Газовая резка: Исчерпывающее руководство

Вот оптимизированная версия представленного абзаца:

1. Введение в газовую резку

Кислородная резка, также известная как пламенная резка или оксиацетиленовая резка, - это высокоэффективный процесс термической резки, широко используемый в производстве оборудования. Этот метод использует экзотермическую реакцию между чистым кислородом и нагретым металлом для создания точных разрезов в черных материалах.

Простота и удобство эксплуатации оборудования для кислородной резки делают его особенно подходящим для обработки углеродистой и низколегированной стали. Оно позволяет выполнять точные разрезы по прямым линиям, окружностям и сложным формам, а также работать с широким диапазоном толщины материала, обычно от 5 мм до 300 мм.

Последние достижения в области технологий ЧПУ, фотоэлектрических систем слежения и высокопроизводительных режущих сопел значительно расширили возможности автоматизации кислородной резки. Эти инновации позволили повысить точность резки, увеличить производительность и уменьшить зависимость от оператора.

В процессе кислородной резки используется резак, в котором топливный газ (обычно ацетилен) смешивается с кислородом, создавая высокотемпературное пламя. Это пламя предварительно нагревает металл в месте резки до температуры воспламенения (примерно 870°C для низкоуглеродистой стали). Затем на предварительно нагретый участок направляется струя чистого кислорода, инициирующая быструю реакцию окисления. Образовавшийся расплавленный оксид вылетает из пропила под действием струи кислорода, создавая чистый срез.

Для достижения оптимальной производительности резки чистота кислорода должна превышать 99,5%. Хотя ацетилен является предпочтительным топливным газом из-за его высокой температуры пламени (3160°C) и эффективности резки, альтернативные топливные газы, такие как пропан, природный газ или газ MAPP, могут использоваться в особых случаях или когда ацетилен недоступен.

Резак - важнейший компонент оборудования для кислородной резки. Его конструкция влияет на скорость, качество и общую эффективность резки. Современные резаки часто оснащаются такими функциями, как многопламенный предварительный нагрев, высокоскоростные сопла и эргономичные конструкции для повышения производительности и удобства оператора.

Системы кислородной резки варьируются от портативных ручных установок с использованием газовых баллонов до сложных автоматизированных машин. Современные системы могут включать в себя несколько режущих головок, компьютерное числовое управление (ЧПУ) и интегрированное программное обеспечение CAD/CAM для выполнения сложных операций резки. Эти автоматизированные системы особенно полезны в условиях массового производства, обеспечивая повышенную производительность и стабильность.

К основным преимуществам кислородной резки относятся:

1. Возможность резки толстых материалов (до 300 мм и более)
2. Низкая стоимость оборудования по сравнению с другими методами термической резки
3. Возможность прямой резки фасок
4. Минимальная зона термического воздействия (HAZ) при правильном выполнении
5. Пригодность для работы в полевых условиях благодаря портативности

Однако важно отметить, что кислородная резка ограничена черными материалами и может не подходить для высокоточных работ или резки тонких материалов (менее 5 мм), где более уместной может оказаться плазменная или лазерная резка.

2. Механизм и условия газовой резки

Газовая резка, также известная как кислородная резка, - это процесс термической резки, в котором для разрезания металлов используется комбинация топливного газа и кислорода. Механизм включает в себя предварительный нагрев металла до температуры воспламенения, а затем быстрое окисление его потоком кислорода высокой чистоты. Этот процесс создает непрерывный, точный рез через заготовку.

Механизм резки происходит в следующие этапы:

1. Предварительный нагрев: Кислородно-ацетиленовое пламя нагревает металл в месте резки до температуры воспламенения.
2. Окисление: Высокоскоростной поток чистого кислорода направляется на предварительно нагретый металл, инициируя быстрое окисление.
3. Плавление: Тепло, выделяемое в результате экзотермической реакции окисления, расплавляет металл и его оксиды.
4. Удаление: Струя кислорода под высоким давлением удаляет расплавленный металл и окислы из пропила, создавая чистый срез.
5. Прогрессия: По мере продвижения резака этот процесс постоянно повторяется, создавая непрерывный разрез заготовки.

