/ч, зависит
лава, представляю-
го назначения про-
кромки чистой ки-
го в зазор.
2,5 мм выполняют
от толщины металла:
"олщина ме-
талла, мм...... 1,5 1,5...3 3...5
Расход
ацетилена,
дм3/ч........ 50...100 100...200 200...400
5...10 10.. .15 15...25
400...700 700...1200 900...1200
Значительный избыток ацетилена приводит к пористости шва,
поэтому используют нормальное или слегка науглероживающее
пламя. Его ядро должно находиться на расстоянии 3...5 мм от по-
верхности ванны. Угол наклона пламени к поверхности листового
металла в начале сварки должен быть равен 90°, а затем его умень-
14
шают до 20...45°. При сварке отливок из алюминиевых сплавов
этот угол по мере прогрева изделия снижают до 45 ...60’. Приса-
дочную проволоку держат под углом 40...60° к поверхности ме-
талла. При его толщине менее 5 мм применяют левый способ свар-
ки, при большей толщине — правый.
Сварку следует проводить в нижнем положении, в исключи-
тельных случаях — в горизонтальном и вертикальном. Не допуска-
ется потолочное положение швов. Сварку нужно выполнять быст-
ро и по возможности непрерывно. Многослойных швов необходи-
мо избегать, так как их наложение приводит к повышению пори-
стости металла шва.
Сварку литых деталей из силумина осуществляют с общим или
местным подогревом до температуры 623...673 К, из других алю-
миниевых сплавов — до 523...573 К.
Трещины разделывают до получения необходимого угла рас-
крытия; заваривание проводят от середины трещины к ее концам.
На концах трещин должны быть просверлены отверстия. Длинные
трещины заваривают участками длиной 60... 70 мм.
Охлаждение отливки после сварки должно быть медленным,
поэтому ее закрывают асбестом или засыпают песком. Для прида-
ния шву мелкозернистой структуры и устранения внутренних на-
пряжений литые изделия после сварки подвергают отжигу в печи
при температуре 573... 623 К в течение 2...5 ч с последующим мед-
ленным охлаждением.
9.4. Сварка магниевых сплавов
Магниевые сплавы имеют малую плотность — (1,76... 1,8)-103 кг/м3
и хорошие прочностные свойства (временное сопротивление
210...340 МПа). Их температура плавления составляет 733...923 К,
температура плавления чистого магния — 923 К.
Магниевые сплавы подвержены коррозии во влажной среде,
особенно в морской воде. Для защиты от коррозии при атмосфер-
ных условиях их покрывают лаками, красками и оксидными плен-
ками. Кислород активно взаимодействует с магнием, образуя ок-
сид MgO, менее прочный, чем пленка оксида алюминия.
В промышленности широко используют деформируемые маг-
ниевые сплавы (типа МА) и реже — литейные (типа МЛ).
При сварке магниевых сплавов приходится учитывать такие их
свойства, как более низкая теплопроводность, чем у алюминие-
вых сплавов (что требует применения менее мощного пламени),
и близость температуры воспламенения к температуре плавления.
Для предупреждения возгорания магния ванну и околошовную
зону шириной 30 мм (по обе стороны шва) защищают слоем флю-
са, растворяющего пленку оксида магния.
115
Литейные сплавы магния с кремнием (МЛ1) имеют невысо-
кую прочность и низкую коррозионную стойкость, но хорошо
соединяются с помощью газовой сварки.
В сплавах системы магний —марганец (МЛ2, МА1) не образу-,
ется кристаллизационных трещин при сварке, но для сварных’
соединений характерны низкая прочность и малая пластичность
вследствие образования крупнокристаллической структуры в око-
лошовной зоне.
Сплавы МА8 имеют мелкозернистую структуру и достаточно;
хорошие механические свойства, но склонны к образованию кри-;
сталлизационных трещин. Для предотвращения этого процесса при!
сварке применяют присадочную проволоку с повышенным со-
держанием легирующих компонентов.
Сплавы магния, содержащие цинк, ограниченно поддаются
сварке.
Сварку магниевых сплавов следует проводить с максимально;
возможной скоростью, обеспечивающей достаточную скорость;
охлаждения и предупреждающей появление, трещин. Наилучшие!'
результаты получают при однопроходной сварке.
В качестве присадочного материала используют проволоку из
сплава того же состава, что и у свариваемого металла, которую!
перед сваркой обезжиривают и подвергают травлению в 20 %-ном;
растворе азотной кислоты. Диаметр проволоки такой же, как и;
при сварке алюминиевых сплавов.
Для сварки применяют флюсы, содержащие хлористые и фто-
ристые соединения.
Сварку проводят, как правило, встык; вы:
угловые и нахлесточные соединения не реком।
шине металла до 1,2 мм осуществляют отбор
толщине до 3 мм сварку проводят без скоса кромок, с зазором до
2 мм. Если толщина металла превышает 3 мм, то необходима
V-образная разделка кромок с углом скосе. 30...35°, зазором
1,5...6,0 мм и притуплением 1,5... 2,5 мм в зависимости от толщи-
ны металла.
Перед сваркой поверхность кромок должна б ять тщательно обез-
жирена и очищена от пленки оксидов. Ее следует удалять механи-
ческим или химическим способом.
Расход ацетилена при толщине металла 1
150 дм3/Ч) ПРИ толщине 5...6 мм — 300 дм3/ч.
держать небольшое избыточное количество ац
правляют к поверхности металла под углом, составляющим около
10°. Применяют только левый способ сварки, без поперечных ко-
лебаний горелки. Ядро пламени должно отсто
ванны на 1,5...3,0 мм.
Проволоку нельзя погружать в сварочную' ванну во избежание
загрязнения последней пленками оксидов. После заваривания де-
116
полнять тавровые,
ендустся. При тол-
товку кромок; при
L...2 мм составляет
. Пламя должно со-
;;тилена. Пламя на-
ыть от поверхности
фектов отливки подвергают отжигу. При газовой сварке магние-
вых сплавов сварные соединения уступают по своим механичес-
ким свойствам основному металлу.
9.5. Сварка никеля и его сплавов
Технический никель в зависимости от его марки содержит
99,8 ...97,6 % чистого никеля. В холоднотянутом состоянии его вре-
менное сопротивление составляет 800...900 МПа, в отожженном —
450...520 МПа, относительное удлинение — 35 ...40 %. Температу-
ра плавления никеля равна 1725 К, температура горячей обработ-
ки составляет 1373... 1473 К, а температура отжига — 1053... 1123 К.
Литейная усадка равна I %. Благодаря высокой прочности, плас-
тичности, ковкости, химической стойкости и другим свойствам
никелевые сплавы находят широкое применение в химическом
машиностроении и других отраслях промышленности.
Наиболее вредной примесью в никеле является сера. Ее содер-
жание в никеле марки НО ограничивается 0,005%, марки Н1 —
0,01 %. Свинец нерастворим в никеле, и поэтому при его содержа-
нии, составляющем даже тысячные доли процента, никель при-
обретает красноломкость.
Использование никеля в качестве легирующей добавки в спла-
вах резко улучшает их механические и технологические свойства.
К таким сплавам относятся никелевые бронзы (никель — медь),
никелевые латуни (никель — медь — цинк), нихромы (никель —
хром), кислотоустойчивые сплавы (никель — молибден — желе-
зо) и др.
Никель и его сплавы удовлетворительно свариваются с помо-
щью газовой сварки. Основные затруднения при осуществлении
этого процесса состоят в следующем.
Вследствие поглощения газов жидким металлом и резкого
уменьшения их растворимости в момент кристаллизации возмож-
но появление пор в наплавленном металле.
В процессе сварки образуется тугоплавкий оксид никеля с тем-
пературой плавления 1923... 1933 К. Для его удаления применяют
флюсы следующего состава, %: 1) прокаленной буры — 100;
2) прокаленной буры — 25; борной кислоты — 75; 3) борной кис-
лоты — 50, прокаленной буры — 30, поваренной соли — 10, угле-
кислого бария — 10. Применяют флюсы и более сложного соста-
ва, дополнительно содержащие хлористые соединения магния,
марганца, лития и кобальта, феррованадий и титановый концен-
трат.
Листы никеля толщиной до 1,5 мм сваривают с отбортовкой
кромок, без присадочного металла, толщиной до 4 мм — встык,
без скоса кромок. При большей толщине листов выполняют одно-
117
сторонний скос кромок под углом 35...45°. Следует избегать
хлесточных соединений ввиду значительных деформаций никеля j
при нагреве. Перед сваркой листы скрепляют прихватками 1
каждые 100... 200 мм. Сварку проводят участками, обратностуден-
чатым способом. Пламя должно иметь нормальный характер
содержать небольшое избыточное количество ацетилена. Пр-
иять пламя с избытком кислорода нельзя во избежание пог 1
ния пор и повышения хрупкости наплавленного металла.
Расход ацетилена составляет 140...200 дм3/ч. При сварке
нель-металла (25 % Си, 68 % Ni, 1,5% Ми, 2,5 % Fe), обладаю- 1
щего высокой стойкостью к окислению при температурах до 823 К, 1
расход ацетилена 100дм3/ч. 1
Диаметр присадочной проволоки выбирают равным половине |
толщины листов. Она должна иметь такой же состав, как и свари- 1
ваемый металл. Рекомендуется использовать проволоку из ни селя I
с примесью Мп (до 2%) и Si (до 0,2%). д
Временное сопротивление сварного соединения составляет $
260...280 МПа; угол изгиба достигает 90°. j
Сплав нихром (75...80 % INi, 15... 18 % Сг, 1,2... 1,4 % Мп) ииеет |
низкую теплопроводность и температуру плавления 1663 К.
его сварке на поверхности ванны образуется тугоплавкая гои
•оксида хрома, которую необходимо удалять. Сварку нихрома про- •
водят с максимальной скоростью, без перерывов, так как
вторная или многослойная сварка способствует образованию
шин, появлению крупнокристаллической структуры и склон:
|ти соединения к межкристаллитной коррозг:
(составляет 50...70 дм3/ч.
I Применяют флюс-пасту следующего состава, %: буры —
Борной кислоты — 50, хлористого натрия (или фтористого
вшя) — 10. Указанные компоненты разводят водой.
I В качестве присадочного материала используют проволок
Ьихрома марки ЭХН-80 или полоски, нарезанные из свари вас
го металла, шириной 3...4 мм, со скругленными кромками. После 1
ртжига сварное соединение имеет времещ
Б50...450 МПа.
на
ерез 'j
ИЛИ *
-1М6-
вле-
мо- з
ГГри |
енка я
и. Расход ацети.
по-
гре-
тое-
пена
40.
ка-
У из
:МО-
ное сопротивление
Контрольные вопросы
1. Что затрудняет сварку цветных металлов и и< сплавов?
2. Какие примеси неблагоприятно влияют на газовую сварку мег
3. Какой тип газового пламени используют при сварке меди?
4. С какой целью проводят проковку шва после сварки?
5. Каковы особенности процесса газовой сварки алюминия, ухудша-
ющие свойства сварных соединений?
6. Какие флюсы применяют при газовой сварке алюминия?
7. Какими приемами предупреждают возгорание магния при газовой
; варке?
и?
18
ГЛАВА 10
ГАЗОПРЕССОВАЯ СВАРКА
10.1. Сущность процесса и области применения
Газопрессовая сварка представляет собой процесс соединения
металлов в пластическом состоянии. Место сварки нагревают мно-
гопламенной горелкой до температуры перехода металла в это
состояние, а затем свариваемые элементы сжимают внешним уси-
лием, действующим по их оси в процессе нагрева либо по его
завершении.
Нагревательное пламя может быть направлено или перпенди-
кулярно внешней поверхности деталей, в зазор между их торца-
ми, или перпендикулярно торцам. Схемы различных способов
газопрессовой сварки приведены на рис. 10.1 —10.3.
Сварку в пластическом состоянии выполняют двумя способа-
ми. Первый осуществляют при нагреве кромок до 0,8...0,9 темпе-
ратуры их плавления под постоянным давлением сжатия, которое
снимают по достижении установленной величины осадки, или
под переменным давлением: первоначально детали сжимают не-
большим осевым усилием, нагревают до заданной температуры
сварки, а затем давление сжатия повышают до максимального
значения, и детали свариваются при достижении установленной
величины осадки (см, рис. 10.1).
в
Рис. 10.1. Г&юпрсссовая сварка стерж-
ней и труб в пластическом состоянии:
а — стержни перед сваркой; б — на-
грев в пластическом состоянии иод
давлениемр,; в — осадка под давлени-
ем рг (рг > /д)
в
Рис. 10.2. Газопрессовая сварка
стержней и труб с оплавлением:
в — заготовки перед сваркой; б — на-
грев заготовок при наличии зазора
между ними; в — осадка заготовок под
давлением р
119
Рис.
в
10,3. Газопрессовая свар-
<а лгетев с оплавлением (обо-
ыепия см. па рис. 10,2)
Второй способ сварки — с оплав-1
лением — осуществляют путем нагре-'
ва деталей пламенем, направленным
в зазор между их торцами. Когда тор-,
цы начинают оплавляться, детали
сжимают, и они свариваются, а жид-
кий шлак в виде грата выдавливается;
наружу из стыка (см. рис. 10.2 и 10.3). ’
При сварке с оплавлением необхо-^
дима более высокая тепловая мощ--
ность пламени, но этот способ не-
требует предварительной обработки и
подгонки кромок, а качество
го соединения выше, чем прй сварке
первым способом.
Основными достоинствами газо-
прессовой сварки являются зысокая
производительность, низк
имость, возможность мехам
процесса, относительная простота тех- '
сварно-
ЗН;
дя сто-,
изации
голбггф сварки и сварочного оборудования, отсутствие пе-
ли
тых
высоко^ качество стыковых соединений стержней любой формы и
труб
3 М'
ye-
требно-
свароч-
ощных источниках электроэнергии, автономность
'ановок (что позволяет применять их в полевых условиях),'
вф
цик|ов
на|стоядще время газопрессовой сварке отдают предпЬчтение:
ремонте деталей подвижного состава на железнодо
спорте. За рубежом она широко используется при возведении
ужений в сейсмически активных районах.
’В
при
кобр;
зможность достаточно быстро подготовить операторов-свар-
,тля выполнения сварки деталей определенного сортамента.
ПОЖНОМ
1(1.2. Оборудование и технология газопрессовой свархи
'Прессовую сварку осуществляют на специальных станках,:
щных устройствами для закрепления свариваемых деталей,
змом их сжатия при сварке и нагревательными многопла-
г. 130
оснащс
механи
пенными горелками, форма и размеры головок которых соответ-
ствуют
MCHTI
их м
н
пая
зо
< мет
(,75.
20
профилю и размерам поперечного сечения свариваемых эле-
Инжекторные и безынжекторные горелки в зависимости от
ов.
: зщ гости могут быть снабжены одним или двумя стволами,
а р
тс. 10.4 представлена одноствольная кольцевая ацетилено-
горелка серии КГ для нагрева и сварки труб диа
170 мм с толщиной стенки 3... 14 мм и круглых стерж
ром 30... 120 мм. Горелка обеспечивает расход ацетилена
3 м3/ч. Варьируя давление кислорода перед горелкой в пре-
lметром
: гей ди-
.1
675
Рис, 10.4. Одноствольная кольцевая ацетиленовая горелка серии КГ
для нагрева и сварки труб;
/ — зажим для крепления горелки к станку'; 2 — неподвижная половина нако-
нечника; 3 — мундштук; 4 — подвижная половина наконечника; 5 — рукоятка
для разъема наконечника; 6— ствол; 7 — каркас
делах 200...500 кПа, можно изменять режим (скорость) нагрева
стыка. Объем охлаждающей воды равен 0,05 дм3 на 1 дм3 ацетилена.
Расстояние между осями сопел, ввернутых в камеры головки го-
релки, составляет 6...7 мм. Диаметр кольцевой головки выбирают
в соответствии с диаметром свариваемых труб и стержней.
Разработаны также полукол ьцевые горелки серии ПКГ, конст-
рукция которых показана на рис. 10.5. Их используют для сварки
труб диаметром 174... 299 мм с толщиной стенки 7... 14 мм. Обес-
печиваемый ими расход ацетилена составляет 7,5...25 м3/ч. Каж-
дая полукольцевая горелка имеет свой ствол, что повышает теп-
ловую мощность нагревательного пламени. Выпускают также го-
релки серии МГ-8ПГ для нагрева стержней квадратного сечения.
Для газопрессовой сварки разработаны станки различной мощ-
ности в соответствии с осадочным давлением, определяемым мак-
симальным сечением свариваемых деталей. Свариваемые элемен-
ты зажимают и осаживают ручным, пневматическим или гидрав-
лическим способом. На станках с ручным приводом выполняют
сварку деталей с площадью поперечного сечения не более 1000 мм2.
Усилие, необходимое для зажатия деталей, должно превышать
усилие для осадки примерно в 2 раза.
Для сварки более крупных деталей с площадью поперечного
сечения 1000...6000 мм2 применяют станки с ручным или пнев-
матическим способом зажатия, оборудованные пневмоприводом
121
1
7
Рис. 10.5. Полукольце пая горелка серии ПКГ:
/ — сварное полукольцо головки; 2 — трубка для подвода горючей смеси; 3 —
смесительная камера; 4— трубки водяного охлаждения; 5— вентиль кислорода;
6— корпус; 7 — штуцер для ацетилена; 8— штуцер для кислорода; 9 — ниппели
для воды; 10 — мундштуки
для осадки. Более крупные станки имеют гидравлическую систему
зажатия и осадки деталей при сварке. Горелка в процессе сварки
перемещается вдоль оси свариваемых деталей ручным или меха-
ническим приводом в обе стороны от места сварки.
На рис. 10.6 показан станок МГСП-15/160, предназначенный
для газопрессовой сварки труб и стержней на машиностроитель-
ных заводах и стройплощадках. На раме 4 укреплены зажимы 1
(неподвижный) и 3 (подвижный), между которыми находится го-
релка 2. Станок имеет пневматический мембранный силовой при-
вод 5, расположенный в нижней части рамы, В пространство меж-
ду двумя двойными мембранами привода с помощью пятипози-
циОнного распределительного пневмокрана подается воздух под
давлением до 600 кПа. Раздвигаясь, мембраны действуют на рыча-
ги б и 7, а те передают усилие зажимам 1 и 3. При этом детали
сначала зажимаются, а затем (при дальнейшем ходе мембран)
осаживаются вследствие перемещения подвижного суппорта с
зажимом 3 в горизонтальном направлении.
Станок снабжен пультом управления, пневмотурбинкой для
продольного колебательного перемещения горелки, автоматиче-
122
Рис. 10.6. Станок МГСП-15/160 для газопрессовой сварки:
/ — неподвижный зажим; 2 — горелка; 3 — подвижный зажим; 4 — рама; 5 —
пневматический мембранный силовой привод; б, 7 — рычаги
ским ограничителем величины осадки, обдувочным устройством
для охлаждения зажимов (автоматически включающимся при за-
жигании горелки), сдвоенным газовым рубильником для кисло-
рода и ацетилена. Станок позволяет осуществлять сварку при оса-
дочном давлении 20...40 МПа. При сварке труб диаметром 159 мм
с толщиной стенки 8 мм объем воздуха, расходуемого на один
стык, составляет 0,35 м3, ацетилена — 0,15 м3, кислорода — 0,15 м3,
воды — 7 дм3, продолжительность нагрева стыка — 80 с.
Для получения высококачественного сварного соединения при
газопрессовой сварке необходимо соблюдение следующих задан-
ных параметров технологического процесса: температуры нагре-
ва, давления и величины осадки, мощности и состава пламени,
амплитуды колебаний горелки вдоль оси изделия. Основные из
этих параметров — температура нагрева и давление осадки.
Так, при сварке низкоуглеродистой стали необходимо, чтобы
температура нагрева составляла 1453... 1533 К, давление осадки
при сварке труб — 20...35 МПа, а при сварке сплошных сече-
ний — 25 МПа. При сварке труб из низколегированной стали дав-
ление осадки принимают равным 50...60 МПа, а из хромонике-
левой аустенитной стали типа 12Х18Н9Т — 100... 120 МПа.
Величина осадки при сварке труб с толщиной стенки 3 равна
(1,0... 1,3)3, а при сварке сплошных стержней диаметром d — 0,3 г/.
При недостаточной осадке прочность сварного соединения сни-
жается вследствие неполного удаления пленки оксидов металла
из зоны сварки.
Расход ацетилена, необходимый для прогрева 1 мм2 поперечного
сечения стыка, составляет при сварке труб 1,8...2,2 дм3/ч, при свар-
123
кс стержней — 1,0...2,5 дм3/ч. Для ослабления процесса окисления
металла в стыке пламя горелки должно содержать избыток ацетиле-
на (5...8 % по сравнению с нормальным пламенем). Это вызвано
тем, что при газопрессовой сварке восстановительная газовая среда
в зоне сварки может быть обеспечена только при достаточном рас-
стоянии между ядром пламени и поверхностью металла, а это воз-
можно лишь при некотором избытке ацетилена в газовой смеси.
Для газопрессовой сварки характерны равномерный постепен-
ный нагрев, надежная зашита нагреваемого металла факелом пла-
мени от действия кислорода воздуха, однородный состав металла
в месте сварки, осуществление последующей механической и тер-
мической обработки, что обеспечивает высокую прочность свар-
ного соединения, временное сопротивление которого при соот-
ветствующих условиях выполнения сварки, как правило, выше,
чем у свариваемого металла. Пластичность сварных стыков после
проведения проковки и нормализации не ниже, чем у основного
металла. При испытании на воздействие вибрации пределы вы-
носливости для сварных образцов и образцов из основного метал-
ла почти одинаковы.
При сварке в пластическом состоянии для обеспечения равно-
мерного нагрева всего сечения стыка кромки свариваемых дета-
лей скашивают под углом 6... 15°. При сварке труб с толщиной
стенки 3,5... 8,0 мм угол скоса кромок составляет 10... 15°. Это обес-
печивает провар всей толщины стенки трубы и предупреждает
образование значительного утолщения стенки на внутренней по-
верхности трубы.
Кромки тщательно очищают от ржавчины, окалины, масла,
краски и прочих загрязнений. Свариваемые детали центрируют от-
носительно друг друга (несовпадение кромок не должно превы-
шать 1... 1,5 мм), надежно зажимают на станке и подвергают пред-
варительному сжатию. Необходимую величину осадки устанавли-
вают заранее. Затем зажигают пламена горелки, регулируют ха-
рактер пламени, обеспечивают правильное положение пламен
относительно поверхностей свариваемых деталей и нагревают стык.
ной,
Когда деформация кромок сжатых деталей становится замет-
начинают выполнять колебательные движения
горелкой
(одно-два движения в секунду) в обе стороны от стыка с ампли-
тудой 10... 12 мм, равномерно прогревая металл около шва. При
нагреве до появления тонкой пленки плавящегося металла детали
сжимают, пока не будет обеспечена заданная величина осадки.
Затем горелку гасят, стык охлаждают на воздухе, после чего его
подвергают нормализации, нагревая той же горелкой до темпера-
туры 1123... 1223 К с последующим охлаждением на воздухе.
Наиболее часто встречающимся дефектом газопрессовой свар-
ки является непровар в стыке вследствие слабого нагрева, нерав-
номерного распределения теплоты по всему сечению стыка и не-
124
достаточного осадочного давления. Посторонние включения в стыке
(ржавчина, окалина и загрязнения) также вызывают непровар и
снижают прочность сварки.
При чрезмерно продолжительном нагреве возможны перегрев
металла, рост зерна в околошовной зоне и, как следствие, пониже-
ние пластичности и ударной вязкости сварного соединения. Пере-
пев можно устранить последующей нормализацией области сварки.
Пламя с избытком кислорода приводит к появлению в шве
большого числа включений оксидов и снижению прочности со-
единения.
Следствием неточного центрирования деталей являются вза-
имное смешение и перекос свариваемых стержней, полос или
труб.
При сварке с оплавлением на усадку и оплавление предусмат-
ривается припуск 15...20 мм. Тщательной подготовки торцов сва-
риваемых стержней не требуется. Они могут быть получены с по-
мощью кислородной резки. Остатки шлака и оксидов после резки
тщательно удаляют зубилом, проволочной щеткой и шлифоваль-
ным камнем. Стержни сближают до соприкосновения, зажигают
горелку, регулируют характер и положение пламен, а затем начи-
нают нагрев стыка. В его верхней части пламя несколько прибли-
жают к поверхности. Нагревая стык, горелку перемещают вправо
и влево на расстояния, равные диаметру свариваемых стержней.
Сначала число движений в минуту составляет 20 — 25, а затем воз-
растает до 50 — 60.
Стержни, нагретые до температуры 1373 ...1473 К (оранжево-
желтый цвет пламени), раздвигают на расстояние 15...20 мм, в
образовавшийся зазор направляют пламена и оплавляют торцы
стержней. При этом вместе с жидким металлом с поверхности
торцов стекает шлак. Затем, не отводя горелку, стержни сжимают
под давлением 30... 35 МПа. Сжатие прекращают по достижении
заданной величины осадки.
Для повышения пластичности и ударной вязкости металла ме-
сто сварки вновь нагревают до температуры 1423 К, срубают утол-
щение (грат) и проковывают область сварного соединения. Если
техническими условиями предусмотрена термообработка стыка
(нормализация, отжиг), то ее проводят в режиме, установленном
для данной марки стали.
Контрольные вопросы
1. Каковы достоинства газопрессовой сварки?
2. Какой тип пламени используют при газопрессовой сварке?
3. Назовите численные значения основных параметров газопрессовой
сварки.
4. Какие дефекты могут возникнуть при газопрессовой сварке?
5. Опишите технологию газопрессовой сварки оплавлением.
РАЗДЕЛ Ш
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПАЙКА, НАПЛАВКА
И ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
ГЛАВА 11 |
ПАЙКА МЕТАЛЛОВ 1
11.1. Сущность процесса и области применения ]
Пайкой называется технологический процесс получения не- ]
разъемных соединений металлов в нагретом состоянии посред- |
ством расплавления более легкоплавкого, чем соединяемые ме- 1
таллы, сплава, называемого припоем. При пайке соединяемые |
части не расплавляют, а нагревают до температуры, которая не- j
сколько выше температуры плавления припоя, но ниже темпера- I
туры плавления соединяемых металлов. 1
Пайка представляет собой сочетание нескольких процессов: 1
• нагрева основного металла до температуры расплавления при- 1
поя; J
• плавления припоя; 1
• взаимной диффузии припоя и паяемого металла; 1
• металлургической обработки припоя и кромок паяемого ме- 1
талла; |
• кристаллизации металла шва; 1
• взаимодействия припоя с паяемым металлом и возникнове- 1
ния межкристаллитных форм связи.
Таким образом, пайка — это довольно сложный и многообраз- J
ный процесс. !
Существенную роль при пайке играют процессы диффузии, |
при протекании которых образуется твердый раствор основного
металла в припое или химическое соединение металла и припоя. ?
Предпочтительнее образование твердого раствора, так как он по- i
вышает вязкость и коррозионную стойкость паяного соединения. ;
Диффузия происходит на границе твердой и жидкой фаз и носит :
неоднородный характер. Как показали исследования, в результате
диффузии припой проникает в основной металл по границам его ‘
зерен. Глубина диффузии определяется видом припоя и основно-
го металла, а также режимом пайки, т.е. температурой и продол-
жительностью нагрева.
Пайка позволяет получать высококачественные соединения не
только однородных материалов, но и практически любых разно-
126
родных металлов и сплавов. Технологический процесс пайки в
ряде случаев более рационален по сравнению с дуговой сваркой
как с технической, так и экономической точки зрения. Поэтому
пайка нашла широкое применение при производстве множества
изделий, в том числе весьма ответственных (например, в само-
летостроении, специальном машиностроении, новых областях
техники).
В качестве источников теплоты при пайке используют газо-
кислородное и газовоздушное пламя, электронагрев в специаль-
ных печах и ваннах, пламенные печи, токи высокой частоты,
индукционный нагрев, паяльники и др. Однако мы ограничимся
рассмотрением пайки с нагревом только газовым пламенем.
Выделяют два основных вида пайки — высоко- и низкотемпе-
ратурную. Их основное различие состоит в температуре плавления
используемых припоев, которая при высокотемпературной пайке
составляет более 823 К, а при низкотемпературной не превышает
673 К.
Пайка высокотемпературными припоями обеспечивает более
прочное соединение, для которого временное сопротивление до-
стигает 500 МПа; при пайке низкотемпературными припоями эта
величина не превышает 700 кПа.
В состав высокотемпературных припоев входят сплавы меди,
цинка, кадмия и серебра, а основу низкотемпературных состав-
ляют свинец, олово и сурьма.
Хорошо паяются чугун, углеродистая и легированная стали, алю-
миний, медь, никель и их сплавы. Пайка — высокопроизводитель-
ный процесс, легко поддающийся механизации при массовом про-
изводстве. Она не вызывает изменения структуры основного метал-
ла, обеспечивает требуемую прочность и герметичность соедине-
ний.
К недостаткам пайки относятся возможность выполнения огра-
ниченного числа видов соединений (преимущественно нахлесточ-
ных), более низкая прочность и пластичность соединений по срав-
нению с аналогичными свойствами основного металла, необходи-
мость расходования дефицитных металлов (олово, серебро и др.),
наличие относительно строгих требований к подготовке деталей
под пайку.
11,2. Припои
Припои выпускают в виде проволоки, прутков, полос, фоль-
ги, порошковой проволоки, порошков, паст и т.д. К ним предъяв-
ляют следующие требования:
• их температура плавления должна быть на 50...60 К ниже,
чем у паяемого металла;
127
• необходимо, чтобы припой обладал высокой жидкотекучее- ;
тыо, хорошо смачивал поверхность паяемого металла и растекал-
ся по ней, проникая в зазор;
припой и основной металл должны взаимно диффундировать
и образовывать сплав;
• устойчивость к коррозии у припоя и основного металла должна
быть примерно одинаковой;
• необходимо, чтобы припой не был красноломким, а его
электропроводность и тепловое расширение были примерно та-
кими же, как у основного металла;
• при пайке разнородных металлов следует применять пластич-
ные припои;
• при выборе припоя необходимо учитывать требования,
предъявляемые к внешнему виду изделия;
• припой по возможности не должен содержать дорогостоящих
и дефицитных компонентов.
Все высокотемпературные припои, применяемые в промыш-
ленности, можно разбить на следующие группы: медные, медно-
цинковые (латуни), серебряные, медно-фосфористые.
Медные припои прочны и пластичны, но требуют высокой
температуры нагрева. Их применяют для пайки стали преимуще-
ственно в печах с защитной атмосферой. При газопламенной пай-
ке использовать их не следует ввиду возможности появления тре-
щин при восстановлении оксида меди водородом.
Медно-цинковые припои применяют при пайке стали, ’тугуна, брон-
зы, никеля, меди и медных сплавов. Лучшие результаты обеспечива-
ет припой марки ЛОК62-06-04. Состав, %, этого припоя таков: Си
60...63; Sn — 0,3...0,4; Si — 0,4...0,6; Zn — остальное. Еготемперату- ;
ра плавления 1178 К; временное сопротивление 450 МПа.
Кремний и олово в припое служат активными восстановителя-
ми, предохраняющими цинк от окисления и испарения. При вос-
становлении оксидов цинка кремний окисляется до кремнезема,
соединяется с флюсами и образует боросиликаты, которые всплы-
вают на поверхность жидкого металла, покры:
препятствующей окислению и испарению цинка. Олово способ-
ствует растеканию припоя по поверхности металла и улучшает
заполнение им зазоров.
С помощью припоя ЛОК62-06-04 получают плотный, беспори-
стый паяный шов с хорошими механическими свойствами. В про-
цессе пайки не происходит выделения паров оксидов цинка, что
улучшает условия труда в цехе. Этим припоем можно паять сосу-
ды, рассчитанные на давление до 2,5 МПа.
Серебряные припои кроме серебра содержат медь и цинк. Для
снижения температуры плавления таких припое з в них добавляют
кадмий, фосфор и другие элементы. Температу
ребряных припоев составляет 993... 1143 К. Их можно применять
128
вая его пленкой,
•ра плавления се-
j для пайки всех черных и цветных металлов, кроме алюминия и
цинка, имеющих более низкую температуру плавления, чем при-
пой. Получаемые швы обладают хорошими механическими свой-
ствами, устойчивостью к коррозии, а также воздействию изгиба-
; ющих, ударных и вибрационных нагрузок.
г Ассортимент серебряных припоев очень широк. В зависимости
I от содержания серебра выпускают припои марок от ПСр 10 до 1
1 ПСр70.
I Припой ПСр12 имеет следующий состав, %: Си — 36, Ag —
i 12, Zn — остальное. Температура плавления этого припоя 1058 К;
| временное сопротивление 185 МПа. Состав, %, припоя ПСр45
таков: Си — 30, Ag — 45, Zn— остальное. Температура его плавле-
: ния 993 К; временное сопротивление 300 МПа.
: Медно-фосфористые припои широко используются в электро-
промышленности и являются заменителями серебряных припоев
при пайке меди и латуни. Для пайки черных металлов они непри-
менимы, так как не смачивают поверхность спая и в пограничных
диффузионных слоях образуют хрупкие фосфиды железа. Непри-
годны они и для пайки деталей, работающих при ударных и виб-
рационных нагрузках. При пайке меди и латуни используют при-
пой ПСрМФ 15-80-5 следующего состава, %: серебро — 15, фос-
фор — 5, медь — остальное.
* Оловянно-свинцовые припои служат для низкотемпературной
i пайки. В зависимости от содержания олова пользуются припоями
! марок от ПОС90 (89...90 % Sn) до ПОС 10 (9... 10 % Sn). Применя-
1 ют также сурьмянистые припои марки ПОССу4-6 следующего
состава, %: Sn — 3...4, Sb — 5...6, Pb — остальное. Температура
плавления низкотемпературных припоев заключена в пределах от
? 496...456 К (ПОС90) до 550...456 К (ПОСЮ); их временное со-
( противление составляет 28...59 МПа. Наибольшее распростране-
j ние получили припои марок ПОС90, ПОС61, ПОС40 и ПОСЮ.
1 Что касается специальных припоев для пайки алюминия и его спла-
вов , то в качестве низкотемпературных припоев применяют спла-
; вы следующих составов, %: 1) Zn — 50, Sn — 45, Al — 5; 2) Zn —
1 20...25, Al — 2...6, Sn — остальное. Паянные низкотемператур-
ными припоями швы алюминия, склонные к коррозии, необхо-
димо покрывать защитными пленками.
Для высокотемпературной пайки алюминия используют при-
пои, содержащие не более 70 % А1 и представляющие собой трой-
ные сплавы Si —Си —А1 с температурой плавления 798 К следую-
щего состава, %: Si — 5,2...6,5; Си — 26...29; А1 — остальное.
Припой 34А, разработанный С.А. Лоцмановым получают сплав-
лением при температуре 923...973 К двух стандартных сплавов:
№ 1 (50...60% Си, остальное — А1) и Ne 2 (8... 14% Si, осталь-
ное — Al). Паяные швы алюминия, выполненные твердыми при-
поями, имеют удовлетворительную стойкость к коррозии.
5 Поле пой
129
11.3. Флюсы
ых деталей, улучша-
Флюс, наносимый на поверхность паяем
ет смачивание и сплавление основного металла и припоя. Флюс|
удаляет пленку оксидов, предохраняет металл от окисления и!
способствует затеканию припоя в зазор между паяемыми деталя-1
ми. Температура плавления флюса должна быть ниже, а темпера-]
тура испарения — выше температуры
должен раскислять оксиды или связывать йх в легкоплавкие и|
легкорастворимые химические соединения. Благодаря малой плот-j
ности флюс всплывает на поверхность
удаляется из шва. Флюс применяют в
газа.
Флюсы, предназначенные для высо
типа латуней, имеют температуру плавлени
более легкоплавких (серебряных) припоев используют флюсы d
температурой плавления ниже 1022 К. 1
К тугоплавким флюсам относится техничес кая (Na2B4O7- 1()Н2О)1
и прокаленная (Na2B4O7-Н2О) бура. Пэедпо
последней, поскольку' она не раздувается племенем горелки. Бур)|
применяют при пайке низкоуглсродистых сйглей и меди припоя-1
ми с температурой плавления выше 107 5 К. Для пайки коррозион^
но-стойких сталей и жаропрочных сила:
плавдения припоя. Флюс
pacrij
виде
кайленного припоя и
порошка, пасты или
>котем пературн ых припое:
[я выше 1022 К. Дл:
«теине нужно отдате
вов предназначены специ-’
альные флюсы (№ 200 и 201), способные р
поверхности этих материалов. Для пайки сер:
используют флюсы № 209 и 18-В (второй мег
вышеназванных флюсов приведены в табл. 1 I
В тугоплавких флюсах активным компонентом является бор^
который, вступая в р
и др.
□створять оксиды на
ебряными припоями
ее активен). Составь!
«акцию е оксидами!
При пайке серебряJ
ный ангидрид B20j
образует бораты ZnO-B2O3, CuO B2O3
ними или медно-фосфористыми припбями Галоидные соли, Вхо^
Таблица 11.1
Химический состав, %, тугоплавких флюсов
Компонент Г омер Длюса
200 20 209 1S-B J
Борная кислота Борный ангидрид Бура Фтористый кальций Лигатура Al —Cu — Mg Фтористый калий ббезвоженный Фторобораткалий н — 70 21 9 80 14 5,.< о,; 35 42 23 ё 1 1 I 1 ? 1 !
130
дящие в состав легкоплавких флюсов, растворяют оксиды, а бор-
нокислые соли образуют химические соединения, повышая ак-
тивность флюса.
Для пайки низкотемпературными припоями и качестве флюса
применяют водный раствор хлористого цинка (10...30 %), кани-
фоль или ее раствор в ортофосфорной кислоте и спирте и др.
Для низкотемпературной пайки алюминия предназначены флю-
сы, разработанные С. А.Лоцмановым и имеющие следующий со-
став, %: 1) хлористый цинк — 85, хлористый аммоний — 10,
фтористый натрий — 5; 2) хлористый цинк — 90, хлористый ам-
моний — 10; 3) хлористый цинк — 95, фтористый натрий — 5;
4) хлористый цинк — 90, хлористый аммоний — 8, фтористый
натрий — 2.
При высокотемпературной пайке алюминия используют флю-
сы, действующие аналогично флюсам для сварки алюминия и его
сплавов, образующие легкоплавкие фтористые и хлористые со-
единения и хорошо растворяющие пленку оксида алюминия.
Флюс 34А, разработанный С. А.Лоцмановым, имеет следую-
щий состав, %: хлористый литий — 25...35, хлористый цинк —
8... 15, фтористый калий — 12... 18, хлористый калий — осталь-
ное. Температура плавления этого флюса 693 К. Для пайки трещин
в алюминиевых отливках применяют флюс следующего состава,
%: фтористый натрий — 8... 10, хлористый барий — 10... 15, хло-
ристый натрий — 15...20, хлористый цинк — 30...40, хлористый
калий — остальное.
11.4. Технология пайки
Основным инструментом для выполнения пайки ручным и
механизированным способами служит горелка. В зависимости от
вида припоя, характера паяного соединения и организации тех-
нологического процесса используют различные виды горелок:
кислородно-газовые, одно- и многопламенныс, инжекторные и
безынже кторные, газовоздушные, вихревые и др. Для повышения
производительности процесса пайки применяют мундштуки той
форм ы, которая в наибольшей мере отвечает конструкции паяно-
го соединения. Широко применяют горелки, работающие на за-
менителях ацетилена: пропане, природном и городском газах, ке-
росине, бензине и др. Мощность горелки подбирают в соответ-
ствии с видом припоя и паяного соединения.
Конструкции соединений. Чем тщательнее подогнаны детали и
больше площадь спая, тем выше прочность паяного соединения.
Типы таких соединений показаны на рис. 11.1.
Зазор должен быть минимальным; для серебряных припоев он
составляет 0,03...0,05 мм. Зазор наиболее существенно влияет на
131
Рис. 11.1. Типы паяных соединений: j
а — стыковые; б — нахлесточные; в — с отбортовкой; г — втулочные; д —•
нахлесточное, при постановке заплат в .люминиепых сплавах j
прочность пайки металлов с высоким временным сопротивлени-
ем. При пайке меди его величина в меныхей степени сказывается;
на прочности соединения. !
При пайке низкотемпературными припоями применяют толь-i
ко нахлесточные соединения, длина которых составляет 3...60 мм;
в зависимости от толщины металла и трс
к изделию. При толщине металла 2... 5 м
0,5 МПа ширина перекрываемой области составляет не менее 40 мм.;
Подготовка металла к пайке. Поверхности паяемых деталей тща-i
тельно очищают от окалины, жира и других загрязнений, чтобы!
обеспечить смачивание их припоем. Очистку осуществляют меха-;
ническим способом (щетками из провог оки, мелкой абразивной'
шкуркой и т.д.) или травлением в кислотах с последующей про-,
мывкой и сушкой. Не рекомендуется проводить пескоструйную
очистку, так как оставшиеся на металле песчинки ухудшают сма-
чивание его припоем.
Техника пайки. При пайке низкотемпературными припоями на
очищенные поверхности металла наносят
вают паяльником или пламенем горелки. При этом флюс испаряет-
бований, предъявляемых!
м и рабочем давлении до!
флюс и место спая нагре-
132
ся, а расплавляемый припой затекает в зазор и соединяет детали. Для
лучшего затекания припоя поверхности в месте спая предваритель-
но облуживают припоем, а затем выполняют сборку и пайку узла.
При пайке высокотемпературными припоями детали закреп-
ляют в кондукторе с заранее установленным зазором между пая-
емыми поверхностями и заданной величиной нахлестки. Поверх-
ности нагревают широкой частью пламени. Окислительное пламя
позволяет получить более плотный шов, хотя его внешний вид
ухудшается. При избытке в пламени ацетилена предотвращается
перегрев припоя и пламя не выдувает флюс.
При пайке разнородных металлов пламя направляют на более
толстый и более теплопроводный металл для равномерного на-
грева деталей. Поскольку припой всегда стремится затечь на более
нагретое место, пламя следует направлять на место спая. Флюс
наносят в момент пайки на нагретые части деталей. Припой также
покрывают флюсом. Расплавление припоя происходит под дей-
ствием теплоты нагретых деталей при прикосновении к ним кон-
ца прутка припоя. Припой не следует плавить в пламени.
Контрольные вопросы
1. Каков механизм получения соединений при газовой пайке?
2. Назовите виды газопламенной пайки.
3. Перечислите основные недостатки пайки.
4. Каковы основные особенности аппаратуры для газовой пайки?
5. Назовите основные требования, предъявляемые к припоям при га-
зовой пайке.
6. Каковы основные требования к флюсам, применяемым при газо-
вой пайке?
ГЛАВА 12
НАПЛАВКА
12.1. Общие положения
Наплавкой называют процесс нанесения слоя присадочного
металла на поверхность основного металла. Наплавку можно вы-
полнять из металла того же состава, что у основного или другого
металла, значительно отличающегося от основного своими свой-
ствами и химическим составом. Например, на сталь и чугун на-
плавляют цветные металлы (латунь, бронза), твердые или изно-
соустойчивые сплавы и другие материалы. С помощью наплавки
восстанавливают первоначальнвге размеры изношенных деталей,
придают рабочим поверхностям антифрикционные свойства, по-
вышают их твердость и стойкость к абразивному изнашиванию.
133
I
Д гя получения требуемой глубины проплавления при наплав- !
ке и обходимо регулировать степень нагрева основного и приса- ,
дочи эго металлов. Для
плав су. Пламя эффективно защищает наплавляемый металл от
окис тения кислородом окружающей среды и от ис:
мент эв, входящих в состав наплавляемого металла т придающих j
ему ;адэнные свойства (антифрикционность, изн
и др. |. Недостатком газовой наплавки является пониженная про- jl
изво, (ительность этого
спос >бами наплавки и более значительное термическое воздей- ;;
стви! на основной металл. i:
этого целесообразно применять газовую на
парения эле-
юсостоикость 1
процесса по сравнению с электрическими я
12.2. Наплавка цветных металлов
Я; ще всего осуществляют газовую наплавку латуни на сталь- 1
ные г чугунные деталг
Наш авка бронзы и меди целесообразна в случае применения элею
трич' ских способов нг
Л;тунь наплавляют
, получая при этом наилучшйе результаты, j
грева.
на детали с целью создания
ных 1 юверхностсй. В эюм случае требуется получени
ых включений. В наплавленном металле не
допу, кается наличие включений свободного железа,
но п] и наплавке разнородных металлов с ограниче
относятся металлы системы <tu— Zn —Fe.
держ 1щего пор и газов
уплотнитель- 1
[|е слоя, не co-
, что возмож- I
л ной раство- ?
римо :тью, к которым
Гг авным условием обеспечения прочной связи наплавленного
метаэ ла с основным я
(наш являемым) и основным металлами. Качество этктго контакта 1
завис ит от характера смачивания на границе их соприкосновения. ]
Наиб злее важную рол > в обеспечении смачивания
кото] ый раскисляет поверхность контактирующих Металлов (ос- 1
новн >го и пр
вляется хороший контакт’ мчжду жидким
играет флюс, з
>го) и защищает их от окисления во время
лучшается с повышением тем тературы на- |
[Та до определенного предела.
исадочно
натре ва. Сма1 ивание у
грева основного метал
или металл перегрет, то наплавляемый металл со
бира< тся в ви)де капелг.
недос таточен
Н; илучшис
печи! лет газоо1
ния в случае ю
Если нагрев 1
и чугун обес- ,
результаты при наплавке латуни на сталь
бразный флюс БМ-1. Необходимая степень смачива- 1
спользовАния этого флюса достигается при достаточ- J
но ни жой температуре г агрева основного металла (973.
цинка и снижения газонасьп ценности на- 3
и при сварке латуни, пламя с увеличенным
порода (3(1... 40 %).
наплавля емого металла применяют все
। которых содержание свинца не превышает 0,
прилегающих непосредственно к основному метал-
.1123 К). Для
умен! [пения испарения
плавк л применяют, как
избьп
В
ней,
плавк
КОМ КИС;
качестве
и слоев,
марки, лату-
1 %. Для на-
134
лу, нельзя использовать кремнистые латуни (ЛК62-05, ЛК80-3
и др,), образующие хрупкую прослойку, которая представляет со-
бой в основном твердый раствор кремния в a-железе со средним
содержанием кремния более 11 %.
Никель в латуни уменьшает отрииательное влияние кремния
при высоком содержании последнего, обеспечивает бездымность
процесса и высокую прочность сцепления наплавляемого металла
с деталью из стали или чугуна. Бескремнистые латуни могут обес-
печить получение плотного металла при отсутствии испарения
цинка только в случае применения газообразного флюса БМ-1.
Поверхность детали предварительно обрабатывают механичес-
ким способом. Литейную или прокатную корку необходимо уда-
лить, Поверхностные дефекты (заусенцы, трещины и др.) тща-
тельно вырубают. Перед выполнением наплавки в канавку острые
углы последней закругляют. Размеры сечения канавки должны обес-
печивать свободный доступ в нее пламени и присадочной прово-
локи, а также равномерный нагрев канавки. Поверхность прово-
локи очищают от оксидов и загрязнений.
Наплавку латуни на крупные изделия сложной формы выпол-
няют с предварительным общим подогревом до температуры 773 К.
Для массивных деталей с толщиной стенок более 20 мм и массой
свыше 70 кг можно осуществлять сопутствующий подогрев вто-
рой горелкой с наконечником № 5. При наплавке латуней на сталь
и чугун вместо ацетилена можно применять пропан-бутан с ко-
эффициентом замены ацетилена, равным единице, и флюс БМ-1.
При оптимальной скорости истечения газовой смеси расстояние
от мундштука до поверхности ванны составляет 25...35 мм.
Плотный беспористый металл наплавляется при соотношении
кислорода и пропан-бутана [30 =3,5...4,0. При меньшем значении
р0 в пламени образуется избыток водяных паров, что уменьшает
содержание в нем паров борного ангидрида, являющегося флю-
сующим веществом. Помимо этого водяные пары способствуют
увеличению числа газовых включений в наплавляемом металле.
Наиболее важным показателем при осуществлении наплавки
является расход флюса. При нсдостаточ ном количестве фл юса не
обеспечиваются нормальное раскисление и защита жидкого ме-
талла от испарения цинка; избыток же флюса на поверхности ос-
новного металла затрудняет сплавление латуни со сталью или чу-
гуном.
Для улучшения процесса смачивания при ручной наплавке
приходится удалять стекловидную пленку флюса с помощью по-
перечных колебаний проволоки. В этих условиях смачивание начи-
нается при температуре 1073 К и протекает нормально в интерва-
ле температур 1073... 1123 К. При механизированной наплавке са-
мопроизвольное разрушение пленки флюса начинается при тем-
пературе 1093... 1123 К, так как в этом случае проволока не совер-
135
бескремнистой латунью, должен оставаться нерасплав-
на толщину не менее 2 мм от поверхности основного
для сохранения прочности сцепления.
наплавке латуни на чугунные детали следует учитывать
го
шает поперечных колебаний. При использовании ацетиленокис-
лородного пламени, выделяющего значительное количество теп-
лоты и имеющего высокую температуру, таких затруднений не
возникает, поскольку пленка флюса быстро нагревается до тем-
пературы, необходимой для ее разрушения.
Наплавку латуни на сталь и чугун выполняют левым способом,
непрерывным валиком, в нижнем положении, располагая поверх-
ность детали под углом 8... 15° к горизонтали для получения боль-
шей толщины слоя наплавки. При наплавке второго и последую-
щих слоев кремнистой латунью ЛК62-05 первый слой, наплав-
ленный
ленным
металла
При
возможность выгорания из него графита при температуре
1173... 1223 К, продукты сгорания которого затрудняют смачива-
ние поверхности. Поэтому трафит предварительно выжигают с
поверхности детали окислительным пламенем горелки. В процессе
наплавки возможно отбеливание чугуна вследствие высокой тем-
пературы нагрева.
Наплавка латуни на чугун с применением порошковых флю-
сов требует высокой квалификации сварщика, и ее рекомендует-
ся проводить лишь в исключительных случаях.
При осуществлении газофлюсовой наплавки сначала деталь
прогревают горелкой до темно-красного каления, соответствую-
щего температуре 973 К, при которой начинается смачивание
основного металла латунью. До температуры 773 К деталь можно
нагревать без подачи флюса в пламя горелки, а затем только с
флюсом.
Обрабатываемую поверхность располагают под углом 8... 10° к
ризонтали, наплавку проводят левым способом, снизу вверх;
угол наклона оси мундштука к горизонтали 60°; угол между ося-
ми мундштука и прутка 90... 110°. Конец прутка должен быть по-
гружен в ванну жидкого металла. При правильном течении про-
цесса слой наплавляемого металла ложится узким валиком; пары
оксида цинка не выделяются; расплавленная латунь ванны не ки-
пит; часть ванны, не подвергающаяся воздействию пламени, пол-
ностью закрыта пленкой шлака; поверхность наплавленного ме-
талла гладкая и покрыта сплошной коркой шлака; поры, свищи и
инородные включения отсутствуют.
12.3. Наплавка твердых сплавов
Твердые и износоустойчивые сплавы наплавляют на детали (бу-
ровой инстршент, зубья ковшей экскаваторов, лемеха плугов, кла-
136
паны, центры токарных станков, штампы, режущий инструмент
и пр.), рабочие поверхности которых подвергаются абразивному из-
нашиванию или изнашиванию от трения, ударов и других видов
воздействия в процессе работы. Такая наплавка повышает твердость
и износоустойчивость деталей, увеличивая срок их эксплуатации, а
также снижает расход дорогостоящих легированных сталей.
Лучше всего поддаются наплавке углеродистые стали с содержа-
нием углерода не выше 0,6 %, хромоникелевые и ванадиевые стали
в отличие от марганцовистых, хромомолибденовых и кремнистых
сталей, склонных к закалке и трещинообразованию при наплавке, а
также чугуна, которые требуют предварительного подогрева.
