Milling-master.ru

В помощь хозяину
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология сварки плавлением и термической резки

Сварка плавлением

Не всегда удаётся целиком изготовить разнообразные железные конструкции. В каких-то случаях нет целесообразности их изготовления из одной заготовки ввиду большого количества нежелательных отходов, в других случаях габариты деталей не позволят провести нормальную механическую обработку. Поэтому были изобретены разнообразные способы соединения заготовок между собой. Это всевозможные резьбовые соединения, склеивание деталей, пайка, а также, известная всем, сварка. Она применима не только к деталям и заготовкам, изготовленным из разнообразных металлов и их сплавов, но и вообще к любым материалам, которые можно расплавить. Различают несколько видов сварки: та, где требуется только нагрев для плавления материала, где требуется только давление и комбинированные. Ниже будет рассмотрен вариант сварки методом плавления.

Сварка плавлением

Процесс сварки – это метод соединения двух и более металлических деталей путём термического плавления кромок соединяемых заготовок. Будучи в расплавленном состоянии, металл, из которого состоят заготовки, смешивается и на этом месте образуется прочное неразъемное соединение. После остывания, на месте расплавленного металла образуется так называемый сварочный шов. Этот процесс чем-то сходный с литьём, но в ограниченных размерах. Нынче сварка нашла широкое применение для соединения двух и более заготовок как в промышленных масштабах, так и при кустарном производстве металлических изделий. Также её используют в процессе ремонта разнообразных узлов, так как она позволяет провести наплавление металла там, где он сточился.

В зависимости от того, какой способ нагрева материала заготовки до точки плавления выбран, разделяют несколько видов сварки, о которых поговорим ниже.

Классификация видов сварки плавлением

В зависимости от источника термической энергии, который способен нагреть кромки деталей до температуры плавления, сварка плавлением делится на электрическую, газовую и другие виды сварки. Электрическую опять же можно разделить на электродуговую и индукционную. Рассмотрим наиболее применяемые как в быту, так и промышленности виды. Наибольшее применение получила электродуговая и газовая виды сварок. В случае электродуговой, плавление металла происходит за счёт высокой температуры электрической дуги (около 5000 градусов), которая возникает между заготовкой и электродом. При использовании газовой сварки, источником тепла, способным довести сталь до точки плавления, является горящий газ или смесь газов (например, пропан и кислород с температурой горения до 2050 градусов). Присадочным материалом для шва в таком виде сваривания чаще всего применяется либо отдельная специальная присадка, либо его роль играет металл из тела заготовки.

И также, в зависимости от типа применяемого электрода, можно выделить следующие виды сварки:

  • С применением плавящегося электрода. Шов образуется в процессе плавления электрода, покрытого специальной обмазкой. Его подбирают индивидуально, в зависимости от видов соединяемых сталей. Не применяется при соединении тонких листовых металлов из-за чрезмерного их перегрева, частых прожогов.
  • С применением неплавящегося электрода. Он изготовлен из тугоплавкого металла, чаще всего вольфрамовый сплав и предназначен только для розжига и поддержания дуги. Сварку зачастую производят в среде защитного инертного газа, который изолирует шов от содержащегося в окружающем воздухе азота. Наиболее часто применим в случае листовых изделий.

Другие виды сварки стали плавлением, такие как индукционная, лазерная, плазменная и др., пока ещё не нашли широкого применения ввиду дороговизны оборудования, поэтому рассматриваться не будут.

Принцип сваривания

Как говорилось выше, принцип сваривания плавлением основан на процессе смешивания расплавленного металла в зоне сваривания, с образованием прочного, неразборного соединения. Источник тепловой энергии, имеющий довольно большую мощность, концентрирует тепловую энергию на малой площади сварочной ванны. Именно в этой ванне и находится доведённый до точки плавления сплав, который туда подаётся либо с использованием электрода, либо со специальной проволокой (в случае сваривания несгораемым электродом). Перемещая источник тепловой энергии вдоль кромки соединяемых деталей, перемещают и сварочную ванну, постепенно добавляя в неё присадочный материал. После остывания, материал ванны кристаллизуется, что приводит к образованию прочного сварного шва.