Для успешной газовой резки необходимо соблюдение следующих условий:

1. Температура воспламенения: Температура воспламенения металла должна быть ниже температуры его плавления, чтобы окисление началось до того, как металл разжижится.
2. Температура плавления оксида: Температура плавления оксида металла должна быть ниже температуры плавления основного металла, чтобы облегчить его удаление.
3. Экзотермическая реакция: Металл должен выделять достаточное количество тепла во время горения. При резке низкоуглеродистой стали примерно 70% от общего количества необходимого тепла приходится на экзотермическую реакцию, в то время как предварительный подогрев пламени вносит лишь 15-30%.
4. Теплопроводность: Металл должен обладать умеренной теплопроводностью. Чрезмерная теплопроводность приводит к быстрому отводу тепла, препятствуя началу или продолжению процесса резки. Именно поэтому такие высокопроводящие металлы, как медь, трудно резать этим методом.
5. Текучесть оксидов: Образующиеся оксиды должны обладать хорошей текучестью, чтобы обеспечить эффективное удаление потоком кислорода, поддерживая беспрепятственный процесс резки.
6. Совместимость с материалами: Такие металлы, как низкоуглеродистая сталь, среднеуглеродистая сталь и некоторые низколегированные стали, хорошо подходят для газовой резки. Однако высокоуглеродистая сталь, чугун, нержавеющая сталь и цветные металлы, такие как медь и алюминий, как правило, не подходят из-за несоответствия одному или нескольким из вышеперечисленных условий.

3. Оборудование для газовой резки

Машины газовой резки - это автоматизированные системы, которые заменяют ручные резаки, обеспечивая повышенную производительность, превосходное качество резки, снижение утомляемости оператора и экономическую эффективность процессов изготовления металлов.

1) Полуавтоматическая машина газовой резки:

Эта система состоит из компактной самоходной каретки, которая направляет режущую насадку по заранее заданной траектории. Движение каретки автоматизировано, но траектория движения требует ручной настройки, что обеспечивает баланс между автоматизацией и контролем оператора.

2) Машина для газовой резки профиля:

a) Портальный тип: Используется прочная портальная конструкция, в которой режущая насадка перемещается по профилю заготовки с помощью прецизионных колесных механизмов, обеспечивая стабильность и точность при выполнении сложных операций резки.

b) Тип с поворотным рычагом: Использует шарнирную систему рычагов, которая поворачивается для направления режущей насадки, обеспечивая повышенную гибкость для резки сложных профилей, особенно подходящих для изогнутых или неправильных форм.

3) Фотоэлектрическая машина для газовой резки с отслеживанием:

В этой передовой системе используются фотоэлектрические датчики для обнаружения и следования предварительно нарисованным шаблонам или лекалам. Резак автоматически направляется вдоль профиля, обеспечивая высокоточную автоматизированную резку сложных форм при минимальном вмешательстве оператора.

4) Машина газовой резки с ЧПУ:

Компьютерное числовое управление (ЧПУ) представляет собой сложную методологию управления, в которой цифровые инструкции управляют работой станка. В системах газовой резки с ЧПУ компьютер интерпретирует и выполняет запрограммированные траектории резки, контролируя такие параметры, как движение резака, скорость резки и расход газа. Эта технология позволяет:

• Точное воспроизведение сложных рисунков резки
• Оптимизация параметров резки для различных типов и толщины материалов
• Интеграция с системами CAD/CAM для оптимизации рабочих процессов проектирования и производства
• Повышенная повторяемость и согласованность в сценариях крупносерийного производства

Современные газорезательные станки с ЧПУ часто оснащаются многоосевым управлением, позволяющим выполнять косые резы и 3D-профилирование, что еще больше расширяет их возможности в передовых процессах изготовления металлов.

4. Процесс газовой резки

Процесс газовой резки включает в себя давление режущего кислорода, скорость резки, эффективность подогревающего пламени, угол наклона режущего сопла и заготовки, а также расстояние между режущим соплом и заготовкой.

1) Давление режущего кислорода:

На него влияют толщина заготовки, тип режущей насадки и чистота кислорода.

При резке тонких материалов используйте меньший размер режущей насадки и более низкое давление кислорода.

Чистота кислорода оказывает значительное влияние на скорость резки, расход газа и качество реза.

2) Скорость резки:

Она зависит от толщины заготовки и формы режущего сопла. При увеличении толщины скорость резки снижается.

Скорость резки не должна быть слишком быстрой или слишком медленной, так как это может привести к чрезмерному сопротивлению и неполному срезу.

Правильность выбора скорости резания в основном оценивается по величине сопротивления в разрезе.

3) Эффективность пламени предварительного нагрева:

 Для предварительного нагрева при газовой резке используется нейтральное или слегка окисляющее пламя, а науглероживающее пламя использовать не следует.

 Эффективность пламени предварительного нагрева выражается в расходе горючего газа в час.

 Эффективность пламени предварительного нагрева зависит от толщины заготовки.

4) Угол наклона режущей насадки и заготовки:

Угол наклона режущей насадки и заготовки определяется в первую очередь толщиной заготовки.

Угол наклона режущей насадки и заготовки напрямую влияет на скорость резки и сопротивление.