Для получения ровного, плотного наплавленного слоя без пор,
трещин и отслоений необходимо, чтобы наплавляемый сплав имел
более низкую температуру плавления, чем основной металл, а
его коэффициент линейного расширения был приблизительно
таким же, как у основного металла. Для наплавки используют зер-
нистые и порошковые наплавочные смеси, литые сплавы в виде
прутков, стальную наплавочную проволоку и электроды, трубча-
тые наплавочные стержни и т.п.
Широкое применение находят следующие износостойкие спла-
вы: вокар — зернистый сплав, содержащий вольфрам (при его
наплавлении образуется твердый раствор высокотвердых карби-
дов вольфрама в железе); релиты — трубчато-зернистые (ТЗ) спла-
вы на основе вольфрама с 3 % углерода; висхом — зернистый сплав,
который не содержит вольфрам и состоит из железа, углерода
(6 %), марганца и хрома; боридная порошковая смесь (50 % бори-
дов хрома и 50% железного порошка).
При газопламенной наплавке используются в основном литые
износостойкие сплавы, так как порошкообразные и зернистые
смеси раздуваются газовым пламенем. Литые сплавы имеют тем-
пературу плавления 1533... 1573 К и представляют собой твердые
растворы карбидов хрома в кобальте (стеллиты) или в никеле и
железе (сормайты). Сплавы на железной основе более хрупкие,
чем на никелевой и кобальтовой. Стеллиты обладают большей вяз-
костью, коррозионной стойкостью и лучшими наплавочными свой-
ствами, чем сормайты.
Сормайты выпускают в прутках диаметром 6...7 мм и длиной
400...500 мм, а также в виде крупного и мелкого порошка. Прут-
ковые сормайты применяют в качестве наплавочного материала
для пуансонов, матриц, роликов, деталей засыпных аппаратов
доменных печей, лемехов плугов и т.п., порошковые сормайты —
для деталей почвообрабатывающих и других машин. Прутковые
сормайты используют при проведении газопламенной или дуго-
вой наплавки, тогда как порошковые — при наплавке, осуществ-
ляемой с нагревом токами высокой частоты. Сормайты имеют сле-
дующий химический состав, %: хром — 25...31, никель — 3...5,
137
альное. Твердость на-
1,5; для инструмента,
эолее 0,5. При наплав-
чем сормайт № 1, на
углерод — 2,5...3, кремний — 2,8...3,5, марганец — 1,5, сера —
до С,97, фосфор — до 0,08, железо — ост
плавленного слоя 73... 74 HRC.
Если деталь изношена, то перед нанесением твердого сплава
на нее наплавляют низкоуглеродистую проволоку до восстановле-
ния первоначального профиля. Затем место наплавки очищают од
шлагов и окалины, снимают фаску или делают выточку. При на-
плавке сормайта № 1 глубина выточки, им, имеет следующие
значения; для деталей, работающих на истирание, — 1,5...2,5;
для режущих кромок инструмента — 0,5..
работающего при ударных нагрузках, — не
кс сэрмайта № 2, который менее хрупок,
инструмент, применяемый при горячей обработке металла, глу-
бину выточки, определяющую толщину ра
увеличивают в 2 раза. Ширина фаски госте
Перед наплавкой поверхность детали защищают до металличес-
кого блеска. Наплавку проводят левым способом наконечником
№ 2i 3 или 4 в зависимости от размеров детали. В процессе наплав-
ки непрерывно подогревают обрабатываемую поверхность метал-
ла пламенем горелки. Подогрев считается достаточным, когда на
детапи появляется тонкая пленка жидкого металла (отпотевание).
Найггавку выполняют слегка науглероживающим пламенем, так
как окислительное пламя вызывает выгорание легирующих при-
месей наплавляемого слоя и снижение сто
ный пруток держат перед пламенем. Пере
ществляют так же, как и при газовой сватке. Толщина слоя не
должна превышать 6...7 мм во избежание выкрашивания наплав-
ленного слоя.
Твердый сплав можно наплавлять на деталь, предварительно
нагретую до температуры 773... 1023 К. Подогрев предупреждает ее
коробление и улучшает качество наплавле
осуществляют в нижнем положении. Для лучшего сплавления на-
плавляемого слоя с основным металлом в качестве флюса приме-
няют прокаленную буру.
Г ри наплавке металла на инструмент,
бурения скважин, применяют стержни релит-ТЗ, представляю-
щие собой стальные трубки диаметром 6 мм с толщиной стенки
0,5 мм, заполненные крупным порошком карбидов вольфрама. При
использовании стержней релит-ТЗ в наплавлю
15 % железа и 85 % карбидов вольфрама, о<
кую1 твердость и износоустойчивость этого
рама вкраплены в виде зерен в железную матрицу.
.Для механизации наплавки однотипных деталей применяют
специальные станки. Например, газопламенную наплавку изно-
состойких сплавов на режущую кромку лемехов проводят на стан-
ке С ГЛ-3.
[рочего слоя наплавки,
вляст 5... 10 мм.
। твердости. Присадоч-
чещение горелки осу-
много слоя. Наплавку
предназначенный для
енном слое содержится
беспечивающих высо-
слоя. Карбиды вольф-
138 !
Контрольные вопросы
осуществляют наплавку'
1. С какой целью
2. Какой состав газового пламени применяют для наплавки латуни на
чугун?
3. Какие техноло
на чугун?
лические операции выполняют при наплавке латуни
ГЛАВА 13
ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
13.1 . Сущность процесса и области применения
иной поверхностной закалки состоит в быст-
нагреве поверхностного слоя детали до темпе-
Процесс пламе
ром интенсивном
ратуры, превышающей критическое значение Ас3, и последую-
щем быстром охлаждении водой. При этом в поверхностном слое
образуется закаленная (мартенситная) структура (рис. 13.1), пе-
реходящая в оснсвную структуру незакаленного металла через
промежуточные (гереходные) зоны. Сердцевина детали сохраня-
ет свою первоначельную структуру. Переходные структуры фор-
мируются в результате естественного отпуска при отводе теплоты
от поверхностного слоя внутрь детали. Благодаря наличию пере-
ходных структур исключается отслаивание закаленного слоя от
детали, что иногда имеет место при других способах упрочнения
поверхности дстал
На рис. 13.2 пок
после закалки газокислородным пламенем в зависимости от со-
держания углерода в стали. Для получения достаточной твердости
поверхностную закалку применяют для сталей, содержащих
0,4 —0,7 % С.
Разработано не
верхностной закатки (рис. 13.3). При использовании цикличес-
кого способа (рис
ей, например азотировании и цементации.
азано изменение твердости поверхностного слоя
сколько вариантов проведения пламенной по-
. 13.3, а) нагревают всю поверхность изделия
ие структуры
того слоя ста-
Рис. 13.1. Изменен!
и твердости закален
ли 40 по его толщине;
I — мартенсит (закален!
трростомартенснт (переходная зона);
III — троостит (переходная зона); IV—
перлит и феррит (сердцевина детали)
ный слой); II —
ердость слоя, закален-
онокислородным пла-
исимости от содсржа-
Рис. 1,3.2. Тв<
ного ацетил
менем, в зав:
ния углерода в стали
до закалочной температуры
затем охлаждают с определенной:;
скоростью. Нагрев осушестгля:
неподвижной или перемета;
щейся горелкой. Закалку изделий;
круглого сечения, как празило,]
выполняют циклическим спосо-i
бом при быстром вращения де-,’
стью)
е ю-1
под-)
, а!
ют,
го-
тали с постоянной скоро*
(рис. 13.3, б). В этом случа!
редка и система охлаждения
водятся поочередно.
Непрерывный cnod
(рис. 13.3, в) состоит в переме-i
щении изделия относительн
редки или, наоборот, горелк i
носительно изделия с постоя i
063
О 'О-
и от-;
ИНОЙ'
заданной скоростью. Горел к:
температуры, а прикрепленн:
а на-:
ый к.;
Ю-!
гревает изделие до закалочной
горелке разбрызгиватель подает на поверхность детали охлаж|да|1
щую жидкость.
Особенностью пламенной поверхностной закалки является са--
моотпуск изделия после закалки при температуре 393 ...473 К, что/
приводит к снижению твердости на 3 ...5 HRC, но уменьшает внут-
ренние напряжения в изделии.
Рис. 13.3
Способы пламенной поверхностной закалки для плоских
поверхностей и изделий круглого сечения:
а, б — циклический; в, г — непрерывный; 1— изделие; 2 — горелка; .? — раз-
брызгиватель
140
Пламенная поверхностная за-
калка находит широкое примене-
ние для обработки концов рельсов,
крестовин, стрелок, крупно- и мел-
комодульных шестерен, штоков
компрессоров, роликов и опорных
катков, шеек коленчатых валов,
зубьев фрез, направляющих станин
металлообрабатывающих станков и
других деталей.
Основные достоинства пламен-
ной поверхностной закалки — про-
стота и надежность оборудования,
что делает этот способ доступным
для использования в любых произ-
водственных условиях. В качестве
горючего применяют ацетилен,
пропан-бутан, природный газ, бен-
зин и керосин.
Толщина закаленного слоя зави-
сит от скорости перемещения го-
релки относительно детали и удель-
ного расхода ацетилена (на ] см
ширины закаливаемой поверхно-
сти).
Соответствующие зависимости
для стали 45 приведены на рис. 13.4.
Глубина закалки уменьшается при
ацетилена и возрастании скорости перемещения горелки.
Рис. 13.4. Изменение толщины за-
каленного слоя в зависимости от
скорости перемещения пламени
для различных значений удель-
ного расхода ацетилена при по-
верхностной закалке плоских
стальных поверхностей непре-
рывным способом
снижении удельного расхода
13.2 . Технология пламенной поверхностной закалки
Основной инструмент для выполнения закалки этим спосо-
бом — горелка. Форма се мундштука должна соответствовать кон-
фигурации поверхности закаливаемой детали. Для закалки приме-
няют специальные наконечники, присоединяемые к стволу стан-
дартной сварочной горелки НАЗ (рис. 13.5), Г2-05, ГЗ-О4, «Моск-
ва» и др. Так, для поверхностной термической обработки сталь-
ных и чугунных деталей, нормализации, закалки с целью получе-
ния мартенсита, сорбита и троостита используют наконечники
серии НАЗ, работающие на ацетиленокислородной смеси. В комп-
лект НАЗ входят пять наконечников. Закалку деталей типа тел вра-
щения выполняют циклическим способом, а деталей с плоской
поверхностью — непрерывным способом. Охлаждающие устрой-
ства горелок сменные.
141
I
Вода охлаждающая
I
112
На рис. 13.6 показана горелка для закалки зубьев шестерен не-
прерывным способом при сс движении снизу вверх. Одновремен-
но обрабатывают обе рабочие поверхности одного зуба.
Для массовой закалки однотипных деталей (шестерни, ро-
лики и др.) применяют специальные станки и приспособления
(рис. 13.7-13.9).
Режимы закалки выбирают по графику, приведенному на
рис, 13.10. Наилучшие результаты закалки получаются при удель-
ном расходе ацетилена 400...600 дм3/(ч-см), удельном расходе воды
240...360 дм3/(ч-см) и расстоянии между зоной нагрева и зоной
охлаждения 20... 25 мм. Закалку стали, содержащей более 0,6 % С,
следует проводить с промежуточным охлаждением воздухом, удель-
ный расход которого составляет 1500...2500 дм3/(ч*см).
Рис. 13.7. Закалка зубьев крупномодульных шестерен:
а — односторонняя закалка зубьев плоской горелкой; о — закалка зубьев на
специальных установках УЗШ-1 и АЗШ-2; в — положение мундштуков горелки
относительно зуба; 1 — шестерня; 2 — горелка; 3 — трубка для подачи газов; 4 —
трубка для подачи воды; У — верхний упор; 6 — нижний упор; 7— золотниковый
воздухораспределитель; А, В — положения горелки соответственно при гашении
пламени и в момент начала закалки
143
а
Р
Рис. 13.8. Закалка крановых роликов:
— установка ролика при закалке; б, в -- положение горелки относительно
олика; 1 — патрон токарного станка; 2 — ролик; 3 — горелка; 4 — трубка для
подачи газов; 5 — трубка для подачи воды; 6— ;акаленный слон
— горелка; 4— разбрыз-
Рис. 13.9. Закалка направляющих:
а — прямоугольных; б — трубчатых; /—
тележка с электродвигателем; 2 — раз-
брызгиватель; J
гиватель для предварительного и сопут-
ствующего охлаждения; 5 — откидная
опора; 6 — прямоугольная направляю-
щая; 7 — ролик; 8— трубчатая направ-
ляющая; 9 — воздерживающая стоика
Рис. 13.10. График для определения
скорости перемещения горелки при
непрерывно-последовательной за-
кал ке в зависимости от толщины
детали при различных значениях
удельного
расхода ацетилена
144
При комбинированном спиральном способе закалки линейными
горелками режимы также выбирают по графику, приведенному
на рис. 13.10. При этом за один оборот вала суппорт должен пере-
местить горелку на расстояние, равное ширине мундштука, а уг-
ловая скорость вала должна быть такой же, как при непрерывном
способе закалки.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные достоинства пламенной поверхностной закалки?
2. Каковы особенности аппаратуры, применяемой для пламенной по-
верхностной закалки?
3. Назовите основные технологические параметры процесса пламен-
ной поверхностной закалки.
I
i
РАЗДЕЛ IV
КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
ГЛАВА 14
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКЕ
14.
1. Сущность кислородной резки, классифш
применения
кация и области 1
В настоящее время термическая резка явлж
новных способов удаления небольших объеме!
ствох химического и электрофизического вод
получения заготовок из листовых материалов, ”руб, профильного!
проката, отливок, поковок и других изделий для последующего]
изготовления из них сварных металлоконструкций. В зависимости?
от вида источника энергии различают кислородную, плазменную,^
лазерную резку и дуговые способы резки.
Кислородная резка — один из наиболее расп
нологических процессов термической резки. Э
сивного окисления металла в определенном объеме с последую-!
щим /далением жидкого оксида струей кислорода. Резку начина-1
ют с нагрева верхней кромки металла подогревающим пламенем]
до температуры воспламенения металла в кислороде, которая в|
зависимости от химического состава стали состат
По достижении температуры воспламенения на верхней кромке]
металла на нее из режущего сопла подают струю кислорода. Сталь]
начинает гореть в кислороде с образованием ок
ем значительного количества теплоты, обеспечивающей разогрев!
металла у верхней кромки до температуры плавления. j
Образовавшийся на верхней кромке расплат оксидов и железа|
перемещается по боковой кромке металла струе
щестгляет нагрев нижних слоев металла, котор
но ок
глуби
редел
ности реза по всей толщине образуется непрер|ывный слой гор?|- '
щего
тельн
ется одним из ос-4
в металла посред-1
действия с целыо|
устраненных тех-Э
• го процесс интен-1
:ляет 1323... 1473 К.]
:лгдов и выделений
а кислорода и осу-а
ъге последователь-!
‘г прорезан на всо-]
:исляются до тех пор, пока металл не буде
ну. Одновременно с этим начинают перемещать резак с ort-j
днной скоростью в направлении резки. На лобовой поверх-
металла. Окисление металла начинается сверху и последов;.- I
:э передается нижним слоям металла. 1
При кислородной резке (рис. 14.1) струя кислорода перемещу- ]
ется г разрезе со скоростью гог и окисляет жид
толщиной Л'ж. За счет его окисления выделяется
146
кии металл в слсе )
определенное ко-
личсство теплоты, которая расплавляет металл в слое толщиной
/гж - /ф и подогревает твердый металл впереди, по фронту резки.
Окисление слоев расплавленного металла осуществляется при
интенсивном перемешивании струей расплава на лобовой поверх-
ности реза.
Для протекания процесса кислородной резки необходимы:
• контакт между струей кислорода и жидким металлом;
• подогрев неокисленного металла до температуры воспламе-
нения;
• выделение продуктами горения определенного количества
теплоты, достаточного для создания на поверхности реза слоя
расплавленного металла;
• достаточная вязкость жидкого расплава для обеспечения воз-
можности перемешивания жидкого металла струей кислорода.
Приведенные условия определяют требования к металлу, об-
рабатываемому кислородной резкой.
Прежде всего, температура плавления оксидов должна быть
ниже температуры плавления металла. В противном случае струя
кислорода не сможет окислить расплавленный металл. Помимо
этого температура воспламенения металла должна быть выше тем-
пературы его плавления, иначе металл начнет плавиться и выду-
ваться струей кислорода без последующего его окисления (пла-
вильный процесс). Этот процесс требует значительных энергети-
ческих затрат.
При малой теплоте образования оксида лобовая поверхность
реза не прогревается до температуры плавления, и процесс резки
прерывается. По той же причине отрицательно сказывается на
возможности подвергать металл кислородной резке его высокая
теплопроводность. Значительная вязкость расплава не обеспечи-
Рис. 14.1. Схема процесса кисло-
родной резки:
I — кислород; 2 — жидкий оксид; 3 —
расплавленный металл; 4— твердый ме-
талл; — температура струи кислоро-
да; Ts — температура поверхности ок-
сида; Тт — температура плавления ме-
талла; Тй — температура металла в ис-
ходном состоянии; 8 — толщина листа;
h'x — толщина слоя жидкого оксида;
— толщина жидкого слоя на лобо-
вой поверхности реза; иг — скорость
струи кислорода
147
вает его турбулизации в поверхностном слое, что уменьшает вы- ;
деление теплоты на кромке реза. *
Среди чистых металлов кислородной резкой хорошо обрабаты-;
ваются железо, титан и марганец. Так, температура плавления-
железа равна 1808 К, температура воспламенения — 1323 К; тем-’
пература плавления FeO составляет 1643 К.
Тепловой эффект реакции горения железа довольно высок!
(269 МДж/моль). Поскольку теплопроводность железа невелика,^
лобовая поверхность реза разогревается при резке до высоких тем-’
ператур (1873...2273 К). *
Реакция горения титана сопровождается более значительным!
тепловым эффектом (906 МДж/моль), тогда как теплопроводность !
титана ниже, чем у железа. Температура лобовой поверхности при j
резке титана превышает 2773 К. Поэтому он разрезается с более '
высокой скоростью, чем сплавы железа. )
Нельзя разрезать обычным кислородным способом Ni, Си, А1,)
Mg, Сг и Zn. i
В технике за редким исключением применяют не чистые ме- i
таллы, а их сплавы, причем наиболее широко используют сплавы)
железа и углерода — сталь и чугун. Для придания стали высоких)
прочностных характеристик, пластичности, коррозионной стой-;
кости в различных средах, жаропрочности и других свойств в ее)
состав вводят различные легирующие элементы — Мп, Si, Сг, i
Ni, Ti, Al и др. Наличие примесей влияет на возможность обра-;
ботки стали кислородной резкой, поскольку в слое жидкого рас- )
плава, выдуваемого из реза кислородной струей, образуются ту-]
гоплавкие оксиды. Они уменьшают жидкотекучесть расплава и пре-1
пятствуют интенсивному теплообмену между расплавом и кисло-;
родом режущей струи. Элементы, расположенные в ряду хими-
ческой активности по отношению к кислороду за железом, сни- <
жают активность окисления расплава. При окислении расплава,
перемещаемого струей кислорода вдоль лобовой поверхности реза,
их содержание в расплаве увеличивается, что приводит к тормо- ;
жению процесса окисления стали.
Остановимся более подробно на влиянии легирующих приме-
сей на процесс кислородной резки стали.
Увеличение содержания углерода в стали, с одной стороны,
приводит к повышению температуры ее воспламенения в струе
кислорода, а с другой — к снижению температуры плавления. При
содержании углерода не более 1 % практически все стали (низко-
углеродистые, конструкционные, в том числе инструментальные)
обрабатывают кислородной резкой без затруднений. Кроме того,
повышение содержания углерода в стали снижает ее вязкость.
Именно этим обстоятельством можно объяснить более низкие
скорости резки армко-железа, содержащего сотые доли процента
углерода. Увеличение содержания углерода в стали (более 1 %)
148
вызывает повышение температу-
ры се воспламенения и сниже-
ние температуры ее плавления
(рис. 14.2), что приводит к на-
рушению одного из условий осу-
ществимости кислородной рез-
ки (см. выше). В связи с этим чу-
гуны не могут подвергаться
обычной кислородной резке.
Марганец и медь в количе-
ствах, обычно встречающихся в
сталях, практически не влияют
на технологические параметры
кислородной резки. Этим спосо-
бом можно разрезать стали, со-
держащие до 18 % марганца.
Кремний, хром, алюминий й
никель при увеличении их содер-
жания в стали ухудшают процесс
резки. В низколегированных ста-
Рис. 14.2. Диаграмма состояния же-
лезо—углерод (сплошные линии)
и изменение температуры воспла-
менения стали в струе кислорода в
зависимости от содержания угле-
рода (штриховая линия)
лях кремний обычно содержится в небольшом количестве (до 2 %),
что почти нс сказывается на скорости резки. При содержании в
сталях до 2 % хрома их также разрезают с использованием режи-
мов, принятых для низкоуглеродистых сталей. Увеличение содер-
жания хрома до 6 % приводит к снижению скорости резки. При
еще более высоком содержании хрома из-за образования туго-
плавких оксидов хромистые стали не могут быть обработаны обыч-
ной кислородной резкой. В этом случае в разрез вводят специаль-
ные флюсующие материалы.
Стали с высоким содержанием никеля (до 30 %) можно разре-
зать кислородным способом, если содержание углерода в них не
превышает 0,35 %, иначе резка затрудняется и требуется предва-
рительный подогрев.
Кислородная резка стали, содержащей до 10 % вольфрама, осу-
ществляется без затруднении. При более высоком содержании воль-
фрама в разрезе образуется большое количество вязких тугоплав-
ких оксидов вольфрама, препятствующих удалению расплава из
реза. В этом случае необходимо применять специальные способы
кислородной резки.
Следует отметить, что приведенные данные по влиянию леги-
рующих примесей на способность стали подвергаться кислород-
ной резке относятся лишь к отдельным компонентам. В стали, как
правило, имеется несколько составляющих, которые при окисле-
нии могут образовывать в разрезе шлаки сложного химического
состава, существенно влияющие на возможность кислородной рез-
ки стали.
149
По типу образующихся разрезов различают разделительную
кислородную резку, при проведении которой металл окисляется
струей кислорода на всю толщину, после чего одна часть металла
отделяется от другой, и поверхностную, позволяющую удалять
слои металла с поверхности изделия.
Низкоуглеродистые, конструкционные и низколегированные
стали подвергают обычной кислородной резке, тогда как заготов-
ки из высоколегированных сталей, чугуна и цветных сплавов —
кислородно-флюсовой.
Существуют особые способы кислородной резки — подводная,
выполняемая, как правило, при ремонтных работах под водой,
копьевая и электрокислородная.
В настоящее время кислородная резка наряду с дуговой свар-
кой является одним из основных технологических процессов в за-
готовительном производстве и находит широкое применение в
металлургии, металлообрабатывающих отраслях промышленнос-
ти и строительстве.
По степени механизации процесса кислородная резка подразде-
ляется на ручную и механизированную.
Ручная кислородная резка используется на тех предприятиях,
где объем перерабатываемого металла невелик и применение
средств механизации экономически неоправданно. Она служит для
вырезки заготовок под последующую ковку и штамповку по раз-
метке из листа, резки профильного проката и труб, отрезки при-
былей и литников в литейном производстве, а также при прове-
дении ремонтных работ.
За последние годы достигнуты серьезные успехи в разработке
и выпуске средств механизации процесса кислородной резки, и
прежде всего координатных портальных и портально-консольных
машин с фотоэлектронным и числовым программным управле-
нием. Использование многорезаковых машин обеспечило значи-
тельное повышение уровня механизации газорезательных работ,
рост производительности труда в заготовительном производстве и
экономию материалов. В настоящее время в ведущих отраслях про-
мышленности, таких, как тяжелое, транспортное, энергетичес-
кое и химическое машиностроение, связанных с переработкой
наибольшего объема металла, уровень механизации газорезатель-
ных работ составляет 70... 80 %.
Высокий уровень механизации процесса резки на современных
машинах с фотоэлектронным и особенно с числовым программ-
ным управлением создал предпосылки для разработки и внедре-
ния в производство поточных комплексно-механизированных и
гибких автоматизированных линий термической резки листовой
стали, на которых механизированы не только процесс резки, но
и подготовка листа, его подача к режущей машине, разборка вы-
резанных заготовок, их разметка и складирование.
150
Экономичным технологическим процессом зарекомендовала
себя кислородная резка в металлургии при удалении прибылей,
местных дефектов в отливках, сплошной огневой зачистке слябов
и блюмов на специальных машинах с целью удаления дефектного
поверхностного слоя перед прокаткой. Кислородная резка являет-
ся одним из основных технологических процессов при непрерыв-
ней разливке стали и служит для разделения слябов и блюмов на
мерные заготовки.
Кислородно-флюсовая резка коррозионно-стойких сталей, чу-
гуна и цветных металлов нашла широкое применение для обра-
ботки отливок, листовой стали и труб в различных отраслях эко-
номики.
14.2. Подогревающее пламя
Подогревающее пламя служит для нагрева поверхностных сло-
ев металла до температуры воспламенения. При кислородной рез-
ке в качестве горючего используют газообразные и жидкие угле-
водороды. При их сгорании в смеси с кислородом образуется вы-
сокотемпературное пламя (табл. 14.]).
Максимальную температуру пламени обеспечивает ацетилен,
поэтому ранее его чаще всего применяли при кислородной резке.
Однако ацетилен является дорогостоящим газом, поскольку про-
изводство исходного продукта для его получения — карбида кадь-
цгя — сопряжено с большими энергозатратами. Вследствие этого
в настоящее время при кислородной резке ацетилен применяется
крайне редко. Для этой цели используют газы —• заменители аце-
тилена: природный газ, пропан-бутановые смеси и др.
Таблица 14.1
Свойства горючих газов
Гррючий пз Температура пламени в смеси с кис- лородом, К Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м3 Коэффици- ент замены ацетилена другим горючим газом Оптимальное соотношение кислорода и горючего газа в смеси
при нормальном пламени при избытке кислорода
Аде* плен Водород Пропан П ри род- нАш газ Коксо- вый газ 3373 ...3473 2373 ...2773 2873 ...3023 2273 ...2473 2273 ...2473 52 800 10400 87100 3144...37700 14 700...18 400 1,0 5,2 0,6 1,6 3,0 1,1 0,4 3,6 1,0 0,6 1,7 0,6 5,0 1,5 0,8
151
екает в две
подвижном
обусловлен <
Процесс нагрева металла газовым пламенем прог
стадии. На первой осуществляется разогрев кромки металла до тем- 1
пературы воспламенения в струе кислорода при не
источнике теплоты. При этом наиболее важной характеристикой I
газового пламени является скорость нагрева поверхности металла. 1
Продолжительность нагрева до заданной температурь: зависит от j
мощности источника теплоты, теплофизических свойств матери- |
ала и его массы,
Так как нагрев металла подогревающим пламенем
теплообменом между горячими газами пламени и омываемым ими |
участком поверхности нагреваемого изделия (теплопередача кон- |
векцней) и лучистой теплопередачей от ядра пламени, то при j
увеличении толщины разрезаемого металла нужно повышать рас- I
ход горючего газа. Переход на горючий газ с меньшей удельной I
теплотой сгорания по сравнению с ацетиленом требует увеличе- 1
ния его расхода. Возрастание расхода горючего газа необходимо |
также в том случае, если поверхность металла покрыта различны- |
ми загрязнениями (окалина, пригар) или увеличено расстояние 1
между поверхностью разрезаемого металла и резаком по тсхноло- 1
гическим соображениям. |
На второй стадии процесса, т.е. во время кислородной резки, 1
подогревающее пЛамя разогревает расположенные перед ним по- 1
вёрхностные слои металла до температуры воспламенения, что |
обеспечивает непрерывность ведения процесса. 1
С учетом сказанного расход горючего газа 1'п, м3, может быть
определен с помощью уравнения 1
Угг = + 100),
(М.1)
где 8 — толщина разрезаемого металла, м; наименования и значе- j
иля коэффициентов, входящих в уравнение (14.1) для различных |
условий резки приведены в табл. 14.1 и 14.2. 1
Расход подогревающего кислорода Ии1, м3/ч, необходимого для I
шкигания горючего газа, 1
Икп = РоКг.
На первой стадии процесса обычно применяют пламя с избы- 1
точным содержанием кислорода, что обеспечивает ускоренный I
разогрев кромки. В процессе резки подогрев металла осуществля- 1
е" ся пламенем нормального состава. i
Смесь горючего газа и подогревающего кислорода выходит из 1
специальных отверстий в мундштуках, расположенных определен- ’
ям образом по отношению к выходному отверстию режущего ;
к гелпрода. У ручных и машинных резаков, которые могут резать !
еталл в различных направлениях, выходные отверстия располо-
жены
н:
м
концентрично по отношению к режущему соплу. У ручных
1:>2
।
Таблица 14.2
Значения коэффициентов для расчета расхода газов
Наименование величины Обозна- чение Численные значения или аналитические выражения для их определения
Коэффициент, учиты- вающий состояние поверхности м с талл а Е При механизированной резке проката с чистой поверхностью Е- 2,0...4,0; при резке отливок и горячего металла Е- 5,4... 10,0
Коэффициент замены ацетилена другим горн я им газом V См. табл. 14.1
Коэффициент, учиты- вающий расстояние между резаком и ме- таллом кт> £р = 1 +0,01(103Я- 10), где //-рас- стояние между резаком и металлом, м; при Н < 0,01 м А'р = 1,0
Коэффициент, учиты- вающий температуру мета г ла перед рез- кой <3 к, = [1 + 2(7’м - 273)10-3] (1 - 1,5 82) при 6 < 0,8 м
Коэффициент, учиты- вающий химический состы металла и осо- бен? ости его обра- ботки к„ Для проката к„ = 0,75... 1,0; для от- ливок &м = 0,5... 0,85 (первые значе- ния — для низкоуглеродистых и низколегированных марок сталей, вторые — для высоколегированных)
Коэффициент, учитывающий положение резака кп - 1,0 при вертикальном положении резака; к„ - 0,8 при резке в горизонтальном положении
резаков пламя выходит из щели, образуемой внутренним и на-
ружным мундштуками.
В пашинных резаках применены более устойчивые к обратным
ударам пламени многосопловые мундштуки. Во избежание отрыва
пламзни у газов — заменителей ацетилена внутренний мундштук
заглублен на 1,0...2,0 мм по отношению к наружному.
14.3. Струя режущего кислорода
О'’ свойств струи режущего кислорода в значительной мере за-
висят качество поверхности реза и производительность резки.
Одно из основных требований к струе режущего кислорода со-
стоит в том, что ее геометрические параметры должны сохранять-
ся по всей толщине разрезаемого металла. Параметры струи, вы-
шедшей из сопла в атмосферу, в течение некоторого времени не
153
изменяются. Однако по мере распространения она захватывает воз!
дух, вследствие чего вокруг зоны с постоянными параметрами
образуется турбулентный пограничный слой, в котором находят!
ся также теряющие скорость частицы самой струи. При удалении
от сопла струя расширяется, ее скорость уменьшается и снижает!
ся степень чистоты кислорода. 1
При прочих равных условиях динамические свойства струи ре!
жущего кислорода определяются формой режущего сопла!
На рис. 14.3 представлены результаты экспериментов по измере-]
нию полного давления струи (динамического напора) в зависи!
мости от расстояния до среза сопла. Полное давление струи умеиь!
шается по мере удаления от сопла. Наибольшие значения пол нога
давления струи, свободно истекающей в атмосферу, соответствуй
ют соплу с плавной формой входа и выхода (сопло Лаваля). У сопел
ступенчато-цилиндрического типа резкое расширение струи при
переходе от горлового канала к выходи ому приводит к завихре!
нию струи в «мертвых» зонах и, как следствие, к снижению пол-]
ного давления в сопле. Для идеального
Дрп= 98p(coj - го-
адиабатического процесс;
)72,
С0| И (Ю — скорости
, м/с.
вает полное превращение
где Лр0 — потери полного давления в сопле, кПа; р — плотност!
кислорода в горловом канале сопла, :<г/м3;
струи в горловом и выходном каналах,
При резке сопло Лаваля обеспечи;
потенциальной энергии сжатого режущего газа на входе в сопло в|
кинетическую энергию потока. Для других типов сопел характер-]
ны более низкие значения полного давления струи режущего кис-1
лорода. Поэтому сопла Лаваля применяют при резке проката толщи-]
коническим входом и выходом.
Рис. 4.3. Зависимость полного дав-|
ления струи режущего кислорода на|
выходе из сопла от расстояния до!
его среза при различной форме ка-1
наг а для режущего кислорода: |
/ — сопло Лаваля, струя в резе; 2 — со~|
ИЛО с
свободная струя; 5— сопло Лаваля, сво-1
бодна, струя; 4 — сопло с цилиндр и-а
веским входом и коническим расшире-^
нием
иилийдрическое сопло, свободная струя; !
6— сэттло с коническим входом и сту-1
пенчатым расширением па выходе, сво-1
бод на, струя; 7 — цилиндрическое со-I
пло, <.труя в резе; 8 — ступенчато-ци-1
линд рическое сопло, свободная струя j
на выходе, свободная струя; 5 —
154
истечения из сбила. Как известно из классической газо-
асти скорость йотока кислорода ниже скорости звука
, в самом узком сечении она равна звуковой (М = I),
ной 5 ...200 мм в машинных резаках. В серийных резаках для руч-
ной резки стали по технологическим соображениям применяют в
основном режущие сопДа ступенчато-цилиндрического типа.
Сталт ной прокат обычной толщины обрабатывают при давле-
нии режущего кислорода на срезе сопла 392... 1176 кПа. Резку сталь-
ных отливок и поковок большой толщины (свыше 300 мм) вы-
полняют при низком давлении кислорода (менее 392 кПа). При
этом хорошие динамические свойства струи обеспечивают сопла
цилиндрического типа.
Не менее важным параметром режущей струи является ско-
рость ее
вой динамики, наибольшая скорость газового потока на срезе со-
пла может быть получена в сопле Лаваля, причем в его сужаю-
щейся ч
(М < 1)
тогда как в расширяющейся части развивается сверхзвуковая ско-
рость (IV > 1), где М — число Маха.
Одним из наиболее важных параметров струи режущего кисло-
рода является его расход. Резак в единицу времени перемешается
на расстояние iv (рис. 14.4), при этом образуется рез шириной Ь.
В единицу времени из реза удаляется объем металла, равный wb6,
где о — "олщина металла. Результаты исследования состава шла-
ка, выдуваемого из реза, показали, что при резке металла сред-
ней толщины в шлаке содержатся небольшое количество неокис-
ленного
КромЬ определенного объема кислорода, поступающего для
окисления металла, в рез необходимо подавать дополнительное
количество кислорода для выдувания из щели реза жидкого шла-
ка. С учетом изложенного расход режущего кислорода VK
может быть определен с помощью соотношения
железа и его оксиды.
;Р, мз/ч,
Ккр = BwbSfa,, (14.2)
коэффициент, Завися-
где В —
щий от Свойств металла и сте-
пени его окисления (для низ-
коуглеродистой стали с точно-
стью, пр
ческих расчетов, В = 5,6); w —
скорость резки; b — Ширина
реза, м;
м; т|о2 -
зования кислорода, равный от-
ношению расхода кислорода,
необходимого для окисления
металла,
иемлемой для практи-
S — толщина металла,
коэффициент и споль-
Рис, 14,4. Схема образования реза:
к — скорость перемещения резака; b —
ширина реза; 6 — толщина металла
к его общему расходу
155
с учетом той части, которая предназначена для удаления образов
вившегося шлака из полости реза. ]
Практика кислородной резки показывает, что коэффициент
использования кислорода определяется в основном требования^
ми, предъявляемыми к качеству поверхности реза, и толил
, ,______________________. ____ , . ____иной
металла. Этот коэффициент имеет наименьшие значения при рез^
-----ni ----------16НИИ
ке металла толщиной 5... 10 мм (д02 = 0,2...0,4), а при увслич,_
его толщины до 100 мм возрастает примерно в 2 раза и при еще
большей толщине меняется несущественно.
Расход режущего кислорода, как видно из формулы (I.
возрастает при увеличении толщины разрезаемого металла и
рости резки. Для практических расчетов расхода, м3/ч, режу)
кислорода может быть рекомендована следующая формула:
Ккр = 250^ДХ-' б0’8,
L4.2)J
CKO”
щего
:ия и
где 8 — толщина металла, м; к2 — коэффициент, учитывающий
состояние металла перед резкой {кг равно 0,3 — для проката, 0,6 -4
для отливок и поковок толщиной 0,3...1,0 м); наименовав
значения величин kv, к„. kv см. в табл. 14.2.
Размеры каналов для режущего кислорода определяются его
расходом и давлением. Диаметр горлового канала d„ м, опис ыка-
ется формулой
Ъ = 1,5-10-37Крл/(0,01рк +1),
где п = 1 - 0,12 lg(0,01дк); рк — избыточное давление кислорода на
входе в сопло, кПа.
Диаметр выходного канала Д, м, режущего кислорода опреде-
ляется с помощью выражения
= Д [1 + (0,09 - 0,02М)(0,01а - 1)].
Число Маха зависит от избыточного давления кислорода:
М = 2,24-7(0,01рк +1)0’286 -1.
тем.
но и
Значительное влияние на процесс кислородной резки оказы-
вает степень чистоты кислорода режущей струи. Это вызвано
что активность окисления железа зависит от концентрации инерт-
ных цримессй в кислороде на лобовой поверхности реза. Посколь-
ку кислород предназначен не только для окисления металла,
для выдувания оксидов из реза, в нижней части реза концентра-
ция примесей в кислороде значительно возрастает. Так, при ко-
эффициенте использования кислорода 0,5 количество инергных;
примрсей в струе кислорода возрастает в 2 раза, причем наиболь-
шая концентрация примесей отмечается на лобовой поверхности
реза. Прохождение кислорода через слой инертных примесе
труднястся, и реакция окисления замедляется, а иногда и
крашастся.
•И за-
пре-
156
При резке кислородом пониженной степени чистоты на ниж-
них кромках появляется большое количество трудноотделяемого
грата. В этом случае для обеспечения необходимого качества по-
верхности реза приходится снижать скорость резки. По данным
различных авторов, при разделительной кислородной резке стали
повышение степени чистоты кислорода на 0,5% в пределах
98,0...99,8% позволяет увеличить скорость резки на 11...35%.
Современные установки для получения кислорода обеспечива-
ют степень чистоты кислорода не ниже 99,2% при минимально
допустимом значении для кислородной резки, равном 98 %. На ос-
новании экспериментальных данных установлено, что скорость
кислородной резки w, м/ч, зависит от толщины 8, м, разрезаемого
металла, его теплофизических свойств и параметров режущей струи:
W = ЗАтАр’^^Лл^кр’^Лчб"0,4,
где значения коэффициентов к^, £р, &м выбирают в соответствии
с табл. 14.2; коэффициент скорости резки, зависящий от из-
быточного давления режущего кислорода (/гд = (0,01рк)°’2й); &кр —
коэффициент скорости резки, зависящий от расхода режущего
кислорода и равный отношению принятого расхода кислорода к
оптимальному; — коэффициент скорости резки, зависящий от
степени чистоты кислорода е, %(&,,=! /72(100 - я) ); 8 — толщи-
на разрезаемого металла, м.
14.4. Температурное поле. Влияние процесса резки па химический
состав, структуру и свойства металла поверхности кромок
При кислородной резке листовой стали в результате совмест-
ного влияния теплоты подогревающего пламени, выделяющейся
на поверхности листа, и теплоты сгорания металла, окисляемого
струей кислорода, на лобовой поверхности реза, в зоне реакции,
развивается температура, превышающая на 473 ...773 К темпера-
туру плавления стали.
Анализ уравнения теплового баланса процесса разделительной
резки листовой низкоуглеродистой стали толщиной 5... 100 мм
показывает, что доля отдельных составляющих существенно из-
меняется при увеличении толщины разрезаемого металла (рис. 14.5).
Что касается поступающей тепловой энергии, то при увеличении
толщины металла с 5 до 100 мм доля теплоты <2ПТТ, вносимой по-
догревающим пламенем, снижается с 75 до 11 %, а доля теплота
QUM, образующейся вследствие окисления металла в резе, возрас-
тает с 22 до 84 % и становится определяющей с точки зрения
энергетических параметров процесса. Доля теплоты (?оп, образую-
щейся в результате окисления примесей, не превышает 5 % обще-
го количества теплоты.
157
Рис. 14.5. Тепловой баланс процес-
са разделительной кислородной
резки:
— доля теплоты, вносимой подо-
гревающим пламенем; QOM — образую-
щейся вследствие окисления металла в
резе; — образующейся в результате
окисления примесей в стали; Qhl — рас-
ходуемой на нагрев металла; Qla — на
нагрев шлака; 2„г — на нагрев отходя-
щих газов; QT — на теплой мучение по-
верхностью реза; ---- поступление
теплоты;------расход теплоты
Рис. 14.6. Термический цикл для оп-
тимальных режимов кислородной
разделительной резки низкоуглсро-
дистой стали толщиной 20 мм при
расстоянии от поверхности реза до
точки, в которой установлена тер-
мопара, равном 0,6; 2,0; 6,0 и
10,0 мм
В то же время примерно по-
ловина теплоты передается ме-
таллу (0М), остальная часть рас-
ходуется на нагрев шлаков (<?ш)
и отходящих газов (<20|), а так-
же на теплоизлучение (QT). На
основании данных теплового
баланса выведено уравнение для
эффективной мощности линей-
ного источника теплоты ди,
Дж/с, равной количеству теп-
лоты, выделяющейся по всей
толщине обрабатываемого ме-
талла в единицу времени:
?и 27,4и’/?5,
где и1 — скорость резки, м/ч; b —
ширина реза, м; 8 толщина
металла.
Выделившаяся при резке
теплота распространяется внут-
ри детали и нагревает прилега-
ющие к резу слои металла, об-
разующие зону термического
влияния. При этом термическое
воздействие на металл характе-
ризуется очень быстрым нагре-
вом поверхности реза и приле-
гающих к нему слоев металла до
температуры, близкой к темпе-
ратуре плавления, высокой ско-
ростью охлаждения и замедле-
нием ее по мере снижения тем-
пературы (рис. 14.6). Чем ближе
расположены слои металла к
поверхности реза, тем до более
высокой температуры они ра-
зогреваются и с большей ско-
ростью охлаждаются. Экспери-
ментально установлено, что
скорость охлаждения при резке
стали толщиной 10...50 мм со-
ставляет 1273... 2273 К/с. Очень
быстрое охлаждение металла во
многих случаях приводит к об-
разованию закалочных структур
158
Рис. 14,7. Ширина зоны термиче-
ского влияния в зависимости от
расстояния до поверхности листа
низкоуглеродистой стали толщи-
ной 20 мм при скорости резки 190
(7) и 300 мм/мин (2)
Рис. 14.8, Изменение состава стали
20Х толщиной 20 мм на кромках
реза (скорость резки 36 м/ч):
---------верхняя кромка;
---------нижняя кромка
на поверхности реза даже при относительно низком содержании
углерода и других легирующих элементов в разрезаемой стали.
Распределение ширины ЗТВ по глубине реза для низкоуглеро-
дистой стали толщиной 20 мм показано на рис. 14.7. Ширина этой
зоны изменяется от максимальной у верхней кромки вследствие
теплового воздействия подогревающего пламени до минимальной
в средней части реза. У нижней кромки она опять возрастает за
счет теплоты, выделяемой шлаком, перемещающимся от верхней
части реза к нижней.
При кислородной резке стали на кромке реза происходит из-
менение химического состава металла. Оно вызвано тем, что в
окисляемом жидком расплаве, перемещаемом кислородной стру-
ей сверху вниз, в первую очередь окисляются элементы (Мп, Si
и Сг), имеющие большее сродство к кислороду, чем железо,
вследствие чего их содержание на кромке реза снижается. Ni, Мо
и Си, обладающие меньшим сродством к кислороду, чем желе-
зо, окисляются в расплаве в меньшей степени. Их содержание на
159
с, %
Рис. ). Изменение содержания
углер на кромке реза и вглубь
метал для стали толщиной 20 мм
i трость резки 36 м/ч):
1-3- зка холодно го металла; 4, 5 —
резка алла, нафетото до темпера-
туры : > К; 7, 4 — кривые, соответ-
ствую: : верхней кромке; 2 — сере-
дин :за; 3, 5 — нижней кромке
Рис. : 10. Зависимость ширины
зоны рмичсского влияния от
толщ; I металла у нижней (/) и
рхней (2) кромок
кромке реза возрастает. Это ;
подтверждено результатами
nocj ой но го спектрального ана-
лиза металла кромки реза ста-
ли 20Х (рис. 14.8).
Iх ной закономерности под-
металла углерод нс выго-
на кромке, вследствие чего
минуется поведение углерода на
кромке реза. При резке холод
ноге
рает
его содержание здесь значитель- 1
но п
резк
температуры 1223 К, содержа-
ние
снижается по сравнению с ис-
ходу
эвышается (рис. 14.9), При )
металла, подогретого до :
углерода на кромке реза
ой величиной.
ротяженность ЗТВ (2
и для стали толщиной 20
I мм) зависит от толщины
заемой стали (рис. 14.10),
55 м
1000
разр
режима резки — ее скорости,
расхода режущего кислорода и
горючего газа, а также от соста-
ва ст али.
В:
езависимо от протяженно-
ста ; 1ТВ в ней всегда можно вы-
явить три характерных участка:
участок оплавленного ме-
:г с измененным химичес-
составом, температура на-
талл.
ким
гревй которого превышала тем- :
пера'
зона
туру плавления стали —
А (табл. 14.3);
• участок перегрева, где тем-
пере тура нагрева превышала
темгературу фазового превра-
щения (Т> Ас3) — зона Б;
участок неполной перекри-
тизации (Т < Ас3) — зо-
стал,
на В
Пенрина участка с измснсн-
химическим составом при
ным
резк; металла средней толщи-
ны не превышает 0,2 мм. На
про1
постные и пластические
160
Таблица 14.3
Структуры, характерные для ЗТВ
при резке конструкционных сталей
Типы сталей Зона А Зона Б
Низкоуглероди- СТЫС ТОЛЩИНОЙ, мм: 20 60 Сорбит с отдельными участками мартенсита Участки с ледебуритом Ферритно-перлитная структура с видманштет- товой ориентацией То же
Н изколегирован - ные Ледебурит, троостомар- тенсит »
Средне- и высоко- углеродистые, среднелегирован- ные Участки с ледебуритной эвтектикой Мартенсит с цементит- ными иглами видман- штеттовой ориентации и крупнозернистой тро- остомартенситной струк- турой с ферритной сет- кой по границам зерен
Таблица 14.4
Технологические рекомендации по резке конструкционных
и инструментальных сталей
Группа стали Эквивалентное содержание углерода Сэк, % Рекомендации по резке
I Менее 0,54 Резка возможна без технологических ограни- чений. При вырезке деталей сложной конфи- гурации в зимнее время необходим подогрев до температуры 423 К
II 0,54.„0,7 Резка возможна при предварительном или сопутствующем подогреве металла до темпе- ратуры 423... 523 К. Охлаждение на спокойном воздухе
III 0,7...0,94 Резка должна выполняться на предварител ьно нагретом до температуры 523...623 Кметаллес последующим медленным охлаждением
IV Свыше 0,94 Резку следует выполнять при подогреве изде- лия до температуры не ниже 623 К с последую- щим медленным охлаждением в печи
6 Полевой
161
свойства металла у поверхности реза наибольшее влияние оказы-3
ва-от структурные и фазовые превращения в зонах А и Б. Структу-1
рьхарактерные для ЗТВ при резке конструкционных сталей, при-1
ведены в табл. 14)3. |
Обртзование закалочных структур на кромке реза приводит к]
повышению ее твердости. Низкая пластичность металла кромки в]
сочетании с внутренними напряжениями, вызываемыми тепло-1
вь м воздействием, может привести к потере технологической проч-)
нести металла на кромке (трещины), а в ряде случаев — к разру-]
шению изделия. i
Одним из способов устранения трещин при резке является'^
предва рительный подогрев заготовок, который снижает скорость )
охлаждения металла кромки и обеспечивает получение более пла-:!
ст гчнь х структурных составл яющих.
Таблица' 14.5 ;
Технс логические рекомендации по резке высоколегированных сталей
Группа Класс стали стали Режим термической обработки
до резки после резки
1 Мартенситное (5... 15 % Сг, 0,2...0,5 % С} Подогрев до темпера- туры 523...623 К. Закалка с отпуском при температуре 923...1223К
IJ Мартенситнб- ферритньк (12... 18 % Ср, 0,15 % С) Без подогрева. При рез- ке сталей или изделий средней толщины слож- ной конфигурации по- догрев до температуры 523...623К Отпуск или отжиг при температуре 923...1223К
111 Ферритные ) (16...30 % Сг, 0,35 % С) Без подогрева Нагрев до темпе- ратуры 1023... 1123 К и быстрое охлаждение в воде
IV Аустенитю-! ферритные (хромоникеле- вые с тита: гом или ниобием) То же Термообработка не требуется
V Аустенитные (хромоникеле- вые стали :т сплавы) >> Нагрев до темпе- ратуры 1323... 1423 Кси быстрое охлаждение в воде
162
Для выбора режима резки конструкционных и инструменталь-
ных сталей толщиной до 100 мм можно воспользоваться техноло-
гическими рекомендациями, приведенными в табл. 14.4. Значения
CJK, определяемые расчетным путем, зависят от состава стали.
На предприятиях не всегда имеется возможность осуществить
нагрев листа или отливки. В этом случае можно уменьшить ско-
рость резки стали по отношению к оптимальной, что обеспечива-
ет снижение скорости охлаждения кромки.
Сложный физико-химический состав высоколегированных и
хромоникелевых сталей, подвергаемых кислородно-флюсовой рез-
ке, неблагоприятно отражается на их разрезаемое™. Например,
на кромке реза заготовок из стали Х12, разрезанной в холодном
состоянии, образуется сетка трещин глубиной до 2 мм.
Стали, содержащие ] 6... 30 % Сг и до 0,3 % С, имеют феррит-
ную структуру. При нагреве до температур свыше 1123 К они при-
обретают крупнозернистую структуру и повышенную хрупкость,
которые не устраняются при последующей термообработке. По-
этому их резку выполняют на возможно максимальных скоростях
с охлаждением кромки реза воздухом или водой (табл. 14.5).
Контрольные вопросы
1. В чем заключается сущность процесса кислородной резки металлов?
2. Какие основные требования предъявляют к металлу, подвергаемо-
му кислородной резке?
3. Как влияют легирующие элементы в стали на возможность ее обра-
ботки кислородной резкой?
4. С какой целью осуществляют предварительный подогрев заготовок
перед кислородной резкой?
5. Какие газы используют для получения подогревающего пламени?
6. Какие типы режущих сопел применяют для кислородной резки?
7. Как влияет степень чистоты кислорода на показатели процесса кис-
лородной резки?
8. От каких факторов зависит температура предварительного нагрева
стали?
9. Какой вид термообработки применяют после кислородной резки?
ГЛАВА 15
АППАРАТУРА ДЛЯ РУЧНОЙ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
15.1. Ручные резаки
Резак служит инструментом для кислородной резки и содер-
жит узлы для смешения горючего газа и подогревающего кисло-
рода, подачи режущего кислорода, подсоединения к источникам
163
горючего газа и кислорода, вентили для регулирования состава и|
мощности подогревающего пламени и запорный вентиль для ре-1
жущего кислорода. 1
Ручные резаки для кислородной резки классифицируют по!
нескольким признакам. 1
По виду горючего, применяемого для резки, их подразделяют!