Процесс розжига высокотемпературной дуги состоит из трёх последовательных действий. Сначала электродом касаются заготовки, в результате чего получается короткое замыкание, вызывающее нагрев его кончика. Далее, кончик отводят на небольшое расстояние от детали, это расстояние подбирается опытным путём. Оно должно быть таким, при котором дуга наиболее устойчива. Разогрев электрода необходим для устойчивой экзоэмиссии электронов, которая также гарантирует устойчивую электрическую дугу.

Принцип сварки плавлением

При плавлении электрода происходит перенос присадочного материала в сварную ванну, и детали соединяются. На некоторых сварочных аппаратах, предназначенных для сварки несгораемым электродом, поджиг дуги является бесконтактным. Он выполняется специальным устройством, называемым осциллятором.

Специфические черты

Спецификой процесса сваривания металлов является то, что в результате образуется единая целая деталь, даже если в процессе применялись различные разнородные металлы. Для такого типа соединения требуется только нагрев, который способен вызвать плавление материала из которого состоят соединяемые детали. Исходя из того, какие металлы (или их сплавы) соединяются, необходимо правильно выбрать присадочную проволоку или электрод.

Разновидности применяемых электродов

Качественный шов можно получить только при правильном подборе присадочного материала, поэтому на их разновидностях стоит заострить внимание. Сварочный электрод представляет собой стальной пруток, покрытый специальной обмазкой, которая плавится в процессе сварки и защищает шов от воздействия азота из воздуха. В случае сварки несгораемым электродом или газовой, обмазка не требуется, шов защищает инертный газ или пламя из горелки. Поэтому, в принципе, электрод, проволока и другой присадочный материал практически одно и то же.

Присадочный материал, из которого полностью состоит проволока, играет первостепенную роль в прочности шва. В процессе нагрева и плавления из сплавов выгорают легирующие элементы, ухудшая при этом качество соединения. Для того чтобы этого избежать, выбираются прутки из стали, которые по степени легирования равны соединяемым маркам или даже выше их. В случае если марки сплавов разные, степень легирования оценивается по максимально легированному сплаву. Избыток легирующих элементов компенсирует их выгорание.

Если марки сталей неизвестны, а также отсутствует возможность их определить, то используется специальный переходной (его ещё называют буферным) электрод или специальная присадочная проволока. Он позволяет сварить даже разнородные стали, например, такие, как нержавейка и простая чёрная низколегированная сталь, играя роль переходного материала.

Требования к сварочным швам

Требования, которые могут предъявляться к сварочным швам, по большей мере зависят от конечного назначения готовой конструкции. Тем не менее можно выделить несколько общих требований, которым должны удовлетворять соединения такого типа. Твёрдость и предел прочности сварного соединения должны иметь такие же показатели (или близкие), как и показатели основного металла. Испытания проводят на специальном оборудовании с образцом готового изделия.

Визуально контроль качества шва проверяют следующим образом. После завершения сварочных работ, производится очистка швов от шлака и окислов, также убираются все вспомогательные приспособления. Шов должен быть однородным, мелкочешуйчатым и иметь равномерную ширину. Наплывы, прожоги, сужения или перерывы должны отсутствовать. Металл, который наплавлен должен быть однородным, не иметь пор или поверхностных трещин.

Сварка плавлением

За счет простоты выполнения и надежности наибольшее распространение сварка плавлением получила в строительстве для монтажа металлоконструкций. В промышленности этим способом соединяют детали производимой продукции ― от бытовых приборов до космической техники. В домашних условиях сварку используют для ремонта и сборки несложных металлических конструкций.

Сущность процесса сварки плавлением

Сварка плавлением ― это способ соединения заготовок методом расплавления соприкасающихся поверхностей без сжатия. Источник энергии должен обеспечивать мощность, достаточную для плавления кромок деталей и присадочного материала. Для образования сварочной ванны, которая представляет собой смесь жидких металлов, пламя концентрируют на небольшом участке стыка. При перемещении места приложения тепловой энергии вдоль линии соединения после остывания создается сварочный шов по всей длине.

Вместе с металлом плавятся загрязнения, поэтому на поверхности ванны образуется шлак. Верхние слои нагреваются выше температуры плавления, что приводит к изменению структуры и механических характеристик шва после остывания. К достоинствам сварки плавлением относят универсальность и возможность соединения разнородных металлов.