Наклон назад может уменьшить сопротивление и увеличить скорость резки.

5) Расстояние между режущим соплом и поверхностью заготовки:

Расстояние между режущим соплом и поверхностью заготовки должно определяться в зависимости от длины пламени предварительного нагрева и толщины заготовки, обычно около 3-5 мм.

Если δ<20 мм, пламя может быть длиннее, и расстояние может быть соответственно увеличено.

Когда δ>=20 мм, пламя должно быть короче, и расстояние может быть уменьшено.

6) Требования к качеству газовых резаков:

Поверхность газовой резки должна быть гладкой и чистой, с равномерными грубыми и тонкими линиями. Шлак оксида железа, образующийся при газовой резке, легко отделяется. Зазор в газовой резке должен быть узким и равномерным, не должно быть расплавления стальная пластина края.

Критерии оценки и градация качества среза:

a) Шероховатость поверхности: Шероховатость поверхности - это расстояние между пиками и долинами на поверхности резания (среднее из пяти произвольных точек), обозначенное G.

b) Плоскостность: Плоскостность относится к уровню неровностей вдоль направления резания, перпендикулярного поверхности резания. Она рассчитывается в процентах от толщины δ разрезанного стального листа и обозначается B.

c) Степень оплавления верхней кромки: Означает степень плавления или разрушения в процессе газовой резки, проявляющуюся в наличии разрушенных углов и образовании прерывистых или непрерывных капель или расплавленных полос, обозначаемых S.

г) Навеска шлака: Шлак - это оксид железа, прилипший к нижнему краю поверхности среза. Он подразделяется на различные классы в зависимости от степени прилипания и сложности удаления, обозначаемые буквами Z.

д) Максимальное расстояние между дефектами: Максимальное расстояние между дефектами означает появление канавок на поверхности реза вдоль направления линии реза из-за вибраций или прерываний, вызывающих резкое снижение шероховатости поверхности. Глубина канавки составляет от 0,32 мм до 1,2 мм, а ширина канавки не превышает 5 мм. Такие канавки считаются дефектами. Максимальное расстояние между дефектами обозначается Q.

f) Прямолинейность: Прямолинейность - это промежуток между прямой линией, соединяющей начальную и конечную точки вдоль направления резания, и поверхностью резания в виде короны. Она обозначается P.

g) Перпендикулярность: Перпендикулярность - это максимальное отклонение между фактической поверхностью реза и перпендикулярной линией к поверхности разрезаемого металла.

7) Причины и методы предотвращения распространенных дефектов:

(1) Чрезмерная ширина и грубая поверхность среза:

Это происходит из-за чрезмерного давления режущего кислорода. Если давление режущего кислорода слишком низкое, шлак не может выдуваться, в результате чего он слипается и его трудно удалить.

Профилактика: Отрегулируйте давление режущего кислорода до уровня, соответствующего требуемой ширине реза и шероховатости поверхности.

(2) Неровная поверхность или оплавление краев:

Это вызвано чрезмерной интенсивностью пламени предварительного нагрева или медленная резка скорость. Недостаточная интенсивность пламени предварительного нагрева может привести к перерывам в процессе резки и неровной поверхности.

Профилактика: Обеспечьте соответствующую интенсивность пламени предварительного нагрева, чтобы добиться равномерного и ровного среза.

(3) Чрезмерное сопротивление после резки:

Это происходит при слишком высокой скорости резки, что приводит к чрезмерному сопротивлению и неполному резу. В тяжелых случаях шлак может вылетать вверх и вызывать перегрев.

Профилактика: Настройте скорость резки на соответствующий уровень, чтобы обеспечить правильную резку без чрезмерного сопротивления.

8) Способы улучшения качества поверхности среза:

(1) Правильное давление режущего кислорода:

Избыточное давление режущего кислорода может привести к более широкому резу и шероховатой поверхности, при этом кислород расходуется впустую. Недостаточное давление режущего кислорода может привести к слипанию шлака и затруднению его удаления.

Решение: Отрегулируйте давление режущего кислорода до уровня, соответствующего требуемому качеству резки.

(2) Правильная интенсивность пламени предварительного нагрева:

Чрезмерная интенсивность пламени предварительного нагрева может привести к оплавлению кромок на поверхности реза, а недостаточная интенсивность - к прерыванию процесса резки и неровной поверхности.

Решение: Обеспечьте соответствующую интенсивность пламени предварительного нагрева для получения гладкого и ровного среза.