на резаки, работающие на горючем газе ацетилене, газах — заме-1
нителях ацетилена (природный газ, пропан и т.д.) и жидких го-1
рючих (керосин, бензин, бензол). |
По типу смешения горючего газа с подогревающим кислоро-1
дом резаки делятся на инжекторные, внутрисоплового и внешне-1
го смещения. |
По назначению различают универсальные резаки (для пря-|
молинейной и фигурной резки стали толщиной до 300 мм) и.|
специального назначения (дли резки металла большой толщи-я
ны, срезки заклепок, вырезки отверстий, для подводной резки!
и т.п.). |
К резаку как к ручному инструменту предъявляются особые!
требования. Он должен быть легким, удобным для работы резчика!
в различных пространственных положениях. Центр тяжести резака 1
с подсоединенными шлангами должен приходиться на рукоятку. 1
Необходимо, чтобы вентили горючего газа и подогревающего |
Кислорода легко регулировались пальцами той руки, в которой!
Находится резак, а вентиль режущего кислорода позволял быстро!
Начинать и прекращать подачу кислорода. 1
Режущую часть резака располагают так, чтобы исключить воз-j
можность ожога пламенем и горячим металлом рук газорезчика. !
Резак комплектуют необходимым числом сменных деталей (мунд- I
штуков) для обработки материалов разной толщины. I
15.2. Универсальные резаки |
В настоящее время выпускают различные типы ручных резаков |
для резки стали с использованием в качестве горючего ацетиле-1
На, газов — заменителей ацетилена и керосина. I
На рис. 15.1 показан ацетиленокислородный резак Р2А-02. В кор- I
пус 6 резака, в котором имеются отверстия для прохода кислоро- 1
да и горючего газа, установлены вентили подогревающего и го-1
рючего газа и впаяны две трубки со штуцерами для подачи кисло-1
рода 4 и горючего газа 5. На трубки надета рукоятка 3. К корпусу 1
накидной гайкой 8 подсоединена смесителвная камера 9 с ин- i
жектором 7, в которой смешиваются подогревающий кислород и 3
горючий газ. Применение инжектора обеспечивает работу от се-
тей горючего газа с низким (до 0,98 кПа), средним и высоким •
давлением. з
164
165
— Таблица 15.1
О'.
О'
Технические характеристики универсальных ручных ацетиле но кислородных резаков
Показатель Р2А-02 Р1-01Л «Огонь-1» «Факел» «Норд-200 А» «Essen»
Толщина разрезаемой стали, мм 3 ...200 3...100 До 200 3...300 5...300 3...200
Расход кислорода, м3/ч 1,62. .21,2 До 10 2...21 3...40 2...36 До 18
Давление кислорода на входе в резак, МПа 0,2... 0,75 0,25...0,5 0,3...0,7 0,3... 1,2 0,25 ...1,0 До 1,0
Расход ацетилена, мэ/ч 0,4... 1,26 До 0,7 0,4. . 1,25 0,4... 1,2 0,8...1,35 До 1,0
Давление ацетилена на входе в резак, кПа Габаритные размеры, мм: 3...100 3...120 1.. .100 1 20...НО 40
длина 530 500 580 537 550 480
ширина 70 55 — 72 — 55
высота 170 155 — 189 — 155
Масса, кг, не более 1,3 1,0 1,4 1,78 1,1 0,93
Таблица 15.2
Технические характеристики универсальных ручных резаков для газов — заменителей ацетилена
Показатель РЗП-02 Р1-01П «Огонь-2» «Дальни к» АСР-1П «Норд-30*
Толщина разрезаемой 3...300 3... 100 До 300 3...200 3...70 3...300
Расход кислорода, м3/ч Давление кислорода на входе в резак, МПа Расход пропан-бутана, м3/ч Расход природного газа, м7ч Давление горючего газа на входе в резак, МПа Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса, кг, не более 2,0...33,2 0,2...1,0 0,33...0,83 0,6... 1,86 20... 150 530 70 170 1,3 До 10 0,25...0,5 До 0,5 30... 120 500 55 155 1,0 2...32 0,3...1,0 0,3...1,0 0,3...2,0 20...150 580 1,4 0,2... 1,2 15... 120 500 1,5 2,5...7,2 0,3...1,5 0,2...0,4 20... 100 550 67 140 1,15 3,2... 27,5 0,3...1,0 0,36...0,85 10...60 535 65 166 1,1
Подогревающий кислород, проходя через инжектор, создает в
смесительной камере разрежение, благодаря чему достигается
подсос горючего газа. Далее горючая смесь по трубке 10 подается
в головку 11 резака, а из нее поступает в шлицевые каналы, рас-
положенные на внутреннем мундштуке 12. Резак имеет в комп-
лекте шесть внутренних мундштуков, обеспечивающих резку ме-
талла толщиной 3...5, 5...25, 25...50, 50... 100, 100...200 и
200...3Q0 мм, а также два наружных мундштука 13. Режущий кис-
лород церез вентиль 2 и трубку 1 подается в головку и далее во
внутренний канал мундштука 12.
Резак для резки на газах — заменителях ацетилена имеет ту же
конструкцию и отличается от Р2А-02 увеличенным размером ин-
жектора и выходных шлицев. Применение шлицевых выходных
каналор для горючей смеси позволило значительно повысить ус-
тойчивость работы резаков по сравнению с ранее выпускавши-
мися ш,елевыми резаками «Пламя», «Факел» и РЗР-62, посколь-
ку у резаков этих типов трудно было обеспечить центровку внут-
реннего мундштука по отношению к наружному. В табл. 15.1 и
15.2 приведены технические характеристики универсальных руч-
ных резаков для работы на ацетилене и газах — заменителях аце-
тилена.
У резаков «Норд» и «Essen» смешение горючего газа и подогре-
вающего кислорода осуществляется непосредственно в выходных
каналах мундштука (внутрисопловое смешение), что обеспечива-
ет их более высокую надежность в работе без обратных ударов
пламени.
По требованию потребителя указанные выше резаки могут быть
оснащены опорной тележкой и циркулем.
Вставные резаки. При монтажных, ремонтных и других рабо-
тах часто один рабочий выполняет операции сварки и резки. В этом
случае в целях экономии времени, затрачиваемого на переход с
одного вида работ на другой, применяют вставные резаки
(Табл. 15.3) для разделителвной резки (РВ1А-02 и РВ2А-02), срез-
ки заклепок (РАЗ), резки труб (РАТ) и вырезки отверстий (РАО).
Резак типа РВ1А (рис. 15.2) предназначен для резки низкоуг-
леродистых и низколегированн ых марок сталей толщиной 3... 70 мм.
Он закрепляется на сварочной горелке ГС-3 с помощью накид-
ной гацки 4. В корпусе 2 кислород разделяется на режущий, кото-
рый через вентиль 3 по трубке 1 подается в головку 7 резака и
Далее в режущий канал внутреннего мундштука 8, и на подогре-
вающий, который, проходя через инжектор 5, в смесительной
камере 6смешивается с поступающим в нее горючим газом. По-
догревающее пламя выходит из щели, образуемой внутренним 8
и наружным 9 мундштуками.
Выпускают комплекты оборудования для сварки и резки КГС-1
(на базе горелки малой мощности Г2-05 и вставного резака
168
Т аблица 15.3
Технические характеристики вставных резаков
Показатель Толщина разрезаемой стали, мм
3...8 8... 15 15...30 30...60 60... 100 100...200
д< рс шлепке кисло- да, кПа 245 343 392 412 490 735
Ра К а г I т сход газа, м3/ч: ислорода цетилена род ол житель- ость выполне- ия реза дли- :ой 1 м, с 1,9 0,36 150 3,2 0,4 180 4,7 0,5 270 7,0 0,6 300 9,1 0,7 480 17,1 Ы 720
11 ирина реза, мм 2,0 2,5 3,5 4,5 7,0 8,0
Примечание. Давление ацетилена 0,98...98 кПа.
РЕ1А-02) и КГС-2 (на базе горелки средней мощности ГЗ-05 и
вставного резака РВ2А-02). Комплект КГС-2 обеспечивает резку
металла толщиной 3...200 мм и сварку низкоуглеродистой стали
толщиной 0,5...20 мм, для комплекта КГС-1 соответствующие зна-
чения толщины составляют 5... 100 и 0,5...9 мм.
Рис. 15.2. Вставной резак типа РВ1А:
J -г трубка для подачи режущего кислорода; 2 — корпус; 3 — вентиль режущего
ки: лоро да; 4 — накидная гайка; 5 — инжектор; 6— смесительная камера; 7 —
головка резака; 8 — внутренний му гдштук; 9 — наружный мундштук
169
I
Резаки ;ля резки стали с использованием жидкого горючего. На 1
;строительных площадках и в полевых условиях для кислОродной
резки низк
применяю:
:^углеродистых и низколегированных сталей широко I
керосинорезы РК-02. В качестве горючего ддя резки 1
пары керосина. Резак (рис. 15.3) состоит из ствола 9, в 1
: использую’
котором смонтированы вентиль 10, регулирующий подачу подо- 1
гревающег:
да, инжекп
наружной :
Резак снаб
: кислорода, и пусковой вентиль 3 режущего кйслоро-
орно-смесительной камеры с асбестовой набивкой на I
поверхности и головки 2 с подогревающим соплом 15. 1
подается в резак от бачка с ручным насосом по спе- 1
рукаву под давлением 20... 200 кПа. 1
Т ливки горючего и герметизации бачка в него с помо- |
:а закачивается воздух, благодаря которому керосин по 1
;гупает к ниппелю 8 резака. Кислород через ницпель 7,
' рубку 5 и инжектор подается в смесительную камеру, ]
иную в головке резака, в которой смешивается; с пара- I
который в процессе работы керосинореза нагревается
>жен сменными мундштуками 1.
Керосин]
циальнрму ]
Посде з
щью н^сос
рукаву пос
вентиль 6,
i располбже
; ми горюче 4о, поступающего из испарителя. Керосин от штуцера 1
। через труб!^у 11 подается в заполненный асбестовой набивкой ис- !
,паритеДь,
пламенем .дополнительного сопла 15. Расход паров горючего регу-
: лируется в
При рабЬте с керосинорезом необходимо соблюдать ряд осо- j
бых правил ~
мени в кислородный рукав давление в бачке горючего всегда долж-
но быт . ме
ретека Дие героев на в кислородный рукав; при перерыва х в работе >
резак цужно располагать головкой вниз для свободного вытека- ;
ния горюче
дить за: исправностью Обратного клапана, установленного на ли- |
НИИ кцрло;
нтилсм 12, жестко связанным с трубкой инжектора.
В частности, для предотвращения обратного удара пла- |
зьше рабочего давления кислорода, что исключает пе- |
: го в случае негерметичности вентиля. Необходимо еле- j
ода.
1 — смеиныГ
кислородные
10 — вещил!
с
170 I
Рис. 15.3. Керосинорез РК-02: ;
мундштук; 2 — головка; 3 — вентиль р ежу щегД кисло рода; 4, 5 —
грубки; 6, 12 — керосиновые вентили; 7, 8 — ниппели; 9 ~ ствол;
подогревающего кислорода; 11 — керосиновая трубка; 13 — трубка
испарителем; 14 — щиток; 15 — подогревающее; сопло
В резаках с распылением горючей жидкости в головке испаре-
ние капель жидкости происходит в выходном отверстии мундшту-
ка, разогретого до высокой температуры. Резак этого типа облада-
ет повышенной устойчивостью против обратных ударов пламени
по сравнению с резаками инжекторного типа, однако он не все-
гда может работать при низких температура к. В табл. 15.4приведе-
ны технические характеристики резаков, рзботающих на жидком
горючем.
Кроме керосинорезов и бачков, выпускаемых в виде отдель-
ных изделий, изготавливают также комплекты оборудования
КЖГ-1 для резки на жидком горючем, включающие в себя тележ-
ку, на которую устанавливают бачок БГ-0'! для жидкого горюче-
го, баллон для кислорода и керосинорез РК-02 с рукавами и кис-
лородным редуктором ДКП-1-65.
В табл. ] 5.5 приведены технические характеристики керосино-
реза РК-02.
15.3. Специальные резаки
Резак РЗР-З предназначен для резки поковок и прибылей из
низкоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной
300...800 мм. Резак (рис. 15.4) работает по принципу внутрисопло-
вого смешения горючего газа и подогревающего кислорода. Сме-
шение газов осуществляется в шлицевых каг алах, образуемых внут-
ренним мундштуком I и наружной гильзой 2. Режущ гй и подогре-
1O0Q.
Рис. 15.4. Резак РЗР-З для низкоуглеродистой ст ял и толщиной до 800 мм:
1 — внутренний мундштук; 2 — гильза; 3 — головка; 4 — вентиль режущего
кислорода; 5— вентиль подогревающего кислорода; 6— вентиль горючего газа
172
вающий кислород, а также горючий газ подаются по отдельным
трубкам в головку 3 резака. Из нее режущий кислород поступает в
центральный канал внутреннего мундштука, а подогревающий
кислород и горючий газ — в кольцевые каналы внутреннего мунд-
штука, из которых в шлицевые каналы просверлены попарно во-
семь калибрующих отверстий. Надежное уплотнение плоскости
головки и внутреннего мундштука с гильзой обеспечивается на-
кидной гайкой.
Применение внутрисоплового смешения горючего газа и по-
догревающего кислорода способствует надежной работе резака (без
обратных ударов пламени) в сложных условиях металлургическо-
го производства. Регулирование пламени осуществляется вентиля-
ми подогревающего кислорода 5 и горючего газа 6,
Резак может работать от цеховых сетей кислорода и горючего
газа либо от кислородной 10-баллонной рампы с редуктором
ДКР-500 и 12-баллонной ацетиленовой рампы с редуктором БАО
или 10-баллонной пропановой рампы с редуктором БПО-5-1.
В табл. 15.6 представлены характеристики ручных резаков для кис-
лородной резки стали большой толщины.
Резаки РПА-2-02 и РПК-2-02 предназначены дня поверхност-
ной зачистки низкоуглеродистых и низколегированных сталей с
целью удаления поверхностных дефектов с отливок и черного про-
ката, а также для разделительной резки металла толщиной до
500 мм. Резак РПА-2-02 работает на ацетилене, РПК-2-02 — на
Таблица 15,6
Технические характеристики резаков для кислородной резки стали
большой толщины
Показатель РЗР-З Р ГР-5 00 Р ГР-700
Толщина разре- 300... 800 100... 500 300... 700
заемой стали, мм
Расход, м3/ч:
кислорода 43...114 34...82 78... 135
ацетилена — — —
пропан-бутана 2,5 ...7,0 2,8 3...10
природного газа — — —
Давление, кПа:
кислорода 500...750 500... 1200 500... 1200
ацетилена — — —
пропан-бутана 50 80... 120 80... 120
природного газа — — —
Длина резака, мм 950 —
Масса, кг 8,4 1,6 2,15
173
zS
л
s
ID
C3
H
IS
Резак РПК-2-02 Разделитель: 1яя резка 00 о. Q0 р. CN 40 С : 1 : 5 — у-x О 00 гч мп О 1 1 1 оо
Поверхностная резка , . 'Z> ЕЗ оо сл с °! 1 В й _ч ОС ОГ О, 00 <П 00
Резак РПА-2-02 Разделительная резка О И) оо — 52 . й, СК - 'о < < : : f : — Q-1 оо [2 £ о? ] 1 1 1
Поверхностная резка < $2° m < | 1 < S mi os 1,2... 1,3 141 ...188
Показатель Наружный мундштук Внутренний мундштук Давление газа на входе в резак, кПа: кислорода ацетилена газов — заменителей ацетилена Расход газов, м3/ч: кислорода ацетилена пропан-бутана коксового газа Скорость удаления металла, кг/ч
174
газах его заменителях. Резак состоит из корпуса, вентилей для
регулирования подачи горючего га;а и подогревающего кислоро-
да, рычажного механизма пуска режущего кислорода, головки с
наружным и внутренним мундштукЕ ми. Удлиненные газоподводя-
щие трубки удобны для работы при зачистке металла с опорой
головки на поверхность металла и при разделительной резке от-
ливок. Резак комплектуется одним наружным и тремя внутренни-
ми мундштуками, один из них служит для разделительной резки
(табл. 15.7).
Переносная установка ПГУ-3 предназначена для ручной свар-
ки, пайки металлов и резки низке углеродистой и низколегиро-
ванной стали при выполнении монтажных и аварийных работ вдали
от источника питания газами. В качестве горючего используется
пропан-бутановая смесь. В состав ;той установки входят малога-
баритные баллоны для кислорода и пропан-бутана, каркас, го-
релка ГЗУ-З, вставной резак, работающий на пропан-бутане, ре-
дукторы (кислородный БКО-25-1 и пропан-бутановый БПО-5-1)
и рукав. Установка обеспечивает св ярку низкоутлеродистой стали
толщиной до 4 мм и резку стали толщиной до 12 мм. Максималь-
ный расход кислорода при сварке составляет 0,9 м3/ч, при рез-
ке — 30 м3/ч, пропан-бутана — 0,5 м 3/ч. Вместимость кислородно-
го баллона равна 5 дм3, баллона для пропан-бутана — 4 дм3.
Контрольные юпросы
1. Какие требования предъявляют к ручному резаку?
2. Перечислите основные типы ручных резаков.
3. Каковы особенности работы с ручными резаками на жидком горючем?
4. Каковы особенности конструкции специальных резаков?
ГЛАВА 16
МАШИНЫ ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
16.1. Общие допросы
Ручную кислородную резку применяют преимущественно для
получения заготовок из стального гиста, труб, профильного про-
ката и отливок, если объем резки невелик и к заготовкам не
предъявляют повышенных требовг.ний по точности и качеству
поверхности реза. В этом случае предварительно выполняют раз-
метку контура резки и резчик осуществляет вырезку детали. Руч-
ной процесс малопроизводителен, сопряжен с трудностями при
организации рабочего места с точки зрения соблюдения санитар-
но-гигиенических норм и при резке крупных заготовок утомите-
лен для рабочего.
175
В промышленности широко применяется механизированная рез-
ка, выполняемая с помощью машин, оснащенных, как правило,
несколькими резаками. При механизированной термической рез-
ке в металлообработке повышаются производительность труда и
точность заготовок, сокращается трудоемкость последующих сбо-
рочных работ, улучшаются условия труда резчика и т. п.
16.2. Типы машин
устанавливаемые в определенном месте заготовительно-
По конструктивному исполнению машины делят на стацио-
нарные,
го участка, и переносные, перемещаемые оператором в рабочую
зону. В соответствии с видом обработки различают машины для
резки листового проката, труб, профильного проката, стальных
отливок я т. д. В зависимости от устанавливаемой на машине режу-
щей оснастки различают машины для кислородной, плазменной
и лазерн
ой резки.
в
Рис. 16.1. Схемы машин для термической резки листовой стали:
а — портальная: 1 — каретка; 2 — портал; 3 — привод продольного хода; 4 —
рельсовый путь; 5 — опора; 6 — раскройный стол; 6 — портал ьно- кон сольная:
1 — портал; 2 — каретка с фото голо в кой; 3 — копир; 4 — привод продольного
хода; 5 — каретка с резаком; 6 — раскройный стол; в — переносная: 1 — тележ-
ка; 2 — направляющий рельс; 3 — разрезаемый лист; 4 — раскройный стол; г —
шарнирная: 1 — колонна с поворотным хоботом; 2 — шарнирная рама; 3 —
копир; 4 — привод; 5 — суппорт с резаком; 6 — раскройный, стол
176
Стационарные машины для резки листовой стали подразделя-
ются на портальные, портально-консольные и шарнирные. В со-
ответствии со способом управления машинами различают маши-
ны с числовым программным, фотоэлектронным, магнитокопи-
ровальным и механическим управлением. На машинах портально-
го типа обрабатываемый лист размешается под их ходовой частью
(порталом), на большинстве портально-консольных машин — под
консольной частью; фотокопировальная головка устанавливается
на портале. На шарнирных машинах обрабатываемый лист распо-
ложен под шарнирной рамой (рис. 16.1).
В зависимости от числа одновременно обрабатываемых листов
машины делят на одноместные, с шириной обрабатываемой об-
ласти 2,0...3,5 м, и многоместные — 5 м и более.
16.3. Системы контурного управления
Современные машины оснащены различными системами кон-
турного управления, основное назначение которых состоит в пе-
ремещении с определенной скоростью режущего инструмента по
траектории, обеспечивающей получение заданного размера заго-
товки. Рассмотрим кратко основные особенности работы систем
контурного управления.
В машинах с механическим управлением перемещение инстру-
мента со скоростью резки осуществляется от фрикционного ро-
лика, которому направление движения задается вручную, по раз-
метке. Вследствие недостаточно высокой точности воспроизведе-
ния заданного контура системы механического копирования в на-
стоящее время используются крайне редко.
При магнипюкопиров членом способе управления направление дви-
жения резака задается стальным копиром, по кромке которого
обкатывается намагниченный палец. Копир, изготавливаемый из
низкоуглеродистой стгли толщиной 5...8 мм, размещен непо-
движно на раме машины и имеет раЗхмеры, соответствующие кон-
туру вырезаемой детали. Ось резака совпадает с осью магнитного
пальца. При расчете размеров копира для получения требуемого
размера вырезаемой детали возможны четыре варианта взаимного
расположения магнитного ролика, копира и детали: вырезка внеш-
него контура детали по внешнему контуру копира (рис. 16.2, а) и
по его внутреннему контуру (рис. 16.2, 5); вырезка внутреннего
контура детали по внешнему контуру копира (рис. 16.2, в) и по
его внутреннему контуру (рис. 16.2, г). Для приведенных четырех
вариантов размеры копиров могут быть определены по следую-
щим формулам:
1) E=D~(d~b), h^ = (d-b)/2-
2) Е = D + (d+ b), /‘min = 0;
177
3) £ = D + (d-b), Xmin = (d + b)/2;
4) E = D + (d - b), Amin = 0,
где E — размер копира; D — размер вырезаемой детали; d — диа-
мзтр магнитного пальца; b — ширина реза; R — радиус скругле-
н
ля угла.
К достоинствам магнито копировальной системы управления
носятся простота конструкции, надежность и высокая точность
В' ^произведения контура. Вместе с тех ее применение сопряжено
трудоемким процессом изготовления
о
фпиров и потребностью в :
:ладских помещениях для их хранений.
Серийном и массовом производстве г фи резке сравнительно не-
б :льших деталей на машинах шарнир? :с
с
с:
в
В;
м
в
ц
р
п
Эта система применяется
го типа.
•ногоуправления обеспечи- ;
жением режущего инстру-
я задана копирчертежом, .
или в масштабе по отно-
В системах фотоэлектронного конту
.гтся автоматическое управление двг
знта вдоль копируемой линии, котора|:
.шолненным в натуральную величину
ению к размерам вырезаемой детали.
Принцип работы фотоэлектронной
гвления состоит в том, что информация с освещенного ко-
трчертежа поступает в специальный!
№
системы контурного уп-
Рис. 16.2. Соотношение размеров копира и вырезаемой детали при
магнитокопировальном способе управления:
прибор — фотоголовку, в
а,
Bf
к<
б — вырезка внешнего контура детали соотзегствелно по внешнему и в нут*
ннему копирам; в, г — вырезка внутреннего ко -пура детали соответственно по
ешнему и внутреннему копирам; D — размер вырезаемой детали; Е — размер
пира; d — диаметр магнитного пальца; b — ширина реза; R — радиус
скругления угла
Г 8
которой с помощью светочув-
ствительных элементов проис-
ходит преобразование этой ин-
формации в электрические
сигналы, управляющие испол-
нительными двигателями ма-
шины. В зависимости от спосо-
ба преобразования сигналов
копир’чертежа различают амп-
литудные и импульсные сис-
темы фотоэлектронного управ-
ления.
В амплитудных системах
(рис. J6.3, я) световое пятно 2
перемещается поступательно
вдоль'одной из кромок линии
чертежа, имеющей толщину
2... 5 мм. В этой системе нейтраль-
ное состояние, при котором уп-
равляющее напряжение равно
нулю,"соответствует положению
центра светового пятна точно на
кромке линии. Смещение цент-
ра пятна на белое или черное
триводит к рассогласова-
от линии. В нашей стране
тудная система фотоэлек-
ступательного движения
поле
нию равновесия, причем сигнал
(напр икение) рассогласования
пропорционален отклонению
расстояния центра светового
пятна
амплг
тронного управления не нашла
прим( нения.
В v мпульсных системах поми-
мо П(
светового пятна 2 вдоль линии
черте; <а осуществляется его вра-
шател ьное движение по кольце-
вой траектории 3 (рис. 16.3, 6).
Так к; к скорость движения пят-
на по
ки раз больше скорости копи-
рован ия, то след пятна на чер-
теже >чень мало отличается от
окру» ности. Нейтральное состо-
яние 1: импульсных системах со-
этой траектории в десят-
Рис. 16.3. Расположение светового
пятна при фотоэлектрон пом управ-
лении:
а — амплитудная система управления;
5 — импульсная система управления при
работе по толстой линии; в — импульс-
ная система управления при работе по
тонкой линии; 1 — линия чертежа; 2 —
световое пятно; 3 — траектория движе-
ния светового пятна при импульсной
системе управления; стрелками показа-
но направление копирования
Рис. 16.4. Схема фотог'оловки им-
пульсной системы фотоэлектрон-
ного управления:
1 — корпус осветителей; 2 — корпус
фотоголовки; .?— синхронный элект-
родвигатель; 4 — вал электродвигате-
ля; 5— диафрагма; 6 — зеркало; 7, 8 —
фотоэлектронные умножители; 9 —
объектив; 10 — гнездо корпуса; 11 —
световое пятно; 12— капирчертеж
179
ответствует положению центра кольцевой траектории на кромке^
толстой линии копирчертежа или в середине тонкой (рис. 16.3, в).
Схема фототоловки импульсной системы управления, применяв-;
мая на всех машинах с дистанционным масштабным управлению
ем, приведена на рис. 16.4.
Фотоголовка снабжена корпусом 2, в
хронный электродвигатель 3. В нижней1
расположен корпус 7 осветителей. Ос
ваться в гнездах 10 корпуса, что позвогяет регулировать световое;
пятно 11 на копирчертеже 12. Вал 4 элею'родвигатсля 5 имеет сквоз-
ное отверстие для прохождения светового луча. На верхней части;
вала смонтирована диафрагма 5 с двумя эксцентрично располо-
женными отверстиями. Отверстие, нах
афрагмы, описывает круг малого диаме
орбита), дальнее отверстие — круг бог
орбита). Над диафрагмой под углом 4
закреплено зеркало 6 с отверстием по центру. Л
ший сквозь отверстие диафрагмы на малой орбите, через отвер-
стие в зеркале попадает на фотоэлектронный умножитель 7, а луч
света от большой орбиты — на наклог
i котором смонтирован син-.
части корпуса фотоголовки;
ветители могут поворачи-j
лдящеесг ближе к оси ди-
:тра (так называемая малая
иного диаметра (большая
5' к оси
электродвигателя
уч света, прошед-
ное зеркало 6 и далее по-
ступает на фотоэлектронный умножитель 8.
оперечно:
й тележке коман-
Корпус фотоголовки размещен на п<
доаппарата таким образом, что линия ^опирчер^ежа находится на
фокусном расстоянии объектива 9 фот
следящей системы основано на считывании Цветового потока,
отраженного от копирчертсжа, с последующим
его в электрические импульсы.
При фотоэлектронном управлении i
ные, металлические или пластмассовы
оголовкг. Действие фото-
преобразованием
рименять бумаж-
можно П]
с копиры. Бумагу обычно
наклеивают на стекло или металлический лис
вычерчивают контур детали или набора деталей
иваемого листа. При этом обращают бсобое внимание на такое
т и после сушки
для всего раскра-
ценой i?
ртся минимум от-
:ей осуществляют
[еления не менее
копиры
изготавливают с
расположение деталей, при котором обеспечива
ходов резки. Проверку размеров конт/ра детап
штриховыми оптическими метрами с
0,2 мм. При вычерчивании контура в е^о размер вносят поправку
на ширину реза.
Металлические или пластмассовые
помощью слесарного инструмента общепринятыми в металлооб-
работке методами. Во время резки эти <опиры укладывают на бе-
лую бумагу, прикрепленную к фотокопировальному столу.
Числовое программное управление находит применение в систе-
мах контурного управления машинами термической резки. Оно
обеспечивает более высокую точность получения заданного кон-
тура по сравнению с фотоэлектронным и магнито коп проваль-
ным управлением, полную автоматиза:
180
цию процесса резки дета-
лей из листов тго прог
можность рабе ты в гиб
матизированных лини;
ческой резки.
Машины те
оснащенные у
левого программного уг
(УЧ Л У), полу;
с дискет или Других я
на которых в специалг
записаны дани ле о пере
машины в прямоуголь
динатах и Техг
бенностях резки. П|одгс
ходной информации bi
ствляется подготоц
жу детали (рис
тех точек, где;
(круг, линия и т.г|.) с
детали. Для пр
чания, для час
:рмическ
ТТрОЙСТЕ
ают инс)
ологиче
:. 16.
лройсхо
iMOii ли
;ги к
чания обхода. Для
даны в
:зуга
при
опорных точек
Полученную ин|фор
в память с лещ
готовки прогр; мм )гаск
ные рабочие м :ста
«Искра», перс
вычислитель н
строители и другое) ле
ЭВМ вводят р
ализиро
онал
[ые ком
нфо]
раскладки на листе по
зируют их расиоло
чтобы получит в миних
Номер опорног
точки
1
2
3
4
5
6
Ко
ка и
5)о
(API
ьны
б
;оо
И
и
л
и
та, воз-
нх авто-
: терми-
200
100
100
4ертеж программируе-
мой детали:
точки детали
5100
Е| резки,
и чис-
авления
рмацию
:ителей,
'ом коде
мщении
IX коор-
iqnx осо-
вка ис-
олняется в два этай
1<
5 200
Рис. 16.5.
7—5 —
люрные
формации о деталям
рзделяют координат)
иг переход с одного
юследовательным о'
[и задаются коордиД
а. На первом осуще-
Для этого по черте-
[опорн 1
I ипа фи 1
11ХОДОМ
: 1ты ее Н;
--г координаты его це
( денного на рис. 16.5
ых точек, т. е.
гур на другой
контура всей
ачала и окон-
нтра, начала и о кон-
чертеж
а координаты
гбл. 16.1.
1Е цию об опорных тс
1ННОЙ вычислительн
: ев деталей использу'фт автоматизирован-
) на базе мини-ЭВМ
компьютеров и др.
ексы, графические
ферийное оборудот
1ках оп оратор вводит
Дй машины. Для под-
рма
жен
Ощеде
!серии СМ, ЕС ЭВМ,
1 состав АРМ входят
5 дисплеи, графопо-
ыние. Затем в память
по о размерах других деталей. Далее для
играют детали одной толщины и оптими-
груга таким образом,
1>й стали.
Таблица 16.1
относител ьно друг
фпьный отход листов1
1ие координат опорпы1
точек
{ аинаты опорных точек, м
0
300
300
0
0
150
Радиус, мм
300
50
181
Современные АРМ для подготовки программ раскроя дбеспе- ]
чивают авго
том использования металла до 0,8...0,9. По1
’Кладывать детали вручную по изображению раск|роя на
графическом дисплее. Используя клавиатуру
та экране, можно перемещать вдоль осей координат и j
поворачивать в ту или иную сторону. |
размещения деталей на листе вводится информ щия о 1
координатах точки пробивки начального отдерстия, направлении |
эбхода де|ггли, поступлении технологическ
кончание, а также о холостых переходах машинй. Кон- ‘
матическую укладку деталей на
листе с коэффициен- j
мимо этого AI M по- 1
зволяют у
чиваемые
После
01
АРМ, детали,
высве
:их команд на начало
резки и ее
гроль полущённой программы осуществляете^ вычерчиванием рас- ]
кроя на дшщлее. ' ]
При pai
рованных
б
л
УЧПУ в автом;
:те машин термической резки с
иниях информация о раскрое листа подается по
ям связи й< посредственно в УЧПУ.
атизи
ЛИНИ'
16.4
. Стационарные машины для резки
листовой стали
.е ограниченного числа базовы.у моделей маш
здано оборудование для термической резки
личными тотребительскими свойствами. В качестве обобщённого
классификационного параметра принята ширина обработки, так
шбольшей мере определяет коне
ютветствии с этим для стационар
[истовой стали установлены чет
На осн о
ин со
листовой стали с раз
как она в на
чашин. В со
кой резки л
первая из
шириной ।
1,5... 2 м и
труктивные различия (
*ных машин тер»
1ыре базовые м*
оторых предназначена для многоместных Mai
2,5...3,5 м, третья —
'работки 5 м и более, вторая —
иичес- |
одели, !
[ПИН С I
о
четвертая — менее 1,5 м. В нашег} стране машин|1
зой и втоЬо
ы пер- 1
схеме, ,
третьей —
пин четвс р
чая схема
Портал ь
до ваны на
чо-консол
(й базовых моделей выпускают по портальной
лавным образом по портально-консольной, дйя ма- 1
гой базовой модели принята шарнирная конструктив- |
ые машины первой и второй базовых моделей
: управления. Порталь- |
ль), оснащении*
обору- 1
золее прогрессивными системами
- ые машины (третья базовая моде
м системами фотоэлектронного управления, работают 1
1:1. Ряд машин этой базовой модели имеют дополни- j
inl:
ъ
чым образо!
з масштабе
псративное микропроцессорное управление. Машины
6е зовой модели работают по магн гтному копиру
описаны и;
ственной т:
Порталь
пироко рас
л «Искра-:
тельное о
четвертой
2.
е глав-
Ниже ]
отече- ;
зшины для термической резки,
зомышленностыо.
1ые машины. На российских предприятиях натболее |
пространены машины «Комета-2,5К», «Комета
.5Ко. Схема последней машины показана на рис. 16.6.
выпускаемые
-3,5К» ; f
182
Опа состоит из рамы I, выполненной в виде жесткой сварной
облегченной конструкции и установленной на две приводные ка-
ретки продольного хода — левую и правую. Они обеспечивают
перемещение портала 3 машины в продольном направлении по
рельсовому пути 4 с помощью серводвигателей и редукторов, на
выходе которых установлены приводные шестерни, входящие в
зацепление с прецизионными рейками, закрепленными на точно
обработанных рельсах. Высокая точность перемещения портала
обеспечивается двумя парами боковых направляющих колес, за-
цеплением между редукторами и рейкой, а также синхронным
перемещением левой и правой кареток.
На передней части рамы смонтирована точно обработанная
направляющая, по которой вдоль портала перемещаются привод-
ная 7 и неприводныс 5 каретки. С помощью серводвигателя с ре-
Рис. 16.6. Конструктивная схема машины «Искра-2,5К»:
1 — рама для подвешивания шлангов; 2 — суппорт; 3 — портал; 4 — рельсовый
путь; 5— неприводная каретка поперечного хода; 6— поворотный трехрезако-
иый блок; 7 — приводная каретка поперечного хода; 8 — коммуникационный
блок; 9 — шкаф электрооборудования и автоматики; 7(7 — устройство числового
программного управления; 11 — привод продольного хода; 12 — пульт управле-
ния; 13 — газовый пульт
183
луп
пер
нус
рад.
вклочении одного из двух электромагнитоф установленных на
кар
спи
юром через выходную шестерню и рейку, расположенную на,
дней части рамы, приводная каретка тяне” бесконечную сталь- j
ленту, закрепленную по концам порталг. на роликовых опо-1
Неприводные каретки перемещаются вместе с приводной при 1
:тках. Перемещение неприводных карето^с происходит за счет ]
гления электромагнитов с лентой. При вкл:
ни гэв неприводные каретки перемещаются
, что и приводная. При включении нижйих электромагнитов ’
гонении верхних маг- j
в том же направле-1
ни;
происходит их сцепление с противоположно^ частью ленты, при
ЭТ( н
зун|>1, на которых смонтированы суппорты
Щ1-
1 неприводные каретки перемещаются в направлении, проти-
воположном движению приводной каретки, чго обеспечивает воз-1
moj ность вырезки из листа симметричных деталей. I
: ! направляющих кареток электроприводом перемещаются пол- ]
с резаками, имею- j
с внутрисопловым
кислорода и датчи-;
ш стабильные рабочие характеристики,
см; пением горючего газа и подогревающего
плавания», обеспечивающие поддержание постоянного рас- ]
[ния между торцом мундштука и поверхностью разрезаемого j
ки
сто.
ме [ шла. На суппорте ведущей каретки установлен трехрезако- J
вы!
ват г
но >
рае
озволяст обрабаты- j
апример с V-образ- ;
ТО1 г
тел
уск
пос
блок с приводом поворота, который гн
деталь со скосом кромок под сварку, и;
разделкой кромок (с притуплением или без него) и Х-об- I
гой разделкой. 1
' )лектропривод с системой управления обеспечивает в каждой 1
[ :е вырезаемого контура поворот блока перпендикулярно каса- 1
i ной траектории движения. Кроме того, т а ведущем суппорте |
новлена газовая напылительная горелка
тсдующей гибки вырезаемой детали и ее
1а каждом суппорте имеются дежурные
зажигания пламени резака. На штуцере Ьежущего кислорода 1
для разметки линии
маркировки.
горелки, служащие
для
ре;! ка внутрисоплового смешения (рис. 16.7) установлен фото-
ЭЛ!: - - —
ки;
лрический датчик контроля процесса резки (рис. 16.8). При 1
тородной резке на передней лобовой поверхности реза шлаки ]
им; ют высокую температуру, что обеспечива!
>т реза. Световой поток от лобовой поверх!
:з горловой канал мундштука и попадает
ет сильное свечение .
ности реза проходит ।
на фотодиоды. При j
зон
чер
cpj >] ве процесса резки световой поток не попадает на них. В этом
ел; ’’
сигнал об останове
(при перемещении
кат
пер
iae в системе управления формируется
ма j ины и выключении подачи режущего киЬлорода.
Во избежание обрыва рукавов и кабелей
кар ‘ток вдоль портала) они закрепляются на роликовых тележ- 1
на раме 1 (см. рис. 16.6). Для укладки рукавов и кабелей при I
;мещснии портала в продольном направлении служит комму- J
ни рационный блок 8. Управление машино
пул >та 12, регулирование подачи газов — сп
й осуществляется с ’
нового пульта 13.
18<-
Рис. 16.7. Резак внутри
соплового смешения сдатчиком контроля процесса
резки:
роля процесса резки; 2 — внутренний мундштук; 3 —
— головка резака; 6 — кожух; 7 — корпус с подсоелини-
регулировочными вентилями; 8 — датчик контроля про-
цесса резки
/ — гильза датчика кон:
гайка; 4~ смеситель; 5
тельными штуцерами и
е системы управления в машине применено УЧПУ 10
В качсстг ।
типа 2Р32 на базе микроЭВМ «Электроника-60» и комплектный
электропривод ПКГ -02. Система управления обеспечивает в авто-
матическом j
реток попер!
перемещен!-1
кового суше
включении
рода и горкУ
в соответствии с командами расстановку ка-
хода на заданном расстоянии друг от друга,
;яы по заданному контуру, поворот трехреза-
яжигание дежурных горелок и пламени при
магнитных клапанов подогревающего кисло-
режиме
1СЧН0Г0
:е маши
;орта, з;
электро:
чего raia, включение клапанов режущего кислорода
после подогрева мет
иимание резаков пр:
в листе начального
подачи газов по
окончании Дырезки деталей. Та-
ким образом, все операции кис-
лородной резки листовой стали
на машина* этого типа выпол-
няются автс матичес:
гичии датчиков не-
алла до температуры воспламенения, припод-
и пробивке
отверстия и
выключен и
ки.
При нал
прореза, контролирующих про-
цесс резки,
обслуживай
Для одн
нескольких
один резчик может
ъ нескол:
(□временной резки
листов
широкопор' 'альные
ные машинц «Коме
:ые выше машины
ько машин.
используют
многомест-
на-8 К».
Описанг:
имеют сходное конструктивное
исполнение
том расположения Системы уп-
равления. У машин «Искра»
и отличаются мес-
3 4 5 6 7
13 12
88
Рис. 16.8. Фотоэлектрический
датчик контроля процесса резки:
I — корпус; 2, 3 — уплотняющие
прокладки; 4 — корпус фотодио-
дов; 5— 7 — фотодиоды; 8 — фла-
нец; 9 — кабель; 10 — штуцер; И —
прозрачное разделительное стекло;
12 — ниппель; 13 — гайка
185
ивод установлены вне машины, в помещении
средой, у машин «Комета» все электрообору-
с
же блочно-модульной конструктивной схеме,
ые, и отличаются наличием разнообразной ре-
конструкцией несущей балки.
э требуемой траектории в соответствии с кар-
реализацию алгоритмов управления техноло-.
Hi
и
:е электрооборудования.
едены технические характеристики портальных
м
м
м
У|ЧПУ и электропр]
контролируемой <
дование смонтировано на машине. Широко портальные машины
выполнены по той
ч"о и узкопортальн
жушей оснастки и
Все современные машины термической резки оснащены УЧПУ
на базе одноплатного промышленного компьютера с процессо-
ром Pentium. Это устройство обеспечивает перемещение рабочих
органов машины п
той раскроя листа,
гической оснасткой машины в процессе резки, графический ин-
терфейс при просмотре деталей и выполнении раскроя, возмож-
кть редактирования программ, взаимодействие с внешней ЭВМ
диагностировав
В табл. 16.2 прив<
ишин с УЧПУ для кислородной резки листовой стали.
Для подготовки
1ической резки с
разработали систему автоматизированного проектирования САПР
'аскрой». Она обеспечивает создание карт раскроя и выдает уп-
равляющее программы.
Пакет
САП-сис”ему, в которой учтена специфика технологических про-
цессов термической резки.
В качестве аппар
пьютер IBM PC/А" на базе процессора Intel; принтер, совмести-
:ый с IBM PC; плоттер, совместимый с IBM PC, работающий в
стандартам DMP 20
ботана широко применяемая система подготовки программ рас-'
кроя COLUMBUS
st eim» аналогична
систем можно отметить систему, разработанную ЦНИИТС.
Обмен
управляющих программ к машинам для тер-
УЧПУ ведущие производители оборудования
«.
прикладных программ «Раскрой» представляет собой
лтных средств используются персональный ком-
100 или «Hewlett Packard». Фирмой ESAB разра-
система OMNIDATA фирмы «Messer Gries-
ей по своим возможностям. Из отечественных
информацией о контуре вырезаемых деталей и порядке
вйрезки Деталей осуществляется в диалоговом режиме. Раскладка
обрабатываемых деталей по поверхности листа выполняется в ав-
томатическом режиме с высоким коэффициентом использования
проката.
Наряду с машинами для термической резки с УЧПУ отече-
ственная промышленность выпускает портальные машины с фо-
тоэлектронным дг станционно-масштабным управлением типа
ПКФ, применяемье на предприятиях с относительно невысоким
годовым объемом переработки листового проката. Подготовка ис-
ходных данных дл^ этих машин осуществляется вычерчиванием
на бумаге
уменьшенного в 5 — 10 раз изображения детали или все-
гб раскрой листа. Е этом случае отсутствуют затраты на вычисли-
186
см
3
£
Ю
35
Н
Технические характеристики портальных машин с УЧПУ для кислородной резки листовой стали «Кристалл ТК-2,5» 10000 2500 5... 100 100... 4000 ±0,5 1—1 380 50 3,5
«Алмаз ПКЦ-2,5» 5000 3...200 3...100 5...80 i 50..«6000 । +0,35 ’ч-
«Suprarcx SXE-P* 'KD О ч
«Cort а» 2300
СЗ Е с Е О 8000 3600 о о о (N О V)
«Комета-3,2 К» | OOZE | 2...4
* 1 2500
Показатель Максимальные размеры разрезае- мых листов, мм: длина ширина Толщина разрезаемого листа, мм: одним резаком двумя и более резаками со скосом кромок Скорость перемещения машины, мм/мин Максимальное отклонение от кон- тура, мм Число резаков Энергопитание: напряжение, В частота, Гц Потребляемая мощность, кВт
187
Окончание табл. 16.2
«Кристалл. TK ? - г, , 't ° ОО 30 ” О о 1,4 0,08 О О о 1Г> 2
«Omnimat»- «Corto адЕ-г»—П КН-2 5» _ 40 СО ГО 20 600 | 10900 | 12 100 I 12600 2550
«Комета-3,2К» 0,1 0069
«Комета-2,5 К» 0‘1
Показатель Расход на один резак, м3/ч: кислорода ацетилена пропан-бутана природного газа Давление, МПа: кислорода горючего газа Габаритные размеры, мм: длина ширила высота
Р
г
I
Е
Г
трльную технику для подготовки управляющих программ. Однако
точность машин этого класса ниже из-за погрешностей при вы-
черчивании копирчертежей, размеры которв!х увеличиваются в
соответствии с установленным масштабом копирования.
Машина состоит из исполнительной и задающей частей. В ис-
полнительную часть входят портал с двумя приводными каретка-
|и продольного хода, каретки (приводная и неприводные) попе-
ечного хода, суппорты с резаками, распределительная газовая
[анель, газовый пульт, пульт управления и система управления,
задающую часть (фотоэлектронный комаидоаппарат) входят
Ьрхняя тележка с фотокопировальной приставкой и приводом,
|ижняя тележка с приводом и столик для чертежей. По требова-
ию потребителей машина может быть оснащена не только суп-
юртами с вертикальными резаками, нои трехрезаковым суппор-
Ьм. Она обеспечивает вырезку фигурных деталей из листового
проката с вертикальными кромками или кромками, разделанны-
ми под сварку.
Для удобства обслуживания на портале имеется кресло, распо-
ложенное перед пультом управления. Суппорты оснащены устрой-
ствами автоматического поддержания постоянного расстояния
и^ежду резаком и поверхностью металла. Перемещение машины
г io контуру вырезаемой детали осуществляется в автоматическом
режиме. Включение и выключение подачи газов, зажигание пла-
мени резаков, переход с контура обрабатываемой детали осуще-
ствляет оператор дистанционно с пульта управления.
Технические характеристики портальных машин термической
Т езки с фотоэлектронным дистанционно-масштабным управлени-
см приведены в табл. 16.3. Кроме машин для термической резки с
с ютоэлектронным управлением выпускают портальную машину с
j инейным управлением «Днепр 2,5-К.2». В отличие от машин ПКФ
с на не имеет фотоэлектронного командоаппарата и предназначена
; ля прямолинейного раскроя листового проката с X- и У-образной
I азделкой кромок под сварку или с вертикальными кромками при
I оследователъной обработке продольной и поперечных кромок листа.
Машина обеспечивает вырезку прямоугольных деталей, одновре-
менную резку полос несколькими резаками и т.п.
Портально-консольные машины ПкК2-4Ф-2 относятся к третьей
( азовой модели и применяются на машиностроительных предпри-
s тиях при вырезке из листового проката относительно небольших
деталей (длиной до 2,0 м).
Такая машина (рис. 16.9) состоит из несущей балки 10, опира-
ющейся с одной стороны на тележку продольного хода, а с дру-
I ой — на рельсовый путь через опорный ролик. На портальной
1 асти машины на направляющем рельсе размещена фотоголовка
( приводом поперечного хода 3. Под портальной частью машины
расположен фотокопировальный стол 2, имеющий возможность
188
189
1 й 1
Портальные машины с фотоэлектронным управлением
Показатель П КФ-2,5-2-2-6 ПКФ-3,5-2-2-10 П КФ-2,5-2-2 ППЛФ-2,5-2
Назначение Фигурная резка заготовок со скосом кромок под сварку и без него Фигурная резка заготовок без скоса кромок под сварку
Ширина обрабатываемого 2500 3500 2500
листа, мм
Наибольшая тол шина разр е зае м о го л и езя, мм 100
Скорость перемещения, мм/мин 50... 1600 50...6000
Число резаков, шт. 3 2 1
Класс точности 2
Габаритные размеры, мм 4400 х 11 760x2000 4350х 10350x2100
Масса (ходовой части), кг 2450 2650 2300 4500
Рис, 16.9. Порталыю-консольная машина для кислородной резки листовой стали с фотоэлектронным управлением
ПкК2-4Ф-2:
1 - опорный ролик; 2 - фотокопировальный стол: 3 - привод поперечного хода с фотоголовкой; 4 ~ пульт технологических
команд; 5 суппорт с режущей оснасткой; 6— стол для укладки листов; 7— пульт управления машиной; 8 — привод продольного
хода; 9 — электропривод; 10 — несущая балка
хо
Таблица 16.4
Технические характеристики портально-консольных машин для резки листовой стали
Показатель ПкКФ-2-4-2 «Бугаз» ПкПлФ-2-6-2
Вид резки Кислородная Плазменная
Максимальные размеры разрезаемых листов, мм: длина ширина 8000 2000 2000 8000
Толщина разрезаемыхлистов, мм: сталь алюминий медь До 200 3...200 10... 60 10...70 10...40
Число резаков 1-4 1-2
Скорость перемещения резака, мм/мин: максимальная минимальная 2000 1500 50 6000
Точность машины (предельные отклонения), мм + 1,0
Энергопитание Трехфазная' сеть переменного тока с нулевым проводом Трехфазная сеть переменного тока
Напряжение, В 380
Частота, Гц 50 ...... . . ....... ..
7 Полевой
Потребляемая мощность, кВт 1 155
Расход на резак, м5/ч: кислорода ацетилена природного газа пропан-бутана сжатого воздуха охлаждающей воды 1 0,8 1,35 0, 2 1,4 55 2,16...6,84 0,36
Номинальный рабочий ток, А — 300
Продолжительность включения оборудования, % — 100
Напряжение холостого хода источника электропитания, В — 220
Тип источника электропитания — «Киев-4М»
Габаритные размеры ходовой части, мм 1500x4500x2200 — 1500x4500x2200
in
низкого рельса
. На иаправля-
ого хода смон
3
ков.
Олеги рованных
ф.ф.фф
назначены для;
i| в условиях се
о
4 отв. 024
0300
1500
1 — ре:
— наружная рама;
SMItl
Рис. 16.10. Шарнирная машина АСШ-81
.; 2 — шаблон; 3 — поворотный хобот; 4 — колонна; 2
6 — внутренняя рама; 7 — пантографическая npi ставка
перем
и шве
вычер
ющсй
ЮЩИ1
тиров
пульт
Супп<
дожег
можн
Оп
чала ]
тур, в
ЛЯСТС1
СТЫ р
стаде)
Те;
резки
ПЬ
стаци
вырез
рийне
даться в продольном направлении по уголк)
геру высокого рельса. На стол 2 укладывают копирчертеж,,
иваемый на плотной бумаге в масштабе 1:
юнсоли балки установлены каретки с суппортами' 5, име-
режушую оснастку. На тележке продельт
1 комплектный электропривод 9, а в центре несущей рамы —
управления машиной и пульт 4 технологических команд,
ты оснащены системой автоматической стабилизации по-
я резака над разрезаемым листом, что обеспечивает воз-;
:ть одновременной работы нескольких реза
затор с пульта управления перемещает машину в зону на-
зки, пробивает лист, выводит машину на исходный кон- '
ключает подачу газов. Резка деталей по ког туру осуществ-
s автоматическом режиме. Машина может обрабатывать ли- <
мером 2 х 8 м из конструкционных и низк
толщиной до 0,1 м и имеет точность ± 1 мм.
ические характеристики портально-консолг ных машин для
истовой стали приведены в табл. 16.4.
нирные машины, относящиеся к четвертой базовой модели-
тарных машин термической резки, пред
г небольших деталей из листового проката
э и массового производства.