Читать еще:  3д фрезеровка по дереву цена

Виды сварки плавлением

В зависимости от источника тепла к основным видам сварки плавлением относят электрическую и газовую. По способу выполнения электрический вид подразделяется на несколько разновидностей.

Газовая

Газовая сварка плавлением за счет плавного нагрева позволяет соединять заготовки из чугуна, цветных металлов, высокоуглеродистой стали. Зазор между деталями заполняют присадочной проволокой, которая плавится вместе с основным металлом. Стык нагревают пламенем горелки, которое образуется при сгорании смеси кислорода с горючим газом:

  • ацетиленом;
  • бутаном;
  • пропаном;
  • водородом;
  • парами керосина или бензина.

Для газовой сварки не требуется электроэнергия, поэтому ремонтные работы можно проводить даже в чистом поле. Недостатком считают невозможность работы с заготовками толщиной больше 5 мм.

Электродуговая

Электродуговая сварка выполняется за счет тепла дуги, которая возникает при прохождении тока через электрод и заготовки. Из расплавленного металла деталей и электрода или присадочной проволоки образуется сварочная ванна. После остывания формируется шов. Разновидности классифицируют по следующим признакам:

  • виду тока ― переменный или постоянный; когда на электроде минус, полярность прямая, если плюс ― обратная;
  • типу электрода ― плавящийся, неплавящийся;
  • уровню механизации ― ручная, полу и полностью автоматическая;
  • виду дуги ― прямого действия (между металлом и электродом), косвенного (между двумя электродами);
  • способу защиты места сварки ― инертный газ, флюс, покрытие электрода.

Металл плавящегося электрода должен быть таким же, как у заготовок или близким по составу. Когда марку стали определить невозможно варят переходным (буферным) электродом. Его также используют для соединения элементов из стали с разным составом. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые, графитовые, угольные стержни. Присадочная проволока и свариваемые детали должны быть близкими по химическому составу.

Плазменная

Нагревание осуществляется за счет энергии дугового разряда внутри плазмотрона. Поток газа (аргон, азот, воздух) проходит через канал с горящей дугой, ионизируется, выводится через сопло наружу в виде потока плазмы с температурой больше 5500⁰C. Для защиты от перегрева сопло охлаждают проточной водой. Газ нагревается дугой косвенного действия между встроенными электродами.

Плазменная сварка применяется в авиа и приборостроительной отрасли для работы с молибденом, вольфрамом, нержавеющей сталью, никелевыми сплавами. За счет большой глубины плавления можно соединять листы металла толщиной 9 мм. Качественная сварка алюминиевых сплавов проводится в среде защитного газа.

Лазерная

Кромки нагреваются лучом лазера. Среди способов сварки плавлением, этот самый точный для соединения элементов сложной конфигурации. Для снижения себестоимости процесса при массовом производстве световой поток линзами разделяют на несколько лучей, которыми одновременно нагревают несколько стыков. Для домашних работ производители выпускают компактные модели небольшой мощности. Лазером можно формировать непрерывные и точечные швы со сквозным или поверхностным плавлением.

Лазерная сварка применяется для работы с титаном, нержавеющей сталью, цветными и драгметаллами, пластиком, стеклом. Этим методом сваривают тонкостенные листы и заготовки с большой толщиной. Лазер широко используется в оборонной, космической и атомной отрасли, радиоэлектронике, автомобилестроении.

  • не нагреваются участки возле шва, что снижает риск деформирования;
  • с гибкими световодами можно работать на труднодоступных участках;
  • переход на резку без модификации аппарата;
  • не нужны расходные материалы;
  • из-за малой площади нагрева и быстрого перемещения луча расплавленный металл не успевает окислиться, поэтому работать можно без флюса и защитного газа.

К недостаткам относят высокую цену оборудования и низкий КПД.

Электрошлаковая

Этот метод основан на тепловой энергии, которая выделяется при прохождении тока от электрода к деталям через слой электропроводного расплавленного шлака (флюса). Заготовки ставят вертикально с зазором между ними. Электродная проволока подается в промежуток между деталями через один или несколько мундштуков, подключенных к источнику тока. Сварочная ванна удерживается с обеих сторон медными ползунами с водяным охлаждением. По мере заполнения зазора они вместе с мундштуками передвигаются вверх.