(3) Правильная скорость резки:

Слишком высокая скорость резки может привести к чрезмерному сопротивлению, неполному резу, вылету шлака вверх, что приведет к перегреву. При слишком низкой скорости резки края стального листа могут расплавиться, в результате чего будет расходоваться газ, а тонкие листы могут подвергнуться чрезмерной деформации и слипанию, что затруднит очистку после резки.

Решение: Отрегулируйте скорость резки до уровня, соответствующего требуемому качеству среза.

5. Преимущества и недостатки газовой резки

Преимущества газовой резки

1. Газовая резка обеспечивает более высокую скорость по сравнению с механическими методами резки, что значительно повышает производительность процессов изготовления металлов.
2. Он обеспечивает экономически эффективные решения для резки сложных форм и толстых профилей, которые оказываются сложными для традиционных механических методов, особенно при использовании кислородно-ацетиленовых комбинаций.
3. Первоначальные инвестиции в оборудование для газовой резки ниже, чем в механические альтернативы. Легкость и портативность оборудования делает его идеальным для работы на месте и в полевых условиях, обеспечивая гибкость в различных промышленных условиях.
4. Процесс позволяет быстро менять направление при резке малых дуг и обеспечивает эффективную резку больших заготовок без необходимости манипулирования заготовкой, так как движение требует только кислородно-ацетиленовое пламя.
5. Универсальность газовой резки позволяет выполнять как ручные, так и автоматизированные операции, адаптируясь к различным производственным требованиям и уровню квалификации.
6. Портативность оборудования облегчает резку на месте, снижая транспортные расходы и логистические сложности, связанные с крупными металлическими деталями.
7. Большие металлические листы можно обрабатывать быстро и эффективно, маневрируя резаком, что устраняет необходимость в сложных системах перемещения материалов.

Недостатки газовой резки

• При выполнении операций резки на больших площадях газовая резка может оказаться не самым эффективным и точным методом, поэтому для достижения оптимальных результатов могут потребоваться альтернативные технологии.
• Допуск на размеры, достигаемый при газовой резке, значительно ниже, чем при использовании прецизионных механических режущих инструментов, что может привести к необходимости проведения дополнительных операций чистовой обработки при выполнении работ с жесткими допусками.
• Хотя газовая резка способна резать металлы, подверженные окислению, такие как титан, ее применение в промышленности в основном ограничивается черными материалами, такими как сталь и чугун, что ограничивает ее универсальность для всех типов металлов.
• Высокотемпературное пламя предварительного нагрева и выбрасываемый расплавленный шлак представляют значительную пожароопасность и риск ожогов для операторов, что требует соблюдения строгих правил безопасности и использования защитного оборудования.
• Правильные системы вытяжки и вентиляции необходимы для борьбы с побочными продуктами сгорания топлива и окисления металлов, обеспечивая безопасность на рабочем месте и соблюдение экологических норм.
• Для достижения удовлетворительных результатов при резке высоколегированных сталей и некоторых сортов чугуна могут потребоваться модификации процесса или специальные методы.
• При резке сталей высокой твердости часто требуется предварительный нагрев перед резкой и контролируемое охлаждение после резки для управления металлургической структурой и поддержания желаемых механических свойств вблизи кромки реза, что усложняет процесс.

6. Применение газовой резки

Широко используется в сталелитейном производстве для прецизионной резки листов и подготовки скосов сварных швов, обеспечивая эффективные процессы соединения при изготовлении металлоконструкций и тяжелого оборудования.

Высокоэффективный инструмент для удаления литниковых систем в крупных отливках, способный работать со значительными толщинами, превышающими 300 мм. Это делает его незаменимым в литейном производстве и при изготовлении тяжелых промышленных деталей.

Используется в основном для резки различных марок углеродистой и низколегированной стали, предлагая экономичное решение для материалов с толстым сечением, где другие методы резки могут быть менее эффективными или экономичными.

При обработке высокоуглеродистой или низколегированной стали, склонной к закалке, необходимы особые меры предосторожности для предотвращения закалки кромок или образования трещин:

• Увеличьте интенсивность пламени предварительного нагрева, чтобы замедлить скорость охлаждения
• Уменьшите скорость резки, чтобы обеспечить более равномерное распределение тепла
• В крайних случаях осуществляйте контролируемый предварительный нагрев всей заготовки перед резкой Эти меры обеспечивают сохранение свойств материала и целостности структуры, что особенно важно при работе в условиях высоких нагрузок или при необходимости дальнейшей обработки.

Газовая резка находит широкое применение в судостроении, строительстве и разрушении, где ее способность разрезать толстые листы и неправильные формы является преимуществом.

При изготовлении труб газовая резка используется для создания точных фасок и седловин, что способствует правильной подгонке труб при строительстве трубопроводов и производстве сосудов под давлением.