м
ф
Q-
§
S
S
В
«
В
я
Ос
as
я
Ос
я
В
а
S
ШКМ1-1,6-1, «Огонек» «Факел-1К» ШПлМ1-4-1 G-70 Кислородная Плазменная Кислородная 1500 (1000) 850 750 (1000) 650 5...300 3...200 5...100 5...300 5... 100 3...100 — - 5... 100 - - 5...50 - 1...3 1 1600 2000 4000 800 50 100 70 100 ±0,5 - Однофазная сеть переменного тока Однофазная (трехфазная*) сетьпеременного тока 220 220/380 220
Показатель Вид резки Максимальные размеры обрабатываемых листов, мм: длина ширина Максимальная толщина разрезаемого металла, мм сталь: одним резаком тремя резаками алюминий медь Число резаков Скорость перемещения резака, мм/мин: максимальная минимальная Точностьмашины (предельное отклонение), мм Энергопитание Напряжение, В
195
194
Окончание табл. 16.5
Маиина (рис. 16.10) состоит из наружной 5 и внутренней 6
рам, соединенных друг с другом и с колонной шарнирами. На
колонне 4 смонтирован поворотный хобот 3, на котором закреп-
лены стальные шаблоны 2. На наружной раме собраны ведущий
механизм, пульт управления и пантографическая приставка 7,
обеспечивающая возможность работы нескольких резаков 1. Обя-
затель
магни
ставка
нирнь х машин для резки листовой стали.
,лым условием точной работы машины является соосность
ггного пальца ведущего механизма и пантографической при-
. В табл. 16.5 приведены технические характеристики шар-
16.5. Переносные машины для резки листовой стали
Переносные машины представляют собой самоходные тележ-
ремещаюшиеся по направляющему рельсу или листу. Они
ых сталей при небольших (до 1000 т) годовых объемах псре-
пускают переносные машины трех типоразмеров: К-1 —
, массой до 15 кг; К-2 — средние, до 20 кг; К-3 — тяжелые,
ки, пе
предназначены для кислородной разделительной резки конструк-
ционн:
работки листового проката, когда применение дорогостоящих ста-
ционарных машин экономически нецелесообразно.
Эти машины выполняют прямолинейную и фигурную (по кри-
вым большого радиуса) резку листового проката с разделкой кро-
мок пэд сварку или с вертикальными кромками, вырезку полос
одновременно двумя резаками (кислородные машины), резку по
разметке, вырезку фланцев и дисков по циркулю.
Вы
легкие
до 50 <г. Наибольшее распространение в промышленности полу-
чили переносные машины типоразмера К-2 «Гугарк» для кисло-
родной резки листовой стали.
Переносная машина «Гугарк» (рис. 16.11) состоит из ходовой
тележки, в верхней части которой в направляющей закреплена
штанг 1 с двумя кислородными резаками инжекторного типа и
циркульное устройство. На тележке смонтированы газовый кол-
лектор для подключения резаков и электрический пульт управле-
ния, обеспечивающий регулирование скорости резки и включе-
ние привода тележки. К машине от блока питания подводится по-
стоянное напряжение 24 В, что обеспечивает безопасные условия
ее эксплуатации в заготовительных цехах и на складах металла.
Маршна выполняет прямо- и криволинейную резку листов с
кой кромок под сварку, вырезку полос одновременно дву-
ет 5...300 мм.
раздет
мя решками шириной 0,1 и 0,3 м, вырезку фланцев и дисков
диаметром 0,3...3,0 м. Толщина стали, разрезаемой машиной, со-
ставлЯ'
В тдбл. 16.6 приведены технические характеристики перенос-
ных мЬшин для. кислородной и плазменной резки листовой стали.
197
QO
Рис. 16.11. Переносная машина для кислородной резки листовой стали «Гугарк»:
/ — блок электропитания; 2 — циркульное устройство; 3 — коллекторный узел; 4 — суппорт; 5 — самоходная тележка; 6 — резак
Таблица 16.6
Технические характеристики переносных машин для кислородний и плазменной резки листовой стали-
Показатель «Гугарк» «Микрон 2-02» «Смена-2 М » «М агама» «Sekaior С»
Вид резки Кислородная Плазменная Кислородная
Размер вырезаемых заготовок, мм; ширина полос, вырезаемых за один проход диаметр круговых заготовок 100...330 200... 3000 300. 100...850 (1450) ..3000 60 „1500
Максимальная толщина разрезаемого металла, мм: сталь алюминий медь 300 40 40 20 5... 150 5...200 3...100
Число резаков 2 1 2
Скорость перемещения резака, мм/мин: максимальная минимальная 1600 50 4000 100 1600 50 1000 1200 100
Максимальный угол резака, °: поперек реза вдол ь реза при снятии лысок 60 70 25
Энергопитание Переменный однофазный ток Переменный трехфазиый токе нулевым проводом Переменный однофазный ток
Напряжение, В 220 380 (220) 220
Окончание табл. 16.6
16.6. Специализированные машины
Специализированными называются машины и установки, пред-
назначенные для выполнения определенного вида работ: резки труб
перпендикулярно оси, фигурной резки труб, резки профильного
проката, отрезки стальных прибылей и др. Отечественная промыш-
ленность выпускает разнообразные специализированные машины.
Машина для фигурной резки труб СФРТ-1220 обеспечивает резку
труб диаметром 89... 630 мм с углом скоса кромок под сварку до 35°.
Она состоит из сварной рамы, на которой смонтирован рольганг с
подъемными роликами, подающими трубу в продольном направ-
лении в зону резки, и роликовых опор. На передней части рамы
установлены плавающий ролик, приводящий во вращение трубу,
и направляющая, на которой закреплен суппорт с резаками.
Возвратно-поступательное движение резака вдоль оси трубы
обеспечивается кулисным механизмом.
Эти машины позволяют вырезать из трубы секторные отводы и
цилиндрические заготовки, выполнять обрезку патрубка для со-
пряжения с трубой при угле между осями 90°. Однако они обраба-
тывают ограниченное число трубных сопряжений, и их применя-
ют главным образом на монтажных участках и в небольших цехах.
Гибкий автоматизированный модуль для фигурной резки труб
«МАРТ» обеспечивает обработку патрубков, вырезку отверстий
под трубные сопряжения любых типов окон различной формы в
трубах и щелевых пазов под усиливающие пластины.
Гибкий автоматизированный модуль ГАМ снабжен приводным
вращателем, на котором расположена обрабатываемая труба. Вдоль
ее оси по направляющим перемещаются две каретки, которые мо-
гут одновременно обрабатывать два идентичных или зеркальных
относительно оси трубы контура. Резак по программе наклоняется
к оси трубы в вертикальной плоскости, что обеспечивает получе-
ние одинакового угла разделки кромок под сварку при сборке труб-
ных металлоконструкций. Управление приводами поворота трубы,
осевого перемещения кареток, поворота резаков, перемещения
трубы в осевом направлении и транспортной тележки осуществля-
ется от УЧПУ на базе микроЭВМ. Она же рассчитывает исходные
данные для получения требуемого типа сопряжений по заданным
диаметрам обрабатываемой и примыкающей труб, углу между их
осями, эксцентриситету и толщине обрабатываемой трубы.
На раме модуля смонтирован рольганг с подъемными ролика-
ми для перемещения трубы в осевом направлении. Модуль может
быть оснащен транспортными рольгангами для подачи трубы со
склада и транспортирования вырезанных заготовок на склад гото-
вой продукции.
Применение гибких автоматизированных линий экономичес-
ки целесообразно при переработке более 15 тыс. трубных загото-
201
gi'd* HHud панпеамф ifrtr
er
1 Анггоматизипоаанный -1 -.-.т- ,. 1 ., , D-r ЬУ1 -IM модуль«МАРТ» ‘ 1500... 12 000 11 985 По требованию заказчика 100...1020 57...425 80...1200 3...20 - 5... 140 1 3 + 1 3 5 12000 0...4000 Кислородная, Кислородная и плазменная кислород но -фл юсовая и плазменная Трехфазная сеть переменного тока О о о ФО г, 7600 5500
* ; ) i 1000...12000 159...1220 4...50 50...90 100... 2000 Кислородная и плазменная
ж указатель Размеры обрабаты- ваемых труб, мм: ; длина диаметр толщина стенок Угол между осями стыкуемыхтруб, ° Число независимых ко- ординат Скорость резки, мм/мин Тип оснастки Энергопитание Напряжение, В Потребляемая мощность электропривода, кВт Масса, кг
газа,
име-
пор-
. Te-
нно-
вок в год. ГАМ для фигурной резки труб обеспечивает высокую
точность вырезаемых заготовок и может применяться в заготови-
тельных цехах при изготовлении трубных металлоконструкций,
плавучих и стационарных платформ для добычи нефти и
различного рода аппаратов и арматуры. Технические характерис-
тики стационарных труборезов приведены в табл. 16.7.
Машины для резки прокатных и сварных балок швеллернэго и
двутаврового сечения применяют в цехах по производству свар-
ных и разборных металлоконструкций. Такая машина вклка ает в
себя портал, установленный на подшипниках на колонне и
ющий возможность поворачиваться вокруг оси колонны. На
тале смонтированы три каретки, перемещающиеся вдоль не ю по
направляющей. В каретках установлены суппорты для перемеще-
ния резаков со скоростью резки. Левая и правая каретки обеспе-
чивают резку полок при вертикальном перемещении резаков. Стен-
ка двутавра или швеллера разрезается центральным резаком при
перемещении каретки по направляющей портала.
Машина оснащена электроприводом для резки балок в ibto-
матическом режиме и может быть оборудована рольгангом для
подачи балок, а также устройством для измерения длины отреза-
емой заготовки.
Переносные машины для резки труб применяют в цеховьх ус-
ловиях и на монтажных площадках. В настоящее время выпуы
переносную машину «Спутник-БМ», предназначенную для отрезки
торцов труб перпендикулярно их оси, а также вырезки трубгых и
цилиндрических заготовок. Машина (рис. 16.12) снабжена с амо-
ходной тележкой, перемещающейся вокруг трубы по цепи;,
лежка имеет четыре колеса, опирающихся на поверхность трубы.
Тележка приводится в движение от электродвигателя постоя:
го тока напряжением 24 В. Машина оснащается блоком электро-
питания, обеспечивающим необходимую точность поддерж[;
скорости при изменении нагрузки на привод в различных
странственных положениях. Машина позволяет резать трубы
метром 194... 1620 мм с толщиной стенок 5,..75 мм. Электре
вод обеспечивает изменение скорости резки в пределах 9... 45
При прокладке магистральных газо- и нефтепроводов, (согда
предъявляются повышенные требования к точности обрезайных
торцов труб, машина комплектуется различными направляющи-
ми поясами, устанавливаемыми на поверхность трубы между опор-
ными колесами тележки.
Существует несколько типов машин для резки стали большой
толщины (свыше 0,3 м). Машина ПМР-1000 предназначена для
кислородной резки прибылей и заготовок из конструкционных
сталей толщиной 0,5... 1,2 м и кислородно-флюсовой резки в;
колегированных сталей толщиной 0,5... 1,0 м. Она оборудована тя-
желой самоходной тележкой, находящейся на рельсовом пути. 3 на-
кают
ания
про-
диа-
при-
м/ч.
ысо-
203
202
Рис. 16.12. Переносная машина для редки труб «Спутник-БМ»:
сетевой кабель; 2 — блок электропитания; 5 — кабель электропитания; 4 — механизм натяжения цепи; 5 — резак; 6 — рукав
7 — корпус; 8 — опорные ролики; 9— цепь; 10 — направляющий пояс
204
правляющих тележки перемещается балка с приводом подъема и
поворота суппорта. В суппорте установлен резак с внутрисопло-
вым смешением горючего газа и подогревающего кислорода.
Машина оснащена блоком электропитания, щитом запорных
электромагнитных клапанов с вентилями для регулирования рас-
хода газов и выносным пультом управления. Ес можно переносить
в зону обработки крупногабаритных изделий. Настройку аппара-
туры перед резкой и ведение процесса резки оператор осуществ-
ляет дистанционно, с пульта управления, что обеспечивает воз-
можность резки нагретого металла.
Машина УОП-2 (рис. 16.13) предназначена для резки конст-
рукционных сталей толщиной до 2 м. В ее состав входит платфор-
ма 20, выполненная в виде сварной рамы на двух ходовых колесах
(одно из них является приводным). На платформе установлен при-
вод перемещения 18 машины вдоль обслуживаемой площадки цеха,
состоящий из электродвигателя и двухступенчатой коробки пере-
дач 16.
На платформе также находится колонна 12 с приводом пово-
рота относительно вертикальной оси на угол 210° от асинхронно-
го электродвигателя 14 с двухступенчатым червячным редукто-
ром 15. В основании опорной колонны 29, соединенной с поворот-
ной колонной 12 траверсой 2, установлен шкаф 21 с электроаппа-
ратурой управления.
Вдоль колонны 12 перемещается площадка с кабиной 11, пуль-
том управления 7, траверсой 28 и головкой 26 с резаком 23. Масса
вертикально движущихся частей, равная 1,7 т, уравновешивается
контргрузом, перемещающимся внутри опорной колонны (на
рисунке не показан).
На колонне вверху установлен механизм подъема площадки
(каретки с траверсой), работающий от электродвигателя посто-
янного тока через двухступенчатый червячный редуктор 3 и цеп-
ную передачу со звездочками 4 и 13. Скорость перемещения пло-
щадки регулируется в пределах 0,9...3,0 м/ч.
Траверсу 28 с головкой 26 можно отклонять на угол + 10° от
горизонтали вручную, поворачивая штурвал 8. Головка переме-
щается по траверсе с помощью привода рабочего хода, состояще-
го из электродвигателя 9 постоянного тока, червячно-цилиндри-
ческого редуктора 10и цепной передачи 24. Рабочая бесступенча-
тая регулировка подачи осуществляется в пределах 0,9...9 м/ч.
Для ориентации резака в пространстве предусмотрена комби-
нированная двухприводная головка 26, состоящая из привода 27
наклона резака перпендикулярно оси траверсы и привода 25 по-
ворота резака в плоскости, параллельной оси траверсы. Резак
перемешается вдоль своей оси с помощью устройства, действую-
щего через систему привода 22. Установка резака по вертикали
выполняется электродвигателем 5.
205
Рис. 16J3+ Машина УОП-2 для резки стали толщиной до 2 м:
— rycei
едущая :
цепи:
[ОСТОЯНН4
атора; 77
ель; 75 -
[риводно
латформ
езака вд(
езака; 2С
ичная цель; 2 — поворотная траверса; 3 — червячный редуктор; 4 —
вездочка; 5 — электродвигатель для установки резака по вертикали;
я передача; 7 — пульт управления; 8 — штурвал; 9 — электродвигатель
го тока; 10 — червячно-цилиндрический редуктор; II — кабина опе-
— поворотная колонна; 13 — ведомая звездочка; 14 — электродвига-
- двухступенчатый червячный редуктор; 16 — коробка передач; 17 —
; колесо; 18 — привод перемещения; 19 — переносной пульт; 20 —
i; 21 — шкаф электроуправления; 22 — система привода перемещения
ль его оси; 23 — резак; 24 — цепная передача; 25 — привод поворота
— двухприводная головка; 27 — привод наклона резака; 28 — травер-
са; 29 — опорная колонна
:06
Питание машины электроэнергией осуществляется от сети (на-
[ пряжение 380 В, частота тока 50 Гц) посредством гибкого кабеля.
| Природный газ, кислород и воду (для охлаждения резака) пода-
s ют по трубопроводам. На участке от цеховой колонны до машины
эти трубопроводы заключены в несущую гусеничную цепь 1, рас-
положенную на стационарной части металлоконструкции.
! Стационарная часть машины состоит из двух ферм-балок (опи-
рающихся посредством швеллеров на опоры цеховых колонн),
которые являются направляющими для верхних опорных роликов
подвижной части установки.
Управление перемещениями и режущим пламенем осуществ-
ляет оператор с пульта управления 7кабины 77 на площадке, а в
отдельных случаях — с переносного пульта 19.
16.7. Машины и автоматизированные комплексы для термической
i резки профильного проката
Фасонный раскрой профильного проката открытого типа осу-
ществляется на автоматизированной линии (рис. 16.14). Она по-
зволяет выполнять мерный и фасонный крой с вырезкой из
профильного проката изделий произвольной конфигурации по
заданной технологической программе. Такой метод эффективно
заменяет традиционные методы обработки профиля, включая
раскрой с использованием металлорежущего оборудования. Ли-
ния выполнена на базе модуля 2 фасонного раскроя с контур-
ной системой числового программного управления станочного
типа, который имеет беззазорные приводы по всем координа-
там и характеризуется высокой степенью автоматизации рас-
кроя, повышенной точностью воспроизведения заданного кон-
тура при оперативном вводе и корректировке управляющей
информации с пульта. Предусматривается полуавтоматическое
или автоматическое транспортирование проката с точным по-
зиционированием.
Линия спроектирована по модульному принципу. Это позволя-
ет обеспечить ее наиболее целесообразную структуру и компонов-
ку для конкретного заказчика в соответствии с технико-коммер-
ческим предложением.
Для раскроя замкнутых контуров предлагается использовать
линию плазменной резки прямоугольных труб, которая состоит
из универсальных загрузочных, резательных и приемно-пакети-
рующих устройств. Загрузочное устройство оснащено карманом. Это
позволяет поштучно подавать к резательному устройству трубы
(пакетированные или неп а котированные). Система управления
обеспечивает по программе необходимые технологические пере-
ходы и параметры. Прием но-пакетирующее устройство имеет ро-
207
Рис. 16.14. Автоматизированная линия для раскроя профильного проката открытого типа:
1 — виды вырезаемых деталей; 2 — модуль фасонного раскроя; 3 — электропривод транспортной системы; 4 — блок управления
транспортной системой; 5 — транспортная система; 6 — блок управления модулем раскроя; 7 — электропривод модуля раскроя
Таблица 16.8
Технические характеристики установок для резки профильного проката
Показатель Профи лерез Установка фасонной резки проката Линия резки при моугол ьп мх труб Роботизированный комплекс «ОКСИТЕХНИК»
Вид резки Кислородная Плазменная
Размеры обрабатываемого проката, мм: ширина высота длина До 1300 500... 12000 До 200 400 80...250 80...250 800...9000 600 300 Неограниченна
Число резаков 3 1
Скорость перемещения резака, мм/мин 50...750 До 8500 8000 До 35400
Точность резки (установки), мм — ±1,0 ±0,5
Тип плазморежущей установки — АПР-404 «HYPER TERM МАХ200»
Расход, м3/ч: сжатого воздуха охлаждающей воды — 4... 10 0,24 —
Давление, кПа: сжатого воздуха охлаждающей воды 250 150... 300 ...600 150 —
Потребляемая мощность, кВт 1,2 140 —
Габаритные размеры, мм — 1910x2900*1300 23 800x5200*1860 —
Масса, кг — 19 —
S Примечание. Энергопитание всех установок осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц.
й
конвейер и пакетировщик, который укладывает трубы Bi
г транспортирования или хранения. Линия может рабо-?
йомно или в составе комплексов. Ввиду относительно ог-
ликфвы
' ДЛ(
. JIOI
н:(ой области применения и специфики условий различ-
но: '
фцр
пакс'
тать;
ранич|е
ных
т
а
п
зводств все устройства изготавливаются по заказу. ,
||л|фй «Messe-Griessheim» разработан роботизированный ком-
КСИТЕХНИК» с шестиосным промышленным роботом.]
плекс
п осуществляет кислородную и плазменную резку и рас-:
считаз
балки,
конкурную обрезку концов профиля, вырезку отверстий и
проем о
После
Ком:
ля,
.С.
г
IB
ib. все виды профилей: швеллеры, одно- и двутавровые,
ловой прокат и полосы. Робот выполняет отрезку профи-;
, срезку фасок под сварку. i
загрузки рабочего участка все операции (измерение длины?
занесение надписей, маркировка, резка, транспортире-;
Накопление готовых деталей) осуществляется автомати--
дета|п|й,
и
Комплекс обслуживает один человек. При ширине полосы :
комплекс выполняет около 80 тыс. резов в год при 8-часо-:,
ойно
еш г
зокап’а приведены в табл. 16.8.
ванне
ческ
240
вой
Т|'
го и
и
мм
именной работе. ’
зеские характеристики установок для резки профильно- ;
Контрольные вопросы
I <ак|1е типы машин применяют для термической резки листовой ;
сталщ
Лер
2
газоре
3
для Те
очислите известные вам системы контурного управления для;
к/щих машин.
Kai
ковы конструктивные особенности специализированных машин ,
эпической резки? .<
text :о.
ГЛАВА 17
ОГИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
17.1
Техника и технологические особенности резки стали
средней толщины
и
Пр
с те|ст|о|л
лой
недородной разделительной резке стали в соответствии
згическими особенностями различают резку металла ма- i
5 мм), средней (5...300 мм) и большой (свыше 300 мм) :
толфййы
зон;
a: cd
(до
диапг
щие
з;
1кд^
НОС"Ь
металла
1. Такое деление довольно условно, однако для каждого
ia значений толщины разрезаемых слоев существуют об-
номерности.
гонка металла к резке. Качество реза и производителъ-
олесса в значительной степени зависят от подготовки
к резке.
210
; личных марок необходимо пода-
। чищенным от окалины, ржавчины
Литейные прибыли в зоне резки
ны от формовочной смеси, песка
и был устойчивым.
резкой поверхность проката очи-
стали и окалины последняя отде-
на специальных листоправильных
а перед механизированной резкой
Листовой прокат сталей ра'
вать на рабочее место резчика о
и других загрязнений.
При резке в зимних условиях листы высоколегированной и
высокоуглеродистой стали нужно подавать в цех заблаговремен-
но, чтобы они успели нагреться. Это снизит вероятность образо-
вания трещин на кромке реза.
должны быть тщательно очище:
и пригара, чтобы процесс резк
Перед ручной кислородной
щают от окалины и ржавчины обычно пламенем резака узкой
полосой по линии предполагаемого реза. Для этого необходим не-
значительный прогрев поверхности металла подогревающим пла-
менем резака, в результате которого благодаря разным коэффи-
циентам теплового расширения
ляется от поверхности листа.
Перед механизированной резкой листовой прокат подвергают
прежде всего правке прокаткой
машинах и затем сплошной очйстке.
Очистка поверхности проказ
необходима потому, что окал иг а и другие поверхностные загряз-
нения препятствуют непосредственному контакту металла с пла-
менем и кислородом режущей струи, что может приводить к сры-
ву процесса резки и порче вырезанных заготовок.
Существуют химический, ме санический и газопламенный спо-
собы очистки. Химическую очистку проводят травлением сталь-
ного проката в растворе солянс:
ладывают в специальные ванны
то в из низкоуглеродистых и низколегированных сталей составля-
ет 1...2ч, высоколегированных
Среди различных способов механической очистки поверхнос-
ти листовой стали наибольшее
метная очистка, при проведен
постоянной скоростью, а его пс
дроби, вылетающей с большой
ры. Этот процесс очистки является экологически чистым и наи-
более производительным.
При резке на переносных и г <
пользуются самым простым способом очистки — проходят по
линии реза подогревающим пламенем резака.
Начало резки. Чтобы обеспечить хорошее качество резки и вы-
сокую производительность про
торец мундштука на определенн:
резаемого металла.
Известно, что длина ядра плг мени — наиболее высокотемпера-
турной его части — зависит от вица горючего газа и мощности подо-
й или серной кислоты. Листы ук-
Продолжительность очистки лис-
— более 3 ч.
распространение получила дробе-
ш которой лист перемещается с
: верхность обрабатывается пучком
скоростью из дробеметной каме-
еболыних стационарных машинах
цесса, необходимо устанавливать
эм расстоянии от поверхности раз-
211
грсва
внеп
Исхо
шиш
цом 1
нцего
гредс т
из :лс|го п^и ацетиленокислородной резке Стали разной тол-[
Оптим;
ундппука и йоверхностью разрезаемого металла:
1 намели. Наибольшая температура пла
• генной близости от ядра — на расстояни
смени развивается;
: i от него 1... 2 мм/
гльными приняты следующие рассто
шния между торт.
То;
таг
Рас
1^ина ме-
si, мм
Юяннс
.....3
мм ...
..10 10...25 25...50 50...100 100
3 4 4...6 4...6 5
..200 200...300
..8 7...10
П
дуем
Д.
мета
спец
ройс
П
ной
кисл
прер
ПО Л1
П
необ
чени
вают
тиль
рону
реме
вере
П
супп
забр;
режу
ло рс
П
режу
Однс
ЛЯЮ1
разр<
ц ис:
: pad
1 тог
1ом сс|:
:ЛЬН
в а ст
:щес:
/чке
;юда
Д.НО11
ании газов — заменителей ацетилена рекомен-
цользов;
поя ни: увеличивают на 30...50 %.
гтобь расстояние между мундштуко:
хранилось постоянным, при ручной безке применяют^
опорные тележки, а при механизированной — уст-i
Мйлизс.ции положения резака.
резки
с
'3
:ые
гл и разрезаемым!
начинают с нагрева поверхности листа в исход-
у|)4за дб температуры воспламенения
пуска кислородной струи и установления нег!
процесса окисления по толщине ре
кромки листового проката.
Г [осле
о
)ии рф^а от
ке внутренних элементов заготовок
И вы
?дим
IиачЕЛ
металла в струе
зак перемещают
з первую очередь
Ж;
гробить отверстие по всей толщине металла. Для полу*
ьного отверстия поверхность стального листа подогре-!
Подоен
цжущего кислорода и наклоняют резак на угол 5... 15° в сто-,
Нбрагндо направлению резки. Одновремен
нть х:ак с пониженной скоростью. После
(Я ре ЗЕ к устанавливают перпендикулярно пс верхи ости листа.;
г механизированной кислородной резке резак закрепляют в,
)ие пог; прямым углом к поверхности лисп
Ьгившля расплавленным металлом выходного отверстия;
к и
о
ижении заданной температуры плавно открывают вен-
:но начинают пе-,
: прожигания от-;
а. Во избежание!
сего
си вЩ
еле л г
|его авЬлорода первой ступени с давлением
временно с помощью механизма подъема р|<
уТ ПО
T.:ieMOl|o
ллорода и подогревающих каналов мундштука нача-
олняют по специальному циклу (риз. 17.1).
□грева металла в зоне пробивки в
1ключают подачу
те более 196 кПа.
езак плавно уда-
те
рхности металла на расстояние, равное 3/4 толщины
листа.
Рис. 17.1. Схема пробивки
начального отверстия в листе:
w — скорость резки; w„ — скорость подъе-
ма резака; — скорость опускании
резака
212
С началом пуска режущего кислорода включают подачу машины
на пониженной скорости, равной половине оптимальной скорости
резки. При таком начале процесса расплавленные частицы шлака не
засоряют мундштук, и пробивка отверстия протекает устойчиво.
После прохождения резаком третьей части пути, определен-
ной для пробивки, включается полное давление режущего кисло-
рода с одновременным опусканием резака, и отверстие йрожига-
ется полностью.
Ввиду того что при пробивке начального отверстия
образуется кромка реза невысокого качества, место начала про-
бивки при механизированной резке располагают вне контура раз-
резаемой детали: при вырезке наружного контура — снаружи, при
вырезке внутреннего — внутри. Минимальное расстояние от точ-
ки начала пробивки до контура резки выбирают исходя из про-
должительности гарантированного прожигания стали:
в листе
Толщина стали, мм........3... 10
Расстояние от точки
начала пробивки
до контура резки, мм.....До 10
10...25 25...50 50... 100
15...35 35...75 75...150
Операции пробивки на машинах с числовым программ ным уп-
равлением (ЧПУ) и фотокопировальным управлением (<Т КУ) вы-
полняются автоматически. На машинах термической резки удается
стабильно пробивать начальные отверстия в листовом прокате тол-
щиной до 100 мм. При резке проката большей толщины начальное
отверстие получают сверлением либо кислородно-копьевой резкой.
Процесс резки. После выхо-
да резака на контур детали про-
цесс резки протекает устойчи-
во при правильном выборе тех-
нологического режима. Для за-
данное скорости резки устанав-
ливаетзя вполне определенная
величина отставания, которая
возрастает с увеличением ско-
рости резки и снижается при ее
уменьшении. Термином «отста-
вание»
ления ।
нии ре;
точкой
резаем
струя
(рис. 17.2). Причины этого яв-
ления рассмотрены выше (см.
подразд. 14.1).
Рис. 17.2, Схема образования
отставания при резке стали:
1 — направление резки; А -- величи-
на отставания
пользуются для опреде-
расстояния в направле-
зки между осью сопла и
на нижней стороне раз-
зго листа, где выходит
режущего кислорода
213
При изменении направления резки (при вырезке фигурных де- J
гадгей) режущая струя на входе в металл описывает заданный npo-j
Ьраммный
ней сторон
ния конура. Вследствие этого возникает неточ ность воспроизве-]
дения контура струей режущего кислорода. Вс
обычно
ют в пре центах. 3
! В подразд. 14.2 и 14.3 приведены соотношения для определениям
расхода
также скорости резки.
В бол
если при
и точность вырезанной детали, которые позволяют отказаться от
дополни
должны
!то повер
контур заготовки, а лобовая поверх
е листа при этом достигает точки из
сравнивают с толщиной разрезаемого
ность реза на ниж-j
членения направле-3
личину отставания 1
металла и выража-J
горючего газа, подогревающего и режущего кислорода, а
: зшинстве случаев целесообразно уменыт
этом обеспечиваются высокое качестве!
ить скорость резки,;
поверхности резки,
тельной механической обработки. Если
быть подвергнуты последующей механической обработке, 1
кность реза может иметь невысокое качество. В этом случае, 1
.равно как и при выполнении прямолинейной разделительной или|
.фигурной резки с большими радиусами закругления, допускается|
.значительное увеличение скорости резки (табл.
вырезаемые детали 1
17.1 и 17.2).
Таблица 17.1:
Режимы фигурной кислородной резки лис голой стали
Толщин листа, м а i Давление кислорода на входе в сопло резака, кПа I3исход, м3/ч Скорость резки, м/ч
режущего кислорода подогрева- ющего кислорода а цетилена
3 147 0,7 — — 32,8
5 345 1,0 — — 30,0
8 343 1,3 0,4...0,5 0,3...0,5 27,0
10 392 1,6 — — 23,7
15 294 з,о — — 22,7
20 343 3,3 — — 20,9
30 294 5,5 0,5...0,7 0,4...0,8 19,1
40 343 6,5 — — 13,0
50 392 7,0 — — 15,1
60 343 9,0 — —— 13,7
80 392 11,0 — 12,6
100 441 12,0 0,6... 1,2 0,5...1,1 И,9
150 686 19,0 — — 9,7
200 784 23,0 — —- 7,9
250 686 25,0 — 6,1
300 784 28,0 — — 4,7
1
хечания: I. Давление ацетилена 9,8...29,4 кГа.
При
2. Ре кимы резки соответствуют первому классу катсства; степень чистоты
кислорот а равна 99,5 %.
Г’
214
Таблица 17.2
Коэффициенты скорости резки в зависимости от класса точности
Класс точности Коэффициент скорости резки Вид обработки
1 1,о Точная фигурная резка деталей с отставанием до 5 %
2 1,2 Прямолинейная резка с отставанием до 15%, фигурная — до 10 %
3 1,4 Прямолинейная резка с отставанием до 25 %, фигурная — до 15 %
Не нормируется 2,0 Грубая заготовительная резка
На производительность и качество кислородной резки кроме ско-
рости: ее выполнения, давления и расхода режущего кислорода, рас-
хода и соотношения газов подогревающего пламени влияют факто-
ры, которые не всегда можно учесть в производственных условиях.
К таким факторам относятся температура окружающей среды, каче-
ство металла, его поверхности, каналов мундштуков и др. Поэтому
рекомендуемые режимы резки можно использовать с некоторыми
поправками в соответствии с производственными условиями.
Для ручной разделительной резки могут быть приняты режи-
мы, отвечающие третьему классу точности, В конце реза, при за-
мыкании контура детали, скорость резки плавно понижают до
50 % оптимальной, что позволяет избежать появления перемычки
в нижней части листа.
Одной из операций, выполняемых с помощью кислородной
резки, является снятие фасок под сварку. Кромка заданной кон-
фигурации может быть получена при установке резаков согласно
схемам, показанным на рис. 17.3 и 17.4.
При V-образной разделке кромок по первой схеме (рис. 17.3, а)
резаком 7 выполняют вертикальный рез, а резаком 2, следующим
за первым, — наклонный. Расстояние А между резаками в направ-
резаком)
лснии резки, зависящее от толидины разрезаемого металла, долж-
но быть достаточным для того, чтобы металл нс приваривался к
нижней кромке реза. Недостаток первой схемы — сложное начало
резки, поскольку перед се выполнением (наклонным
необходимо остановить машину для резки и подогрет!, металл.
В результате повторного включения режущего кислорода верти-
кального резака в месте его остановки на поверхности pi
зуется канавка глубиной до 2 мм.
При работе по второй схеме (рис. 17.3, б) струя режущего кис-
лорода резака 2 сначала срезает слой металла небольшой толщи-
ны, удаляемого в отход, а затем резаком 1 выполняют тезку на-
еза обра-
215
Рис. 17.3. Схема расположения резаков при V-образной разделке кро- '
мок под сварку: ;
а — скос верхней кромки; 6 — скос нижней кромки; 1 — вертикальный резак;;
2— наклонный резак; А — расстояние между резаками в направлении резки
Рис. 17.4. Схема расположения резаков при Х-образной разделке кро-
мок под сварку:
а — прямолинейная резка; б — фигурная резка; / — вертикальный резак; 2 —
наклонный резак, срезающий нижнюю кромку; 3 — наклонный резак, срезаю-
щий верхнюю кромку
клонной кромки металла, предварительно нагретого вертикаль-
ным резаком. Преимущество такой схемы — увеличение скорос-
тей резки, отсутствие необходимости в останове машины перед
началом резки кромки вертикальным резаком. Недостаток этой
216
Таблица 17.3
Режимы прямолинейной резки металла при V-образной разделке кромок
с Толщина зрезаемой тали, мм Номер внутреннего мундштука Расстояние Л между резаками, мм Давление кислорода, кПа Скорость резки, м/ч
10 1 30 441 28,8
20 2 25 441 23,8
30 3 20 441 19
40 3 15 540 17,3
60 4 10 590 13,7
80 4 8 735 11,9
100 4 6 1000 9,7
!Т римсчапие. Давление ацетилена 2...49 кПа.
мы — несколько меньшая чистота поверхности реза при обра-
схе
ботке металла толщиной более 35 мм (табл. 17.3).
Х-образную разделку кромок осуществляют при одновремен-
ной работе трех резаков: вертикальный резак образует притупле-
ние, а наклонные — фаски.
обр;
КОЕ
раз
Ча практике применяют две схемы работы резаков. В первом
случае (рис. 17.4, а) впереди перемещается вертикальный резак 7,
за ним — резак 2, срезающий нижнюю кромку, а сзади — резак 3,
абатывающий верхнюю кромку. Расстояние между осями реза-
1 и 2 должно быть минимально допустимым, чтобы металл,
фезаемый резаком 2, не успел остыть после резки первым реза-
ком и покрыться коркой оксидов. В противном случае кислород-
струя, ударяясь о застывшую пленку оксидов, отразится от
и устремится вниз по вертикальному резу. При использовании
как
нее
такой схемы нет необходимости в останове машины при врезании
в м<
тел
линейной резке проката (табл. 17.4).
:еталл резаков 2 и 3. Она обеспечивает высокую производи-
ьность процесса и применяется преимущественно при прямо-
Таблица 17.4
Режимы прямолинейной резки стального проката при X-образной
разделке кромок
Толщина разрезаемой стали, Номер внутреннего мундштука Давление режущего кислорода, кПа Скорость резки, м/ч
ММ
20 2 441 22,0
30 2 441 18,4
40 3 539 16,2
60 4 588 13,0
80 4 735 11,5
100 4 1030 9,4
217
нем начинают процесс резки. Современные машины с
м программным и дистанционно-масштабным фотокопи-1
рсзаемых заготовок и качества поверхности. Точностърез
от параметров струи режущего кислорода и режима резки
При фигурной резке со скосом кромок под сварку применяют
вторую схему (рис. 17.4, 5), обеспечивающую более высокую точ^
ность вырезанных деталей. В этом случае резку необходимо начи-i
нать от Кромки металла, так как пробить в листе начальное отвер
стие несколькими резаками нс представляется возможным.
При вырезке внутреннего контура сначала центральным реза-?
ком соз4ают прямоугольное окно небольшого размера и от него в
дальней
числовы:
ровальням управлением оснащены необходимым оборудованием
для фигурной вырезки деталей со скосом кромки под сварку.
Точность и качество кислородной разделительной резки. Эффект
тивность процесса кислородной резки во многом зависит от точ
ности вь
характеризуется совпадением размеров полученных с ее помощью
заготовок с заданными размерами. При термической резке разлит
чают линейную и размерную точность. Первая (качество резки)
характеризуется постоянством макрогеометрии профиля реза по
толщине и длине металла в направлении резки. Она зависит в ос-
новном
(скорость и расход режущего кислорода, мощность подогреваю-
щего плзмени).
В соответствии с ГОСТ 14792 — 80 качество поверхности реза,
определяется ее шероховатостью, отклонением от перпендикуля-
ра к погерхности листа, размерным допуском.
В зав. ...
вания., предъявляемые к качеству поверхности реза, могут быть;
высшими (класс 1), повышенными (класс 2) и обычными)
(класс 3).
Классу 1 отвечают наилучшие результаты, достигнутые в наи-
более ол;
ных реж
высококачественных мундштуков.
Классу 2 соответствуют устойчивые результаты, получаемые
на обычных серийно выпускаемых машинах в производственных1
условиях.
Класс 3 охватывает устойчивые производственные показатели,
характерные для работы на серийном оборудовании и режимах,
обеспечивающих наилучшие экономические показатели процесса.)
В табл. .
лярностЕ. и шероховатость) для различных диапазонов значений
толщины разрезаемого листового стального проката.
Точность резки, т. с. степень приближения размеров вырезан-
ной заготовки или детали к заданным, зависит от точности ма-
шины дгя резки и копирчертежей, состояния поставляемого ме-
талла (н;
218
исимости от технологического назначения детали требо-5
агоприятных условиях: при точном соблюдении оптималь
имов резки, применении оборудования высшего класса и!
17.5 приведены показатели качества реза (нсперпендику- ®
аличие внутренних напряжений в листовом прокате), де-
Таблица 17.5
Предельные отклонения, мм, иов« рхности реза от перпендикулярности
и допустимые значения, мм, ее шероховатости при кислородной
разделительной резке стали согласно ГОСТ 14792—80
Показатель качества Толщина разрезаемой стали, мм Класс качества поверхности реза
J 2 3
Отклонение 5...12 0,2 0,5 1,0
от перпендику- 13...30 0,3 0,7 1,5
лярности 31...60 0,4 1,0 2,0
61 ...100 0,5 1,5 2,5
Шероховатость 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
формации деталей вследствие теплового воздействия при резке,
технологии резки и других факторов.
Влияние точности машин тля резки на размерную точность
является наиболее воспроизводимым. Существуют три класса их
точности. В табл. 17.6 приведены допустимые отклонения размеров
заготовок вырезаемых деталей тли для различных диапазонов зна-
чений толщины стали и классов точности машин для резки.
По первому классу точности должны вырезаться заготовки для
сварки встык и точные фигурные детали, предназначенные для
сборки со смежньтми деталями или сопряжения сними (напри-
Таблииа 17.6
Допустимые отклонения, мм, размеров деталей или заготовок
от номинальных значений для различных классов точности машин
Класс точности Толщина разрезаемой стали, мм Номинал ьныс размеры детали или заготовки, мм
Менее 500 500... 1500 1500...2500 2500... 5000
1 5...30 + 1,0 + 1,5 +2,0 + 2,5
31...60 ±1,0 + 1,5 ±2,0 + 2,5
61...100 + 1,5 ±2,0 ±2,5 + 3,0
2 5 ...30 + 2,0 + 2,5 + 3,0 ±3,5
31...60 + 2,5 ±3,0 ±3,5 ±4,0
61... 100 ±3,0 ±3,5 +4,0 ±4,5
3 5...30 + 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
219
мер, звездочки тихоходных передач и кулачков). По третьему клас|
су обрабатывают детали, которые не сопрягаются со смежными
деталями или поступают на последующую механическую обрад
ботку. | I
Таким Образом, размерная точность вырезаемых деталей или
заготовок должна укладываться в суммарный допуск, обусловлен!
ный точностью собственно процесса резки и точностью машиньи
устанавливаемой ГОСТ 14792 — 80. .1
Деформации при кислородной резке и способы их устранения
Деформация при резке — одна из основных причин отклонение
размеров вырезанных заготовок от заданных. Если влияние техно!
логически^ параметров на точность резки изучено достаточно под!
робно, то Влияние тепловых деформаций является одним из наи!
менее исследованных разделов термической резки. Лишь для про|
стейших геометрических фигур деформации могут быть определен
ны расчетным путем. Я
Металл деформируется при резке вследствие неравномерного
нагрева до высокой температуры и охлаждения. Пластические деи
формации^ образующиеся по кромкам вырезаемых заготовок!
вызывают их укорачивание, изгиб и потерю устойчивости. Коли!
чсственные характеристики деформации зависят от размеров вы!
резаемых заготовок, их расположения на листе, теплофизическия
и механических свойств листового металла, последовательности
резки заготовок и технологических параметров этого процесса (ско!
рость резк^, расход режущего кислорода, мощность подогреваю!
щего пламени, ширина реза, наличие шлака на кромках резя
и т. п.). ( 1
Несмотря на то что на величину деформации влияет множе-ч
ство факторов, можно дать общие рекомендации по повышению;
точности вырезаемых заготовок. 1
Прежде'всего необходимо обращать внимание на размещений
деталей на обрабатываемом стальном листе. С целью уменьшение
деформаций длинные детали следует компоновать на листе с ко!
роткими и; размещать первые вдоль продольной кромки листа,]
Кроме того, необходимо выполнять (если это возможно) совме-я
щенные резы, которые одновременно служат контурами двух рас-]
положенных рядом деталей. 1
Важное ^значение имеют выбор места начала резки, последовав
дельность вырезки заготовок из листа, направление обхода конту-
ра, размещение перемычек. При наличии на листе деталей раз-
личного размера необходимо начинать резку с края листа и пере-
мещаться вдоль короткой стороны (рис. 17.5). Направление обхода
контура вь!бирают таким образом, чтобы в первую очередь обра-
батывались кромки, которые примыкают к металлу, идущему в
отход. В последнюю очередь следует выполнять рез, отделяющий
деталь от основной массы листа.
220
Рис. 17.5. Последовательность (1— !0) вырезки заготовок из листа
(стрелками показано направление обхода контура)
В процессе резки жесткость обрези должна быть меньше жест-
кости вырезаемой детали, поэтому следует предусматривать раз-
резку отходов. При вырезке деталей, у которых длина более чем
втрое превышает ширину, необходимы перемычки. Их число и
длина зависят от величины допустимой деформации и толщины
детал и.
Обычно перемычки намечают на обрабатываемом контуре с
шагом 1...3 м, их длина в зависимости от толщины металла со-
ставляет 15...50 мм. Резку полос из листа необходимо выполнять
несколькими резаками, что практически исключает искривление
заготовок.
Существенное влияние на величину деформаций оказывает
режим резки. Ее необходимо выполнять на максимальной скорос-
ти для данного класса качества поверхности при минимальной
мощности подогревающего пламени и наименьшем (в соответ-
ствии с требованиями к процессу) расстоянии между торцом мунд-
штука и поверхностью разрезаемого металла.
Во избежание смешения листа в процессе резки необходимо
предусматривать возможность свободного перемещения обрези. Зна-
чения погрешностей размеров деталей можно уменьшить путем
усовершенствования стола для резки, конструкция которого долж-
на обеспечивать жесткое крепление листа, предотвращающее де-
формации изгиба вырезаемых заготовок и обрези.
221
Заслуживают внимания различные способы охлаждения кро-
мок во время резки: водяной, воздушный и воздушно-водяной
которые применяются для сталей, не склонных к подкалке.
17.2. Резка стали малой
толщины. Пакетная резка
ки листового проката малой тол-i
слородной ре;
стоит в том, ч|го подогревающее пламя разогрев
руей кислорода из области реза, смачивают ниж
Своеобразие кг ।
шины (до 5 мм) со
вает весь лист по толщине до высокой температуры (около 1073 К
с образованием довольно большого пятна. Вследствие этого шла-
ки, выдуваемые ст
нюю кромку с образованием трудпоотделимого грата. Поэтому меры;
направленные на достижение высокого качества кислородной рез-
ки тонкого металл
котемлературного
Для резки тонкого металла Применяют мундштуки специаль-
ной конструкции
а, предусматрн:
пятна нагрева
вают уменьшение размеров высо-
ка нижней поверхности листа.
в которой отверстие для режущего кислородг
находится за отверстием для пламени (рис. 17.6, а).
режущего кислорода располагают ближе к по-
ни, что обеспечивает повышение
Отверстие для
верхнэсти металлу. В этом случае металл, поступающий в зону ре-
жущей струи, разогрет до более низкой температуры, чем при
традиционном кольцевом пламе;
качества поверхности реза.
Хорошее качество поверхности реза обеспечивают мундштуки
с трехструйным р
вая (по ходу процесса) струя Ьежет металл по толщине, а дв
боковые зачишакЬт дефектный слой нй боковых кромках реза.
ежущим каналом (рис. 17.6, б), у которых пер
б
а
металла малой толщины:
и; б — мундштук для чистовой резки
Рис. 17.6. Схема резка
d — мундштук .утя обычной резк
222
Таблица 17.7
Режимы механизированной кислородной резки тонкой стали
Толщина листа, мм Расход, м3/ч Скорость резки, м/ч
кислорода ацетилена воздуха
режущего подогрева- ющего
2 1,0 0,16 0,15 2,0 51,1
3 1,1 0,20 0,18 2,5 46,8
4 1,2 0,24 0,21 3,0 45,0
5 1,3 0,28 0,25 4,0 43,2
Приведенные выше конструкции мундштуков используют для
прямолинейной разделительной резки тонкого металла. Их при-
менение при фигурной резке сопряжено с трудностями из-за не-
обходимости поворачивать резак в каждой точке контура в на-
правлении резки. Поэтому представляют интерес мундштуки, вы-
полненные по классической схеме, с расположением подогрева-
ющего пламени вокруг режущего сопла. При добавлении в мунд-
штук внешнего кольцевого канала, через который на кромку реза
подается охлаждающий воздух или воздушно-водяная смесь, ре-
заки этой конструкции подходят для фигурной резки тонколисто-
вого металла. Дополнительная струя охлаждает металл в зоне рез-
ки, а обжатие подогревающего пламени обеспечивает более вы-
сокую концентрацию теплового потока. Режимы кислородной резки
тонкого металла приведены в табл. 17.7.
При необходимости вырезать из листов тонкого металла боль-
шое число однотипных деталей можно применять пакетную резку.
Для этого очищенные от загрязнений листы разрезают на карты,
которые затем собирают в пакет. Его стягивают по краям струбци-
нами. Закрепление листов в пакете можно осуществлять дуговой
сваркой.
Для резки используют кислород низкого давления. При обыч-
ном давлении режущего кислорода резка протекает неустойчиво,
е повреждением контура детали в зонах неплотного прилегания
листов в пакете. В случае применения кислорода низкого давления
зазоры до 2...3 мм между картами в пакете не оказывают суще-
ственного влияния на качество резки.
При пакетной резке особое внимание необходимо уделять на-
чалу процесса. При вырезке наружных контуров деталей резку на-
чинают от края пакета. Для облегчения прорезания пакета листы
укладывают «лесенкой», с напуском 0,5... 1 мм при установке каж-
дой последующей карты. Пробить начальное отверстие при вырез-
ке внутреннего контура не представляется возможным, поэтому
его создают, как правило, сверлением. Врезание режущей струи в
223
Таблица 17л
Режимы пакетной резки стали
Толщина листа, мм Число ЛИСТОН в пакете Давление режущего кислорода, кПа Скорость резки, ' м/ч
2 25 78...88 15,0
3 20 88...98 13,2
4 15 98... 117 12,0
6 12 107... 117 10,8
10 8 117... 137 9,7
12 6 117...137 10,8
16 6 117...137 9,7
20 4 117...137 9,7
24 3 117... 137 10,8
30 3 127... 147 9,7
60 2 137... 167 9,0 1
металл необходимо осуществлять на пониженной скорости. На
водах резку пакетов выполняют на газорежущих машинах со скво^И
ным цилиндрическим горловым каналом для режущего кислор^И
да в мундштуке. Диаметр этого канала рассчитывают исходя мН
максимальной толщины разрезаемого пакета с помощью соотн^И
шения, приведенного в подразд. 14.3. Мощность подогревающег^И
пламени выбирают такой же, как и при резке сплошного металлу®
Ориентировочные режимы пакетной резки стали приведены ]Н
табл. 17.8.
При пакетной резке тонкого металла верхний лист обычьиИ
оплавляется подогревающим пламенем. Для устранения этого даН
фекта при сборке пакета сверху укладывают лист любого некачя®
ственного металла, идущий затем в отходы.
17,3. Резка стали большой толщины
Толщину стали свыше 300 мм принято называть большой. Od®
новная особенность резки стали значительной толщины состоит!®
том, что необходимо сформировать протяженный фронт окисла®
ния металла. Поэтому при резке такого металла требуется специ®
альная режущая аппаратура и выполнение особых приемов резки®
Для обеспечения высокого качества резки необходимо, чтоб]®
струя режущего кислорода сохраняла окислительную способности^
и кинетическую энергию в возможно большем объеме разрезае-
мого металла, а мощность подогревающего пламени была доста-
точной для нагрева шлака в нижней части реза и зашиты режущей
струи от подсоса воздуха. Поэтому расход режущего кислорода и
горючего газа должен быть намного больше, чем при кислород-
ной резке стали обычной толщины.
224
Резку выполняют с использованием кислорода низкого давле-
ния (не более 392 кПа). Мундштуки резаков имеют обычные ци-
линдрические сопла большого диаметра. Скорость истечения струи
невысока (близка к звуковой), благодаря чему кислород дольше
соприкасается с расплавом в резс, и его потери уменьшаются. Струя
большого диаметра обеспечивает окисление значительного коли-
чества металла в верхней части реза, что улучшает его прогрев в
нижней части реза. Образующийся шлак заполняет раковины и
пустоты в прибылях, поэтому кислородная струя нс теряет устой-
чивости и не меняет направления при резке металла с внутренни-
ми дефектами.
При резке стали большой толщины для уменьшения нагрева мунд-
штука отраженной теплотой пламени и во избежание засорения ка-
налов для выхода горючей смеси брызгами шлака срез мундштука
должен отстоять от поверхности разрезаемого металла на существен-
но большее расстояние, чем при резке листового проката.
Высота свободного пространства под изделием, необходимого
для вытекания шлака, составляет не менее 60 % его толщины. Для
защиты резчика и машины от теплового воздействия и брызг шлака
применяют ограждение в виде асбестовых или железных щитов.
Особое внимание уделяют подготовительным операциям. Место
начала резки хорошо прогревают, особенно в нижней части торца
заготовки, по линии намечаемого реза. Для этого 1/3 диаметра мунд-
штука располагают над кромкой заготовки. Если в момент врезания
струи режущего кислорода в ме-
талл установить чрезмерно высо-
кое давление кислорода на вы-
ходе из сопла, то цилиндрич-
ность струи и плавность ее тече-
ния нарушатся, и реакция горе-
ния может прекратиться.
Высококачественная резка
стали большой толщины обеспе-
чивается в том случае, если ре-
зак начинает перемещаться сра-
зу после пуска струи режущего
кислорода. Кроме того, начало
резки значительно облегчается,
если резак наклонить на 2... 3° к
разрезаемой заготовке (рис. 17.7).
При этом на торцевой поверх-
ности разрезаемого изделия об-
разуется канавка для стока шла-
ка, и в результате улучшается
нагрев металла вдоль линии об-
разующегося разреза.