Электрошлаковая сварка используется в машиностроении при изготовлении крупногабаритных конструкций. Этим способом можно соединять детали из цветных металлов, стали, чугуна, титана, сплавов на основе никеля толщиной от 20 мм до 1 м и больше. Основным плюсом электрошлакового метода считают возможность сварки деталей за один проход независимо от толщины. Из минусов отмечают необходимость тепловой обработки шва для повышения пластичности.

Требования к качеству сварочных швов

Перечень требований, предъявляемых к сварным соединениям, определяется назначением готового изделия. Однако есть обязательные требования, в соответствии с которыми должен выполняться сварной шов. По твердости и прочности он не должен уступать металлу заготовок.

Для визуального контроля шов очищают от шлака и окалины, которые образуются при сварке плавлением. Ширина шва должна быть одинаковой по всей длине, поверхность мелкочешуйчатой. Не допускается наличие наплывов, пропусков, сужений. Если на металле есть поры или трещины шов бракуется.

Вид сварки плавлением выбирают в зависимости от решаемых задач. Когда приходится часто работать вне помещения удобней будут переносные дуговые аппараты или газовая горелка с баллонами. При работе на одном месте лучше выбрать полуавтоматический вариант, а для массового производства автоматический.

Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки

Особенности, трудности, способы и режимы сварки конструкционной легированной стали. Тип раздела кромок и требования к сборке под сварку. Характеристика сварочных материалов и оборудования. Последовательность выполнения работ при сварке конечного изделия.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.Т. КАЛАШНИКОВА»

КАФЕДРА «М и ТОМД и СП»

к курсовой работе

на тему: «Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки»

студент группы 1081з

ст. преподаватель Шилов С.А

1. Особенности и трудности сварки стали 23Х2НВФА

2. Способы сварки

3. Тип раздела кромок и требования к сборке под сварку

4. Сварочные материалы

5. Режимы сварки

6. Сварочное оборудование

7. Техника сварки конструкции

8. Требования и режимы после сварочных операций

Список использованных источников

1. Особенности и трудности сварки стали 23Х2НВФА

23Х2НВФА — сталь конструкционная легированная. Применяется: для изготовления ответственных штампосварных конструкций; для высоконагруженных сварных узлов и конструкций, не подвергающихся закалке или нормализации после сварки вследствие крупных габаритов или конструктивных особенностей, а также сварных и несварных деталей, работающих при температурах до +500 °С; цельнокатаных колец различного назначения.

При изготовлении сварных изделий из легированных сталей широкое применение получили стали перлитного класса типа ХГСА с меньшим или большим содержанием углерода (25ХГСА, 30ХГСА) и сложнолегированные стали с низким содержанием углерода (12Х2НВФА, 23Х2НВФА и др.). Конструкционные стали средней прочности перлитного класса в зависимости от вида термической обработки имеют следующие структуры: при отжиге — ферритно-перлитную; при закалке мартенситную или троостомартенситную; при отпуске закаленной стали -троостомартенситную, трооститную, троостосорбитную и сорбитную.

Для изготовления сварных изделий из сталей 25ХГСА и 30ХГСА с пределом прочности 1100-1300МПа после сварки применяют термическую обработку (закалку и отпуск). Изделия больших габаритных размеров целесообразно изготовлять из предварительно термически обработанных элементов. Для снятия внутренних напряжений после сварки применяют отпуск. Эти стали рекомендуется использовать для ответственных штампосварных конструкций. Стали 12Х2НВФА и 23Х2НВФА упрочняют путем термической обработки (закалки в масле с последующим отпуском или нормализации с отпуском).

2. Способы сварки

Для данной конструкции применимы 2 варианта способа сварки: сварка под слоем флюса и сварка в среде защитных газов плавящимся электродом. Рассмотрим достоинства и недостатки вышеупомянутых способов сварки.

Читать еще:  Фрезерование алюминия чпу

Сварка под флюсом

Производительность сварки, определяемая числом метров шва за час горения дуги, при сварке под флюсом значительно выше (до 10 раз), чем при сварке открытой дугой на одинаковых сварочных токах. Таким образом, производительность сварки под флюсом возрастает как за счет увеличения сварочного тока, так и за счет лучшего его использования.