Рис. 17.7. Схема резки металла
большой толщины:
/ — положение резака в начале резки;
2 — положение резака в конце резки;
"'max, wmin “ скорость резки, ее мак-
симальное и минимальное значения
= (0,2... 0,5)wmas); S — толщина
стали; И — зазор под заготовкой
ПоленоН
225
Таблица 17.9
Режимы резки стали большой толщины
Толщина металла, мм Давление кислорода, кПа Расход, м3/ч Расслоя ние между мундштуком и металлом, мм Скорость резки, м/ч
кислорода пропана
300 294 30 3,0 30 9,0
500 245 50 10 40 6,0
1000 147 180 20 50 3,6
1500 118 240 40 60 2,0
2000 98 400 60 70 1,2
2500 89 500 80 100 0,9
Завершая резку,
необходимо снизить ее
скорость и
наклонить
резак в противоположную сторону, что обеспечит прорезание'
нижней кромки заготовки.
Важную роль при резке стали большой толщины играет приме-
нение подогревающего пламени. Для обеспечения прогрева шлака
в нижней части реза и защиты струи кислорода от перемешива-
ния с воздухом при толщине стали более 1000 мм в резаках за
режущим соплом
чи горючего газа.
устанавливают дополнительное
При резке стали
толщиной
более
сопло для
пода-
2000 мм 65 %
горючего газа подают в рез через дополнительное сопло.
Эффективность процесса резки металла большой толщины за-
и
висит не только от мощности пламени,
но
от1 типа
горючего
газа. При резке предпочтительно использовать тазы — заменители
ацетилена, имеющие более низкую скорость воспламенения. Этим
обеспечивается равномерное тепловыделение по всей длине фа-
кела. Применение мощного, высокотемпературного ацетилено-
кислородного пламени приводит к значительному оплавлению
верхней кромки реза.
В настоящее время данный способ резки используется для об-
работки различного вида поковок, проката и отливок из низко-,
средне- и высоколегированных сталей. При резке последних при-
меняется кислородно-флюсовая резка. Режимы механизированной
резки стали большой толщины приведены в табл. 17.9.
17.4. Повышение производительности и качества резки
Кислородная резка с завихрением режущей струи. Это новый
метод кислородной резки, обеспечивающий повышение эффек-
тивности заготовительного производства (табл. 17.10). Рассмотрим
его основные особенности.
226
Таблица 17.10
Режимь кислородной резки стали с завихрением режущей струи
Толщина мс мм галла, Расход, м3/ч Скорость резки, м/ч
ацетилена кислорода
5 0,010 0,05 70,0
10 0,022 0,08 54,0
20 0.029 0,10 48,2
40 0,036 0,21 39,2
60 0,041 0,40 36,0
80 0,046 0,52 33,0
100 0,051 0,63 27,0
Ранее обмечалось, что на лобовой поверхности реза формиру-
ется слой К]
нения при
даря котор
нал закручивается вокруг своей оси. Перемещаясь с большой ско-
ростью вдоль разреза, струя поворачивается примерно на один
оборот при
с расплаво
тый кислород. Это обеспечивает повышение скорости резки стали
в среднем
кромок ped;
лишь тех заготовок, для которых в дальнейшем предусмотрена
механическая обработка.
Резка го[
ние температуры металла перед резкой до 1273 К обеспечивает
увеличение скорости резки в 2,5 — 3 раза, причем наибольшее
возрастами
(табл. 17.11).
ислорода пониженной степени чистоты. Для его устра-
ченена специальная спиралеобразная вставка, благо-
ой струя режущего кислорода на входе в горловой ка-
[ прохождении всей толщины металла. Вследствие этого
(М окисляемого металла постоянно контактирует чис-
на 50 %. Однако из-за образования грата на одной из
а данный способ может быть использован для вырезки
рячего металла. При прочих равных условиях повыше-
е скорости отмечается начиная с температуры 873 К
Таблица 17.11
Скорость резки стали, м/ч, в зависимости
от толщины и температуры металла
Толщина мет ^алла, мм Температура, К
293 973...1033 1073...1143
100 7,2 16,9 18,0
150 6,1 15,1 15,6
200 5,4 12,6 13,5
250 5,0 12,0 12,6
300 4,5 10,4 ИД
227
К >оме того, выявлено снижение удельного расхода режущего,
кист эрода примерно в 2,5 раза. Это связано с тем, что повышение;
тепл (содержания металла приводит к росту температуры поверх-,;
нос11 реза, а следовательно, и слоя жидкого расплава на лобовой!
пове Юности реза, чем и обусловливается более интенсивное уда-t
ленг; металла из реза. :
В ;иду высокой эффективности процесса металл необходимо'
разр зать в горячем состоянии непосредственно после прокатки^
или увлечения отливки из формы. Резка горячего металла широ-j
ко г эимсняется в установках непрерывной разливки стали для.
разд ления слитков на мерные заготовки.
С [оростная резка. Принцип повышения скорости резки за счет-
нагр ;ва стали использован в ряде новых высокопроизводительных1'
про* ессов кислородной резки листовой стали, к которым отно-ч
сятс ; двухструйная резка и резка под острым углом атаки струи,
реж, щего инструмента.
Г ри двухструйной резке в мундштуке рассверливают два режу-j
щих канала (рис. 17.8, а) на расстоянии 8... 10 мм, один из кото-ii
рых' теремещается во время резки впереди, а другой — сзади. Од-
ной еменно ось второго мундштука смещается на 0,5... 1 мм в на-
ира; лении, перпендикулярном направлению резки (рис. 17.8, б).'-
I процессе резки передняя струя прорезает металл по всей тол-;
щит ;, осуществляя нагрев тонкого слоя металла, который сжига-’
етст затем задней струей. Со стороны первой струи формируется
груС тя поверхность реза со значительными неровностями и боль-
ши; -отставанием линии реза, тогда как со стороны второй струи-
обр Зуется относительно гладкая кромка, шероховатость которой,
не г зевышает 0,12...0,16 мм. Таким образом, вторая струя осуще-;
ctbj чет зачистку поверхности реза после первой струи и обеспе-:
чив рт высокое качество поверхности при большой скорое™ резки.;;
1 -а рис. 17.9 приведены скорости резки листового проката обьтч-5
ныУ и 7 и двухструйными 2 мундштуками в зависимости от тол/
щщ ы металла. Применение двухструйных мундштуков позволяет
повысить скорость резки более чем в 1,7 раза по сравнению с
обь той, что сопровождается примерно двукратным увеличени-
j Рис. 17.8. Схема двухструйной скоростной резки:
a s- мундштук; б — расположение режущих струй; 1 — направление резки
228
н
ем расхода газа. Одг ако благода-
ря повышению производитель-
ности резки стоимость 1 м реза
снижается на 35...45 %.
Описанный способ кисло-
родной резки может успешно
применяться для
прямолинейных и
ных резов с болыпйм радиусом
кривизны.
При направлении струи режу-
щего кислорода под острым уг-
лом к поверхности
го изделия шлак, выходящий из
реза, перемещаетсг
кромке листа, что
предварительный йагрев метал-
ла. Исследования показали, что
если при резке труб уменьшить
угол атаки струи режущего кис-
лорода до 15...25° ।
то образующийся
шлак перемещается по наруж-
ной и внутренней
бы, нагревая перед
ток значительной Длины до вы-
получеяия
ftpивол иней-
разрезаемо-
по нижней
Обеспечивает
(рис. 17.10),
: при резке
стенкам тру-
резкой учас-
соких температур.
Рис. 17.9. Зависимости скорости
резки от толщины разрезаемого
металла:
I — обычная кислородная разделитель-
ная резка; 2 — двухструйная скорост-
ная резка
Приведенные в табл. 17.12 данные свидетельствуют о существен-
ном (в 3—5 раз) псвышении скорости резки труб при установке
резака под утлом а'?аки к поверхности трубы.
стального проката обычно проводят при мень-
Резку листового
ших углах атаки, |ем при резке труб, и в этом случае удается
значительно повысить скорость резки.
Резку с острым углом атаки
струи режущего кислорода при-
меняют в основной
линейного раскроя
ли толщиной 4...25
высоких требования
поверхности реза.
Комбинированна:
стно-разделительная резка. Этот
способ резки, объединяющий
два смежных процесса — по-
верхностную и раз
резку, состоит в
для прямо-
листовой ста-
мм при не-
IX к качеству
я поверхно-
делительную
следующем.
Рис. 17.10. Схема скоростной
кислородной резки труб
229
Таблица 17.1
Реж jmw скоростной и обычной кислородной резки труб
Способ д иаметр Толщина стенки трубы, мм Угол Расход, м3/ч Скор резк м/ )СТ$ и, I
резки тр ['бы, мм атаки, ’ кислорода ацетилена
Обычна I 325 6 90 2,7 0,6 46 4
720 10 90 4,0 0,7 36 0 .
820 9 90 4,0 0,7 36 0
Скорост 325 6 20 12,1 0,6 147 ,2
ная 720 10 10 36,4 0,7 192 ,2 ..
820 9 10 36,4 0,7 201 ,6
В напра
звуковш
звуково|й ск)<
ваемом
редствейно
;срх-
' ДО’
влении резки рядом располагают две струи: с до- и св,
й скоростями потоков режущего кислорода. Струя с
оростью потока (60... 300 м/с) выжигает в обрабсТЫ;
гл ле узкую и глубокую канавку. Следующая непос-
за ней сверхзвуковая струя (600 м/с) прорезает
мет
ОС'
। агретую часть листа по ширине выжженной канадки
[нении резки стали толщиной 15 мм со скоростьк
119 м/ч (уюл атаки дозвуковой струи 60°, расход кислородг
ч) ширина реза составляет 8 мм. По сравнению с об
тавшуюСя н
При вьщол
46,8 м3/
ЬТЧ'
ной раздел! тельной резкой скорость резки увеличилась пример*
Рис. 17.11. Схема кислородной
резки с применением смыв-
процесс а:
но в 4 раза. Этот способ мо
применять в тех же целях,
ТТЗ'
1 — напр^влет не резки; 5 — толщина
металла; а — }Гол наклона мундштука
резака
и резку под острым углом
ки режущей струи.
Скоростная кислородная рез
ка. Детали, вырезанные меха
визированной кислород
резкой, часто поступают
сборку без последующей м:ха
нической обработки. Если
резанные кромки деталей
пытывают в процессе эксп(1уа
тации знакопеременные
грузки (металлоконструк1ци'и
мостов, рамы машин и т.
то к ним предъявляют по:
шенные требования с точки
зрения качества поверхности
реза, так как риски, остаю ци-
еся после кислородной резки,
служат концентраторами
пряжений.
.нои
на
об
ис
на
Д.)
вы-
на
230
Таблица 17.13
Реж тми резки стали с применением смыв-процесса
т □л щи 1 стали d Давление кислорода, кПа Расход кислорода, м3/ч Скорость резки, м/ч
6 12 25 35 22 .25 .35 .50 588... 686 666... 784 784... 882 882...980 12...14 14...16 16...18 18...22 78...54 54... 30 30...23 23...16
При е ч а н и е. Давление пропан-бутана 200 кПа, его расход 0,5...0,7 м3/ч.
>й спссоб кислородной резки (смыв-процесс), позволяю-
й по »ысить качество поверхности реза, представляет собой
Нов
щи
сэ1етаййе ре^ки с острым углом атаки режущей струи и двух-
сгруйно
1дка (рц
.я стр
ьны:
фйгодЕ ]|я чеМу достигаются высокое качество поверхности реза и
уве
ению
з
па
тел
г
г
> t скоростной резки. При его осуществлении мундштук ре-
.:. 17.1
। 'я прорезает металл на всю толщину, тогда как дополни-
режущие струи срезают только дефектную кромку реза,
1) наклонен к поверхности металла. Основная режу-
Личф 1ие скорости процесса в 1,5 —2,5 раза (табл. 17.13) по срав-
> скоростью обычной вертикальной резки. Шероховатость
эсти, как правило, не
oJepx
ревыш^ет 15 мкм при толщине
зрготовь
Везу г
ыТани!
Цозегир
,.40
йейени
ийает
войств
03В0ЛЯ
еской
о: Данг
(\iiB-n
зуЮг дл
вутавр^в, стоек и раскосов в
г)ю::гов
Рез!
aiJieni
г
20
Ci
Cl
L.
и до 50 мм.
ьтаты механических ис-
, проведенных на низ-
(Ьванных сталях толщиной
: IM, показали, что при-
t смыв-процесса обеспе-
юрошие механические
। L металла кромок. Это
: :т отказаться от механи-
збработки кромок при
: i ответственных изделий.
; юцесс широко исполь-
। изготовления сварных
>Цх конструкциях.
кислородом высокого
[. Высокую скорость рез-
то обеспечить, если в
Л
к
I
сг
I е^че^ую энергию. Это осуше-
с
мож
I равить кислородную
1меющую большую ки-
и
ез
трУю,
Нс
твимс
в случае применения
Рис. 17.12. Схема сверхзвукового
сопла для резки стали:
рк — давление кислорода на входе в
сопло; dr — диаметр критического (гор-
лового) сечения сопла; — диаметр
сопла на выходе; I — длина входного
участка сопла; — длина выходного
участка сопла
231
Таблица 17.14
Режимы фигурной резки стального листового проката кислородом высокого давления
Толщина листа, мм Давление режущего кислорода, кПа Расход, м3/ч Скорость резки, м/ч Ширина реза, мм
кислорода ацетилена
режущего подо гр е на ю ще го
5... 18 245 1764 3430 6370 1,2 0,6...0,8 0,5 ...0,7 30,2...22,3 31,7...27,0 36,0... 28,8 43,2...36,0 1,5 1,3 1,2 1,0
16...30 441 1568 3626 8920 2,8 0,6...0,8 0,5 ...0,7 22,3...15,1 24,1...17,3 27,0... 20,5 28,8...20,5 2,1 1,7 1,4 1,3
30...60 539 1670 4410 8330 4,6 0,6...0,8 0,5...0,7 15,1...9,7 17,3...12,6 20,5...15,2 22,7.-18,0 2,5 2,0 1,8 1,6
60... 100 637 1760 4200 8300 8,1 0,6 ...0,8 0,5...0,7 9,7...7,9 12,6... 10,8 15,2...13.7 13,7...12,6 2,8 2.4 2,1 2,0
Примечание. Давление подогревающего кислорода 147...490 кПа, ацетилена — 15...29 кПа.
Скорость резки, м/ч (давление кислорода на входе в сопло, кПа) Положение участка по толщине листа Протяженность участков ЗТВ, мм Химический состав металла у поверхности реза, %
литого ПОЛНОЙ аустенизации неполной аустенизации общая с Ст
Верх 0,15 2,4 0,4 2,95 0.13 0,11
18 (304) Середина 0,1 0,9 0,2 1,2 1,02 0,07
Низ 0,07 0,8 0,2 1,07 1,07 0,07
Верх 0,046 2,7 0,4 3,15 0,37 0,44
24,1 (1780) Середина 0,042 0,4 од 0,54 0,53 0,24
Низ 0,082 0,72 0,3 1,10 0,6 0,1
уковых сопел (рис. 17.12) при подаче в них кислород;
го давления (свыше 700 кПа). В табл. 17.14 приведены ре
жймф
влрн г
ь шенное давление режущего кислорода на выходе из со:
ерхзг
BE ТСС КС 1
СП
де:
игурной резки высшего качества кислородом высоког
я.
2
роизводительность процесса и уменьшить на 50 % ши-
а
реза.
з
В;
де
П
Пов
ш:а позволяет при прочих равных условиях повысить в 1,5—(
эа;а
ртну
Агайфз фазового и химического составов металла кромок ста-
ли 3)>
ной ре
показу
ледн
внес
хром;
но (г 1
лей.
Для
рвбога
п< ри а>
м вь
K.L,
ГСА толщиной 20 мм, получаемых обычной кислород-^
сой при повышенном (1760 кПа) давлении кислорода,
ает (табл. 17.15), что протяженность литого слоя в пос-
(Елучае сокращается в 1,5 — 3 раза. При резке кислородом;
го давления обогащение кромки углеродом и выгорание;
дньше, чем при резке на обычных режимах. Значитель-’
к<;
я
2 — 2 раза) уменьшаются деформации вырезанных дета-;
а
выполнения резки кислородом высокого давления раз-
з
я специальные машинные резаки, регулирующая и за-’
аппаратура. Освоен выпуск машин для резки кислоро-;
окого давления — шарнирной АСШ-ВД и портальной/
с
,5-6-ВДК с ЧПУ.
17.5. Резка титана и его сплавов
те
ря
Тит ф и его сплавы обладают хорошей прочностью, высокой
чп;р
щ ।
фурой плавления и малой плотностью (4,5 г/см3), благода-
чём г
нфи, XI
омы I
Тит й более активно взаимодействует с кислородом, чем цинк,
.рганец и железо, уступая в этом отношении лишь натрию, маг-
они находят широкое применение в авиации, судострое-
мическом и нефтяном машиностроении и других отраслях
ц|ленности.
ыюминию.
нормальной температуре титан устойчив к окислению. Ин-
HI
те
ю и
Пр г
чеив фе поглощение кислорода поверхностью начинается при
673 К,
hi- же
нс стна
8
фдорода — при 473 К, азота — до 873 К. При температуре ;
.'ф К интенсивному окислению титана препятствует поверх- >
ы
пленка. Если же температура повышается, то пленка ок
сидоз шчинает растворяться в титане, что приводит к резкому ;
елич пию диффузии кислорода, водорода и азота в металл. Теп
вод
так значения их теплопроводности связаны между собой
н ли соотношением. Температура воспламенения титана равна
Ув
лс
тогда
об ран
!3
нс
аффект окисления титана более высокий, чем у железа, :
73 К.
й ни
Вследствие этого титан и его сплавы обрабатываются обыч-
^дородной резкой без затруднений (табл. 17.16).
Таблица 17.16
Режимы механизированной фигурной резки сплавов титана
Толшина разрезаемо- го сплава, мм Давление режущего кислорода, кПа Расход, м3/ч Скорость резки, м/ч
кислорода ацетилена
режущего подогрева- ющего
10 392 3,0 0,25 0,22 105,0
20 392 3,5 0,36 0,29 90,0
40 392 4,0 0,4 0,36 72,0
60 588 4,8 0,4 0,36 51,1
80 588 6,0 0,47 0,4 39,2
100 784 9,6 0,61 0,5 30,2
150 784 13,1 0,65 0,54 20,9
Пр имечание. Давление ацетилена 9,8...29,4 кПа, подогревающего кисло-
рода — 98... 196 кПа.
Скорость резки титановых сплавов при прочих равных услови-
ях в 2 — 5 раз выше, чем скорость резки низкоуглеродистой стали,
а расход ацетилена и кислорода на 1 м реза ниже. Процесс резки
титана сопровождается сильным свечением зоны реакции, как у
горящего магния, поэтому для защиты глаз от светового воздей-
ствия светофильтры защитных очков должны иметь более высо-
кий коэффициент поглощения света.
В целях повышения устойчивости процесса кислородной резки
титана расстояние между торцом мундштука и поверхностью раз-
резаемого металла увеличивают примерно в 1,5 раза по сравне-
нию с принятым при резке низкоуглеродистой стали.
Ввиду высокой химической активности титана и его сплавов
на поверхности реза образуется слой с измененным составом тол-
щиной до 2,5 мм, в котором содержатся оксиды и нитриды титана.
Поэтому у изделий, кромки которых в дальнейшем будут подвер-
гаться сварке, с целью получения высококачественного соедине-
ния должен быть удален строганием или фрезерованием поверх-
ностный слой металла, включающий в себя неперпендикулярность
поверхности реза, шероховатость поверхности и слой окисленно-
го металла (табл. 17.17).
Высокие скорости нагрева и охлаждения металла вызывают
изменение его структуры в кромке. В ЗТВ имеются участки пере-
гретого металла с видманштеттовой структурой. По мере удаления
от кромки реза зерно постепенно уменьшается, и его исходное
состояние восстанавливается.
Зона, прилегающая к основному металлу, отличается не толь-
ко более мелким зерном, но и характером структуры. С помощью
металлографического исследования установлено, что она имеет
игольчатое строение, причем иглы в пределах зерна пересекаются
235
231
Пр1 Таблица 17.17 пуски у деталей из титана и его сплавов на механическую обработку
ТОЛШЕ разрезас металла. Eia юго мм Неперпспди- кулярпость поверхности реза, мм Шероховатость поверхности, мм Толщина окисленного слоя, мм Припуск, мм
45 60 100 160 0,1 0,1 0,25 0,4 0,25 0,3 0,85 0,9 0,6 0,6 0,75 1,1 1,0 1,0 1,85 2,4
под опрс,
дактер п
на кроки
хи, обьн
ку в соо'
Для п|
меняют
деленными углами, что указывает на мартенситный ха-
эевращений с образованием a-фазы. Поэтому у изделий,
у которых могут воздействовать знакопеременные нагруз-'
но удаляют ЗТВ на глубину, равную удвоенному припус—
ветствии с данными табл. 17.17.
роведения кислородной резки титана и его сплавов при-
?е же машины и аппаратуру, что и для кислородной рез-
ки. Особое внимание необходимо уделять оснащению рабочего
поста средствами удаления выделяющихся при резке газообраз-
ных высокотоксичных оксидов титана. Образующийся дым белого
цвета должен быть удален из зоны резки вентиляцией и очищен в
специал] ных устройствах.
Контрольные вопросы
1. Как
2. От г аких факторов зависит расстояние между поверхностью метал
ла и резаком?
3. Как
листе?
4. От к аких параметров зависит скорость резки?
5. Как
ной резке]!?
осуществляется подготовка металла к резке?
зм образом осуществляется пробивка начального отверстия в^
ie классы точности существуют при кислородной разделитель-;
6. Пер: числите способы уменьшения деформации вырезанных деталей.
7. Как )вы особенности конструкции машинных резаков для кисло- (
р одной рс зки листовой стали? j
л состоят особенности пакетной резки? !
: ic требования предъявляют к резакам при резке металла боль-
8. В че
9. Как
иой толп ины?
10. Наловите способы повышения производительности кислородной
резки.
11. Kai;
12. Kai
I ОСТ ДЛЯ I
236
:овы особенности кислородной резки титана?
им оборудованием обязательно должен быть оснащен рабочий
:ислородной резки титана?
ГЛАВА 18
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
18.1. Поверхностная кислородная резка. Сущность процесса
и области применения
’смотря на внешние различия разделительной и поверхност-
кислородной резки, сущность этих процессов одинакова. В о-
случаях струя режущего кислорода, встречаясь с поверхно-
обрабатываемого металла, разогретого до температуры вос-
Н
ной
боих
стью
пламенения, сжигает определенное количество металла в огра-
ниченном объеме и удаляет образовавшиеся при этом жидкие
шлаки.
В
КИСЛ1
ТЬЮ,
реза
месте с тем при разделительной кислородной резке струя
орода, истекающая, как правило, со сверхзвуковой скорое-
окисляет металл по всей толщине заготовки и удаляет из
расплавленный металл.
^ри поверхностной резке из-за значительного расширения
и кислорода на выходе скорость ее истечения ниже звуковой.
1Я «мягкая» кислородная струя, наклоненная к поверхности
стру
Така:
металла под углом 10...45°, окисляет жидкий расплав на фрон-
тальной части реза.
Расплавленный шлак (жидкий оксид железа) перемещается по
поверхности заготовки под действием этой струи на некотором
расстоянии перед ней (рис. 18.1), образуя на поверхности металла
канавку овальной формы и подогревая слои металла, подлежа-
щие дальнейшему окислению. Вследствие этого скорость поверх-
ностной резки намного превышает скорость разделительной кис-
лородной резки. При разделится ьной резке низкоуглеродистой ста-
ли толщиной 0,01 ...0,3 м скорость перемещения резака составля-
ет 6,1...46,8 м/ч, при поверхностной — 10... 1800 м/ч.
Поверхностная кислородная резка находит широкое примене-
ние в металлургии (устранение поверхностных дефектов), свароч-
ном производстве (удаление не-
качественных участков швов),
при выполнении ремонтных ра-
бот и т. п.
При устранении корней и
дефектов сварных швов, удале-
нии прихваток и разделке тре-
щин применяют легкие ручные
резаки. В случае удаления отдель-
ных местных дефектов на холод-
ной или нагретой поверхности
проката и отливок резку выпол-
Рис. 18.1. Схема поверхностной
кислородной резки:
1 — резак; 2 — жидкий оксид железа;
3 — канавка
237
няют ручными резаками большой длины типов PITA и РПК. ОниЯ,
имеют одинаковую конструкцию, но первые работают на ацети-^И
лене, а вторые — на газах — его заменителях.
Для удаления дефектного слоя по всему периметру прокатныхзЯ
заготовок применяют специальные машины огневой зачистки. Этот'^И
процесс осуществляется группой резаковых головок, размещен-'^]
ных по обрабатываемому' периметру заготовки. С поверхности за-|Я
готовок снимают слой металла толщиной до 3 мм, зависящей от^^И
скорости перемещения резаковых головок. 'зЯ
Преимуществами поверхностной кислородной резки перед дру-:^И
гими способами удаления дефектов являются высокая произво-;^И
дительность процесса, позволяющая удалять до 5 кг стали в мину-:^Я
ту при ручной резке, возможность визуального обнаружения де-зЯ
фектов, которые четко выявляются на поверхности реза, отсут-.je
ствие наклепа на обработанных поверхностях.
Вместе с тем при поверхностной кислородной резке, как и)Я
при разделительной, слои металла, прилегающие к поверхности >Я
реза, быстро нагреваются и охлаждаются, в результате чего на')Я
обработанной поверхности высокоуглеродистых и легированных1^]
сталей могут возникать трещины, обычно расположенные попе-
рек канавки. Трещины образуются в процессе зачистки, в момент )Я
остывания заготовки, а также спустя некоторое время после ос-1Я
тывания заготовки. ^Я
Вероятность формирования трещин возрастает при увеличении
размеров канавки (особенно ее глубины), содержания в стали уг- Я
лерода и других легирующих элементов, повышающих склонность 'Я
металла к закалке, и скорости охлаждения металла после резки. Я
Предварительный нагрев заготовок предотвращает образование Я
трещин. Я
При поверхностной резке металл в исходной точке нагревает- Я
ся до температуры воспламенения. Благодаря значительному рас- Я
ширению струи кислорода на выходе из мундштука канавка на Я
поверхности заготовки имеет большую ширину, чем выходной Я
диаметр сопла, а ее глубина в значительной степени зависит от Я
угла наклона мундштука к поверхности заготовки, скорости пе- Я
ремещения резака и расхода режущего кислорода. При этом чем Я
больше угол наклона мундштука, тем шире каиавка и меньше ее Я
глубина; чем выше скорость перемещения резака, тем мельче ка- Ж
навка. Ж
В случае если нужно обработать поверхность целиком, резку у
начинают с одной из узких кромок изделия. Резак с отрегулиро-
ванным пламенем подводят к кромке. Мундштук устанавливают
под углом 80° к поверхности с наклоном в сторону, обратную
направлению перемещения резака. Расстояние между мундшту-
ком и поверхностью заготовки составляет около 10 мм. После про-
грева кромки открывают вентиль режущего кислорода и одновре-
238
менно устанавливают резак под углом 15... 20° к поверхности, при
этом ось мундштука должна совпадать с направлением перемеще-
ния резака.
При поверхностной резке металла опорное кольцо мундштука
скользит по поверхности заготовки, благодаря чему расстояние
между мундштуком и металлом не изменяется. При обработке всей
заготовки поверхностная резка выполняется за несколько прохо-
дов.
Если с поверхности заготовки удаляется какой-либо местный
дефект, то мундштук резака устанавливают на расстоянии
20... 50 мм от него. Зачистку начинают так же, как было указано
выше. Во избежание образования глубоких канавок нельзя задер-
живать резак в месте начала резки. Поверхностную резку необхо-
димо выполнять по возможности за один прием, без перерывов.
Для ускорения начала резки в пламя можно подавать стальной
пруток. Капли расплавленного металла позволяют быстро начать
процесс, не дожидаясь пока металл поверхности нагреется до тем-
пературы воспламенения. Это имеет особое значение при исполь-
зовании заменителей ацетилена в качестве горючих газов.
В табл. 18.1 приведены ориентировочные режимы поверхност-
ной резки заготовок из низкоуглеродистых и низколегированных
сталей резаками РПА и РПК при использовании кислорода со
степенью чистоты 98,5 %.
При вырезке канавок, как и при поверхностной кислородной
резке, мундштук в начальный момент располагают под некото-
рым углом к обрабатываемой поверхности. При выборке канавок
угол наклона мундштука должен быть больше (20... 25°), чем при
поверхностной резке металла. Как только под действием струи ре-
жущего кислорода образуется канавка, мундштук опускают в об-
разовавшееся углубление и равномерно перемещают в направле-
нии резки. Этот процесс применяют для удаления не только кор-
ней, но и дефектных участков сварных швов, а также для раздел-
ки трещин.
Таблица 18.1
Режимы поверхностной резки заготовок резаками РПА и РПК
Номер мунд- штука Давление кислорода на входе в сопло, кПа Расход кислорода, MJ/H Скорость зачистки, м/ч Производи- тельность, кг/ч Размеры канавок, мм
Ширина Глубина
1 294...588 18...40,3 40...468 1,0.. 3,0 15...30 2...12
2 294... 784 20,2...55,4 40...600 1,2.. 3,5 18...35 2...16
3 343...980 30,2...75,6 40... 600 2,6.. 4,5 30...50 2...20
239
поверхностной
угловом шве; в —
Рис. 1^.2. Способы Удаления дефек-
тов сварных швов
кислородной резкой:
а — удаление дефектов корня шва; б —
удаление трешипы в
удаление трещины в Ьве стыкового со-
единения; г — подгот >вка кромок свар-
ного шва (стрелками указаны место-
положения дефектов)
На рис. 18.2 приведены при-
меры использования этого про- •;
цесса для устранения дефектов ;
сварных швов.;При подготовке)
корня шва под сварку требуется :
вырезать канавку (рис. 18.2, а).
Трещины в угловом шве и не-
провары удаляют путем вырез- :
ки канавки за один или несколь- 1
ко проходов (рис. 18.2, б). По-
средством вырезки трещины и
последующей заварки канавки
(рис. 18.2, (?) устраняют дефек- ;
ты, выявленные с помощью
рентгеновского контроля или -
каким-либо иным методом. Поверхностной резкой можно подго-
товить кромки шда под сварку после соединения посредством свар- «
ки толстых листов с одной стороны (рис. 18.2, г).
Этот процесс широко применяется при ремонте тяжелых сталь-
ных изделий (сосуды, прессы, коленчатые валы и т.п.). К наибо- j
лее часто встречающимся дефектам таких изделий во время экс- i
плуатации относятся трещины. Разделка трещин под последую-
щую ^аварку — десьма трудоемкая и сложная операция. Необхо-
димо рбнаружитЬ трещину и полностью удалить металл в зоне ее
расположения с зозможно минимальным углом раскрытия. Наи- )
более эффективь
дородной резкой.
стостенных изделиях сложны, трудоемки, требуют тщательного j
контроля за направлением трещины и не могут гарантировать ее
полного удалении
На рис. 18.3 показана схема удаления продольной трещины в
о эти операции выполняют поверхностной кис
. Способы механической разделки трещин в тол- ;!
1 2 3 4 5
Рис. 18.3. Схема удаления продоль-
ной трещи ны в толстостенном ци-
линдре:
а, b — длина трещины снаружи и внут-
ри обечайки; 1—5 —
следовательно удаляемых поверхност-
ной резкой
номера слоев, по-
толстостенном цилиндре. Раздел- ;
ку трещины начинают с того ме-
ста, где она выходит на поверх- ;
ность, и проводят послойно
(1—5), постепенно углубляясь в
металл при каждом последую-
щем проходе. Указанные изделия ®
изготавливают, как правило, из
конструкционных сталей, поэто-
му перед началом обработки ме-
талл нагревают до температуры
473...573 К.
К достоинствам способа раз-
делки трещин с помощью повер-
хностной резки относятся гаран-
240
тия полного удаления трещин, поскольку на гладкой поверхнос-
ти реза трещина выявляется четко; возможность разделки с ми-
нимальным раскрытием трещины; высокая производительность и
низкая себестоимость работ.
18.2. Кислородно-флюсовая резка. Сущность процесса
и области применения
Не все с 'али удается разрезать обычной кислородной резкой.
Повышение содержания в стали ряда легирующих элементов, и
прежде всею хрома, приводит к тому, что в образующейся жид-
кой пленке на поверхности реза присутствует большое количе-
ство тугоплавких оксидов хрома (до 20 %).
Температура плавления хромистых железняков с таким содер-
жанием хрома, приблизительно равная 2273 К, значительно пре-
вышает температуру плавления разрезаемой стали. Кроме того,
расплав хромистых железняков обладает высокой вязкостью, что
затрудняет процессы обмена между кислородом режущей струи и
пленкой жидкого расплава, т. е. его окисление.
Таким образом, наличие пленки тугоплавких оксидов препят-
ствует последовательному окислению металла кислородной стру-
ей, его горению, выделению теплоты и расплавлению металла,
что приводит к прекращению резки.
Для кислородной резки высоколегированных сталей необходи-
мо обеспечить расплавление и перевод в шлак образующихся ту-
гоплавких оксидов, что может быть достигнуто путем повышения
температуры в резе или превращения шлака в более легкоплавкие
соединения Существуют различные способы резки высоколеги-
рованных сталей,, реализующие указанные виды воздействия на
тугоплавкие оксиды: высокотемпературная дуговая и плазменная,
а также кислородно-флюсовая резка (табл. 18.2).
Воздушно- и кислородно-дуговые способы резки нс обеспечи-
вают высокого качества поверхности реза, поэтому применяются
Таблица 18.2
Характеристики способов резки высоколегированных сталей
Способ резки Источник энергии Максимальная толщина разрезаемого металла, мм
Воздуш но-д} това я Кислородно дуговая Плазмен но-; у говая Кислородно- флюсовая Электрическая дуга То же Струя высокотемпера- турного газа Газовое пламя, флюс 30 120 300 1000
241
Coci ав, %. флюсов, применяемых для резки вы со хромистых и хромоникелевых стал< Таблица 18.3 колегированных й
Спосо! резки Железный порошок Алюмин н с- вый порошок Алюминие- во-магние- вый порошок п с к эрошок ил и ко- ал ьиия Порошок ферро- силиция
Раздел г ная тель- 100 80... 90 10...20 60...80 — 20... 40
Поверх] ная юст- L 100 — 25...30 70... 75 —
крайне
редко. Кислород но-флюсовую резку широко используют?
при резке листового проката, отрезке прибыл
на мерные заготовки и т.д.
Сущности- процесса кислородно-флюсовой резки заключается?
ей, резке слитков)
что В зону резки вводят порошкообразный флюс, кото-;
да и значительно;
Суш:
в том,
рый, поступая в рез, сгорает в струе кислррс.
повышает температуру лобовой поверхности реза. Кроме того,!
продукты его окисления сплавляются с оксидами поверхностной!
пленки 1
и образуют шлаки с более низкой температурой плавле-1
ния, относительно легко удаляемые из реза. т
>сы. Вкачестве флюса можно использовать железный поро- ]
Фли>|
шок (ГОСТ ^849 — 86) или смеси порошков железа, магния, алю- |
миния
Разф
лсококачестве иных железных поро
стране обеспечило;
> лков необходимо- I
лического и хими- j
и силркокальция (табл, i 8.3).
итие порошковой металлургии в нашей
получение Bi-
ro для кислородно-флюсовой резки грануломет
ческого состава (табл. 18.4).
С повышением содержания углерода в желез:
рость pi
цесс резки влияет также содержание кислорода в железном по-1
рошке
езки уменьшается, а расход порошка увел
ном порошке ско- а
сшивается. На про-1
Кистород присутствует в нем в виде оксидов, которые сни- 9
жают ((корорть резки, так как на их нагрев расходуется дополни- :
ячество теплоты.
тельно
е кол
В то же вйемя при осуществлении кислородф
тве фпюсонесущего газа применяют кист ।
и флфса высокой степени чистоты порошок может воспла-
ся на выходе из флюсоподающих трубе :
щенцю доступа его в зону, где происхол
В связи с этим при кислородной резке вы
наибольшее распространение получили
о-флюсовой резки Ж ?
ород. При исполь- * ’
в качес
зовани]
меняй ।
прекрЕ!
акция,
сталей
ПЖ5.
к, что приводит к
ит химическая ре-
соколегирован н ых
порошки ПЖ4 и
242
Таблица 18.4
Химический состав железных порошков
Содержание компонентов, %
Мар- ка Fe С Si Мп S Р 02 Осталь- ное Остаток, нераствори- мый в соляной кислоте
пж ПЖ1 99,0 98,8 0,02 0,03 0,10 0, 10 0,015 0,02 0,2 0,2 0,25 0,35
ПЖ2 98,8 0,03 0,10 0,35 0,02 0,2 — 0,3
ПЖЗ 98,5 0,08 0,15 0,40 0,02 0,5 — 0,4
ПЖ4 98,0 0,12 0,25 0,50 0,03 1,0 0,5
ПЖ5 97,0 0,10 0,25 0,60 0,03 2,0 — —
ПЖ6 96,0 0,25 0,45 0,70 0,05 — — —
ПЖ7 ПЖ8 96,0 94,0 0 0,50 1,70 0,04 0,03 — Са- 0,06; Ti- 0,02; At - 0,08 Са, Mg, А! - по 0,06 —
При выборе гранулометрического состава железного порошка
основными критериями являются способ подачи флюса в зону
реза и плавность регулирования его расхода. В соответствии с
ГОСТ 9849 — 86 железные порошки по гранулометрическому со-
ставу разделены на крупные (размер частиц, мм, 0,46...2,5), сред-
ние (0,16... 0,45), мелкие (0,07... 0,16) и особо мелкие (0,045... 0,07).
Гранулометрический состав характеризуется сыпучестью порош-
ка: более высокую сыпучесть имеет порошок, состоящий из мел-
ких частиц.
Выбор гранулометрического состава порошка для кислородно-
флюсовой резки высоколегированных сталей определяется глав-
ным образом конструктивными особенностями флюсоподающей
системы. Для флюсопитателей с вихревыми циклонными камера-
ми, применяющимися преимущественно в нашей стране, исполь-
зуют мелкий железный порошок, для флюсопитателей инжектор-
ного типа — средний и крупный. Эти порошки в соответствии с
указанным стандартом обозначают ПЖ4М, ПЖ5М (мелкие),
ПЖ4С, ПЖ5С (средние), ПЖ4К и ПЖ5К (крупные).
243
резке специальных материалов используют другие флюсы.,
и резке никелевых сплавов применяют смеси железного и^
При
Так, пр
алюмийиевого порошков, при поверхностной резке высокохро-J
м истых
бавление к железному порошку алюминия повышает температуру!
расплава в резс и увеличивает его жидкотекучесть. (
Во и
нить В '
таре. Влажный порошок перед употреблением необходимо просу-j
шить. 1
Оборудование для кислородно-флюсовой резки. Для проведе-!
НИЯ кис,
ки, отличающиеся способом подачи порошка в рез (рис. 18.4)/
В нашел стране наибольшее распространение получили установки,
с внешней подачей флюса (рис. 18.4, а).
Желязный порошок подается (струей кислорода, воздуха или-
азота) йз бачка флюсопитателя к серийному резаку для кисло-
родной
чи порршка в рез. Газофлюсовая смесь, выходя из этого устрой-
сталей — смеси железного порошка и силикокальция. До-j
збежание ухудшения сыпучести порошков их нужно xpa-i
сухом отапливаемом помещении в герметично закрытою
лородно-флюсовой резки разработаны различные установ-,
резки, снабженному специальным устройством для пода-1
. 18.4. Схемы установок для кислоррдно-флюсовой резки;
Ри
а — с внд пней подачей флюса; б — инжекторного типа с однопроводной пода-
чей; в —
2 — флюкюпитатель; 3 — рукав для подачи порошка; 4 — рукав для подвода
однопроводной подачей; 1 — рукав для подачи флюсо не сущего газа;
режущего кислорода
244 i
Рис. 18.5. ФлюсопитательФП-1;
1 — бачок; 2 — манометр; 3 — горловина для засыпки флюса; 4 — редуктор; 5 —
вентиль; 6 — трубка; 7 — штуцер; — регулировочное устройство
ства под небольшим (до 20°) углом к оси режущей струи, прохо-
дит через подогревающее пламя, где частицы порошка нагрева-
ются до температуры воспламенения, и поступает в струю режу-
щего кислорода. Здесь они сгорают, и выделяющаяся теплота до-
стигает реза. По этой схеме работают установки УРХС-5 и УГПР.
Выпускаются также установки инжекторного типа с однопро-
водной подачей флюса под высоким давлением (рис. 18.4, б). Же-
лезный порошок из бачка флюсопитателя инжектируется в зону
реза непосредственно струей режущего кислорода. Смесь флюса с
245
лородом по рукаву подводится к резаку и через центральны f.j
[ал мундштука поступает к разрезаемому металлу. К недостач
такой установки относятся повышенный износ внутренние
||алов мундштуков и запекание порошка в головке резака прь
ггных ударах пламени. Поэтому она находит применение лини;
режущего кислорода. В производственных условиях эти уста
, §
кие
кан
кам
кан
обр
при порошково-копьевой резке металлов большой толщины t|;
неметаллических материалов.
В установках с однопроводной подачей (рис. 18.4, в) флюс
помощью шнекового устройства подается к головке резака, в ка
нал
новки применяются крайне редко.
Установки для ручной резки высоколегированных сталей вклю
чакт в себя резак, флюсопитатель и рукава для подачи газов ф
порошка. На рис. 18.5 показан флюсопитатель ФП-1 вместимостью!
20 тт, входящий в состав установки УРХС-5. Флюсопитатель со- г
дер:кит бачок 7, устройство 8 регулирования подачи порошка ю
редуктор 4. Бачок представляет собой сосуд, в верхней крышке
которого имеется горловина для насыпания флюса. Нижняя часть?
бач<а оканчивается штуцером 7, в который ввернут регулятора
подачи порошка. Флюсонесуший газ из баллона или трубопровод;
пос
два
гупает в редуктор, на выходе из которого газ разветвляется на,
потока: один из них направляется в верхнюю часть бачка щи
Рил 18.6. Циклонное устройство
фл юс оп итател я:
штуцер; 2— корпус; 3— крышка;
нониус; 5 — специальная гайка;
7 -
4 —
6— чаховичок; 7 — шток с микро мет-
рическим винтом
создания давления на флюс, 4 j
второй через вентиль 5 по труб-
ке ^поступает в регулировочное
устройство. Флюс под действи-
ем давления ссыпается из бачкг !
в циклонную камеру ре1улиро4 '
вечного устройства, а поступа- ,
ющий через штуцер 7 флюсоне- ;
сущий газ создает в этой камере) ;
вихревой поток, захватывающий
частицы флюса. Полученная та-
ким образом газопорошкова^
смесь транспортируется к режу-
щему устройству.
Давление газа в бачке конт-
ролируется манометром 2; длг
сброса давления служит вен-
тиль 5. В случае превышения дав-
ления газа в бачке допустим ого
уровня срабатывает предохрани-
тельное устройство с разрывной
мембраной, смонтированное ь
горловине флюсопитателя. Газо-
флюсовая смесь подается к бач-
246
Рис, 18.7. Зависимости расхода флю-
са от зазора м<ржду седлом штуцера
и штоком и циклонной камере при
различных значениях давления
флюсонесущего газа
ку по рукаву с внутренним ди-
аметром 6 мм, длиной не более
10 м. Увеличение длины и диа-
метра шланга приводит к пуль-
сации подаваемого порошка,
что неблагоприятно отражается
на процессе резки.
Циклонное устройство
(рис. 18.6) состоит из корпу-
са 2, крышки 3, штуцера 1,
маховичка 6 и специальной
гайки 5, на которой закреплен
нониус 4. По резьбе гайки пе-
ремещается шток 7 с микро-
метрическим винтом. При по-
вороте маховичка изменяется
зазор между седлом штуцера и
штоком, благодаря чему обес-
печивается регулирование по-
дачи порошка. На рис. 18.7 при-
ведены зависимости расхода
флюса от зазора между седлом
штуцера и штоком в циклон-
ной камере при различных зна-
чениях давления флюсонесу-
щего газа.
При механизированной кис-
лородно-флюсовой резке на
бачке ФП-1 монтируют элект-
ромагнитный клапан, обес-
печивающий дистанционное
включение и выключение по-
дачи флюса.
На рис. 18.8 изображен флю-
сопитатель ФПР-3 установки
УФР-2, работающий по одно-
проводной схеме. Он оборудо-
ван герметичным бачком 9,
нижняя часть которого имеет
форму конуса. В верхней части
Рис, 18.8. Флюсопитатель ФПР-3:
I — клапан; 2 — рычаг; 3 — штурвал
регулятора; 4 — кислородный рукав;
5— засыпной штуцер; 6— корпус раз-
рывной мембраны; 7 ~ рычаг; 8 — ка-
мера; 9— бачок; 10 — трубка; 11 —
клапан; 12 — нижняя камера; 13 —
инжектор
247
9. Установка УГПР для кислородно-флюсовой резки высоколе-
гированной стали и чугуна:
кка; 2 циклонное устройство; J — бачок флюсопитателя; 4 — кг<
родный редуктор; 5 — ручной резак; 6 — рукава
Рис. 18
— теле
с ло-
бачка закреплена изолированная от флюса камера 8 с рычажным
устройством управления порошковым клапаном 77.
вращении штурвала 3 регулятора по часовой стрелке через
При j
систем 1 тяг и рычагов открывается клапан 77, и флюс из бач^а 9
Пересы
^ычаг .
$аву 4
флюс i:
штуцер
тировала мембрана, разрывающаяся при давлении выше I М
Для вы|
чок 9 с
Для
пается в нижнюю коническую камеру 12. Одновременно
2 открывает клапан /7, и основная часть кислорода по
поступает в инжектор 13 флюсопитателя, увлекая за со
канал для режущего кислорода. В крышку бачка вварен
.5, через который в бачок засыпают флюс. В корпусе 6 ск
РУ"
юой
он-
Па.
ба-
равнивания давления нижняя коническая камера 12 и
: зединены между собой трубкой 10.
кис л сродно-флюсовой резки высоколегированной ста-
ли тол щиной до 250 мм и чугуна толщиной до 200 мм приме;
ют серийно выпускаемую установку УТПР (рис. 18.9). Она см<
га на легкой тележке, что удобно для транспортире ва-
ня-
он-
j
тирова
^48 |
ния се к месту работы.
татель циклонного типз, ручной резак Р2А и кислородный ре-
дуктор ДКС-66.
Механизированная pi
ствляется на переносных и стационарных машинах Для обычной
кислородной резки, у к
флюсовой приставкой и
Особенности техноло1
В комплект установки входят флюсопи-
езка высоколегированных сталей осуще-
рторых резаки дополнительно оснащены
флюсопитателем.
гии кислородно-флюсовой резки. Кисло-
родно-флюсовая резка незначительно отличается от о
дородной резки низкоуглеродистой стали. Последоват
их операций аналогична той, которая при-
юычной кис-
ельность Бы-
полнения тсхнологическ
пята при обычной кислородной резке, за исключень ем того, что
подача флюса осуществляется через 1...2 с после зажигания по-
догревающего пламени.
Расход флюса заране: устанавливает оператор, регулируя дав-
ление флюсонесущего г
ком в соответствии с толщиной разрезаемого металла. Правиль-
ность выбора расхода флюса можно определить визуально при ос-
мотре верхней кромки реза: на ней должны оставаться небольшие
валики из расплавленного железного порошка (рис. 1
шенный расход флюса вызывает увеличение размеров валиков и
снижает скорость резки
резки из-за недостаточного количества теплоты, выделяющейся в
резе, и повышенной вяз:
Для успешного протекания процесса необходимо
стояние между мундшлтсом и металлом было достаточным для
прогрева флюса пламенем перед поступлением его в
шего кислорода. Поэтом;
колегированных сталей обычной толщины (до 300 мм) мундштук
устанавливают на большем расстоянии (примерно 2!> мм) от по-
верхности металла. Если
тза в бачке и зазор между седлом и што-
8.10). Повы-
Малый расход также замедляет процесс
кости шлака.
чтобы рас-
у при кислородно-флюсовой
струю режу-
[ резке высо-
резку листового металла начинают от его
кромки, то резак подвод: гг к краю листа перпендикулярно поверх-
ности металла. После подогрева кромки до температуры воспла-
метал-
менения включают подачу флю-
са и режущего кислороду. Про-
должительность нагрева
ла при кислородно-флфсовой
резке значительно меньше, чем
при кислородной, поэтому про-
цесс можно начинать бе:
новки резака на кромке.
Подача железного порошка
или других флюсов требует до-
з оста-
Рис. 18.10. Образцы резон при недо-
статочном (а), нормальном (б) и из-
быточном (в) расходе флюса
полнительного количества го-
рючего газа и режущего кисло-
рода, так как перед поступле-
249
Рис. 18.11. Зависимости скорости резки, расхода горючего газа и режу-
щего кислорода (а), флюса и флюсо несуще го газа (о) от толщины
разрезаемой стали:
1 — скорость резки; 6 — расход (2 — режущего кислорода; .? — ацетилена;
4 — пропана; 5 — флюса; 6 — воздуха или азота)
должен быть расплавлен, а в резе — окислен.
пием в рез флюс
Скорость резки вйбирают в соответствии с рекомендациями, при-
веденными в подр;
разрезаемой стал
15... 25 % ниже,
В табл. 18.5 приведены режимы механизированной резки корро-
зионно-стойкой стали 08Х18Н10Т при степени чистоты кисло-
рода 99,2%.
Кислородно-флюсовую резку высоколегированных сталей боль-
шой толщины выполняют с применением тех же приемов, что и
при резке низко ле:
ны устройство длг
рис. 18.11 приведены зависимости скорости резки, расхода газов
и флюса от толщины разрезаемой стали.
Кислородно-фл юсовая резка чугуна, меди и ее сплавов. Как было
показано в подра'д. 14.1, одно из основных условий, определяю-
щих возможность
ла, состоит в том
ниже температуры воспламенения в струе кислорода.
азд. 14.3. Ее значения при одинаковой толщине
;и и аналогичных требованиях к качеству на
чем при резке низкоуглеродистых сталей.
тированных сталей. В состав установки включе-
подачи порошка к резаку и флюсопитатель. На
протекания процесса кислородной резки метал-
I, что его температура плавления должна быть
251
углеро-
Железоуглеродистые сплавы с высоким содержанием
этому условию не отвечают. Под действием пламе-
да — чугуны
ни резака чугун можно лишь расплавить, интенсивного ice окис- J
ления сплава
не происходит. Поэтому резку чугуна обычно вы-1
полняют кивло родно-флюсовым способом. I
Введением в зону резки железного порошка достигается повы-
шение темпера туры расплава на лобовой поверхности реза, а еле- 4
довательно J й его жидкотекучести. Кроме того, дополнительное.]
количество [оксида железа, поступающего в жидкий раепдав, сни-1
жает в нем
ет интенси:
разующего<
фор и ферросилиций. 1
При кислфродно-флюсовой резке чугуна вследствие цикличе- *
ского воздействия нагрева и охлаждения на поверхности
ЗТВ изменится структура металла с образованием высокотвердых
составляющих (цементит и др.), и происходит так наг
отбеливанир чугуна. Поэтому если кромка изделия должна под-
вергаться Последующей механической обработке, то з
перед резко;
того, предварительный подогрев позволяет предотвратит^ образо- 1
вание трещи
При рез<(:
шин не имеет значения, поэтому металл можно резать
ном состоянии.
Однако, in .
тается труднообрабатываемым материалом. Скорость его резки в J
2 — 4 раза меньше, чем у низкоуглеродистых сталей, а р.'
зов выше (т&бл. 18.6).
начина-
!держание углерода, вследствие чего расплав
о окисляться. Для уменьшения вязкости шлака, об- |
jB резе, к железному порошку добавляют фе-
ррофос- /:
реза и в
ываемое
необходимо нагреть до температуры 473... 573
л на кромке.
чугуна в скрап наличие отбеленного слоя
иготовку]
L Кроме 1
или тре- 1
в холод-j
есмотря на принятие перечисленных мер, ч;
[угун ос- J
доход га-
ина 18.61
Табл
Режимы резки чугуна
Показателе 1 Толщина чугуна, мм
20 50 100 150 200 250 300
Расход кисло- рода, м-’/ч Н 0,9 2,0 4,5 8,5 13,5 20,0 37,5
Расход ацети- лена, м3/ч од 0,16 0,3 ' 0,45 0,6 0,75 0,9
Расход флюса КГ/Ч |; 2,0 3,5 6,0 9,0 11,5 14,0 17,0
Скорость резг ки, м/ч 7,9 5,4 3,0 2,1 1,8 1,5 1,2
252
Рис. 18.12. Зависимости скорости i
резки меди от ее толщины и состава
двухкомпонентного флюса Fe—Al,
содержащего 30 (/), 20 (2), 15 (3)
и 10% (4) алюминия
Медь и ее сплавы также нельзя разрезать обычным кислород-
ным способом, так как при их окислении выделяется небольшое
количество теплоты, а оксиды, ^образующиеся при резке, имеют
высокую температуру плавления. Вследствие этого для осуществ-
ления процесса необходимо подучить в резе высокую температу-
ру, обеспечивающую расплавление тугоплавких оксидов и удале-
ние их из реза.
Ввиду высокой теплопроводности меди и ее сплавов вдувание
в рез железного порошка не приводит к достижению необходи-
мой температуры. Поэтому в состав флюса в дополнение к желез-
ному вводят алюминиевый порошок. По мере повышения содер-
жания во флюсе алюминия до 30 % скорость резки возрастает
(рис. 18.12). Однако при этом образуется поверхность реза невы-
сокого качества. Более высокую степень чистоты поверхности обес-
печивает добавление к железоадюминиевому порошку феррофос-
фора, который способствует получению в резе легкоплавкого шлака
с малой вязкостью.
Скорость резки меди и ее сплавов существенно увеличивается
при подогреве заготовок. Приведенные в табл. 18.7 данные пока-
зывают, что скорость резки нагретого металла возрастает на
30...40 % при снижении расход^ флюса на 20...30 %.
I Таблица 18.7
Режимы резки меди в холодном и нагретом состоянии
Тол щина мели, мм Состояние металла перед резкой Расход флюса, кг/ч Скоростьрезки, м/ч
20 Холодный Нагрет до темно-крас- ного свечения 16,8 12,0 4,8 7,2
50 Холодный Нагрет до темно-крас- ного свечения 20,4 16,8 1,5 2,7
253
Таблица 18.8
Режимы ручной поверхностной кислородно-флюсовой резки стали
08Х18Н10Т
Размеры канавок, мм Угол на- клона мунд- штука, ° Расстояние от центра сопла до металла, мм Удельный расход топлива на 1 кг выплавляемого металла
Ширина Глубина кислорода, м3/ч флюса, кг/ч
20...24 2,0...3,5 20 8...10 0,65... 1,0 0,09...0,12
20...24 3,0...4,5 25 14...18 0,54...0,80 0,06-0,10
22...24 4,0...4,5 30 18...28 0,54.„0,65 0,06-0,10
24...26 3,0...4,0 45 32...45 0,65...0,72 0,04... 0,06
Так как высокая теплопроводность меди и ее сплавов за-
трудняет процесс резки, то мощность подогревающего пламе-
ни увеличивают в 4 —6 раз по сравнению с его мощностью при
кислородно-флюсовой резке высокохромистой стали той же тол-;
шины.
В настоящее время для резки проката из медных сплавов шире
ко применяют высокопроизводительные плазменно-дуговые спо-
собы, позволяющие получать поверхность кромки высокого каче-
ства. Однако если необходимо разрезать заготовку большой тол-
щины, то прибегают к кислородно-флюсовому способу резки.
Поверхностная кислородно-флюсовая резка. Для повышения ка-
чества проката слитки, слябы и блюмы из высоколегированных ста
лей подвергают местной или сплошной зачистке с целью удаления
раковин, газовых пор, пригара и трещин на поверхности заготовок.
По применяемому оборудованию поверхностная кислородно-
флюсовая
чается от
резка высоколегированных сталей
незначительно
отли-
сталей.
поверхностной
Машинные
кислородной
резки низкоуглеродистых
или ручные
резаки
оснащают
приставками
подачи флюса, а установки — флюсопитателями. Как и при кис-
лородной резке низкоуглеродистых сталей, процесс поверхност-
ной кислородно-флюсовой резки выполняют с более высокими
скоростями, чем разделительную резку. В качестве флюса исполь-
зуют порошки ПЖ4М, ПЖ5М или алюминиево-магниевый по-
рошок с ферросилицием или силикокальцием. Алюминиево-маг-
ниевый порошок, сгорая в струе кислорода, обеспечивает высо-
кую температуру расплава, выдуваемого из реза, а ферросилиций
и силикокальций способствуют повышению жидкотекучести шла-
ков. Благодаря этому достигается более высокое качество поверх-
ности реза, чем в случае применения в качестве флюса только
железного порошка.
Режимы поверхностной кислородно-флюсовой резки стали
08XI8H10T ручным резаком РПА с применением флюсопитателя
УРХС-5 приведены в табл. 18.8.
254
18.3. Резка кислородным копьем
Сущность процесса прожигания отверстий кислородным копь-
ем заключается в том, что в стальную трубу, конец которой на-
грет пламенем ацетиленокислородной горелки или каким-либо
другим источником теплоты, подается кислород. Жидкие оксиды,
образующиеся при горении концевой части трубы, нагревают
материал до температуры плавления. Кроме того, они реагируют
со многими тугоплавкими материалами, образуя жидкотекучий
шлак, который удаляется из образовавшегося отверстия струей
кислорода в зазор между этим отверстием и поверхностью трубы.
Копье представляет собой толстостенную цельнотянутую тру-
бу с наружным диаметром 20...35 мм либо тонкостенную сталь-
ную трубу, в которую вставлена стальная проволока диаметром
3...4 мм, на которую приходится 60...65 % площади внутреннего
сечения трубы. Питание кислородом копья осуществляется от це-
ховой магистрали или рампы. Его давление на входе в копье со-
ставляет 588... 1470 кПа.
При прожигании отверстия копье прижимают к обрабатывае-
мому материалу с усилием, необходимым для преодоления со-
противления застывающих шлаков. Соответствующее давление в
плоскости сечения трубы копья составляет 0,5...5,0 МПа.
В процессе горения копье непрерывно укорачивается, причем
в зависимости от толщины прожигаемого материала расход трубы
может быть в 5 —25 раз больше длины полученного отверстия.
Таблица 18.9
Режимы прожигания отверстий кислородным копьем
(диаметр проволоки 4 мм)
Тип копья Число проюлок в трубе, UITh Направле- ние резки Диаметр прожигае- мого отвер- стая, мм Нормы на прожигание отверстия длиной 1 м
Продол- житель- ность резки, ч Объем кис- лорода, м~ Длина трубы, м
Труба 20x8 1 Горизон- тальное 40...50 0,15 7,9 5,1
Труба 18x2 3 Наклон- ное, под углом 10’ 60... 70 0,36 10 12,7
Труба 20x6 1 Верти- кальное, снизу вверх 20...25 0,05 2,8 2,7
255
Ри
18.13. Установка УФР-5 для порош ко во-копье вой резки:
7 — копье держатель; 2 — флюсопитатель; 3 — тележка
Не рекомендуется совершать возвратно-поступательные движе
ния копьем вдоль линии реза для ускорения прожигания отвер
стия, необходимо лишь периодически поворачивать копье вокру
оси на у юл 10... 15° в обе стороны. Режимы прожигания отверсти!
кислородным копьем приведены в табл. 18.9.
Наиб!
териалах обеспечивает процесс порошково-копьевой резки, со
четаюший в себе характерные особенности резки обычным кис
дородным копьем, проникающим непосредственно в зону рас
плавлегдя материала, и кислородно-флюсовой резки.
троведения порошково-копьевой резки материалов разра
остановка УФР-5 (рис. 18.13). В ее состав входят флюсопи
ФРП 2, размещенный на тележке 5, и копьедержател:
. в который флюс подается струей сжатого воздуха noi
ольщую производительность прожигания отверстий в ма
Для
ботана;
татель
РФК 1.
давлением 245... 294 кПа. В копьсдержателе закрепляют стальнь
трубы длиной 3 ...6 м. Для повышения эффективности процесса
железному порошку ПЖ4М или ПЖ5М добавляют алюминиевы
пороше:
Техн1
обычным кислородным копьем. Отличие состоит в том, что
копья г
а подде
части прожигаемого отверстия. Вследствие этого обесг
наиболее высокая температура в зоне резки. Данным
можно
работку
В качестве наполнителей кислородного копья кроме стали мо-
гут быть использованы материалы с высокой теплотой сгорания
Например, для увеличения термохимического эффекта трубу сталь-
ного ко
плавленный титан и его оксиды могут растворять любые огне
упорньп
256
к.
ика порошково-копьевой резки такая же, как и при резю
е прижимают к поверхности обрабатываемого материала
рживают на расстоянии 30...50 мм от передней торцево!
не только прожигать отверстия, но и вести размерную об-
материала (табл. 18.10).
гпья заполняют проволокой из технического титана. Рас
е материалы, обеспечивая значительное (в 2 — 3 раза) по
Таблица 18.10
Режимы порошково-копьевой резки
Размеры прожигаемого отверстия, м Расход флюса, кг/ч Давление кислорода, кПа Расх< кислор М3/' »Д Скорость прожигания отверстия, м/ч
Глубина Диаметр
0,5 0,5... 1,0 1,0... 1,5 0,05 ...0,055 0,055... 0.06 0,06...0,07 50 50 50 560 880 1080 57... 80... 100... 10 100 20 7,2 ...10,8 7,2... 15,4 2,3...4,7
Примечание. Диаметр трубы 3/s".
вышение скорости прожигания отверстий по сравг обычным кислородным копьем. [ению с резкой
18.4. Подводная резка
оздушно-плаз-
Подводную резку применяют при судоремонтных, судоподъ-
емных, аварийно-спасательных и восстановительных работах. При
подводных работах осуществляют кислородную, bi
менную, дуговую и электрокислородную резку. Наибольшее рас-
пространение получила кислородная резка с использованием жид-
кого горючего — бензина.
Для резделительной резки металла под водой
30 м применяют переносную установку БУПР, в состав которой
входят резак, пульт управления, включающий в «бя газовые ре-
на глубине до
дукторы и щит управления элек-
трозапалом, змеевики и рампа
для подключения баллонов, бро-
нированные шланги для кисло-
рода и бензина, электрозапал
для зажигания пламени под во-
дой и батарея щелочных акку-
муляторов для питания электро-
запала постоянным током на-
пряжением 12 В.
Бензин подается в резак под
давлением, создаваемым азотом.
Пламя резака зажигают под во-
дой. После зажигания регулиру-
ют его мощность и состав. Изме-
няя подачу бензина, устанавли-
вают пламя красноватого оттен-
ка (недостаток бензина вызыва-
ет желтую, избыток голубую
Рис. 18,14. Форма реза при разде-
лительной резке пали толщиной
30 мм под водой
9 Полепой
257
Таблица 18.11]
Режимы кислородной резки стали под водой на установке БУПР ]
Толщина разре- Скорость резки, Расход
заемой стали, мм м/ч кислорода, м3/ч бензина, кг/ч
10 24...30 1,2 0,8
20 12... 15 2,4 1,8
40 6...8 4,8 4,3
60 4...5 7,0 7,2
80 3,0...3,6 10,0 11,0
100 2,5 ...3,0 12,0 14,0
окраску пламени). При этом резак плотно прижимают к обраба-1
тываемой поверхности, чтобы вода была оттеснена от места нача-1
ла резки. Если появились искры, то это означает, что поверхность!
достаточно прогрета и можно начинать резку, открыв вентиль ре-4
жУщего кислорода. В процессе резки необходимо по возможности!
равномерно перемещать резак. |
Так как мундштук плотно прилегает к поверхности металла,I
происходит интенсивный разогрев металла в зоне газового пузы-|
ря. Вследствие этого верхние кромки реза оплавляются в большей!
маре, и он принимает форму воронки (рис. 18.14). 1
При подводной резке ширина реза больше, чем при обычной!
кислородной резке на воздухе. Скорость резки (табл. 18.11) зави-1
ейт от толщины разрезаемого металла, опыта резчика, удобства!
работы в зоне резки, прозрачности воды и других факторов. |
Схема головки резака для подводной кислородной резки с воз-1
душным пузырем представлена на|
рис. 18.15. ..
Для образования пузыря ис-|
пользуют азот, воздух, углекис-]
лый газ и другие газы. Поступаю-!
щий по трубке 4 газ (в рассмат-J
риваемом случае — воздух) оттес-1
няет воду из зоны резки, благо-]
Рис. 18.15. Схема конструкции ре-Я
зака для подводной кислородной Я
резки с воздушным пузырем: И
1 — запальник; 2, 3, 4 — трубки для Яг
подачи соответственно режущего кис- '
лорода, горючей смеси и воздуха; J —
воздушный пузырь; 6 — поток возду-
ха; 7 — разрезаемый металл; 8 — пла-
мя; 9 — пузырек воздуха
258
даря чему улучшаются ycj: л им для нагрева поверхности металла
пламенем резака и повыпЬа :тся скорость резки на 30. „50 % по
сравнению с данными, прнв гдгиными в табл. 18.11.
Для обработки стали под аодой применяют также кислородно-
и воздушко-дуговые способ: i резки наряду с плазменно-дуговой
резкой.
Кок р зльн ле вопросы
1. В чем состоит сущность гн вер’ ностной кислородной резки?
2. Почему скорость поверх но иней резки стали значительно выше ско-
рости разделительной резкий
3. Каким образом можно л] едо вратить появление трещин при по-
верхностной кислоэодной ре:к :?
4. Каковы конструктивны : юобгнности резаков для поверхностной
резки?
5. Какое а сущнс сть процесс: клс лородно-флюсовой резки?
6. Какой тип по эбшка при ионик т для флюсо питателей с циклонным
устройством?
7. В чем состоят основные д< столнства установок с гнешней подачей
флюса?
8. Какот ы особе чности те: с тс л с в 1И разделительной к ис дородно-флю-
совой резки чугуна, меди и гiиных сплавов?
9. Какие матери ыы испол 13? кус i в качестве наполhi [гелей кислород-
ного копья ?
10. Какс е горючее примем и кг | и подводной кислородной резке?
РАЗДЕЛ V
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ
ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
ГЛАВА 19
КИСЛОРОДНО- Й ВОЗДУШНО-ДУГОВАЯ РЕЗКА
Наряду с кислородной резкой в промышленности широко при
меняют и другие способы термической резки, при осуществле
нии которых металл нагревают не газовым пламенем, а электри
ческой дугой, низкотемпературной плазмой или лучом лазера, j
Сущность дуговой резки состоит в том, что между электродов
и разрезаемой заготовкой возбуждается электрическая дуга, кото
рая расплавляет металл. Металл удаляется из реза струей кислоро
да или воздуха.
При кислородно-дуговой резке кислород поступает в рез п<
внутреннему каналу металлического электрода (рис. 19.1), покры
того обмазкой специального состава. Рукоятка горелки обеспечи
вает закрепление электрода и подачу кислорода. Процесс резк1
начинается с возбуждения дуги между электродом и металлом
затем подается кислород, осуществляющий окисление металла :
резс и принудительное удаление продуктов реакции из полост]
реза.
При подводной кислородно-дуговой резке применяют как пла
вящиеся, так и неплавящиеся электроды. Первые изготавливаю
из стальных трубок с наружным диаметром 8 мм, толщиной стен
ки 2...2,5 мм и длиной 400 мм. На поверхность трубки нанося
водостойкое покрытие, которое позволяет опирать электрод н;
поверхность металла, что обеспечивает неизменное расстояни
между электродом и металлом, а также стабильность горения дуги
Рис. 19.1. Схема кислородно-
дуговой резки:
J — источник электропитания; 2
направляющая; 3 — электропривод; 4
разрезаемый металл; 5— электрод; а
угол наклона электрода к поверхнос'
металла
260
Рис. 19.2; Схемы разделительной (а) и поверхностной (б) аоздушно-
дуговой резки:
/ — Электр содержатсяь: 2— струя воздуха; 3 — электрод; 4 — направление
резки; 5 — разрезаемый металл
Кроме того, использование карборундового покрытия увеличива-
ет продолжительность работы одним электродом с 1 до 40 мин.
При резке на воздухе вместо металлических применяют полые
угольные или графитовые электроды, что приводит к значитель-
ной экономии металла.
Воздушно-дуговую резку металлов выполняют сплошным уголь-
ным или 1’рафитовым электродом, закрепляемым в электрододер-
жателе. В неподвижной губке последнего просверлены отверстия
для подачи воздуха параллельно оси электрода.
Различают два вида воздушно-дуговой резки — разделитель-
ную и поверхностную. При разделительной резке электрод углуб-
лен й полость реза (рис. 19.2, а) под углом к поверхности разреза-
емой) металла, составляющим 60...90°.
При поверхностной воздушно-дуговой резке дуга горит между
концом электрода и поверхностью обрабатываемого металла. Элек-
трод наклонен к поверхности под углом 30° в сторону, обратную
направлению резки (рис. 19.2, б). Резку выполняют на постоянном
токе обратной полярности. Напряжение на дуге составляет
45... 50 В,, сила тока — 250...500 А (для отдельных резаков — до
1600 А), диаметр электрода — 6... 12 мм, давление воздуха —
0,4...0,6 МПа, его расход — 20.„40 м3/ч. Масса металла, выплав-
ляемого г течение 1 ч, достигает 20 кг.
Следует отметить, что кислородно- и воздушно-дуговые спо-
собй разделительной резки применяют лишь в тех случаях, когда
не требуется высокое качество поверхности реза или отсутствует
горючий газ.
261
310
5360
Рис. 19.3. Резак для воздушно-дуговой р£зки РВДМ-315:
I — контактно-сопловое устройство; 2 — корпус электрододержателя со встро-
енным воздушным клапаном; 3 — рукоятка; 4— газо-i и токок
однодящие комму-
никации
Наибольшее распространение получила Поверхностная воздуш- ;
но-дуговая резка, связанная с устранением дефектов сварных
и цветных отливках. Оте-;
ШВОВ,
а также дефектов на стальных, чугунных
шетвенная промышленность выпускае;г резаки РВДМ-315:
цис. 19.3) и РВДЛ-1600.
При обработке высоколегированной сталц и чугша поверхност- ;
лая воздушно-дуговая резка конкурирует с товерхзостной кисло-
применении не требуют-
никами тока для воздуш-
родно-флюсовой резкой, так как при ее
ся флюс, горючий газ и кислород. Источ]
но-дутовой резки служат сварочные преобразователи, выпрями-
тели повышенной мощности и источи
жесткой вольт-амперной характеристик
’ойчивое ведение процесса зачистки в электроимпульсном режи-
ме при силе тока до 2000 А. Подача воздуха компрессорами со-
ставляет 20...30 м3/ч. На воздухопроводе рекомендуется устанав-
ливать влаго- и маслоотделители.
Ориентировочные режимы поверх hoi
резки приведены в табл. 19.1.
икц переменного тока с
ой.
обеспечивающие ус-
стной воздушно-дуговой i
Т абли ца 19,1 )
Режимы поверхностной воздушно-лотовой р
езки
Диаметр или
размеры
электрода, мм
Сила тока, А
Масса стали, гыплавлясмой а течение 1 ч, кг
6
8
10
12
15x8
30x10
280
380
500
600
800
1000
высокоу гл е^-
дистой
9j"
13,0
15,5
16,6
23,4
30,2
ны со коле ги-
рованной
12,2
16,9
20,2
21,6
262
ерно перемещаемый электрод может касаться метал-
: повышается на поверхности реза и при малом давле-
(до 392 кПа). При оптимальных параметрах воздуш-
Качество г производительность ручной воздушно-дуговой рез-
ки во многом зависят от квалификации резчика. Так, например,
вследствие неравномерности подачи электрода изменяется глуби-
на канавки.
Неравном।
ла, что визы зает местное науглероживание последнего. Содержа-
ние углерода
нии воздуха
но-дуговой поверхностной резки толщина слоя с повышенным
содержанием углерода на поверхности реза не превышает 80 мкм.
При обработке низкоуглеродистых и низколегированных ста-
лей среднее содержание углерода на поверхности реза составляет
0,25...0,35 %,
ке, так как с
на 0,02...0,03 %. Однако повышение содержания углерода на по-
верхности реза может привести к ухудшению пластических свойств
металла. Длг повышения пластичности поверхности реза после
воздушно-дуговой поверхностной резки рекомендуется обработка
канавки шлифовальным кругом на глубину до 0,5 мм.
что не вызывает осложнений при последующей свар-
одержание углерода в металле шва возрастает лишь
Контрольные вопросы
ущность процессов кислородно- и воздушно-дуговой рез-
1. Какова с;
ки?
2. Какие меры способствуют улучшению пластичности поверхности
реза, полученного воздушно-дуговой резкой?
ГЛАВА 20
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
20.1. Сущность процесса
резки.
Разработкз и промышленное освоение плазменно-дуговой свар-
ки и резки металлов относятся к крупным достижениям отече-
ственной сварочной техники, В течение последних трех десятиле-
тий плазменйо-дуговая резка получила широкое распространение
и наряду с кислородной является одним из основных способов
термической
Низкотемпературная плазма представляет собой нагретый до
температуры
положительн >
держащихся j
для резки облчно получают в электрической дуге, создаваемой в
специальном
технический
(1 ...5)-104 К электропроводящий газ, состоящий из
о и отрицательно заряженных газовых частиц, со-
в равных количествах. Низкотемпературную плазму
устройстве — плазмотроне, пропуская через него
газ.
263
5
а
ы плазмснно-
разряда:
Рис. 20.1. Схем:
дугового ]
с — независимая ду 'а; Д — дуга прямо-
го действия; 7 — катод; 2 — плазмооб-
разующий газ; 3 —
4 — анод; J
Разработаны-две схемы плаз!
менйо-дугового разряда. Плаз!
мс иная струя (^зависимая дуя
rai возбуждается между незави^
си;!
ст
ла
струя (^зависимая д;
(м^гмт j электродами, без уча!
об; уабаты веемого материя!
тогда как плаз!
20.1, а)
дуга (ду(га прямого дей-
В i
во:
(рис.
мённая
ст₽1Щ) образуется между като-1
до|м|плазмотрона и обрабатывав
eivbiM хрмаллоу (рис. 20.1, £>)j|
обеиХ схемах, дуговой разряд
збуждается е| узких каналам
плазмотронов, которые позво^
лякУг при относительно неболь-j
шом расходе пл^зМообразующей
среды ролучать значительные!
скорости потоков плазмы. 1
оцесса плазменно-тЕуговой резки состоит в рас-!
котемпературным потоком газов металла в огра-!
плазменная струя;
— изделие
Сущность пу
плавлении высш
ниченном объеме с последующим уфаленйем раерлава из полости'
реза струей.
Толщина раз
первую очередь
форма характер
аДисит от мощности дуги и в!
размеры каналов режу-
а, размеры каналов режу-
}илу- тока в|ыбирают такой,
нуп: электрической мощно-:
делаемого металла з;
от напряжения на неф. На глубину реза влияют!
•истики источника ''qT* L
Ецего сопла, состав и расход газов, i
чтобы обеспечить выделение в столбе:
й интенсивность расЬлафйения металла соответ-
скорости резки. 1 |
ергетических параметров резки плазменной струей
гой показало, что эффективная мощность нагрева
возрастает с увеличением силы тока
сти, ПрИ KOTOpCi
ствует заданной
Сравнение эв <
и плазменной ду
И расхода плазмообразующих
газов (до определенного предела), пЫщем у плазменной дуги она
значительно вьет ie. Удельный теплов м)поток в нефтре пятна нагре-
ва при резке плазменной дугой составдяе” Г'1’ 'лп "
ейНоЙ струей} Тепловой КПД
10s... ]Ф9 Вт/см3, что на
fiTrtir.irr Т-Л'.-> till
для тонкого ме-
случаев
порядок выше, чем при резке плазм<
плазменной дути при оптимальных! режимах резки составляет
70...80%, что на
струей. Поэтому
для неметалличе
талла. Наибольшее распространение йрлучила плазменно-дуговая
резка.
При плазмен
10...30% выше КПД йагрева металла плазменной
схема резки плазме- нон струей применяется лишь
ских материалов и е рйде " '"
рёз образуется тремя различ-
енья? ом, анодным пятном и
: го-дуговом способе
ными участками плазменной дуги:
факелом (рис. 2С.2). Эти зоны обеспе гйватсФ разную эффективность
нагрева металла, причем факел — Наименьшую,
264
I
Рис. 20.2. Схе на строения плазменно-дугового
разряда прямого действия:
1 — плазмотрон; 2 — разрезаемый металл; 3 —
столб дугового
факел дуги; 6
столба дуги; 12
разряда; 4 — анодное пятно; 5 —
— направление резки; lt — длина
— длина анодного пятна; — дли-
на факела
Ширина и форма реза зависят от пара-
метров режима резки, и прежде всего от
параметров струйно-дугового комплекса и
скорости резки. При оптимальных режи-
мах резки и относительно небольшой тол-
щине металла можно получить почти па-
раллельные
кромки реза. Однако ввиду
наличия в столбе дуги трех участков с разной эффективной теп-
ловой мощностью конусность резов при плазменно-дуговойрезке
значительно
больше, чем при кислородной.
20.2. Плазмообразующие среды
При пла; менно-дуговой резке плазмообразующими средами
могут служить различные технические газы, которые по своему
воздействию на катод подразделяются на неактивные (аргон- азот,
водород) и активные (воздух, кислород). Плазмообразующая сре-
да должна оэеспечивать надежное зажигание дуги, ее стабилиза-
цию, эффек тивное преобразование электрической энергии в теп-
ловую, равнэмерную передачу энергии по толщине разрезаемого
металла, отсутствие неблагоприятных воздействий на электрод и
разрезаемого металла.
рогостоящи. Кроме того, они не могут диссоцииро-
поверхность
Начало развития плазменно-дуговой резки связано с примене-
нием в качестве плазмообразующей среды аргона. Он служит хо-
рошей защитой для вольфрамового электрода, легко ионизирует-
ся под действием дугового разряда и не оказывает вредного воз-
действия на Металл поверхности реза. Однако аргон и другие инерт-
ные газы до
вать в столбу дугового разряда.
Активными теплоносителями являются двух- и трехатомные
газы, поэтому их применяют в качестве добавки к аргону. Нали-
чие в аргоне
зающей способности дуги и производительности резки. Дальней-
шее увеличение содержания водорода в смеси приводит к резкому
возрастанию} напряжения на дуге. Аргоноводородные смеси ис-
пользуют пр:
ний и их СП!
15...20% водорода обеспечивает повышение проре-
и резке легких металлов, таких, как алюминий, маг-
павы. В практике плазменно-дуговой резки цветных
265
О
гч
XF
К
Н
Особенности применения ряда плазмообразующих сред для резки металлов
Разрезаемый металл Титан Не рекомендуется То же & Для ручной и ме- ханизированной резки
Конструкци он н ые, низкоу гл ерод истые и низколегирован- ные стали Для машинной резки металла толщиной до 100 мм Для ручной резки металлов Для резки металлов относительно небольшой толщины с высоким качеством поверхности Для ручной и механизированной резки Не рекомендуется
Высоко- легированные стали
Медь и ее сплавы Для механизиро- ванной резки металла толщиной до 70 мм
Алюминий и его сплавы Для механизиро- ; ванной резки металла толщиной до 120 мм Для ручной и ме- ханизированной резки
Плазмообразующая среда Воздух Азот Аргон с водородом Азоте водородом Аргон j
266
металлов широко применяют менее дорогостоящие азотоволорот
ные смеси. Качество резон, выполняемых в атмосфере этих сме-
сей, несколько ниже, чем при проведении резки в аргоноводо
родных смесях.
Процесс воздушно-дуговой резки с использованием в каче
стве плазмообразующей среды сжатого воздуха находит широкое
применение при обработке конструкционных и высоколегирован
ных сталей. Для повышения производительности резки использс
ют также плазмообразующие среды с более высоким содержат!
ем кислорода, чем в воздухе, или чистый кислород. Однако в эюм
случае приходится осуществлять защиту электрода каким-либо
неактивным газом (аргон, азот).
В табл. 20.1 приведены рекомендации по применению ряда плаз
мообразующих сред для резки различных металлов. Обшей зако
номерностью является использование активных газовых смесей
преимущественно для резки черных металлов, а неактивных газов
и их смесей — для резки цветных металлов и их сплавов.
20.3. Режущие плазмотроны
Несмотря на большое разнообразие конструкций режущих плаз-
мотронов, все они содержат два основных блока: электродный и
сопловой, которые электрически изолированы друг от друга и
включают в себя узлы для подачи плазмообразующего газа, ос
новной и вспомогательный источники тока, крепления электро-
да, а также систему охлаждения электрода и сопла (рис. 20.3). Элек-
тродный и сопловой блоки образуют дуговую камеру, в которой
при подаче плазмообразующего газа возбуждается дуговой разряд
В зависимости от способа плазменно-дуговой резки в качестве
электродов применяют вольфрамовые
стержни, легированные лантаном (при
использовании аргона, азота, водоро-
да), или медные водоохлаждаемые
электроды с циркониевой или гафни-
евой вставкой (при наличии окисли-
тельной рабочей среды — воздуха, кис-
Рис. 20.3. Схема режущего плазмотрона:
1, 2 — подача плазмообразующего газа и
охлаждающей ноли; 3— слив воды: 4 — кор-
пус; 5 — катодный блок; 6 — изолирующая
втулка; 7—сопло; 3— разрезаемый металл;
9 — дуговая камера; /У — плазменная дуга;
77— балластное сопротивление; 12 — ис-
точник электропитания; 13 — направление
резки
ы плазмотронов
ихревой (б) ста-
Рис. 20.4. Схем,
с ом вой (л) и В1
бш изапией ду ’ового разряда:
1 — с лтло; 2 — уз«л крепления като-
ца; 3 — вольфрамовый катод; 4 —
подач а плазмообразующего газа; 5 —
грубк 1 для подач) воды; 6 — катод;
7 г- катодная вставка
лорода). На по
ния и гафния
высокой температуры дуговогр
разряда образуется тугоплавка^
оксидная плен
предохраняющая электрод от эро-н
зии в процессе резки. Однако.:
стойкость этих
воздействия кр шне высоких тем-
ператур низкая,
ность их рабоп
правило, 2...4 г
В зависимости от способа по-
дачи плазмообразуюшего газа в
дуговую камеру различают осевой
и вихревой способы стабилизации
дуги. В первом
разующий газ
вую камеру потоком, параллель-
ным оси электрода (рис. 20.4, л),
верхности цирко-<:
при воздействий
ка, в дальнейшем;
электродов ввиду;
, и продолжитель-
ы составляет, как
случае плазмооб-
поступает в дуго-
а во втором — по тангенциальным каналам, вследствие чего про-
исхозиг завихрение газового потока (рис. 20.4, (7).
В плазмотрс.
чива ют под утл;
фиксацию катодного пятна на оси столба дугг соосно с выход-
ным отверстием сопла. В качестве регулируемых
arret легированные лантаном вольфрамовые ст
ой 100... 150 мм. Стойкость стержневого катода за-
образом от плотности тока дуги.
ение газового потока (рис. 20.4,
нах с осевой стабилизацией стержневой катод зата-
ом 20... 30° при вершине, что обе
спечивает точную
катодов использу-
ержни диаметром
2... 6 мми длин
аиси г главным ।
ход I атодов достигается при выборе их диаметр
данными, приф
Несмотря на относительно высокую электропроводность воль-
фрама, он сил ьно разогревается рабочим токо
элек грода должен быть минимальным. Стержневые катоды, име-
еденными в табл. 20.2.
Наименьший рас-
з в соответствии с
рл, поэтому вылет
Таблица 20.2
Диаметры вольфрамовых электродов и формщ в зависимости от силы тока дуги ующих сопел
Сила тока, Диаметр электрода, мм Дж метр форхМирующего сопла, мм
150 300 400 500 600 2,0 2,5 32 4,0 4,5 1,2...1,6 2...3 3...4 4...6 5...7
268
подрегулиро-
катоды с цир-
юшие длительный срок службы при многократном
вании вылета электрода, получили широкое распространение в
ручных плазмотронах.
В плазмотронах для механизированной резки используют пре-
имущественно гильзовые медные водоохлаждаемые
кониевой или гафниевой вставкой.
При осевой стабилизации дуги вставка должна быть заострена.
При вихревой стабилизации можно применять плоски г катод. В этом
случае фиксация катодного пятна в центре вставки обеспечивает-
ся стабилизацией оси потока вследствие его завихрения.
Гильзовые катоды работают при высоких плотностях тока и
нуждаются в интенсивном охлаждении. Для этого
верхность гильзы омывается проточной водой, а вЬтавка плотно
запрессовывается в гильзу.
В последнее время установки для плазменно-дуговой резки ос-
нащаются блоками автономного охлаждения, в кото]
кулирует в замкнутом объеме, а ее охлаждение осуществляется в
радиаторах. В зимнее время вместо воды систему мо:кно заполнять
незамерзающей жидкостью. Применение блоков автономного ох-
лаждения обеспечивает значительную экономию воды.
При небольшой плотности тока в случае резки металла малой
толщины в качестве охлаждающей среды может быть использован
воздух, который одновременно служит плазмообраз
Основным элементом соплового блока является формирующий
наконечник. Форма и размеры соплового канала в
степени определяют параметры режущей струи. Чем
ние выходного отверстия сопла и больше его длина, тем выше
при прочих одинаковых условиях плотность энергии, а следова-
тельно, скорость потока плазмы и производительно
нако наименьший диаметр выходного отверстия ограничен вслед-
ствие возникновения двойных дуг (одновременно с
гой, образующейся между катодом и соплом, возбу
вой разряд между соплом и разрезаемым металлом;.
Двойная дута возникает, если сумма анодного падения напря-
жения на дуге (катод сопло) и катодного падени
(сопло — разрезаемый металл) меньше падения напряжения в
столбе дуги на участке формирующего сопла наконечника. Двой-
ное дуто образование наиболее характерно для момента возбужде-
ния режущей дуги с помощью высокочастотного зспомогатель-
ного разряда. Вспомогательная дуга небольшой мощи
тока 15...40 А), образующаяся между электродом
ком, не вызывает их разрушения.
Двойное дугообразование возможно и в пронес
пробивке начального отверстия в листе — из-за б
ленного металла, направленных на резак, при случайном каса-
нии наконечником поверхности металла, неудовлетворительной
наружная по-
рых вода цир-
|ующим газом.
значительной
меньше сече-
сть резки. Од-
основнои ду-
ждается дуго-
:я напряжения
дсти (при силе
и наконечни-
се резки: при
эызг расплав-
269
работе системы стабилизации положения резака над металлом,;
р езких колебаниях тока в сети или случайном уменьшении расхо-
да ллазмообразующего газа. Источники тока, используемые в на-
стоящее время, имеют устройства (токовые реле) для отключе--
г ия аппарата от сети в случае двойного дугообразования и возра-
стания силы тока в цепи. |
Наконечники плазмотронов обычно изготавливают из меди —
металла, обладающего высокой теплопроводностью, что необхо-:
димо для их эффективного охлаждения. Однако, несмотря на ин-
т гнсивное охлаждение водой медных формирующих сопел, их из-
г ос из-за высокой температуры газов в столбе дуги велик.
Для обеспечения стабильного горения дуги и предотвращения
двойного дугообразования диаметр сопл;) выходного отверстия
должен быть больше диаметра катода (илй равен ему), тогда как
д тина сопла — меньше его диаметра. Диаметр катода определяет -
с т током дуги. Изнашивание сопла существенно уменьшается при
вихревой стабилизации дугового разряда, тем не менее срок его
стужбы обычно не превышает 8 ч. Поэтому для увеличения ресур-
са плазмотронов в наконечнике закрепляет специальные смен-
ьые сопловые вставки.
20.4. Оборудование для резки
В состав оборудования для плазменно-дуговой резки входят ре-
хущий плазмотрон, газовый пульт с газорегулирующей и изме-
рительной аппаратурой, блок электрооборудования, источник
г итания и устройство для перемещения; плазмотрона. При плаз-
N енно-дуговой резке применяются те же типы машин, что и при
к ислородной. I
Для достижения высокой стабильности горения дуги и устой-
ивости процесса резки источник питания [должен иметь крутопа-
аюшую вольт-амперную характеристику и повышенное напря-
жение холостого хода (рис. 20.5).
ч
д
(, в
2|Ю
ПО
о
200 400 600 /, А
Рис. 20.5. Вольт-амперные характе-
ристики источника тока для плаз-
менно-дуговой резки:
1—7 — Характеристики, соответствую-
щие различным установленным значени-
ям максимального тока
270
Таблица 20.3
Аппаратура для
ручной плазменно-дуговой резки
Плазмообра- Номина г|ьный Толщина разрезаемого металла, мм
зующая среда ТОК, А Алюминий Сталь
Типы 1 и 2 5( 8 5
10 ) 15 10
160.. 200 25...30 15...20
25 ) 40 25
Тип 1 31 5 50 30
40 ) 60 —
50 1 80 —
Примечание. Плазмообразующая среда типа 1 — инертные и нейтральные
газы (Аг, Nj, Н2), типа 2 — активные газы (О2, СО2).
— 79 промышленность выпускает аппа-
20.3) и автоматизированной (табл. 20.4)
Согласно ГОСТ 12221
ратуру для ручной (табл,
плазменно-дуговой резкг.
В соответствии с прав глами техники безопасности изготавли-
ваемая аппаратура для ручной плазменно-дуговой резки рассчи-
тана на напряжение холостого хода не более 180 В, а для автома-
тизированной резки — hi более высокое напряжение. Напряже-
Таблица 20.4
Аппаратура для автомг лизированной плазменно-дуговой резки
Тип аппаратуры 6 Maj ла 1акси- ьная си- тока, А На пряже- ние холостого хода, В Толщина разрезаемого металла, мм
Степень автомати- зации Пл азмо об- разующая среда Алюминий Сталь
Механи- зирован- ная Типы 1 и 2 200 250 315 300 40 50 60 30 40 50
Тип 1 400 500 80 10 —
Автома- тическая Типы 1 и 2 200 250 315 400 500 50 60 80 100
Тип 1 500 630 1000 120 150 300 —
271
иие холостого хода источника определяет диапазон значений тол)
Щины разрезаемого металла. Источники с напряжением холосто)
гл хода 180 В позволяют разрезать алюминиевые сплавы толщиной
да 80 мм, медь и сталь — до 60 мм, с напряжением холостог^
хода, достигающим 1 кВ, — металлы толщиной до 300 мм. ;
Для механизированной воздушно-плазменной резки предназ^
гачены установки «Киев-^5», «Киев-6» и АПР-404. Источники тою)
первых двух установок выполнены на базе управляемых кремний;
вых вентилей. Крутопадающие характеристики обеспечивает сис-
тема Ч ПУ. Для зажигания дежурной дуги высокочастотным разряд
дом предусмотрен источник питания цепи катод—анод. В комп-
лект поставки установок «Киев-5» и «Киев-6» входит резак ВПР-15;
Рис. 20.6. Электрон невм о гидравлическая схема установки .3
для воздушно-плазм с иной резки АПР-404: ч
— силовая коммутационная аппаратура; 2— трехфазный силовой трансфор.ма-^
тор; 5 — тиристорный выпрямитель; 4 — силовой фильтр; 5— плазмотрон; 6 —'.j
канал для подачи плазмообразующего воздуха; 7 — регулятор расхода сжатого j
। оз духа; 8 — датчик наличия дуги; 9 — устройство возбуждения дуги; 10 — блок;
дежурной дуги; 77 — реле контроля вентиляции; 12 — вентилятор; 13 — сумма-7
тор; 14 — датчик тока; 15 — коммутационная аппаратура; 16 — трехфазный транс-•'
< юрматор цепи управления; 77, 26 — выпрямители; 18— формирователь пило-
образного напряжения; 19 — шести канальный генератор импульсов управления;
20 — пневмоклапан; 21 — система водяного охлаждения плазмотрона; 22— гид-
] ореле; 23 — запорный вентиль; 24 — регулятор тока дуги; 25 — датчик про-
бам много сигнала; 27 — кнопка пуска; потоки: /7*- — анергии; —- — ин-
формации; —> — воздуха; —> — воды
172
в комплект установки АПР-404 — ПВР-402. Установки имеют пульт
управления для контроля и регулирования энергетических и газо-
вых параметров.
В промышленности работает также большое число установок
предыдущего поколения (АПР-402 и -403) с дросселями насы-
щения, которые обеспечивают крутопадающую характеристику.
Устройство установки АПР-404 поясняет схема, приведенная
на рис. 20.6. Установка включает в себя силовой блок (7— 4), плаз-
мотрон 5, блок зажигания дуги (5—70), цепи управления (75 —
18, 25—27), системы воздушного охлаждения (77, 12), подачи
плазмообразующего воздуха (6, 7, 20, 23) и охлаждения плазмо-
трона (21, 22).
Силовой блок питает дугу плазмотрона постоянным током и
состоит из силовой коммутационной аппаратуры 7, трехфазного
силового трансформатора 2, тиристорного выпрямителя 3 и сило-
вого фильтра 4.
Силовая коммутационная аппаратура обеспечивает коммута-
цию питающего установку трехфазного тока, сигнализацию, элек-
тродинамическую и тепловую защиту установки от сверхбольших
токов, а также защиту электросети от радиопомех.
Трехфазный силовой трансформатор обеспечивает электричес-
кую развязку и согласование плазмотрона с питающей сетью.
Тиристорный выпрямитель, собранный по мостовой схеме на
тиристорах типа Т-320-12-ШУЗ, осуществляет выпрямление пе-
ременного тока и управляется шестью импульсными сигналами,
формируемыми цепями управления.
Силовой фильтр, содержащий силовой дроссель и конденсато-
ры, уменьшает пульсации тока дуги, предотвращает обрыв дуги
при больших углах регулирования и опасные для плазмотрона рез-
кие изменения тока дуги при ее зажигании и ограничивает амп-
литуду высокочастотных импульсов возбуждения плазмотрона 5в
тиристорном выпрямителе 3.
Плазмотрон формирует плазменную дугу сжатым воздухом от
системы питания (6, 7) и охлаждается водой при ее расходе, со-
ставляющем не менее 1 л/с.
Цепи управления установкой содержат коммутационную аппа-
ратуру 15, трехфазный трансформатор 16, формирователь 18 пи-
лообразного напряжения, выпрямители 17, 26, кнопку 27 пуска,
датчик 25 программного сигнала, регулятор 24 тока дуги, дат-
чик 14 тока, сумматор 13 и шестиканальный генератор 19 им-
пульсов управления.
Коммутационная аппаратура обеспечивает необходимую по-
следовательность включения блоков и блокировок, переключе-
ние управления «местное — дистанционное» и защиту установки
от следующих аварийных режимов: сверхбольших токов в цепях
управления, отсутствия или недостаточности принудительного воз-
10 Нплеиой
273
ДУШНО!
ь ого ф
г ли не,
Тре:
тальва!
г ряжет
г ряже!
жения.
ЗИСТОр'
с юрма’
образн
Кнс
L Датч!
плавнь
ю зна1
Per
1 гологг
датчик
Кру
обеспе
лт из
< оедиь
Сумма
жение
сигнал
ный аз
Ше
сы дои
1ЫХ0Д1
Бле
чия ду
ОСНОВ!
старто
пульса
, гержи
1ОПЛО1
ЮНОВ]
Си(
тельнс
юв си
£юрма
юля в
юздух
Chi
зегуля
зенти.
274
>хлаждения, которым управляет система 27, неправиль-Я
рования установки с сетью электропитания, отсутствия Я
латочности водяного охлаждения плазмотрона. <
1зный трансформатор цепей управления обеспечивает Я
ескую развязку от сети элементов схемы, понижает на- Я
для выпрямителей 17 и 26, а также вырабатывает на- Я
синхронизации формирователя пилообразного напря- 1
юледний, включающий в себя шесть диодов и шесть ре- I
। преобразует синусоидальное напряжение этого транс- |
'а в пакет из шести симметрично сфазированных пило- Я
напряжений. |
а пуска служит для приведения в действие плазмотрона, 1
программного сигнала вырабатывает опорный сигнал с i
нарастанием силы тока основной дуги до установленно- j
ия после ее зажигания. 1
гор тока дуги, предназначенный для оперативного тех- I
жого регулирования мощности дуги, подключается к 1
рограммного сигнала. I
'гадающая вольт-амперная характеристика источника тока !
зается с помощью цепи обратной связи, которая состо- |
чи ка тока, сумматора и шести канального генератора, I
ных в колы! о совместно с тиристорным выпрямителем. |
> имеет два входа, на один из которых подается напря- I
'датчика тока, а на второй — с датчика программного I
Ча выходе сумматора образуется сигнал, пропорциональ- I
йраической сумме входных напряжений. я
канальный генератор формирует управляющие импуль- |
просторного выпрямителя, фаза которых регулируется 3
4 напряжением сумматора. 1
ажигания дуги в плазмотроне состоит из датчика 8 нали- 1
срабатывающего при протекании в силовой цепи тока 1
дуги, устройства Р возбуждения дуги, обеспечивающего I
i пробой зазора сопло —электрод высокочастотными им- |
большого напряжения, и блока 10 дежурной дуги, под- I
ине го горение вспомогательной, дежурной дуги между 1
катодом до момента установления устойчивого горения I
дуги между катодом и изделием. 1
ла воздушного охлаждения предназначена для принуди- |
обдува элементов установки, в первую очередь радиато- ]
1ых тиристоров выпрямителя 3и обмоток силового транс- 1
>а 2. Эта система содержит вентилятор 72 и реле II конт- |
иляции, отключающее цепи управления при недостатке I
ля обдува. J
ча подачи плазмообразующего воздуха включает в себя
> /расхода сжатого воздуха, пневмоклапан 20 и запорный
13.
1П
о
ГЧ
S
l=t
ю
сз
Технические характеристики установок для механизированной плазменно-дуговой резки
RPC-600-2 130 50 1 О о о J 001 1 400 4,5...7,5 3 350...650 850 1
PA-S-40, CNC-75-150 О in о о о о о 1 1 1 1 1
УПР О с — 21 2 §§ О о о о о 300/180 130...200 ГЧ СМ Q О О О сч о
АПР-405К О о Q п п о 150...450 | G> О CI Г- m гч ГЧ оо S гп о
«Киев-6», А1810, УХЛ4 2 2 S 'П 100...315 330 140...260 <п 1 о о 1 □0 Г'—1 гч
АПР-404, УХЛ4 ООО m m о । — **-' о 200... 500 310...325 270 О оо in гч" о о 40
Показатель Максимальная тол- щина разрезаемого металла, мм: сталь алюминий медь Номинальная сила рабочего тока, А Пределы регулиро- вания силы тока, А Режим включения, %ПВ Напряжение, В: холостого хода условное рабочее Расход, м3/ч: сжатого воздуха азота, аргона Давление, кПа: сжатого воздуха азота, аргона, водорода Расход охлаждаю- щей воды, м3/ч j
275
Окончание табл. 20.5
RPC-600-2 120 (150) Трехфазная сеть переменного тока j 380 50 50/60 1 1115x816x1196 1115x816x1196 I 0001 1 1 1
PA-S-40, CNС-75-150 1 001 1 1 1
УПР 150 (120) 128 i880x1040x1706 600x600x220 1040 Ручная разделится ь- ная резка Для ручной и машинной резки
а. Е 1 500x1500x1750 О о ФО 1 ПМ Р-405
«Киев-6», А18Н), УХЛ4 2500 (20) 106 850x800x1365 о ВПР-15
АП Р-404, УХЛ4 2400 (20) ОО гч 880x1040x1706 400x600x220 1040 ПМР-403 или ПВР-402
Показатель 1 дающей воды, кПа | Скорость резки, мм/мин (при тол- щине стали, мм) 1 Энергопитание Напряжение пита- ющей сети, В Частота, Гц 1 Потребляемая мощ- ность при номиналь- ной силе тока, кВт Габаритные разме- ры, мм: вы прямителя пульта управления | Масса, кг Дополнительные возможности Комплектующие плазмотроны
Примечание. ПВ — продолжительность включения оборудования.
276
Таблица 20.6
Технические характеристики переносных машин для плазм ей но-дуговой
резки листовой стали
Показатель «Микрон 2-02» ПВП-1 пвп-в
Максимальная толщина разрезаемого
металла, мм:
сталь 40 — 25
алюминий и его сплавы 40 50 —
медь 20 —
Скоростьперемещения резака, м/ч 3,1 ...25
Расход воздуха, м3/ч 2, 0...5Д
Масса, кг 20 23
Система охлаждения плазмотрона обеспечивает отвод теплоты
при его работе, и при недостаточной подаче охлаждающей воды
гидрореле 22 выключает установку.
Технические характеристики установок для механизированной
плазменно-дуговой резки приведены в табл. 20.5.
Ручная аппаратура для плазменно-дуговой резки работает от
источников, питания ВКС-500 и ВДГ-501, предназначенных для
дуговой сварки или вращающихся сварочных преобразователей
ПСО-500, и др.
Переносные мащиныдля плазменно-дуговой резки (табл. 20.6)
изготавливают, как правило, на базе кислородных машин.
20.5. Технологические особенности резки
На основании анализа энергетического баланса и гидродина-
мических условий выдуваемого из реза шлака было получено обоб-
щенное уравнение процесса плазменно-дуговой резки, которое
позволяет установить связь скорости резки с энергетическими па-
раметрами плазменной дуги и теплофизическими свойствами ме-
талла:
н. 0,247(/г|и-<гт
рЖ5
где tv — скорость резки, м/ч; I— сила тока дуги, А; V — напряже-
ние на дуге, В; г|и — эффективный КПД дуги; qT — интенсивность
теплоотдачи в металл, Вт; р — плотность металла, кг/м3; b —
ширина реза, мм; 6 — толщина разрезаемого металла, мм; ДА' —
приращение удельной энтальпии металла, Дж/кг.
277
Анализ уравнения (20.1) показывает следующее. Во-первых,
скорость плазменно-дуговой резки возрастает с увеличением мощ-.
лости дугл, причем в большей мере — при повышении напряже-
ния на дуге и в меньшей — при возрастании рабочего тока дуги,
котор эе приводит к увеличению ширины реза. Напряжение на дуге
характеризует глубину ее проникновения в разрезаемый металл,
поэтому г ри увеличении толщины разрезаемого металла необхо-
димо товншать напряжение. Наиболее вьтгодно резать металл «же-
сткой > дуюй (с высоким напряжением режущей дуги), что обес-
печивает зозрастание скорости резки и повышение качества по-
верхность реза.
Во-втозых, более легкие металлы с меньшими значениями теп-
лоёмкости и теплопроводности разрезаются с большей скорос-
тью.
И такс ней, резка металла заданной толщины возможна в том
случае, если эффективная мощность режущей дуги превышает
количестго теплоты, поступающей в разрезаемый металл:
0,24С//ди ><?т.
При правильно выбранной скорости резки поток шлака, выте-
кающий из реза, перпендикулярен поверхности листа или немного
отклоняется в сторону, обратную направлению резки (рис. 20.7).
При увеличении скорости резки на нижней кромке появляются
капли жидкого расплава, качество реза становится низким. Даль-
нейшее повышение скорости резки приводит к непрорезанию
металла, з нижней части реза образуются перемычки, а поток
расплавленного металла выбрасывается вверх.
При пр ямолинейной разделительной плазменно-дуговой резке
скорость тезки может быть выше иа 20.». 30 %, чем при вырезке
фигурных! деталей из листовой стали, L
В соответствии с ГОСТ 14792—80 качество плазменно-дуговой
ре;ки оценивают следующими четырьмя основными показателя-
ми: размерным допуском, нецерпендикулярностью поверхности
ре; а, ее шероховатостью и глубиной ЗТВ.