Возможность резкого увеличения силы сварочного тока составляет главное, неоценимое преимущество сварки под флюсом. Заключение дуги в газовый пузырь со стенками из жидкого флюса практически сводит к нулю потери металла на угар и разбрызгивание, суммарная величина которых не превышает 2% веса расплавленного электродного металла. Сварные швы получаются равномерного и очень высокого качества. Отсутствие потерь на угар и разбрызгивание и уменьшение доли электродного металла в образовании шва позволяют весьма значительно экономить расход электродной проволоки. Лучшее использование тока заметно экономит расход электроэнергии. Так как дуга горит невидимо под толстым слоем флюса, не требуется защиты глаз работающих.

К недостаткам сварки под флюсом можно отнести невидимость места сварки, закрытого толстым слоем флюса, и довольно значительные расход и стоимость флюса. Невидимость места сварки повышает требования к точности подготовки и сборки изделия под сварку, затрудняет сварку швов сложной конфигурации. Расход флюса по весу в среднем равняется весу израсходованной проволоки, и стоимость его оказывает существенное влияние на общую стоимость сварки.

Сварка в среде защитного газа плавящимся электродом

Преимущества сварки в защитных газах следующие:

· нет необходимости применять флюсы или покрытия, следовательно, не требуется очищать швы от шлака;

· высокая производительность и степень концентрации тепла источника позволяют значительно сократить зону структурных превращений;

· незначительное взаимодействие металла шва с кислородом и азотом воздуха;

· простота наблюдения за процессом сварки;

· возможность механизации и автоматизации процессов.

Принятый вариант: Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом

Выбор защитной среды

Если сравнить два способа защиты сварочной ванны (чистый защитный газ — углекислый газ или аргон и многокомпонентные газовые смеси), то можно сделать выводы в пользу применения многокомпонентных газовых смесей. Их использование имеет следующие преимущества:

* повышается производительность сварки не менее чем в 1,5 раза без увеличения потребляемой электрической мощности (т. е. обеспечивается снижение удельных энергозатрат примерно в 1,3 раза);

* в 1,5-3 раза снижается разбрызгивание электродного металла;

* в 8-10 раз снижается набрызгивание электродного металла на сварной шов и околошовную зону, что уменьшает трудозатраты на удаление брызг с поверхности свариваемых деталей;

* снижение потерь электродного металла на разбрызгивание;

* повышение стойкости металла сварного шва против образования горячих трещин (критическая скорость деформации при сварке в СО2 составляет 22,5 мм/мин, при сварке в смеси Аr/СО2/02 — 27,1 мм/мин);

* механические свойства сварного соединения остаются на том же уровне, как и при сварке в углекислом газе, за исключением относительного удлинения, которое увеличивается примерно на 10%, и ударной вязкости, которая увеличивается существенно, в 1,5-2 раза, в зависимости от типа применяемой газовой смеси (это имеет огромное значение для металлоконструкций, работающих на открытых площадках в условиях отрицательных температур);

* стабилизация процесса сварки и улучшение микроструктуры металла шва (снижение пористости и оксидных включений);

* лучший внешний вид сварного шва;

* улучшение условий труда сварщика.

На основе вышеуказанных достоинств остановимся на сварке в смесях газов.

Принятый вариант: смеси газов Ar81%+CO219%

3. Тип раздела кромок и требования к сборке под сварку

Разделку кромок производить на кромкострогательном станке 7814 (Рис.1) Кромкострогальные станки предназначены для обработки методом строгания горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей кромок листов, пакетов листов и других длинномерных изделий из черных и цветных металлов.

Листы прижимаются к столу гидравлическими и ручными прижимами. Конструкция механизма подачи листа станка обеспечивает механизированную подачу листа в зону обработки и параллельность поверхностей противоположных кромок при обработке листа. Каретка станка с двумя суппортами обеспечивает строгание в обе стороны. Привод каретки осуществляется от электродвигателя постоянного тока.

Направляющие качения узлов каретка-станина обеспечивают минимальные потери мощности и длительное сохранение точности станка.

Рис.1. Кромкострогательный станок 7814

Гибку обечайки из заготовок 5х1570х3000 проводим на современной 4-х валковой листогибочной машине HSM-4 3100 (Рис. 2). по схеме (Рис. 3) при скорости гибки 2м/мин.

Рис. 2. Листогибочная машина HSM-4 3100

Рис. 3. Схема гибки обечайки

Толщина изгибаемого листа 40-50мм

Толщина прогиба 40мм

Ширина изгибаемого листа 3000мм

Диаметр нижних и верхних валков 520мм

Диаметр боковых валков 410мм

Минимальный диаметр подгиба 710мм

Минимальный диаметр изгиба 1560мм

Мощность двигателя 50+11кВт

Габаритные размеры 6450х2400х2300 мм

Установить струбцины. (Рис.4) с 2 противоположных сторон, установить зазор. Выполнить прихватки полуавтоматической сваркой на аппарате Origo Mig 5005i проволокой СВ-08ГСМТ в смеси Ar81%+СО219%.

Рис. 4. Струбцина

Рассмотрим два варианта проволоки Св-10НМА и Св-08ГСМТ

Сварочная омедненная проволока Св-10НМА

ГОСТ 2246. ТУ 1227-142-27286438-2006 Св-10НМА

Омедненная низколегированная проволока применяется для сварки низкоуглеродистых сталей высокой прочности под флюсом или газовой смеси (Ar-81% + CO2-19%).

Характеристика сварочной проволоки

Диаметр проволоки, мм Допуски, мм

Механические свойства наплавленного металла

Химический состав проволоки, %:

С=0,07-0,12 Si=0,12-0,35 Mn=0,40-0,70 Ni=1,0-1,50 Мо=0,40-0,55

Временное сопротивление разрыву, МПа 600

Относительное удлинение, % не менее 25

Предел текучести, МПа, не менее 480

Работа удара Кv при испытании на ударный изгиб при сварке в среде защитных газов (Ar+ CO2-5%). Т° -40°С -20°С

Минимальное среднее значение, Дж 85 100

Вид поставки Большегрузный бухта массой 700 кг

Равновесность проволоки, качественное медное покрытие обеспечивает стабильность токоподвода в контакте (проволока-наконечник).

Упорядоченная крестообразная укладка проволоки одним отрезком без сварки обеспечивает стабильность работы сварочного оборудования.

Исключает операцию возврата тарной катушки емкостью 1000 кг поставщику.

Повышает производительность сварочного оборудования.

Высвобождает производственные площади, которые предназначены для складирования пустой тарной катушки емкостью 1000 кг.

Сварочная омедненная проволока Св-08ГСМТ

ГОСТ 2246. ТУ 1227-058-27286438-2003 DIN 440 Св-08ГСМТ

Омедненная проволока применяется для автоматической и полуавтоматической сварки, низкоуглеродистой и низколегированной стали в газовой смеси (Ar-81% + CO2-19%).

Характеристика сварочной проволоки

Диаметр проволоки, мм Допуски, мм

0,8; 1,0; 1,2; 1,6 -0,04

Механические свойства наплавленного металла

Термическая резка металлов

Резка металлов — отделение частей (заготовок) от полуфабрикатов из сортового, листового или литого металла. Различают механическую резку (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубка) и термическую.

Термической резкой называют обработку металла — вырезку заготовок, строжку, создание отверстий — посредством нагрева. Паз, образующийся между частями металла в результате резки, называют резом. По форме и характеру реза резка может быть разделительной и поверхностной, по шероховатости поверхности реза — заготовительной и чистовой. Термическая резка отличается от других ее видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получения заготовок любого контура и большой толщины.

Различают три группы процессов термической резки: окислением, плавлением и плавлением – окислением.

При резке окислением металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде. Затем металл в этой зоне сжигают в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева расположенных рядом с этой зоной участков металла. Продукты сгорания выдувают из реза струей кислорода и газов, образующихся при горении металла. К резке окислением относятся кислородная резка и кислородно-флюсовая.

При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным концентрированным источником тепла до температуры выше температуры плавления. При этом расплавленный металл удаляется из зоны реза под действием сил тяжести, электродинамических и других, либо выдувается специальной струей газа. К способам резки этой группы относятся дуговая резка, воздушно-дуговая, плазменная, лазерная и др.