При оптимальных режимах этот способ резки не уступает кис-
лородной по качеству поверхности реза Металла, за исключением
Рис. 20.7. Схема плазменно-дуговой
резки:
а — с пониженной скоростью; б— с оп-
тимальной Скоростью; е — со скоростью,
превышающей оптимальную; стрелками
показано направление резки
271
Таблица 20.7
Допустимые нормативные отклонения поверхности реза
от перпендикулярности
Класс качсст па Толщина металла, мм
5...12 13...30 31...60
1 0,4 0,5 0,7
2 1,0 1,2 1,6
3 2,3 3,0 4,0
Таблица 20.8
Допустимые значения, мм, шероховатости и глубины ЗТВ
Класс качества Нормы шероховатости при толщине металла, мм Нормы глубины ЗТВ при толщине металла, мм
5 ... 12 13... 30 31...60 5... 12 13...30 31...60
1 ),05 0,06 0,07 0,1 0,2 0,4
2 0,1 0,2 0,32 0,4 0,8 1,6
3 0,2 0,32 0,63 0,8 1,6- 3,2
такого ее свойства, как перпендикулярность поверхности разре-
заемого листа.
Допустимые отклонения размеров вырезаемых деталей или за-
готовок от номинальных значений в зависимости от класса точ-
ности машин для резки рассмотрены выше (см. табл. 17.6). Пре-
дельные нормативные отклонения поверхности реза от перпен-
дикулярности, а также допустимые значения ее шероховатости и
глубины ЗТВ для. различных классов качества поверхности (см.
подразд. 17.1) приведены в табл. 20.7 и 20.8.
Алюминия и его сплавы разрезают с применением азотно-во-
дородных смесей. Резку алюминиевых сплавов толщиной 5... 20 мм
можно выполнять в азоте или воздухе, однако при этом качество
поверхности
следует использовать аргоноводородные смеси.
Качество Поверхности реза зависит от содержания водорода. Если
оно невелико, то образуется шероховатая поверхность реза, а у
нижней кромки скапливается стекающий металл. Высокое каче-
ство поверхьости обеспечивается при наличии в смеси 35... 50 %
водорода.
При большем содержании водорода на кромке реза возникают
глубокие бороздки. Возможные режимы механизированной плаз-
менно-дуговой резки алюминиевых сплавов приведены в табл. 20.9.
Плазменш
коуглеродистой стали малой и средней толщины целесообразно
реза снижается. Для получения особо точных резов
о-дуговую машинную резку деталей из листов низ-
279
пр 1менять на предприятиях с большим объемом выпуска продук-
ты. В качестве плазмообразующих сред при резке конструкцион-
нь с сталей широко распространены воздух и иные смеси с повы-
ше 1ным содержанием кислорода (до 50 %), обеспечивающие уве-
ли ение скорости резки на 20... 30 % при прочих равных условиях
и 1 астичное или полное устранение пор в сварных швах, выпол-
не: :ных по необработанным после резки кромкам.
Режимы механизированной резки низкоуглеродистой стали
пр 1ведены в табл. 20.10.
Низкоуглеродистую сталь можно резать в азотных или азотно-
во, ородных смесях. Этот процесс наиболее часто осуществляют
пр [ плазменно-дуговой резке листовой стали под слоем воды,
об спечивающей нормальные санитарно-гигиенические условия
в j збочей зоне. Технико-экономический анализ механизирован-
но i плазменно-дуговой и кислородной резки стального листа по-
Таб л и ца 20.9
Режимы механизированной резки алюминиевых сплавов
хч- u ^на Дна- Сила Напря- Расход, м3/ч Скоро-
р; ipe- метр рабо- же ние сть
3HI <10 го сопла, чего на резки,
м гал- мм тока, А дуге, В аргона азота ВОД О- воздуха м/ч
лг мм рода
Ю 5 450 85 — 5,0 — — 360
10 5 450 90 — 1,5 1,0 — 61
10 5 450 110 — 1,5 1,0 — 29
00 7 700 165 0,4 — 4,0 1,0 11
Таблица 20.10
Режимы механизированной резки низкоуглеродистой стали
Гол шина р урезаемого к палла, мм Сила рабочего тока, А Диаметр сопла, мм Расход воздуха, м-/ч Скорость резки, м/ч
10 200 3,0 6,0 120
10 300 3,0 6,0 190
20 200 3,0 6,0 50
20 300 3,0 6,0 94
30 300 3,0 6,0 54
30 400 3,0 6,0 90
50 400 4,0 8,0 29
70 400 4,0 8,0 14,5
100 400 4,0 8,0 5
130 450 4,0 8,0 2
Таблица 20.11
Режимы механизированной воздушно-плазменной резки меди
Тол щина разрешаемого металла, мм Сила тока дуги, А Диаметр сопла, мм Расход воздуха, м3/ч Скорость резки, м/ч
10 200 3,0 6,0 83
10 300 3,0 6,0 120
20 300 3,0 6,0 61
20 400 3,0 6,0 97
30 300 4,0 8,0 24
30 400 4,0 8,0 42
50 400 4,0 8,0 24
70 400 4,0 8,0 12
100 500 4,0 8,0 3
казал, что в случае оснащения машины одним резаком при тол-
щине стали до 40 мм предпочтение следует отдать плазменно-
дуговой резке, при большей толщине — кислородной.
Плазменно-дуговую резку высоколегированных сталей выпол-
няют на тех же режимах, что и резку обычной стали с примене-
нием воздуха или смесей азота и кислорода в качестве плазмооб-
разующих смесей.
Скорость резки высоколегированной стали можно выбирать на
10...15% больше при прочих одинаковых условиях. При толщине
металла свыше 100 мм высоколегированные стали разрезают кис-
лородно-флюсовым способом.
Медь и медные сплавы отличаются высокой теплоемкостью и
теплопроводностью.
Вследствие этого листь[ из данных материалов разрезают с мень-
шей скоростью, чем листы из стали. Они лучше разрезаются при
использовании в качестве плазмообразующей среды азота или
смеси азота с водородом. В табл. 20.11 приведены возможные ре-
жимы механизированной воздушно-плазменной резки меди.
При резке латуни применяют те же рабочие газы, что и при
резке меди, но ее скорость может быть увеличена на 25... 30 %.
Контрольные вопросы
1. Какова сущность процесса плазменно-дуговой резки?
2. Какие схемы плазменно-дугового разряда известны вам?
3. Каков состав плазмообразующих сред?
4. Назовите основные узлы плазмотронов.
5. Какие схемы стабилизации дугового разряда применяют в совре-
менных плазмотронах?
6. В чем состоит причина появления в плазмотронах двойной дуги?
7. Каковы особенности оборудования для плазменно-дуговой резки?
281
ГЛАВА 21 I
ГАЗОЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА 1
21.1. Теплофизические и энергетические характеристики |
источника теплоты |
Термическая резка материалов лучом лазера обладает поисти- |
не уникальными возможностями вследствие высокой концентра- 1
ции энергии, получения резов небольшой ширины по сравнению 1
с другим и способами термической резки и малой зоны термичес- 1
кого влияния. 1
Лазерный луч представляет собой поток индуцированного элек- j
тромагнитного излучения одной длины волны. Источником излу- я
чения служит оптический квантовый генератор (ОКГ). В записи- 1
мости от типа среды, в которой возбуждается излучение, разли- |
чают газовые, твердотельные, жидкостные, газодинамические и |
другие типы ОКГ. j
Наиболее широко применяются в промышленности газовые и 1
твердотельные генераторы, обеспечивающие излучение наиболь- 1
шей мощности, стабильные параметры лазерного луча и высокую 1
воспроизводимость технологического процесса резки. В настоящее |
время выпускают два типа газовых ОКГ: с продольной и попереч- 1
ной прокачкой рабочего газа. 1
На рис. 21.1 показана схема ОКГ на СО2 с продольной прокач- |
кой рабочего газа. Через герметичную стеклянную трубу 3 (резо- 1
натор) с вмонтированными в нее электродами 9, II прокачивает- |
ся смесь углекислого газа, азота и гелия под давлением 1,3... 2,7 кПа. |
На электроды от специального источника постоянного тока пода- I
ется напряжение 10... 20 кВ. Под действием электрического разря- |
да молекулы углекислого газа возбуждаются, и при переходе элек- I
Вода для охлаждения труб
Рис, 21.1. Схема ОКГ на СО? с продольной прокачкой рабочего газа:
1 — сферическое зеркало; 2, 6 — корпуса зеркал; 3 — резонатор; 4, 5 — кожух;
7 — выходное зеркало; 8— луч; 9, 11 — электроды; /(?— выход газов; 12— вход
газов
282
।
тронов с верхнего возбужденного уровня на нижний возникает
излучение в инфракрасной области с длиной волны 10,6 мкм. До-
бавление молекул азота вызывает резонанс энергии молекул двух
типов — СО2 и N2 и обеспечивает увеличение выходной мощнос-
ти луча примерно в 4 раза. Гелий — газ с высокой теплопроводно-
стью, обеспечивающий равномерную передачу теплоты по всем
направлениям, благодаря чему достигается высокая стабильность
работы ОКГ.
С одной стороны резонатора смонтировано металлическое сфе-
рическое зеркало 1. Индуцированное излучение ОКГ преобразу-
ется в резонаторе в световой поток, выходящий через полупроз-
рачное зеркало 7. Часть энергии отражается этим зеркалом внутрь
резонатора, благодаря чему обеспечивается стабильность процес-
са генерации энергии. Перегрев трубы резонатора и зеркал устра-
няется прокачкой воды через указанные элементы. Выходная мощ-
ность такого ОКГ может достигать нескольких киловатт. Коэффи-
циент полезного действия преобразования электрической энер-
гии в энерйцю излучения составляет 10...20 %.
Основной недостаток ОКГ на СО2 с продольной прокачкой —
сравнительно низкие значения выходной мощности на 1 м длины
резонатора (40... 80 Вт, в отдельных случаях — до 200 Вт). Поэтому
ОКГ с продольной прокачкой собирают из нескольких секций
резонаторов, соединенных последовательно. Имеются конструк-
ции ОКГ с размещением резонаторов под определенными угла-
ми, что позволяет уменьшить размеры установок.
В последнее время широкое распространение получили ОКГ с
поперечной прокачкой рабочих газов через резонатор, представ-
ляющий собой прямоугольную камеру. На ее боковых поверхнос-
тях размещены поворотные водоохлаждаемые металлические зер-
кала. Как и у ОКГ с поперечной прокачкой, первое зеркало сфе-
рическое, а выходное — полупрозрачное. Генераторы этого типа
при относительно небольших размерах обеспечивают выходную
мощность до 10 кВт.
Широкое применение в технике термической резки находят так-
же твердотельные ОКГ. У этих типов ОКГ излучение генерируется
специально обработанными монокристаллами алюмоиттриевого
граната или рубина под воздействием светового потока специаль-
ных электрических ламп, обеспечивающих накачку резонатора энер-
гией. ОКГ этого т ипа и меют небольшие размеры и могут быть уста-
новлены на подвижные части машин термической резки.
21.2. Технологические особенности газолазерной резки
Лазерное излучение обладает всеми свойствами излучения оп-
тического диапазона. При попадании на плоское зеркало лазер-
283
ный луч отражается от него по законам оптики под углом, рав-
ным углу падения, а также фокусируется прозрачными или ме-
таллическими линзами, что обеспечивает высокую плотность по-
тека на поверхности обрабатываемого металла. Плотность потока
характеризуется отношением выходной мощности лазерного луча
площади пятна нагрева в фокусе.
Современные оптические системы позволяют получать в фоку-
се пятно диаметром 0,15 ...0,5 мм. При этом плотность потока энер-
гии составляет 109... Ю10 Вт/м:, что на порядок выше, чем при
плазменной и кислородной резке. При этой плотности потока энер-
гии большинство материалов, в том числе тугоплавкие, расплав-
к
ляются и испаряются.
На рис. 21.2 показана схема газолазерной резки. Лазерное излу-
чение, проходя через полупрозрачное зеркало, в виде параллель-
ного пучка поступает в оптический резак, представляющий собой
закрытый сосуд. В верхней части резака монтируется сферическая
линза, в нижней имеется выходное отверстие для сфокусирован-
ного луча. Через это же отверстие рабочий газ поступает в рез.
Таким образом, рабочий газ окружает сфокусированный луч и
Рис. 21.2. Схема газолазерной
резки:
7 — луч; 2 — выходная линза; 3 — по-
воротное зеркало; 4 — фокусирующая
линза; 5 — корпус резака; б — выход-
ное отверстие; 7— разрезаемый мате-
риал; 8 — подача режущего газа
перемещается к обрабатываемо-
му материалу коаксиально лучу.
При попадании сфокусиро-
ванного луча на поверхность ма-
териала последний расплавляет-
ся или сгорает с образованием
начального отверстия. При пере-
мещении резака в каком-либо
направлении со скоростью рез-
ки происходит плавление или
сгорание материала на лобовой
поверхности реза, а образовав-
шиеся продукты удаляются
струей рабочего газа.
Практически все металлы и
их сплавы могут подвергаться
газолазерной резке. Производи-
тельность и качество резки оп-
ределяются параметрами излу-
чения ОКГ (мощность и диа-
метр сфокусированного луча,
длина волны, характер распре-
деления энергии в фокальной
плоскости), параметрами
струи, родом рабочего газа,
теплофизическими свойствами
разрезаемого металла и гидро-
284
динамическими характеристи-
ками расплава, удаляемого из
полости реза.
Наиболее существенное вли-
яние на производительность
резки и максимальную толщи-
ну разрезаемого металла оказы-
вает мощность лазерного излу-
чения (рис. 21.3, табл. 21.1 и
21.2).
Диаметр фокусного пятна
определяет плотность энергии,
вводимой в металл. Чем меньше
фокусное пятно, тем выше
плотность энергии, производи-
тельность и качество резки при
неизменной мощности О КГ.
Значительное влияние на
диаметр фокусного пятна ока-
зывает длина волны лазерного
излучения. Твердотельные лазе-
ры на базе алюмоиттриевого
Рис. 21.3. Зависимость толщины
разрезаемой стали от мощности
О КГ
Таблица 21.1
Влияние мощности источника лазерного излучения на скорость резки
конструкционной низкоуглеродистой и коррозионно-стойкой сталей
Материал Толщина разрезаемой стали, мм Мощность О КГ, кВт Скоростьрезки, м/ч
Ко нструкци он ная 1,0 0,1 61,2...97,2
низкоу гл срод истая 1,0 0,45 118,8.,.180,0
сталь 2,0 2,0 298,8...421,2
2,2 0,85 90,0... 108,0
3,0 1,0 90,0... 108,0
4,0 0,9 72,0... 108,0
6,0 0,9 61,2...78,1
Коррозионно-стойкая 0,5 0,3 136,8... 162,0
сталь 0,3 0,9 72,0...97,2
3,0 4,9 360,0...421,2
5,0 0,9 46,8...97,2
5,0 4,9 126,0... 169,2
6,0 0,9 36,0...46,8
6,5 2,0 90,0... 118,8
9,0 0,8 18.0...25,2
285
Таблица 21.2
Максимальная толщина, мм, разрезаемых материалов
в зависимости от мощности ОКГ
Мощность излучения, кВт Конструкционная низкоуглеродистая сталь Сплав алюминия
0,5 3...6 2...3
1,0 5...8 3...5
4,9 8...20 6... 10
граната с меньшей длиной волны (1,06 мкм) обеспечивают более
высокую степень фокусировки луча, чем ОКГ на СО2 (10,6 мкм),
и золее эффективный процесс резки с меньшими шириной реза
и протяженностью ЗТВ при прочих равных условиях.
Рабочий газ играет при резке двоякую роль. Чистая поверх-
ность металлов при направлении на нее сфокусированного луча
отражает значительную часть энергии. Например, полированные
алюминий и медь при нормальной температуре отражают до 97 %
энергии. Вместе с тем оксиды металлов почти полностью погло-
щают лазерное излучение. Поэтому большинство металлов разре-
заются при подаче в рез окислительной газовой среды — кисло-
рода, который окисляет металл в зоне действия лазерного луча и
удаляет образовавшийся расплав из реза. Таким образом, при ис-
пользовании кислорода в качестве рабочего газа обеспечивается
дополнительное количество теплоты, выделяющейся при проте-
кании экзотермической реакции окисления металла, благодаря
чему скорость резки увеличивается.
Расход и давление рабочего газа должны быть достаточными
для окисления металла в резе и удаления из него продуктов реак-
ции. Избыточное давление рабочего газа может привести к разру-
шению фокусирующей линзы, которая выполняется, как прави-
ло, из материалов с небольшой прочностью.
Низкие значения давления и расхода газа не обеспечивают
полного окисления металла и интенсивного удаления продуктов
реакции из полости реза.
Для лазерной резки материалов толщиной 5...7 мм применя-
ют, как правило, кислород под давлением 196...490 кПа, расход
которого составляет 1 ...5 м3/ч. Нижние предельные значения дав-
ления и расхода соответствуют резке тонколистовых металлов,
верхние — металлов большой толщины.
Толщийа, химический состав и теплофизические свойства ме-
таллов оказывают большое влияние на качество поверхности реза
и скорость газолазерной резки. Скорость газолазерной резки убы-
вает по экспоненциальному закону с ростом толщины металла
(рис. 21.4);, как и при других способах термической резки.
286
Рис, 21.4, Зависимость скорости рез-
ки от толщины разрезаемой стали
при мощности ОКГ 800 (7), 450 (2)
и 300 Вт (3)
Конструкционные низкоуг-
леродистыс стали разрезаются с
более высокой скоростью, чем
высоколегированные хромони-
келевые, У первых ширина реза,
как правило, больше, а на ниж-
них кромках наблюдается не-
большое количество грата. Для
повышения качества поверхно-
сти реза при резке низкоугле-
родистой стали можно приме-
нять воздух или его смеси с кис-
лородом.
Табл и ца 21.3
Режимы газолазерной резки металлов
Металл Толшина разрезаемого металла, мм Мощность ОКГ, кВт Режущий газ Скорость резки, м/ч Средняя ширина реза, мм
Сплав 1,5 4,9 Азот 479 0,3
алюминия 3,0 4,9 241 0,5
типа АМГ 4,0 4,0 £ 162 0,5
5,0 3,0 Кислород 90 1,0
6,0 3,0 Азот 83 0,5
8,0 3,0 Кислород 42 1,0
8,0 3,0 Азот 36 0,5
Сплав ти- 0,5 0,14 Кислород 821 0,38
тана типа 0,46 0,23 821 0,51
ОТ-4 2,2 0,21 » 227 0,76
6,3 0,25 169 1,02
9,9 0,26 » 151 1,65
10,0 0,6 241 —»
11,0 0,6 » 151 —
1,2 2,0 Воздух 720 —
Сплав ни- келя 1,0 2,0 Кислород 475 —
Молибден 4,0 4,0 29 1,0
Вольфрам 3,0 4,0 18 1,0
287
титана из-за их высокого сродства к кислороду разре-
Сплавы
т с очейь высокими скоростями, рез имеет большую ширину,
в случае резки сталей, при низком качестве кромки. Для по-
за га-
чем
вышения качества резки титановых сплавов в качестве рабочего
ггза используют воздух.
Сплавы
оксиды — высокую температуру плавления, поэтому для их резки
требуется повышенная мощность ОКГ, как и для резки меди и ее
сплавов, обладающих большей теплопроводностью, чем другие
материалы
табл. 21.3.
алюмимия имеют высокую теплопроводность, а их
Режимы газолазерной резки металлов приведены в
21.3. Точность резки и качество поверхности
Точность вырезаемых деталей при газолазерной резке, как и
при других видах термической резки, складывается из точности
воспроизв едения контура машиной, точности собственно резки и
деформации вырезаемых деталей.
Приведенные в табл. 21.4 и 21.5 данные о шероховатости и не-
перпендикулярности поверхности реза показывают, что по этим
показателям газолазерная резка превосходит другие способы тер-
мической
резки.
Таблица 21.4
'срохова
гость и неперневдикулярность поверхности реза у различных
материалов в зависимости от режима резки
Материал Толщина разрезае- мого мате- риала, мм Мощность излучения, кВт
К о к< с рнструкщ шая низ - :углероди -ая сталь - 2 5 0,4 0,6
С i: таль ’Х18Н9Т 2 0,4
с ггаль ВНС 2 1,5 2 3 0,6 0,6 4,0
с 3 галь 1ХСНД 6 8 4,0 4,0
с плав типа Мг 5 4,0
21! 8
Скорость
резки, м/ч
Шерохова-
тость, мкм
Нсперпсн-
дикуляр-
пость, мм
97
21
43...53
68...91
0,21 ...0,29
0,43
25 28...42 —
119 28 —
90 42 —
238 94 0,27
43 53,6 0,45
29 94 —
90 100 0,5
Таблица 21.5
Зависимость ширины и неперпендикулярности поверхности реза у различных материалов от режима резки
Неперпендику- лярностъ, мм 1‘0 i ОС сю 40 е*) ₽ —1 о О О ° о o' о" o' 0,08 О
Ширина реза, мм Низ tn o' о о о г^ гг сГ о ос г-1 СП : : tn \о МП vn o' о" О' o' о 0,62 1,1
Верх 0,6...0,4 СП xt ч-> О ° - ° СП О о о 0,9
Скорость резки, м/ч 29 ...61 119...180 29...61 119 29...79 238 25...36 180
' Мощность излучения, кВт 0,6 ...0,8 (Й 00 QO 50 Q о o' o' о" тг чО ч£> щ О о” О o' О' г"? 0,6.„0,8 ! 3,0...4,0 j
Толщина разрезаемой стали, мм 1—1 —’ см еч еп <п 1П) 40
Металл Сталь I 1 ВНС-2 Сталь 5=1 Я
2S9
Протяженность ЗТВ, зависящая от режимов резки и прежде
всего от мощности источника теплоты и скорости резки, при га-
золазерной резке различных металлов на порядок ниже, чем при
других способах термической резки.
При газолазерной резке значительно меньше и тепловые де-
формации заготовок. Поэтому газолазерная резка является преци-
зионным процессом, который может обеспечить получение заго-
товок, нс требующих последующей механической обработки.
21.4. Оборудование для газолазерной резки
Схемы машин для газолазерной резки, применяемых в про-
мышленности, приведены на рис. 21.5. У машин, выполненных по
первой схеме (рис. 21.5, а), разрезаемый лист размещен на сто-
ле 3, перемещающемся в двух взаимно-перпендикулярных направ-
лениях. Луч 4 неподвижно установленного ОКТ б передастся на
неподвижное поворотное зеркало 2 и далее в оптический резак.
Достоинство этой схемы состоит в небольшой длине оптического
тракта, что исключает потери излучения и обеспечивает высокую
точность обработки, а се недостаток связан с ограниченными раз-
мерами обрабатываемого листа.
Рис. 21.5. Схемы машин для газолазерной резки:
а — с неподвижным ОКТ и листом, переметающимся в продольном и попереч-
ном направлениях: / — лист; 2 — поворотное зеркало; 3 — стол; 4 — луч ОК Г;
5-- заслонка; б — ОКГ; б — с неподвижным ОК Г и листом, перемещающимся
в продольном направлении: 1 — приводной стол; 2 — рама; 3 — поворотное
зеркало; 4 — лист; 5 — луч ОКГ; 6 — измеритель мощности ОКГ; 7 — ОКГ; е —
с неподвижным лазером и стандартной машиной для термической резки: 1 —
оптический затвор; 2 — неподвижное поворотное зеркало; 3 — луч; 4 — ОКГ;
5— шкаф электрооборудования; б — УЧПУ; 7 — портал; 8 — пульт управления;
9 — раскрой] !ый стол; 10— каретка поперечного хода; 11 — оптический резак; 12 —
рельсовый путь; 13 — подвижное поворотное зеркало
290
Рис. 21.6. Машина для газолазерной резки материалов «Севан»:
I ~ источник питания ОКГ; 2 — шкаф управления с УЧПУ; 3 — портал; 4 —
привод поперечного хода; 5 — ОКГ; 6 — рельс продольного хода; 7 — раскрой-
ный стол; 8 — привод продольного хода
В машинах для газолазерной резки, выполненных по второй
схеме (рис. 21.5, f>), в продольном направлении перемещается
стол 1 с расположенным на нем листом 4, а в поперечном —-
каретка с оптическим резаком, установленная на неподвижной
раме 2. Достоинства и недостатки второй схемы примерно такие
же, как у первой.
У машин, выполненных по третьей схеме (рис. 21.5, в), лист
закреплен на раме неподвижно, над ним в продольном направле-
нии перемещается портал 7, по направляющим которого в попе-
речном направлении движется каретка с оптическим резаком 11.
Достоинства этой схемы — возможность обработки крупногаба-
ритных листов и высокая скорость перемещения машины, недо-
статок — сравнительно
обработке крупногабари
малогабаритных ОКГ резонатор размещается на каретке попереч-
ного хода, что обеспечивает значительное уменьшение длины оп-
тического тракта. По этой схеме работает серийно выпускаемая
машина для газолазерной резки тонколистовых материалов «Се-
ван» (рис. 21.6).
большая длина оптического тракта при
тных заготовок. Однако в случае наличия
291
Таблица 21.6
Технические характеристики машин для газолазерной резки
Показатель Схема 1 Схема 2 Схема 3
Ра ты то шеры об раба- ваемых заго- юк, м 1,5x2,0 2,5x6,0
М СК' ме жеимальная тростьпере- щения, м/ч 600... 2400 600 600...720
Тс нь чностьшши- , мм +(0,05 ...0,1) +(0,1. ..0,2)
С* ле стема управ- ляя УЧ ПУ УЧПУ, ФКУ
Схема 1 близка по компоновке к вертикально-фрезерным стан-
кам, схема 2 — к горизонтально-фрезерным. Схема 3 реализована
в комплекте оборудования для газолазерной резки в составе ОКГ
на СО3 мощностью 1,2 кВт, исполнительной машины с УЧ ПУ на
базе микроЭВМ и манипулятора для укладки листа на раскрой-
ную раму. Технические характеристики машин для газолазерной
резки приведены в табл. 21.6.
Контрольные вопросы
1. Какой состав газовой смеси используется в современных техноло-
гических газовых лазерах?
2. Каков основной недостаток лазеров с продольной прокачкой рабо-
чей смеси?
3. В чем состоят достоинства твердотельных лазеров?
4. Какова роль рабочего газа при лазерной резке?
5. Назовите состав рабочего газа, применяемого при лазерной резке
сплавов титана.
6. Каковы значения показателей шероховатости и точности лазерной
резки по сравнению с их значениями при других способах термической
резки?
7. Расскажите об особенностях оборудования для газолазерной резки.
РАЗДЕЛ VI
ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
ГЛАВА 22
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОМ НАПЫЛЕНИИ
22.1. Сущность процесса и области применения
Потери стали вследствие коррозии составляют несколько мил-
лионов тонн в год. Одним из перспективных методов повышения
долговечности металлоконструкций и деталей машин является
создание на их поверхности защитных покрытий, препятствую-
щих се повреждению в результате коррозии, изнашивания и воз-
действия агрессивных сред.
Процесс газотермического напыления состоит в расплавлении
с помощью какого-либо источника теплоты материала, подлежа-
щего нанесению на предварительно подготовленную поверхность,
с его последующим распылением газовой струей и перемещением
расплавленных частиц до соударения с обрабатываемой поверх-
ностью.
При ударе о напыляемую поверхность частицы соединяются с
ней и друг с другом, образуя сплошное покрытие, толщина кото-
рого может изменяться в широких пределах.
В зависимости.от способа нагрева напыляемого материала раз-
личают газопламенное напыление, дуговую металлизацию и плаз-
менное нашяление. В первом случае напыляемый материал рас-
плавляется газовым пламенем, во втором — электрической ду-
гой, в последнем — плазменной струей. Ограниченное примене-
ние находят также тигельный, высокочастотный, ракетный и де-
тонационный способы металлизации.
Выпускаемая аппаратура для газотермического напыления по-
зволяет наносить покрытия из различных металлов и их сплавов.
Покрытия, получаемые газотермическим напылением, имеют
разное назначение. Они могут восстанавливать геометрические
размеры изношенных деталей, повышать твердость и износостой-
кость поверхностных слоев изделий, придавать поверхности ме-
талла антикоррозионные свойства, повышать жаростойкость ста-
ли, защищать металл от действия агрессивных сред. Для указан-
ных целей применяют черные, цветные, тугоплавкие металлы и
твердые самофлюсующиеся сплавы типа СНГН.
293
Для повышения жаростойкости, зашиты от агрессивных сред и
абразивного изнашивания используют тугоплавкие соединения >
металлов: карбиды, бориды, силициды, нитриды и др. ;
Керамику (тугоплавкие оксиды, стеклоэмали) применяют для
защиты изделий от воздействия высоких температур, создания на
поверхности электроизоляционных слоев, которые могут рабо-
тать при высоких температурах, защиты различных емкостей от
воздействия расплавов солей, металлов и агрессивных сред.
Термопластичные, терморсактивные, композиционные и дру-
гие полимерные материалы используют для защиты изделий от
коррозии, для тепло- и электроизоляции, герметизации соедине-
ний и декоративной отделки поверхностей.
В некоторых случаях последовательно напыляют покрытия из
различных материалов, что обеспечивает придание изделиям од-
новременно нескольких свойств, например жаростойкости в со-
четании с надежной элсктроизоляцией и др. При одновременном
напылении нескольких материалов на поверхности изделия мож-
но получать псевдосплавы, имеющие хорошие антифрикционные
и иные свойства.
Газотермические покрытия можно наносить как на небольшие
детали, так и на крупногабаритные изделия, такие, как корпуса
судов, газгольдеры, сосуды и аппараты.
Одной из наиболее важных особенностей процессов газотер-
мического напыления является относительно слабый нагрев об-
рабатываемой поверхности, что исключает возможность измене-
ния струк1уры материгша напыляемого изделия, возникновения
деформаций и изменения его размеров.
22.2. Особенности процесса напыления
и свойства металлизационных покрытий
Наносимый на поверхность изделий материал может иметь вид
проволоки, стержней или порошка.
Основные источники теплоты, необходимой для расплавления
напыляемого материала, таковы: газокислородное или газовоз-
душное пламя (рис. 22.1, а, б); независимый дуговой разряд между
расходуемыми проволочными электродами (рис. 22.1, в); плазмен-
ная струя (рис. 22.1, д'). Другие виды нагрева — высокочастотный
индукционный (рис. 22.1, г), электросопротивлением (рис. 22.1, е)
и ракетной горелкой (рис. 22.1, ж) — находят ограниченное при-
менение.
При газопламенном напылении покрытий (рис. 22.2) с исполь-
зованием проволоки и прутков материал подается по оси факела
пламени, которое окружено кольцевым потоком воздуха. Кольце-
вая воздушная струя обжимает пламя и концентрирует его в зоне
294
Рис. 22.1. Источники теплоты и виды нагрева при напылении покрытий:
а — пламя (горючий газ и кислород); б — пламя (горючий газ и воздух); в —
электрическая дуга; г — индукционный нагрев; д — плазменная струя; е — на-
грев электросопротивлением; ж — нагрев ракетной горелкой
плавления материала, вследствие чего термический КПД нагрева
проволоки возрастает примерно в 4 раза по сравнению с КПД
обычного газового пламени. В наиболее горячей части факела про-
волока расплавляется, воздушная струя захватывает и распыляет
капли расплавленного металла. Размер распыляемых частиц ко-
Рис. 22.2. Схема процесса газопла-
менного напыления покрытий:
1, 2, 5 — подача с о ответствен но газо-
вой смеси, проволоки и сжатого воз-
духа
Рис. 22.3. Схема аппарата для
электродуговой металлизации:
/ — мундштук; 2 — токоподвод; 3 —
источник питания; 4 — проволока; 5 —
подача воздуха
295
леблстся в широких пределах (0,5... 30 мкм и более), однако среди
ни
го
к преобладают частицы размером 5...20 мкм.
Производительность процесса зависит от свойств распыляемо-
металла, мощности пламени, соотношения газов в смеси. Для
напыления металлической проволокой применяется окислитель-
но: пламя (для ацстгленокислсродного пламени р0 = 2,3), обес-
печивающее наиболее высокую температуру. Для принятого в ап-
парате диаметра Д1Г,
расход ацетилена Иа,
В электродуговых
, м, проволоки или стержня оптимальный
дм3/с, может быть определен по формуле
, Га = 5,6-10-Чр-
металл изапионных аппаратах (рис. 22.3) ме-
талл расплавляет дуга, горящая между двумя расходуемыми про-
волоками. Струя сжатого воздуха сдувает расплавленный металл с
ко
распыляет его.
я дуги и устойчивость ее горения зависят от
1нцов электродов и
Условия зажигани
характеристик источника питания и оказывают значительное вли-
ие на производительность и качество напыления, а также на
эффициент исполь:
Для дуг переменного тока характерны чередующиеся этапы
горения, угасания и повторного зажигания. Дуги постоянного тока
ян:
ко:
Рис. 22.4. Схема устройства для плаз-
менного напыления покрытий про-
волокой:
1 — медное сопло, 2, 3 — вход и выход
охлаждающей воды; 4 — изолирующая
втулка; 5 — вход газа; 6 — электрод;
7— прижимной контакт; S — распы-
ляемая проволока; 9 — направляющая
втулка
,зовамня материала.
при правильно выбранном ис-
точнике питания и соответству-
ющей настройке распылитель-
ного аппарата характеризуются
устойчивым горением и обеспе-
чивают более высокий коэффи-
циент использования металла.
Производительность процесса
электродуговой металлизации
возрастает при увеличении мощ-
ности дуги и понижении темпе-
ратуры плавления материала.
В устройствах для плазменного
напыления покрытий (рис. 22.4)
проволока вводится в струю
ионизированного газа, имеюще-
го температуру 1О3...2-1О3 К по
оси потока. Струя плавит прово-
локу и распыляет расплавленный
металл. При всех способах напы-
ления проволокой происходит ее
полное расплавление в зоне воз-
действия высоких температур с
последующим распылением рас-
плава газовой струей.
296
а б
Рис. 22.5. Схемы осуществления газопламенного и плазменного спосо-
бов напыления порошков:
а — газопламенное напыление: 1, 2, 3 — подача соответственно порошка, возду-
ха и горючей газовой смеси; 6 — плазменное напыление: 1 — выход воды; 2 ~
вход воды; 3 — изолирующая втулка; 4 — катодный узел; 5 — катод; 6, 7 —
подача соответственно плазмообразующего газа, порошка; 3 — сопло
Иной механизм расплавления имеет место при напылении по-
рошковых материалов. Порошок от специального дозатора пода-
ется в зону газового пламени (рис. 22.5, а) или плазменной струи
(рис. 22.5, б). Перемещаясь вдоль оси струи, частицы порошка ра-
зогреваются за счет лучистого и конвективного теплообмена с
нагретой струей до температуры плавления. Ввиду того что эти
частицы имеют различные размеры, а иногда и неодинаковый
состав, более мелкие и легкоплавкие из них расплавляются пол-
ностью, тогда как у более крупных и тугоплавких лишь оплавля-
ется поверхностный слой определенной толщины.
Ацетиленокислородное пламя обеспечивает расплавление ту-
гоплавких порошков с температурой плавления до 2273 К. Более
высокая мощность пламени обеспечивает большую производитель-
ность процесса газопламенного напыления.
Плазменную струю получают путем вдувания плазмообразую-
щего газа в электрическую дугу, возбужденную между катодом и
анодом. Ионизированный газ обжимается в водоохлаждаемом со-
пле, что обеспечивает высокую температуру струи. В сопло пода-
ется напыляемый порошок. В качестве плазмообразующих газов
используют чистый азот либо его смесь с пропан-бутаном или
природным газом, а также смесь аргона с водородом или гелием.
Температура порошка при плазменном напылении зависит от
его теплофизических свойств, тепловых и газодинамических ха-
рактеристик плазменной струи, а также от рода плазмообразую-
щего газа. Эффективный КПД нагрева порошка плазменной стру-
ей растет с увеличением силы тока и напряжения на дуге.
Напыляемые частицы порошка достигают поверхности, буду-
чи в разном агрегатном состоянии: их преобладающее число на-
297
ходится в жидком или полужидком состоянии и лишь незначи-
тельная часть мелких частиц — в отвердевшем. •(
Летящие с большой скоростью в газовом потоке частицы при '
ударе о поверхность деформируются, окружающая их оксидная
оболочка разрушается, жидкий металл смачивает поверхность и,
заполняя неровности, плотно сцепляется с ней. Более холодные
частицы при ударе деформируются и, перемешиваясь с более го-
рячими, образуют слой покрытия. Таким образом, металлизапи-
онное покрытие содержит хаотически Ориентированные части-
цы, неравномерно распределенные между ними прослойки из ок-
сидов и значительное число пор.
Прочность сцепления покрытий с поверхностью изделия. Сцепле-
ние напыляемых частиц с поверхностью обусловлено совокупным
действием сил различной природы. Прочность сцепления зависит
от вида напыляемого материала, характера подготовки поверхнос-
ти и способа нанесения покрытий. В табл. 22.1 приведены данные о
прочности сцепления с поверхностью стали различных покрытий,
полученных посредством электродуговой металлизации.
Подготовка поверхности изделия перед нанесением покрытия
способствует улучшению сцепления с ней напыляемого слоя. Проч-
Таблица 22.1
Прочность сцепления электродуговых покрытий, кПа, с поверхностью
стали при различных способах ее подготовки
Напыляемый металл Способ подготовки поверхности
Обдувка корундом Нанесение «рваной» резьбы* Эле ктроп олировка
Цинк 11 660 15680 12 740
Алюминий 17 150 25 680 21 070
Латунь 17 250 29 690 23900
Бронза 39 100 41 940 21 070
Медь 24 300 28 710 19 300
Сталь: конструкционная 34 100 49 590 22 050
низкоуглеродистая конструкционная 33420 36 550 20 090
высокоуглеродистая коррозионно-стойкая 36 460 66 150 34 400
* «Рваную» резьбу получают на токарном станке путем установки резца ниже
центра обрабатываемой детали цилиндрической формы, что приводит к ее виб-
рации.
298
ность сцепления покрытий, нанесенных газопламенным спосо-
бом, ниже, чем при электродуговой металлизации. Так, при на-
несении цинка на сталь газопламенным аппаратом прочность сцеп-
ления слоя составляет 3920 кПа, электродуговым — 4900 кПа.
Повышению прочности сцепления покрытий способствует по-
догрев поверхности до температуры 423 ...473 К. Однако при на-
греве изделий могут возникнуть механические напряжения в по-
крытии, которые вызывают отделение его от основы или образо-
вание в нем трещин. Следует учитывать, что появление напряже-
ний в напыленном слое возможно и при охлаждении.
Для предотвращения ухудшения эксплуатационных свойств
покрытий на поверхность изделий наносят подслой из материала,
близкого по своим свойствам к материалу основы и наносимому
покрытию. Для восстановления изношенных деталей из стали в
случае нанесения покрытий из никеля в качестве материалов под-
слоя применяют молибден, никель или алюминий, а при напы-
лении керамики используют нихром (80 % Ni, 20 % Сг) или кор-
розионно-стойкую сталь.
Пористость покрытий. Чешуйчатое строение металлических по-
крытий, состоящих из наложенных друг на друга частиц, обус-
ловливает пористость покрытий и их проницаемость для жидко-
стей или газов. В одних изделиях (валы, втулки, работающие в
условиях жидкого или полужидкого трения) пористость напылен-
ных покрытий играет положительную роль, в других (изделия,
работающие в условиях атмосферной коррозии или агрессивных
сред) она вредна.
Напыление на пары трения металлических покрытий существен-
но снижает коэффициент трения. Смазочные материалы легко рас-
пространяются по всей поверхности такого покрытия, прочно
удерживаются на ней и заполняют поры. Поэтому в случае пре-
кращения подачи смазочного материала заедание пары наступает
значительно позднее. Наиболее высокой износостойкостью обла-
дают покрытия из молибдена.
При воздействии абразивных материалов высокую износостой-
кость обеспечивают покрытия из самофлюсующихся сплавов
Сг—В —Ni, а также керамические покрытия из оксида алюми-
ния, пропитанные фенольными смолами.
Проницаемость покрытия уменьшается с возрастанием толщины
напыленного слоя. Так, увеличение толщины никелевого покры-
тия с 0,2 до 0,4 мм снижает его проницаемость в 10 раз.
После напыления покрытий в целях устранения пористости их
обрабатывают лаками, красками и т. п. Вместе с тем в ряде случа-
ев стараются получить большую пористость покрытий. Например,
пористые покрытия из меди, наносимые на трубы теплообмен-
ных аппаратов, обеспечивают значительное увеличение теплопе-
редачи теплообменников и снижение их массы.
299
ходится в жидком или полужидком состоянии и лишь незначи-
тельная часть мелких частиц — в отвердевшем. •(
Летящие с большой скоростью в газовом потоке частицы при '
ударе о поверхность деформируются, окружающая их оксидная
оболочка разрушается, жидкий металл смачивает поверхность и,
заполняя неровности, плотно сцепляется с ней. Более холодные
частицы при ударе деформируются и, перемешиваясь с более го-
рячими, образуют слой покрытия. Таким образом, металлизапи-
онное покрытие содержит хаотически Ориентированные части-
цы, неравномерно распределенные между ними прослойки из ок-
сидов и значительное число пор.
Прочность сцепления покрытий с поверхностью изделия. Сцепле-
ние напыляемых частиц с поверхностью обусловлено совокупным
действием сил различной природы. Прочность сцепления зависит
от вида напыляемого материала, характера подготовки поверхнос-
ти и способа нанесения покрытий. В табл. 22.1 приведены данные о
прочности сцепления с поверхностью стали различных покрытий,
полученных посредством электродуговой металлизации.
Подготовка поверхности изделия перед нанесением покрытия
способствует улучшению сцепления с ней напыляемого слоя. Проч-
Таблица 22.1
Прочность сцепления электродуговых покрытий, кПа, с поверхностью
стали при различных способах ее подготовки
Напыляемый металл Способ подготовки поверхности
Обдувка корундом Нанесение «рваной» резьбы* Эле ктроп олировка
Цинк 11 660 15680 12 740
Алюминий 17 150 25 680 21 070
Латунь 17 250 29 690 23900
Бронза 39 100 41 940 21 070
Медь 24 300 28 710 19 300
Сталь: конструкционная 34 100 49 590 22 050
низкоуглеродистая конструкционная 33420 36 550 20 090
высокоуглеродистая коррозионно-стойкая 36 460 66 150 34 400
* «Рваную» резьбу получают на токарном станке путем установки резца ниже
центра обрабатываемой детали цилиндрической формы, что приводит к ее виб-
рации.
298
ность сцепления покрытий, нанесенных газопламенным спосо-
бом, ниже, чем при электродуговой металлизации. Так, при на-
несении цинка на сталь газопламенным аппаратом прочность сцеп-
ления слоя составляет 3920 кПа, электродуговым — 4900 кПа.
Повышению прочности сцепления покрытий способствует по-
догрев поверхности до температуры 423 ...473 К. Однако при на-
греве изделий могут возникнуть механические напряжения в по-
крытии, которые вызывают отделение его от основы или образо-
вание в нем трещин. Следует учитывать, что появление напряже-
ний в напыленном слое возможно и при охлаждении.
Для предотвращения ухудшения эксплуатационных свойств
покрытий на поверхность изделий наносят подслой из материала,
близкого по своим свойствам к материалу основы и наносимому
покрытию. Для восстановления изношенных деталей из стали в
случае нанесения покрытий из никеля в качестве материалов под-
слоя применяют молибден, никель или алюминий, а при напы-
лении керамики используют нихром (80 % Ni, 20 % Сг) или кор-
розионно-стойкую сталь.
Пористость покрытий. Чешуйчатое строение металлических по-
крытий, состоящих из наложенных друг на друга частиц, обус-
ловливает пористость покрытий и их проницаемость для жидко-
стей или газов. В одних изделиях (валы, втулки, работающие в
условиях жидкого или полужидкого трения) пористость напылен-
ных покрытий играет положительную роль, в других (изделия,
работающие в условиях атмосферной коррозии или агрессивных
сред) она вредна.
Напыление на пары трения металлических покрытий существен-
но снижает коэффициент трения. Смазочные материалы легко рас-
пространяются по всей поверхности такого покрытия, прочно
удерживаются на ней и заполняют поры. Поэтому в случае пре-
кращения подачи смазочного материала заедание пары наступает
значительно позднее. Наиболее высокой износостойкостью обла-
дают покрытия из молибдена.
При воздействии абразивных материалов высокую износостой-
кость обеспечивают покрытия из самофлюсующихся сплавов
Сг—В —Ni, а также керамические покрытия из оксида алюми-
ния, пропитанные фенольными смолами.
Проницаемость покрытия уменьшается с возрастанием толщины
напыленного слоя. Так, увеличение толщины никелевого покры-
тия с 0,2 до 0,4 мм снижает его проницаемость в 10 раз.
После напыления покрытий в целях устранения пористости их
обрабатывают лаками, красками и т. п. Вместе с тем в ряде случа-
ев стараются получить большую пористость покрытий. Например,
пористые покрытия из меди, наносимые на трубы теплообмен-
ных аппаратов, обеспечивают значительное увеличение теплопе-
редачи теплообменников и снижение их массы.
299
работы деталей на растяжение, изгиб и кручение в условиях зна- j
шых нагрузок. Так как модуль упругости покрытий со- |
[римерно 1
коперемен
ставляет п
их поврежтение происходит, как правило, после разрушения де- Ji
талей.
Кроме
тия препятствуют образованию микротрещин на поверхности де- J
талей, что
В табл. 22.5 приведен^! данные о пределе выносливости шеек сталь- j
ных валов
повышен и
ем толщиной 0,5 мм
G модуля упругости основного металла, то j
того, при наличии знакопеременных нагрузок покры- 3
обеспечивает повышение их сопротивления усталости.
диаметром 50 мм, свидетельствующие о значительном
и их сопротивления усталости после металлизации ело- -.1
[база испытаний — 500 млн циклов).
Контрольные вопросы
J. Назош
2. В чем ।
3. Какие ।
газотермического напыления покрытий.
ите способь
состо и г о coi 5е н н ост ь газотер м ич с с ко го нап ы л с н и я ?
факторы определяют производительность процесса напыления?
4. От чего зависят физико-механические свойства покрытий?
ГЛАВА 23
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО
НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
23
1. Оборудование для газопламенного напыления
Для га;опламеннс го напыления покрытий проволокой и по-
рошком выпускают аппаратуру двух типов. В первом случае в со-
став оборудования входит газопламенная распылительная головка
с приводом подачи проволоки и
мундштуком, который осуществ-
ляет расплавление проволоки
а цетилено кислородным пламе-
нем. Подаваемый из компрессо-
ра сжатый воздух распыляет на
мелкие частицы расплавленный
металл и транспортирует их к
обрабатываемой поверхности.
Рис. 23.1. Ручной аппарат для газо-
пламенной проволочной металли-
зации МГИ-4:
1 — распылительная головка; 2 — воз-
душная турбинка; 3 — червячный ре-
дуктор; 4 — пробковый кран
302
Рис. 23.2. Ручной аппарат для газопламенной проволочной металлизации УГМ-1 (а) и стойка для кассеты (б):
металлизатор; 2 — кислородный баллон; 3 — кислородный редуктор; 4 — ацетиленовый редуктор; 5 — ацетиленовый баллон
303
Табл и ца 23.1
Технические характеристики газопламенных проволочных аппаратов
i ' Показатель МГИ-4 УГМ-1
Производи! ЦИНКОВОЙ п XL 1ьность(при распылении здолоки диаметром 4 мм), кг/ч 23,2
Диаметр ра л 1ЫЛЯСМОЙ проволоки, мм 4 2...4
Скорбеть П( Максймаль горючего ЮГСЛОрОД! воздуха Рабочее да] горючего кислорода воздуха i 1 Ласой, кг ; д n:i Д 'а тчи проволоки, м/с гй расход, м3/ч: за шис, кПа: за 0,017...0,200 1 2 б 59. 196. ..480 392. 2,2 0,017...0,117 ,3 .5 0 .98 196 ...441 .490 25
В корпусе головки смонтированы вентили для регулирования пла-
мени и подачи воздуха.
В ручных аппаратах типа МГИ-4, широко используемых для
азойламейного напыления покрытий, скорость подачи проволо-
ки и ее изменение обеспечиваются турбинкой с центробежным
регулятором частоты вращения (рис. 23.1). В аппарате УГМ-1
(рис. 23.2) подача проволоки осуществляется электроприводом.
Проволока для напыления размещается в стандартной кассете. В ка-
честве горючего при газопламенном напылении покрытий могут
применяться газы — заменители ацетилена (пропан-бутан, при-
родный газ и др.).
Проволочные ручные газопламенные аппараты просты в эксп-
луатации
г
и надежны в работе. Небольшая масса и мобильность
позволяют
пом полок
Д|
использовать их при нанесении покрытии в потолоч-
ении, напылении покрытий внутри емкости, на стро-
есахит.п. (табл. 23.1).
аменных аппаратах вместо проволоки могут применяться
яки, состоящие из порошка и небольшого количества
л телЬных
В газог j:
лбкие ж л.
связующего материала, заключенного в тонкую оболочку из орга-
нического полимера. В процессе напыления органическая связка и
оболочка
чивает пф|рытие с необходимыми свойствами. Применение жи-
лок позво:
комйонен:
Дальнейшее развитие техники для осуществления напыления
покрыти! [
производительные аппараты для работы в поточных линиях.
сгорают в пламени, а порошок расплавляется и обеспе-
тяет получать покрытия высокого качества из много-
ных смесей.
проволокои позволило создать стационарные высоко-
304
Рис. 23.3. Установка для газопламенного напыления
легкоплавких порошков УГПЛ:
1 — шит управления; 2 — аппарат газопламенного напыления; 3 — порошковый
питатель; 4 — редуктор ацетилена; 5 — редуктор кислорода
В промышленности широко используются газопламенные ап-
параты для нанесения покрытий из порошков. С их помощью
можно наносить покрытия из металлов и сплавов, не поддаю-
щихся протяжке, для получения проволоки, неметаллических
материалов и порошковых смесей с требуемым содержанием со-
ставляющих. Газопламенные порошковые аппараты не имеют бы-
строизнашивающихся деталей и проще по конструкции, чем
проволочные.
Для газопламенного напыления покрытий из порошков вы-
пускают установки двух типов: УГПЛ — для напыления покрытий
из легкоплавких полимерных материалов и УГПТ — для нанесе-
ния покрытий из тугоплавких материалов.
1 1 Паленой
305
Рис. 23.4. Установка для газопламенного напыления
тугоплавких порошков УГПТ:
пьи игольная головка; 2 — питатель для оксида алюминия; 3 — питатель
ЛЫ1 ей производительностью; 4 —• питатель для самофлюсующегося по-
рошка и подачи материала подслоя; 5— пульт управления
I — paci
с наибе.
Таблица 23.2
ТСхннчег кие характеристики установок для газопламенного напыления
порошковых материалов
Пок 1зат ль УГЯЛ УГПТ УГПТ-П УГЛУ
Наиб прои: тельн наЬьи ному ку; кг >лы вод эст ген пор /я зая 4- >по ош- 7(цинковый порошок) 2,2 (оксид алюминия) — 2,2 (оксид алюминия)
11,2 (полимер- ный порошок ФПН-12) 12,2 (самофл юсу- го щи йс я порошок) 18,0 (самофлюсу- ющийся порошок) 2,2 (оксид алюминия)
Расхо г'орв Раза fCMCJ сжаг (озд д, 1 )ЧС ор< ОК уха г’/ч: о да 0,6... 1,0 (ацетилен) 9,0... 10,8 1,3 (ацетилен) 1,1 1,2 (пропан) 2,2 2,1 (ацетилен) 4,4
Дайл кПа: (Ор1 газа кис. сжаг возд :ни. ЭЧС ’ opi ог< > ух; О да 29...98 3...6 108 588 98 196... 588 29...98 59
Масса, i з 16 24 13,5 25
306
для работы с максимальной производи-
Установка УГПЛ (рис. 23.3), состоящая из распылительной го-
ловки, порошкового питателя, щита управления, шлангов и двух
редукторов, предназначена для ручного нанесения покрытий из
порошков цинка, термопластичных пластмасс и других легко-
плавких материалов с температурой плавления до 1073 К. Уста-
новка УГПТ (рис. 23.4) состоит из распылительной головки, трех
питателей подачи оксида алюминия, подслоя и самофлюсующих-
ся порошков, питателя
дельностью и пульта управления. Расход порошка регулируется
плавно с пульта управления. Установка предназначена для ручно-
го и механизированного напыления тугоплавких покрытий, в том
числе керамических, самофлюсующихся твердых порошков и ком-
позиционных материалов. Обе установки работают с использова-
нием в качестве горючего ацетилена. Для работы на пропан-бута-
не предназначена установка УГПТ-П (табл. 23.2).
23.2. Оборудование для электродугового напыления
Действие всех электродуговых аппаратов основано на распыле-
нии воздухом жидкого металла, получаемого с помощью электри-
ческой дуги, горящей м’жду двумя расходуемыми электродами.
Рис. 23.5. Ручной электродуговой аппарат ЭМ-14М:
1 — червячный трех ступенчатый редуктор; 2 — турбинный привод; 3 — рукав
для зашиты проволоки; 4 — рукоятка пуска подачи проволоки; 5 — механизм
подачи проволоки; 6 — распылительная головка; 7 — пробковый кран
307
Для ганесения вручную антикоррозионных покрытий из цинка и
злюмщ ия выпускается ручной электродуговой аппарат ЭМ-14М
(рис. 23 5). Он состоит из распылительной головки, воздушного тур-
бинног > привода с индукционным регулятором скорости подачи
провод1 жи, червячного трехступенчатого редуктора, механизма по-
дачи щ эволоки, рукавов для защиты проволоки и пробкового кра-
на. Для повышения стабильности горения дуги, улучшения формы
струи а шарат снабжен колпаком, надеваемым на распылительную
головку. Аппарат ЭМ- 14М может работать от источни ков постоян-
ного тс ка (преобразователей или выпрямителей с жесткой харак-
геристт кой, предназначенных для сварки в среде СОД.
заботы в цеховых и монтажных условиях предназначен ком-
эорудования для дуговой металлизации КДМ-2 (рис. 23.6),
гий из ручного электродугового аппарата ЭМ--14М, источ-
гтаяия постоянного тока ТИМЕЗ-500, блока кассет, кабс-
савов и пульта управления, обеспечивающего работу опе-
з радиусе 8 м.
нанесения защитных покрытий из цинка и алюминия в
Для
плект с
СОСТОЯ!
ника п
лей, ру
рЕ.тора
Для
поточи ях механизированных и автоматизированных линиях слу-
жит ст; ционарный аппарат ЭМ-15. Он включает в себя пылезащи-
щенны г металлизатор и пульт управления. Б состав металлизатора
Рис.: 3.6. Комплект оборудования для электродуговой металлизации
/ -
ДТ
КДМ-2:
— рун: ой алектродуговой аппарат; 2 — пульт управления; 3 — кассетный блок
я тро: элоки; 4 — пробковый крап; 5 — воздушный фильтр; 6 — тиристорный
выпрямитель
308
СП
ГМ
СЗ
К
Я
Ю
ОЗ
Н
Технические характеристики оборудования для электродуговой металлизации
АШМ-2 70 см о о 0,017...0,22 ФС ©о ин о | 17...35 008 1С1 550
ЭМ-17 см 1,5...2,5 0,023 ...0,23 294...588 О 400 | —1 СА
ЭМ-15 24 гм 2,0...3,0 0,033 ...0,23 | 17.,.35 800 kA ^"1 46,5
I4M КДМ-2 0-1 1—1 гм 1А 0,033.„0,2 ОС оо СП о 17...44 400 CM 440
ЭМ-
Показатель Производительность распыления (при ПВ = = 100 %), кг/ч: алюминия цинка Диаметр распыляемой проволоки Скорость подачи проволоки, м/с Давление сжатого воздуха, кПа Напряжение дуги, В Сила рабочего тока, А, не более Масса металл и затора, кг Масса установки, кг
309
равногол- j
оверхности 1
лосной ме- I
зходял распылительная головка, механизм подали проволоки и |
редуктор с электродвигателем постоянного тока. Изменение ско- I
рости подачи проволоки осуществляется вручную с пульта управ- 1
ления или внешним сигналом. В качестве источников питания ме- 1
талли; агора могут быть использованы сварочные преобразователи 1
ПСМ-1000 или выпрямители ВДУ-1Б01. Для нанесени
щинн лх покрытий из цинка и алюминия на плоские ги
металлопроката может применяться агрегат широкопс
таллизации АШМ-2. За один проход он обеспечивает нанесение
полос я шириной 80... 500 мм. В состав агрегата входят
кополэсной металлизации, обеспечивающий вращательное дви- Я
женис, металлизатор ЭМ-15, пульт управления, кассеты для про- j
волок т, заборник пыли и газа. Регулирование скорое
ния осуществляется плавно с пульта управления. Техн
ракте} пстики оборудования для электродуговой металл! 1зации при- |
ведены в табл. 23.3. 1
блокширо- 1
:ти напыле-
1ические ха-
23.3. Оборудование для плазменного напыления
В установках для плазменного напыления покрытий источни- Я
ком I агрева напыляемого материала служит плазменная струя. Я
В поток плазмы вводится тугоплавкий порошковый материал, ко- Я
торы! наносится на рабочие поверхности деталей машин, меха- Я
низмсв и аппаратуры с целью получения разного рода защитных Я
покрытий. Они служат для восстановления изношенных деталей Я
или придания новым изделиям повышенной жаропрочности, стой- Я
кости к изнашиванию и коррозии, а также других свойств. Я
В настоящее время широко применяются установки для плаз- Я
менного напыления УМП-6 (рис 23.7). Такая установка состоит Я
из плазменной горелки, порошкового питателя и пульта управле- Я
ния с приборами для контроля электрических и газовых парамет- Я
ров, а также пусковой и защитной электроаппаратурой. В этих ус- I
тановках используются источники питания АПР-402, -403 и -404. Я
Плазменная горелка включает в себя корпус, анодный и ка- Я
тоднь й узлы системы охлаждения и зажигания. Электроды горел-
ки сменные. Их замена осуществляется без нарушения герметич- Я
ности системы охлаждения. Материалом анода является медь, ка- а
тода -- вольфрам, легированный лантаном.
Основным рабочим газом служит азот, но могут применяться 1
также аргоноводородные смеси и другие инертные газы. Зажита-
ние горелки осуществляется с помощью дополнительного элект- *
рода с электромагнитным приводом, возбуждающего дуговой раз-
ряд между катодом и анодом.
В настоящее время освоен серийный выпуск установки «Киев-7»
(рис. 23.8). В основу ее конструкции положен блочно-модульный
310
Вход воды
Рис. 23.7. Установка для плазменного напыления
порошковых материалов УМП-6:
плазменная горелка; 2 — пульт управления; .> — порошковый питатель; 4 — источник питания; 5 — компрессор; 6 — газовые
редукторы
311
L2
принцип, что обеспечивает возможность ее использования как в
индивидуальном режиме работы, так и в автоматизированных
поточных линиях.
Эта установка состоит из катодного блока с корпусом горелки,
коммуникациями электро- и газопитания и рукавами для охлаж-
дающей воды, из источника электропитания БЭП-80, пульта уп-
равления, блока автономного охлаждения, блока порошковых
питателей, содержащего два автономных питателя, и блока креп-
лений анодного узла. Возбуждение плазменного разряда осуще-
ствляется высокочастотным разрядом от осциллятора. Примене-
ние автономного охлаждения плазмотрона обеспечивает значи-
тельную экономию воды и высокую надежность его работы.
В качестве плазмообразующей среды используется смесь возду-
ха и пропана (применение горючего газа улучшает прогрев по-
рошка и повышает качество покрытий). Два порошковых питателя
обеспечивают напыление подслоя и покрытия без перезарядки
бачка, а также позволяют наносить многослойные и композитные
покрытия.
Все вышеназванные установки используют для напыления ке-
рамических и металлических порошковых покрытий, наплавки
самофлюсующихся твердых сплавов с целью придания изделиям
теплозащитных, жаростойких, электроизоляционных, износо-
стойких и антикоррозионных свойств (табл. 23.4).
Табл и ца 23.4
Технические характеристики установок
для плазменного напыления покрытий
Показатель УМ П-6 «Киев-7»
Максимальная производительность по напы- ленному материалу, кг/ч: оксид алюминия 4,5 10
вольфрам 7,0 25
сплавы хром—бор—-никель 7,0 —
Потребляемая мощность, кВт 90 100
Рабочее напряжение дуги, В 95... 105 140...260
Сила рабочего тока, А 250...300 300... 570
Расход, м3/ч: азота 3,0...6,0
воздуха — 3,9... 12,0.
природного газа — 0,1...0,2
охлаждающей воды 0,21 —
Масса установки, кг 1200 1150
313
Пр
делен:
О] сисл
му пр:
Н 1Я В]
цессы газотермического напыления сопровождаются вы-
ем большого количества металлической пыли, продуктов
ния металлов и газов (оксиды азота, углерода и др.). Поэто-
ручном напылении должны быть приняты меры для удале-
нных веществ из рабочей зоны. Для борьбы с шумом, пре-
выша: чцим, как правило, допустимые нормы, применяют шу-
Monoi ощающие наушники.
Пл змеиные установки могут использоваться в составе поточ-
но-ме авизированных и автоматизированных линий.
В ; ом случае плазмотрон, размешенный в рабочем органе ма-
нипус iTOpa, устанавливают в герметично закрытой камере с вен-
+иляь гей, что обеспечивает создание на рабочих местах нор-
мальв .гх санитарно-гигиенических условий.
Контрольные вопросы
1. ] аковы особенности оборудования для газотермического напыле-
ния?
2. азовите основные типы аппаратов для электродугового напыле-
ния п< срытий.
3.1 чем состоят особенности оборудования для плазменного напыле-
ния и срытий?
ГЛАВА 24
Т АПОЛОГИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ
ПОКРЫТИЙ
24.1. Подготовка поверхности
Пс )ед процессом газотермического напыления поверхность
детал подвергают специальной обработке. Прежде всего напыля-
емую юверхность очищают от жировых и других загрязнений об-
тирке '1, промывкой в растворителях и нагревом. После этого по-
зерхг »сть плоских деталей и дисков подвергают дробеструйной
эбра( икс с целью удаления оксидов и придания ей шероховато-
сти, < беспечивающей повышение прочности сцепления покры-
тий с основным металлом.
Ц] тиндрические поверхности (шейки валов, осей, цапф и т.п.)
обраЕ тываюг перед напылением на токарных или круглошлифо-
вальн IX станках для устранения конусности и эллиптичности, вы-
зывав 1ых изнашиванием (до получения цилиндрической формы де-
тали) после чего на деталях нарезают «рваную» резьбу. Цилиндри-
ческа поверхность может подвергаться и дробеструйной обработке.
Высо ая прочность сцепления покрытий с деталью достигается по-
среде вом иглофрезерования поверхности специальными фрезами.
314
Шероховатость поверхности закаленных деталей обеспечивают
с помощью электроконтактиой наплавки мелких капель, образую-
щихся, при контакте вибрирующего проволочного электрода с де-
талью, или электроэрозионной анодно-механической обработки.
Значительно повышает прочность сцепления покрытий с дета-
лью наносимый на их поверхность подслой из тугоплавких метал-
лов (молибден, никель, нихром и др.), который посредством мик-
росварки прочно соединяют с основным металлом. Основное по-
крытий наносят затем на подслой без дополнительной обработки
поверхности. Однако покрытие рекомендуется напылять сразу пос-
ле подготовки поверхности, так как на воздухе она быстро окисля-
ется и,загрязняется. Максимальный перерыв между операциями
подготовки поверхности стальных деталей и напыления не должен
превышать в закрытых помещениях 6 ч, на открытом воздухе при
низкой влажности — 3 ч, на открытом воздухе в сырую погоду —
30 мин. Для разных материалов возможен неодинаковый допусти-
мый перерыв, соответствующий их окислительной способности.
24.2. Напыление покрытий при восстановлении
геометрических размеров деталей
Для' восстановления геометрических размеров в наибольшей
степени подходят детали, работающие в условиях жидкой смазки.
К ним относятся шейки валов и осей, цапфы, шпиндели, плун-
жеры, поршни, цилиндры и т.д. Материалом для их металлиза-
ции сл 'жит проволока из стали различных марок. Применение ле-
гирова шых сталей не дает, как правило, ожидаемых результатов,
так Kai: при напылении выгорают легирующие элементы и изме-
няется структура .напыленного металла.
Mei аллизацию цилиндрических деталей проводят на токарных
станка L или специальном оборудовании. Деталь зажимают в пат-
роне, е металлизационный аппарат закрепляют в суппорте. При
вращет ии детали во время напыления осуществляется перемеще-
ние сут гпорта в осевом направлении. За один проход в зависимос-
ти от г роизводительности аппарата напыляют покрытия толщи-
ной 0,( 5... 0,7 мм. На рис. 24.] представлены зависимости толщи-
ны сташных покрытий, нанесенных за один проход на вал диа-
метров 100 мм электродуговой металлизацией, от производитель-
ности i ппарата (частота вращения вала составляла 15 об/мин). При
необхо, шмости восстановления деталей, имеющих знач ительный
износ, напыляют многослойные покрытия.
В пс крытиях большой тол щины из углеродистых и конструкци-
онных шалей под влиянием действующих в них механических на-
пряжеь ий могут появляться трещины. Вероятность их образова-
ния во; растает с увеличением толщины нанесенного слоя. По этой
315
Рис. 24.1. Зависимое
покрытий, наносимы^ электроду-
говой металлизацией
метром 100 мм при частоте его вра-
щения 15 об/мин, от
тельности аппарата пр
подаче суппорта,
И ТОЛЩИНЫ
на вал диа-
производи-
и различной
мм/об:
7 — 0,5; 2— 0,8; 3— i,0; <- 2,0; 5-5,0
причине толщина напыленных покрытий из углеродистых и кон-
структ ионных сталей не должна превышать 5 мм.
На; бот ее широкое применение при восстановлении изношен-
ных де галей находит электродуговая металлизация. Кроме того, из-
ношен тыс детали восстанавливают на плазменных и газопламен-
ных ус гановках. При напылении покрытия расстояние между дета-
лька и
симогс слоя должна включать в себя припуск на последующую ме-
ханич: скую обработку. Он составляет 1,0... 1,5 мм при восстановле-
нии ш :ек
ме'гро
; -становкой выбирают в пределах 80... 150 мм. Толщина нано-
и валов диаметром до 100 мм. При обработке валов диа-
0...400 мм припуск достигает 2,0...2,5 мм на диаметр.
р [ 201
Дл-; пслучения окончательного размера детали с покрытием
Прово; ят токарную обработку или шлифование. Механическая об-
работка затруднена вследствие зернистости покрытий и наличия
вклкв^нй
дытиями из конструкционной стали лучше всего осуйеств-
изцами с пластинами из твердых сплавов, используя о:
АюшКю э:
й твердых частиц. Поэтому токарную обработку деталей
с
Л:
Д.
пок;
•ГГЬ Г:
хлаж-
мульсию (табл. 24.1).
р (жил Таблиц 1ы токарной обработки детален с напыленным покрытие а !М 24 J
п 1ТСР кры тал ГИЯ Скорость реза н и я, мм/с Подача резца, мм/об Глубин обработки ям
( "таль .0 0,33 ...0,5 0,2...0,3 0,5 ...1 0
( даль >0 0,15...0,2 0,1...0,2 0,3... 0 5
I 1 1инк 1ИЙ 1 ал ЮМ и- 1,0 0,5... 1,0 0,8... 1 2
1 1севд соде стал без с )сп; |жа[ ан 1авы: цие 35 ...40 60... 70 0,1...0,4 0,1...0,3 0,2... 0 0,3 ...1 5 5
3 16
М&ГУ.4 : • ________у (: • -Jj-J •:
При высокой твердости покрытий и небольших припусках про-
водят шлифование без предварительной токарной обработки, ко-
рундовыми кругами при окружной скорости 25...30 м/с, подаче
5... 10 мм/об и глубине обработки 15...40 мкм, с интенсивным
охлаждением эмульсией.
24.3. Напыление антикоррозионных покрытий
Разнообразные сооружения из стали (мачты ЛЭП, несущие кон-
струкции дымовых труб, плавучие платформы для добычи нефти и
газа типа «Шельф», стационарные морские платформы, нефтепро-
воды, хранилища для нефти и газов и т.п.) функционируют в за-
грязненном промышленными отходами атмосферном воздухе, мор-
ской воде и других средах. Для этих конструкций должна быть пре-
дусмотрена защита от коррозии, снижающей долговечность изде-
лий и приводящей к значительным потерям металла.
В качестве материалов для антикоррозионных покрытий, полу-
чаемых газотермическим напылением, наиболее широко приме-
няют цинк и алюминий. По отношению к стали они имеют более
низкий электродный потенциал. Поэтому при наличии электро-
лита — влаги, содержащей соли, оксиды углерода, серу и т.п., —
образуется гальваническая пара, в которой в первую очередь раз-
лагается материал покрытия, защищая тем самым сталь от корро-
зии. Это особенно важно для металлических покрытий, имеющих
поры, через которые электролит может поступать к основному
металлу.
Для защиты изделий от атмосферной коррозии используют
цинковые покрытия. В атмосфере чистого воздуха при толщине
слоя 0,1 мм они обеспечивают защиту металлоконструкций в те-
чение 15 лет, при слое 0,15 мм — 20 лет, при 0,2 мм — 30 лет.
В атмосфере промышленных или приморских районов долговеч-
ность покрытий снижается.
Цинковые покрытия защищают сталь в пресной и морской воде.
При взаимодействии солей воды с покрытием продукты реакции
закрывают поры, благодаря чему затрудняется доступ воды к по-
верхности основного металла.
Однако при температуре пресной воды выше 50 °C цинк интен-
сивно корродирует. Также быстро разрушается цинк в промыш-
ленной аппаратуре, содержащей ионы хлора. В этих условиях боль-
шей долговечностью отличаются алюминиевые покрытия. Они эф-
фективно противодействуют коррозии в атмосфере, содержащей
хлор, хлористый водород и сернистый газ, а также в приморских
районах. В морской воде алюминиевые покрытия депассивируют-
ся, и их потенциал приобретает отрицательное значение, что обес-
печивает электрохимическую защиту стали. При одной и той же
317
те срок эксплуатации алюминиевых покрытий в морской
2,5 раза больше, чем у цинковых.,
большей долговечностью отличаются комбинированные
и олакокрасочные покрытия, у которых слой нанесенного
толщи
воде в
Нат
метал,
покры 'ия пропитан лаком или краской. Затекая в поры покры-
тия, пэлимерные смолы значительно снижают его пористость,
благод тря чему замедляется протекание электрохимических реак-
ций м< жду основным металлом и покрытием. Срок эксплуатации
комби тированных покрытий увеличивается в несколько раз по
сравн<
ПрИ И1
метал;
Ан'
дуговь
плектт
ты бо; ьших поверхностей (стальные листы, профильный металло-
прокат
ные а!
родно
ИЛИ Л1
Дл;
мсрох
дробб'
ются (
рат размещен на платформе, которая совершает круговое движе-
ние и
щей nb;
вают I
щают
ные а
чения
Обе к
ря этс
услов
Дл [..
прим( няются газопламенные аппараты МГИ-4 и УГМ-1.
:< нию с металлическими. Они хорошо зарекомендовали себя
з пользовании в условиях агрессивной среды химических и
ургических предприятий.
икоррозионные покрытия наносят, как правило, электро-
ми ручными аппаратами ЭМ- 14М; широко применяют ком-
оборудования для дуговой металлизации КДМ-2. Для защи-
и т.п.) используют стационарные высокопроизводитель-
п|параты типов ЭМ-12 и ЭМ-17. С целью обеспечения одно-
i толщины покрытий аппараты могут совершать круговые
т нейные перемещения в процессе напыления (ДШМ-2).
нанесения двусторон них покрытий на стальные листы раз-
2,5 х 8 мм разработана специальная линия. Она состоит из
:< труйной камеры, в которой обе поверхности листа очища-
с т окалины и поверхностных оксидов. Дробеструйный аппа-
одновременно перемещается поперек листа по направляю-
(ртала на всю его ширину. Обрабатываемый лист устанавли-
ертикально. Очищенную с двух сторон часть листа переме-
рз камеру для напыления. Металлизационные и дробеструй-
тараты размещены на вращающейся платформе для полу-
одинаковой толщины покрытия по всей поверхности листа,
меры снабжены вентиляционными устройствами. Благода-
му обеспечиваются нормальные санитарно-гигиенически
[я в рабочей зоне.
ручного напыления защитных покрытий из цинка широка
е
о
24.4. Напыление антифрикционных покрытий
В i
ляюцфк
пласт
нтифрикционных материалах твердые структурные состав-
ив в виде мелких частиц равномерно распределены в мягко:
твой основной массе или включения частиц мягких струк-
турнь х составляющих содержатся в твердой основе.
Пс пучение антифрикционных материалов основано на том, что
при с современном распылении двух или нескольких проводе;
й
>к
318
разного состава образуется покрытие, состоящее из равномерно
распределенных частиц исходных металлов. Такой способ нанесе-
ния покрытий реализуется с помощью электродуговых металлиза-
торов типа ЭМ- 14М. При этом одна бухта заряжается стальной про-
волокой, а другая — мягкой медной или алюминиевой. В результате
образуются покрытия из двухкомпонентных л се вд ос плавов.
Большие возможности регулирования состава покрытия связа-
ны с применением биметаллической и порошковой проволоки.
Проволоку этих видов можно использовать для нанесения анти-
фрикционных покрытий дуговым способом и газовой металлиза-
цией.
С помощью стандартной аппаратуры можно напылять покры-
тия на внутреннюю поверхность втулок диаметром более 70 мм, а
при небольшой длине втулок — и при меньшем диаметре.
Наилучшими антифрикционными свойствами для пар трения
обладают медно-свинцовые псевдосплавы. В паре со сталью при
давлении 3920...5900 кПа они обеспечивают коэффициент тре-
ния не более 0,014, в то же время у литой бронзы БрОЦС 5-5-5 он
не превышает 0,02. Более дешевыми для нанесения антикоррози-
онных покрытий являются псевдосплавы на основе стали и меди
или алюминия. Они обеспечивают низкий коэффициент трения в
паре со стальным валом, хорошую прирабатываемость и, кроме
того, обладают способностью длительное время работать после
прекращения подачи смазочного материала. Основные свойства
указанных сплавов Приведены в табл. 24.2.
Таблица 24.2
Состав и свойства покрытий из антифрикционных псевдосплавов
Марка сплава Сост IB, % Макси- мальное давление, МПа Коэффициент трения при давлении, МПа Твердость ИО Бринеллю НВ
4,9 9,8
АЖ 50 Алюмин Сталь — ий — 50 50 10,3 10,8 0,0049 0,0061 0,0045 0,0053 37 ...44
МЖ 50 Медь — Сталь — 50 50 8,8 11,3 0,0056 0,0063 0,0035 0,0036 —
МС 25 Медь — Свинец 75 - 25 10,3 13,7 0,0044 0,0044 0,0037 0,0042 35...37
МС 25 (термообра- ботанный) Медь — Свинец 75 - 25 19,6 19,6 0,0039 0,0045 0,0033 0,0033 24... 27
Примечание. В 1 ислителе приведены значения параметров при частоте
вращения вала 1 об/мш , в знаменателе — при 4 об/мин.
319
Псевх зс плавы марок МС 25, МЖ 50, АЖ 50 рекомендуются
место б юнз и баббитов для подшипников станочного обо рудо-
ания, г знтиляторов, компрессоров, трансмиссий, турбоком-
рессорс з, турбонасосов, при работе которых нет воздействия зна-
ительш х ударных нагрузок.
24,5. Напыление покрытий из тугоплавких материалов
Разви тте современной .техники предъявляет повышенные тре-
ования < конструкционным материалам по прочности и стойко-
ти к вс действию высоких температур, агрессивных сред и др.
1аряду . разработкой новых конструкционных материалов про-
едятся (^следования по нанесению на изделия специальных ту-
оплавк] х покрытий, обеспечивающих все свойства поверхност-
ного ело [, необходимые для работы изделия. В этом случае в каче-
тве кон. трукционных материалов используют традиционные стали
сплав! в целях экономии дорогостоящих материалов.
Мате .калы для таких покрытий должны иметь специальные
войств;, такие, как высокая температура плавления, химичес-
:ая стог сость при высокой температуре, коэффициент линейно-
о расш щения, близкий к аналогичной величине у основного
(еталла, хорошая смачиваемость поверхности основы. Этими свой-
твами с эладают ряд тугоплавких металлов (вольфрам, молибден,
тиобий, тантал, титан) и керамика (оксиды алюминия, цирко-
ния, ма1 ния, хрома, алюминат магния MgAl3O3, алюминат нике-
[я AlNi) Тугоплавкие покрытия наносят на изделия, работающие
гри выс жих температурах, с целью повышения их жаростойкое-
и, защг гы от эрозии, придания поверхности теплозащитных или
шектро: золяционных свойств.
Хоро ними электроизоляционными и теплозащитными свой-
:твами ( бладает оксид алюминия, имеющий температуру плавле-
1ия 228 . К и температуру кипения 3253 К. Покрытие из оксида
люмин 1я толщиной 0,25 мм имеет удельное электрическое со-
1ротивл ;ние 8,6 108 Ом-см. При увеличении толщины слоя до
. мм зне тение этой величины возрастает до 10ч Ом-см. Пробивное
пшряж< ние также растет с увеличением толщины покрытия. В су-
мм воз; ухе керамические покрытия из оксида алюминия при тол-
цине с; эя 0,3; 0,4; 0,6; 1,0 мм обеспечивают получение пробив-
гого на ряжения 0,71; 0,85; 1,52; 1,6 кВ соответственно.
При высокой влажности электроизоляционные свойства по-
крытий ухудшаются. Во избежание этого покрытия пропитывают
:илико1 овыми или эпоксидными лаками, что способствует по-
зышент о пробивного напряжения до 8... 10 кВ/мм.
Высс <.ая жаростойкость керамических покрытий из оксида алю-
ииния 1 ри температурах до 1873 К позволяет широко применять
320
их в качестве электроизоляционных материалов нагревательных
элементов.
Покрытия из оксида циркония эффективны при температурах
до 2273 К, поэтому чаще всего их используют как теплозащитные
при изготовлении различных тиглей, кожухов термопар, фурм
конвертеров и доменных печей и т.п. Покрытия из тугоплавких
металлов (молибден, вольфрам и др.) применяют для защиты де-
талей поршневых двигателей, турбин от эрозии и высокотемпера-
турного воздействия газовых потоков.
Высокой стойкостью при работе в окислительных средах при
температурах до 1873 К обладают покрытия из алюмината никеля.
Их наносят на плазменных порошковых установках. Каждая час-
тица порошка в исходном виде состоит из алюминия с темпера-
турой плавления 936 К, окруженного оболочкой из никеля, рас-
плавляющегося при температуре 1728 К.
При попадании частиц порошка в плазменную струю они ра-
зогреваются, и образуется химическое соединение AlNi с выделе-
нием определенного количества теплоты. Частицы попадают на
основу в расплавленном состоянии и хорошо смачивают поверх-
ность металла. Эти покрытия прочно сцеплены с металлом и име-
ют высокую плотность. В связи с этим их часто используют в каче-
стве подслоя при напылении керамических покрытий. Такие по-
крытия плохо смачиваются расплавами стекол, поэтому их при-
меняют также для защиты поршней и других деталей стеклофор-
мовочных и литейных машин, пресс-форм.
Тугоплавкие покрытия напыляют на изделия после дробе-
струйной обработки. Для повышения прочности сцепления по-
крытий из керамики с поверхностью их наносят на предваритель-
но напыленный подслой из нихрома, коррозионно-стойкой ста-
ли или вольфрама. Подслой толщиной 0,05... 1,0 мм обычно полу-
чают дуговой металлизацией или газопламенным способом. При-
менение подслоя обеспечивает увеличение прочности сцепления
покрытий из керамики в 2 — 2,4 раза (табл. 24.3).
Таблица 24.3
Прочность сцепления керамических покрытий из оксида алюминия
с поверхностью стали
Металл подслоя Прочность сцепления покрытия
МПа %
Без подслоя 3,4 100
СтальСтЗ 7,0 203
Коррозионно-стойкая сталь 08Х18Н12Т 8,0 234
Нихром 8,2 240
Молибден 6,5 190
Вольфрам 7,6 220
321
г
п
к
г
р'
г
V
У
в:
Т(
Т
Cf
г,
2
л.
н
н
н
4
У
м
Для напыления молибдена и более легкоплавких металлов из
эволоки могут быть использованы газопламенные аппараты ти-
J МГИ-4 и УГМ-1. Проволочные покрытия из более тугоплав-
< металлов можно наносить на установке для плазменного на-
пения УПУ-7. Для получения керамических покрытий из по-
лковых материалов применяют установки для плазменного на-
ления УМП-6, -7, «Киев-7», УПУ-7.
При напылении порошковых тугоплавких материалов могут быть
тользованы установки для газопламенного напыления УГПТ,
ПТ-П и УГПУ. Толщину покрытия выбирают исходя из усло-
4 работы изделия, однако необходимо учитывать, что с ростом
[щины покрытий прочность их сцепления с основой снижается.
<, прочность сцепления покрытия из оксида алюминия, нане-
нного на сталь с подслоем из коррозионно-стойкой стали, умень-
ется в 3,6 раза при увеличении толщины покрытия с 0,15 до
мм:
Гол щи на
юкрытия, мм.........0,15 0,3 0,5 0,8 2,1
Прочность
(цепления, МПа...... 31,9 22,1 12,5 10,1 8,8
Значительное влияние на коэффициент использования напы-
:мого материала оказывает расстояние между аппаратом для его
тесения и поверхностью изделия. Так, в случае плазменного
несения оксида алюминия на углеродистую сталь при расстоя-
ях 140, 100 и 60 мм потери порошка составляют соответственно
25 и 15 %. Технологические параметры процесса напыления
1зывают в инструкциях по эксплуатации установок для газотер-
ческого напыления.
24.6. Напыление покрытий из полимерных материалов
ги
рз
ш
ж
С’
Bi
Л,
п:
и t
В ]
Благодаря простоте оборудования и технологии наряду с дру-
ти способами нанесения полимерных покрытий на поверхность
(личных изделий широко применяют газопламенное напыле-
е.
Для нанесения покрытий используют полимеры, которые при
"реве плавятся и хорошо смачивают нагреваемую поверхность,
ень важно, чтобы при нагреве горелкой материал не претерпе-
[ химических изменений, т. е. не окислялся и не разлагался. К чис-
таких материалов относятся полиэтилен, поливинилбутираль,
пиамиды и др. Для напыления применяют порошки этих мате-
алов с размерами частиц 0,15...0,25 мм. Более мелкие и круп-
:е частицы отсеивают, так как первые окисляются и выгорают,
торые не успевают расплавиться.
Термопласты можно напылять в чистом виде, а также с раз-
личными добавками, например с пигментами или люминофора-
ми, придающими покрытиям окраску.
Покрытия из полимеров и композиции на их основе использу-
ют для зашиты от коррозии, в качестве диэлектриков, декоратив-
ных покрытий и т.п.
Покрытия из полимеров наносят на металлы и неметалличес-
кие поверхности (бетон, кирпич и т.п.) на установках типа УГПл.
Напыление проводят на чистую сухую поверхность, которая для
повышения сцепления покрытий с изделием может подвергаться
дробеструйной обработ ке. Поверхность должна быть предварительно
нагрета до температуры растекания полимера (у полиэтилена —
463...473 К). При этой температуре расплавленные частицы по-
рошка сплавляются друг с другом, благодаря чему на поверхнос-
ти образуется сплошной гомогенный слой покрытия. Температура
растекания превышает температуру плавления полимера (у поли-
этилена — 383...393 К). Нагрев массивных крупногабаритных из-
делий до этих температур связан со значительными трудностями.
Для таких изделий вместо нагрева поверхности может быть реко-
мендовано нанесение на нее лакокрасочного слоя с последую-
щим напылением горелкой покрытия из полиамида.
При изготовлении полиэтиленового покрытия на поверхности
стального изделия хороший результат обеспечивает предваритель-
ное нанесение лакового раствора полиуретановой смолы. Покры-
тия наносят отдельными перекрывающими друг друга участками.
Контрольные вопросы
J, Как выполняют подготовку поверхности к напылению покрытий?
2. Какова толщина покрытий, применяемых для восстановления де-
талей?
3. Какой физико-химический процесс лежит в основе действия анти-
коррозионных покрытий?
4. Каким способом получают псендосплавы при дуговой металлиза-
ции?
5. Как можно повысить прочность сцепления с поверхностью покры-
тий из тугоплавких материалов?
ГЛАВА 25
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ
ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ
Газопламенная обработка связана с применением открытого
пламени и сжатых газов, поэтому при работе с машинами, уста-
новками и аппаратурой должны быть обеспечены условия их без-
опасной эксплуатации. В паспорте на каждый вид оборудования
323
рведены правила его безопасной эксплуатации,
всех видов газопламенных работ по сварке, pi
Вместе с тем
езке, напыле-
ни
ПР]
длй
[[о, пайке и наплавке существуют общие положе|ния, содержа-
шг
ста
кся в Межотраслевых правилах по охране труда при производ-
.е ацетилена, кислорода, процессе напыления и газопламен-
ной обработке металлов.
эме того, при газопламенной обработке металлов должны
учйты:
<р
шлуатации со-
1СНОСТИ в газо-
ов
г х>
ни
ла
ваться Правила устройства и безопасной экс
работающих под давлением, Правила безопа
озяйстве, Правила пожарной безопасности в ?Ф, касающи-
проведейия сварочных и других огневых работ. Правила тех-
кой эксплуатации электроустановок потребителей и Прави-
СУД|
вом
еся
। гее
’ехяики безопасности при эксплуатации электроустановок по-
тре
Жителей.
;ависимости от вида производимых работ на основе перепис-
ных правил на предприятиях должны быть разработаны инст-
:ции по технике безопасности.
производству работ по газопламенной обработке металла
каются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальное тех-
жое обучение, получившие удостоверение о сдаче техэкза-
3 з
ле».
РУК1
ус:
1ждый рабочий и специалист обязаны знать и строго соблю-
। эоизводственную инструкцию по технике безопасности. Лица,
ушившие ее, привлекаются к ответственности в установлен-
дот:;
ничес
ме та и имеющие практические навыки в обслуживании поручен-
ного им оборудования.
Ха:
дат з п
на(;
но и зЛконорй порядке.
При работе с горючими газами необходимо помнить о том,
что
Пр|и вып
быть
смеси
с воздухом они образуют взрывоопасные смеси.
элнении газопламенной обработки металлов должна
тредусмотрена вентиляция, устраняющая
здйния взрывоопасных и вредных для здоровья концентраций га-
зов и удаляющая продукты сгорания горючих г ззов и другие выде-
работе со сжиженными газами, более тяжелыми по
ср^внЬнию 6 воздухом, должен быть обеспече
приямков в зоне выполнения работ. При прове дении газопламен-
замкнутых помещениях (отсеки судов, котлы и т.д.)
:а быть предусмотрена принудительная вентиляция, обеспе-
щая счижение концентраций вредных п
до значений, не превышающих нормативные.
в
я возможность со-
. При
леиия
н отсос воздуха из
>абот в
среде
ении,
кислородно-флюсовой и воздушн
ке
ных р
должк;
чи зак ।
ющей
При газопламенной обработке, особенно пр
нарыл
выделяется большое количество вредных
нужно обеспечить не только нормальные cam тарно-гигиеничес-
кие условия
атмосферу, от металлической пыли, оксидов и
рис. 25.1 показано очистное устройство, задерживающее вредные
324
римесей в окружа-
и газотермическом
о-плазменной рез-
вешеств, поэтому
в зоне работы, но и очистку газов
, выбрасываемых в
вредных газов. На
пылевые (оксиды марганца, хрома, железа и т.д.) и газовые (ок-
сид углерода, сернистые и другие газы) фракции, а также утили-
зирующее твердые продукты выброса.
Для защиты глаз от механического повреждения и вредных из-
лучений рабочий, выполняющий газопламенную обработку ме-
таллов, должен быть обеспечен защитными очками закрытого типа
со светофильтрами. При работе с резаками или горелками малой
мощности (расход, м3/ч, ацетилена до 0,6, природного газа —
до ], пропан-бутана — до 0,45) применяют светофильтры Г-1;
при расходе ацетилена 0,6...2,4, природного газа — 1...4, про-
пан-бутана — 0,45... 1,5 м3/ч применяют светофильтры Г-2; при
работе с аппаратурой большей мощности — светофильтры Г-6.
Подсобные рабочие, выполняющие работу вместе со сварщи-
ком или резчиком, должны пользоваться защитными очками со
светофильтрами П-3.
При ручной сварке и резке цветных металлов и сплавов, со-
держащих цинк, медь и свинец, необходимо пользоваться сред-
ствами индивидуальной защиты органов дыхания.
При работе с газовыми горелками и резаками большой мощ-
ности, плазменной резке и использовании аппаратуры для газо-
термического напыления шум,
как правило, превышает допус-
тимые нормы. Для защиты орга-
нов слуха рабочего применяют
наушники.
Во избежание загорания ис-
точников питания и травматиз-
ма рабочих газопламенную об-
работку следует проводить на
расстоянии, м, не менее 10 —
от перепускных рамп; 5 — от от-
дельных баллонов с кислородом
или горючим газом; 3 — от тру-
бопроводов горючих газов, газо-
разборных постов, размешенных
в металлических шкафах; 1,5 (по
горизонтали) — при ручных и
механизированных работах.
При газопламенной обработ-
ке металлов пламя должно быть
направлено в сторону, противо-
положную источнику газопита-
ния. Если это требование не мо-
жет быть выполнено, то источ-
ник следует оградить металли-
ческим щитом.
Рис. 25.1. Схема очистного
устройства;
1 — каплеуловитель; 2 — патрубок; 3 —
камера распределения; 4 — поплавко-
вый бачок; 5 — резервуар; 6 — рукав;
7 — аэролифт; 8 — смесительная ка-
мера; 9 — щель; 10 — корпус; 77 —
диффузор; 12 — входной патрубок
325
Рукава при газопламенной обработке должны применяться в
соответствии с их
дородные рукава,
наоборот.
В случае замерзания редуктора или запорного вентиля кисло-
родного баллона
чей водой, не содержащей следов масла. Запрещается применять в
этих целях откры
Перевозку, хр.
родом или горю>-
обучение и сдавигим экзамен по техническому минимуму.
Запрещается э:
дующие недостатки; истек срок периодического освидетельство-
вания (один раз в
пус (трещины, ci
окраска и надпис
Ремонт и освидетельствование баллонов следует проводить толь-
ко на заводах-наг।
емые для наполнения, должны иметь остаточное давление не ме-
нее 49 кПа, Для баллонов со сжиженными горючими газами зна-
чение остаточного давления устанавливается в инструкции заво-
да-наполнителя. Необходимо обращать внимание на то, чтобы на
кислородных баллонах, особенно на присоединительном штуцере
вентиля, не; было;
нии сжатого кисы
ние и взрыв балл
Транспортирование баллонов с кислородом и горючим газом
разрешается толы
назначением. Не допускается использовать кис-
для подачи ацетилена и других горючих газов и
разрешается отогревать их только чистой горя-
тый огонь,
мнение, выдачу и получение баллонов с кисло-
им газом следует доверять лицам, прошедшим
ксплуатания баллонов, у которых имеются сле-
пять лет), неисправны вентили, поврежден кор-
ильная коррозия), не соответствуют виду газа
и, повреждены опорные башмаки.
олнителях. Баллоны для сжатых газов, отправля-
жирных и масляных следов. При соприкоснове-
юрода с маслами или жирами возможны загора-
она.
ко на рессорных транспортных средствах, а по
Рис. 25.2. Тележка для перевозки баллонов
326
Рис. 25.3. Носилки для переноски баллонов
территории предприятия или цехов — на специальных тележках
или носилках (рис. 25.2, 25.3). При перемещении баллонов на не-
большое расстояние (в пределах рабочего места) допускается их
перекатывание в слегка наклонном положении.
На постоянном месте работы баллоны с горючим газом долж-
ны быть помещены в закрытые металлические шкафы с отверсти-
ями для вентиляции.
Баллоны с кислородом или горючим газом на участке следует
закреплять в специальных зажимах во избежание их падения или
укладывать на пол, на специальные подставки, в наклонном по-
ложении.
Рабочее место перед началом работы необходимо осмотреть и
освободить от лишних предметов, мешающих работе, и воспламе-
няющихся материалов.
Следует провести проверку прочности и плотности всех соеди-
нений на линии горючего газа и кислорода, работоспособности
водяного затвора, наличия в нем требуемого уровня воды или
сухого предохранительного устройства, исправности горелки и
резака, наличия у них инжекции, отсутствия самотека у редукто-
ров, исправности элсктроподводки и заземления, правильности
подвода кислорода и горючего газа к аппаратуре.
Рабочие, занятые газопламенной обработкой, должны быть
обеспечены спецодеждой по нормам, установленным для данной
профессии. Брюки надевают поверх обуви, чтобы раскаленные ча-
стицы не попадали в ботинки. Куртка должна быть надета поверх
327
брюк, а брезентовые рукавицы — под рукава куртки. При пото-
лочной сварке или резке рабочий должен пользоваться асбесто- j
выми или брезентовыми нарукавниками. Работать нужно в голов-
ном уборе с убранными под него волосами.
Во время производства газопламенных работ шкафы газораз-
борных постов должны быть открыты. Запрещается перемещение
рабочего с зажженным резаком или горелкой за пределами рабо-
чей зоны.
После каждого обратного удара пламени необходимо прове-
рять состояние защитного устройства, рукавов, герметичности
вентилей и крепления сопел.
По окончании работы вентили баллонов и задвижки газопро-
водов должны быть закрыты. Нажимные винты редукторов следу-
ет вывернуть до полного освобождения пружин. Газы из рукавов
выпускают в атмосферу, после чего вентили горелок и резаков
плотно закрывают. При длительных перерывах в работе рукава от-
соединяют от источников газопитания и сворачивают в бухту. За- ’
тем отключают электропитание (для оборудования, имеющего его).
Вентиляцию отключают после выполнения всех перечисленных
выше действий. На рабочих местах не должны оставаться тлеющие ’
предметы (ветошь, изоляционный материал и т.п.), а также рас-
плавленный и горячий металл. (
При испытаниях и эксплуатации газопламенного оборудова- :
ния необходимо соблюдать Правила пожарной безопасности в РФ ’
(1993 г.), Правила устройства и безопасной эксплуатации сосу- (
дов, работающих под давлением (1996 г.), Правила безопасности :
в газовом хозяйстве (2000 г.) и Межотраслевые правила по охране ?
труда при производстве ацетилена, кислорода, процессе напылс- 1
ния и газопламенной обработке металлов (2001 г.), утвержденные )
Государственной противопожарной службой МВД России и Гос- ;
гортехнадзором России.
Контрольные вопросы
1. Кто может быть допущен к производству работ но газопламенной
обработке?
2. Как обеспечить нормальные санитарно-гигиенические условия и
очистку удаляемых газов при газопламенной обработке?
3. Как защищают органы зрения и слуха при газопламенной обра-
ботке?
4. Какие действия должен совершить газосварщик после обратного
удара пламени?
5, Какие операции должен выполнить рабочий, занимающийся газо-
пламенной обработкой, по окончании работы?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антонов И. А. Газопламенная обработка металлов. — М.: Машино-
строение, 1976.
2. Васильев К. В. Воздушно-плазменная резка. — М.: Машиностроение,
1976.
3. Васильев К.В. Плазменно-дуговая резка. — М.: Машиностроение,
1974.
4, Глизманенко Д.Л., Евсеев Ю.Б. Газовая сварка и резка материалов. —•
М.: Машгиз, 1961.
5. Головненко В. С., Доброленский В. IT., Мисюров И.П. Тепловая резка
металлов в судостроении. — Л.: Судостроение, 1975.
6. Григорьянц А. Г., Соколов А. А. Лазерная обработка металлических ма-
териалов. — М.: Высш, шк., 1988.
7. Кудинов В. В., Иванов В. М. Нанесение плазмой тугоплавких покры-
тий. — М.: Машиностроение, 1981.
8. Никифоров Н.И., Антонов И. А., Нешумова С. И. Газопламенная об-
работка металлов: Справочник. — М.: Машиностроение, 1995.
9. Полевой Г. В., Сухинин Г. К. Пламенная и газотермическая обработка
материалов. — М.: Машиностроение, 1993.
10. Спектор О.Ш., Сухинин ГК. Кислородная резка высокопрочных
сталей. — М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980.
11. Сухинин Г. К. Резка металлов большой толщины. — М.: Машино-
строение, 1983.
ОГЛАВЛЕНИЕ
едисловие.................................................. 3
щенис......................................................4
ЗДЕЛ I.
лава I
лава 2
лава 3
лава 4
ГАЗОВОЕ ПЛАМЯ. ГАЗЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ.................... 7
Сварочное пламя.................................7
1.1. Основные свойства сварочного пламени...... 7
1.2. Химический состав пламени................. 9
1.3. Тепловые характеристики сварочного пламени.11
Горючие газы, применяемые при газопламенной
обработке......................................15
2.1. Ацетилен. Основные свойства и способы
его получения.............................15
2.2. Заменители ацетилена......................28
Кислород ......................................35
3.1. Основные свойства кислорода...............35
3.2. Промышленное получение и применение
кислорода.................................36
3.3. Оборудование для транспортирования
и газификации жидкого кислорода...........38
Газовые коммуникации и оборудование постов.....42
4.1. Организация рабочего поста газосварщика
и газорезчика.............................42
4.2. Баллоны...................................44
4.3. Перепускные рампы.........................49
4.4. Газовые редукторы и регуляторы давления газа ....51
4.5. Газопроводы и рукава для горючих газов
и кислорода...............................60
4.6. Предохранительные затворы и огне преградители ....63
4,7. Оборудование рабочих постов...............67
4.8. Горелки для газопламенной обработки ......68
1ДЕЛ II
лава 5
ГАЗОВАЯ СВАРКА................................
Металлургические процессы при газовой сварке .
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
Физико-химические процессы.........
Флюсы .............................
Структурные превращения в сварном шве
и околошовной зоне.................
Напряжения и деформации............
Технология газовой сварки...............
6.1. Типы сварных соединений............
...77
...77
...77
...79
лава 6
...80
...83
...84
...84
6.2. Техника и технология газовой сварки ................................86
6.3. Дефекты сварных швов................................................92
Глава 7. Сварка сталей...........................................................94
7.1. Сварка углеродистых сталей..........................................94
7.2. Сварка легированных сталей..........................................97
Глава 8. Сварка чугуна........................................................ 100
Глава 9. Сварка цветных металлов и их сплавов...................................104
9.1. Общие положения....................................................104
9.2. Сварка меди и ее сплавов...........................................105
9.3. Сварка алюминия и его сплавов......................................113
9.4. Сварка магниевых сплавов...........................................115
9.5. Сварка никеля и его
сплавов.............................................................117
Глава 10. Газопрессовая сварка....................................................119
10.1. Сущность процесса и области применения..119
10.2. Оборудование и технология газопрессовой
сварки ......................................120
РАЗДЕЛ III. ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПАЙКА, НАПЛАВКА
И ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА.......................................126
Глава 11. Пайка металлов..................126
11.1. Сущность процесса и области применения..126
11.2. Припои............................................................127
11.3. Флюсы.............................................................130
11.4. Технология пайки..................................................131
Глава 12. Наплавка........................133
12.1. Общие положения ..................................................133
12.2. Наплавка цветных металлов.........................................134
12.3. Наплавка твердых сплавов..........................................136
Глава 13. Пламенная поверхностная закалка.139
13.1. Сущность процесса и области применения............................139
13.2.- Технология пламенной поверхностной закалки.... 141
РАЗДЕЛ IV. КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ.................................146
Глава 14. Физико-химические процессы
при кислородной резке...................................................146
14.1. Сущность кислородной резки, классификация
и области применения.........................146
14.2. Подогревающее пламя...............................................151
14.3. Струя режущего кислорода........................................ 153
14.4. Температурное поле. Влияние процесса резки
на химический состав, структуру и свойства
металла поверхности кромок...................157
Глава 15. Аппаратура Для ручной кислородной резки.................................163
15.1. Ручные резаки.....................................................163
15.2. Универсальные резаки..............................................164
15.3. Специальные резаки................................................172
Глава 16. Машины для кислородной резки....175
16.1. Общие вопросы.....................................................175
331
в
16.2.
16.3.
16.4.
Типы машин............................
Системы контурного управления ........
ди опарные машины для резки листовой
. 176
. 177
Ста
стати
Пер
стати...................................
Специализированные машины..............
Машины и автоматизированные комплексы
для термической резки профильного проката..207
а 17. Технология разделительной кислородной резки....210
17.1. Техника и технологические особенности резки
стали средней толщины.......................
17.2. Резка стали малой толщины. Пакетная резка
17.3.
17.4.
....182
16.5.
16.6.
16.7.
17.5.
еносные машины для резки листовой
.... 197
.... 201
..210
..222
Резка стали большой толщины.............224
Повышение производительности и качества
резки.................................. 226
Резка титана и его сплавов............. 234
а. 18. Специальные виды кислородной резки....... 237
18.1. Поверхностная кислородная резка. Сущность
процесса и области применения.........
Кислородно-флюсовая резка. Сущность
процесса и области применения....
Резка кислородным копьем.........
Подводная резка...................
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ
ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ.................
Кислородно- и воздушно-дуговая резка..
Плазм енн
20.1.
20.2.
20.3.
20.4.
20.5.
18.2.
18.3.
18.4.
.237
...241
...255
...257
в а
в а
19.
20.
в
в л
21.
VI.
22.
io-дуговая резка металлов...........
Сущность процесса......................
Плазмообразующие среды.................
Рсж /шие плазмотроны...................
Оборудование для резки.................
Технологические особенности резки .....
Газолазерная резка..........................
21.1. Теплофизическис и энергетические
характеристики источника теплоты ...........
Технологические особенности газолазерной
резки .................................
Точность резки и качество поверхности..
Обо зудование для газолазерной резки...
...260
...260
...263
...263 !
...265
...267
...270
...277
...282
.282
21.2
21.3.
21.4.
...283
...288
...290
ГАЗОТЕГ МИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ
ПОКРЫТИЙ.......................
Физико-х
напылени <
22.1. Сущность процесса и области применения.
22.2. Особенности процесса напыления
и свойства металлизационпых покрытий.....
...293
ямические процессы при газотермическом
.........................................293
.293
....294
Глава 23. Оборудование для газотермического напыления
покрытий..................................................302
23.1. Оборудование для газопламенного напыления....302
23.2. Оборудование для электро дугового напыления... 307
23.3. Оборудование для плазменного напыления.....310
Глава 24. Технология газотермического напыления покрытий...314
24.1, Подготовка поверхности....................314
24.2. Напыление покрытий при восстановлении
геометрических размеров деталей.................315
24.3, Напыление антикоррозионных покрытий.......317
24.4. Напыление антифрикционных покрытий........318
24.5. Напыление покрытий из тугоплавких
материалов......................................320
24.6. Напыление покрытий из полимерных
материалов......................................322
Глава 25. Техника безопасности при газопламенной
обработке материалов........................................323
Список литературы...........................................329