Резка плавлением – окислением основана на процессах, характерных для двух предыдущих групп способов резки. К способам группы резки плавлением – окислением относятся кислороднодуговая резка, кислородно-плазменная, кислородно-лазерная резка. Кислородная резка — вид термической резки окислением, заключающийся в сжигании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов.

Читать еще:  Фрезеровка алюминиевого композита

Рис. 3.75. Схема кислородной резки: 1 — струя режущего кислорода; 2 — смесь ацетилена и кислорода; 3 — основной металл; 4 — жидкий шлак

Кислородная резка является самым распространенным способом термической резки черных металлов. Он основан на том, что температура воспламенения железа в кислороде ниже температуры его плавления. Это позволяет выжигать железо кислородом без его расплавления. Процесс кислородной резки осуществляют в следующей последовательности (рис. 3.75).

Для начала горения металл 3 подогревают в начальной точке реза ацетиленокислородным пламенем 2 до температуры его воспламенения

в кислороде (например, сталь — до 1 000. 1 200 ° С). Вместо ацетилена можно использовать более дешевые газы (природный газ или пропанобутановую смесь). Затем в зону реза направляют струю режущего кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть. В результате горения (окисления) железа образуется жидкий шлак 4:

Жидкий шлак выдувается струей режущего кислорода из зоны реза. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая разогревает соседние с зоной реза участки до температуры их воспламенения в кислороде. Поэтому в дальнейшем процесс протекает без дополнительного подогрева, пока не будет разрезана вся заготовка. При этом перемещение струи кислорода осуществляется в соответствии с заданной формой реза.

Для обеспечения нормального процесса резки разрезаемый металл должен соответствовать следующим требованиям:

1) температура плавления металла должна быть выше температуры его горения в кислороде;

2) температура плавления оксидов металла должна быть ниже температуры его плавления;

3) количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки;

4) теплопроводность разрезаемого металла не должна быть слишком высокой (если теплота отводится слишком интенсивно, то процесс резки прерывается);

5) образующиеся оксиды должны быть достаточно жидкотекучими и легко выдуваться струей режущего кислорода.

Этим условиям полностью удовлетворяют только низкоуглеродистые и низколегированные стали (легированные и высоколегированные стали, чугуны, медные и алюминиевые сплавы кислородной резкой не разделяются).

Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют специальные резаки со сменными мундштуками. Ручная резка из-за неравномерности перемещения резака и вибрации режущей струи не обеспечивает высокого качества поверхности реза и требует последующей механической обработки.

Для получения реза высокого качества применяют машинную резку, которая обеспечивает равномерное перемещение резака по линии реза, строгую перпендикулярность режущей струи по отношению к разрезаемой поверхности и постоянное расстояние мундштука от поверхности металла. При машинной резке используют специальные автоматы и полуавтоматы с одним или несколькими резаками.

Кислородную резку используют для разделения металлов толщиной 5. 300 мм. При резке металла толщиной более 300 мм применяют специальные резаки.

Кислородно-флюсовая резка — вид термической резки окислением, заключающийся в сжигании металла в струе кислорода с одновременной подачей порошкообразного флюса и удалении струей кислорода образующихся оксидов.

Кислородно-флюсовой резкой режут металлы и сплавы, неподдающиеся кислородной резке из-за образования тугоплавкого нежидкотекучего шлака, изолирующего поверхность металла от струи кислорода (например, высокохромистые и хромоникелевые стали, чугуны и медные сплавы). Дополнительная подача флюса в зону реза обеспечивает при окислении флюса образование шлака, который смешивается с тугоплавким шлаком и разжижает его. Кроме того, при сжигании флюса выделяется большое количество теплоты.

Основной составляющей большинства флюсов, применяемых при резке, является железный порошок. Так, хромистые стали режут с применением железного порошка без каких-либо добавок. При резке чугуна в состав флюса дополнительно вводят до 35 % феррофосфора, а при резке меди и ее сплавов (кроме 10. 15 % феррофосфора) — до 20 % порошка алюминия.

Для кислородно-флюсовой резки применяют специальные установки, в комплект которых (кроме резаков особой конструкции) входит флюсопитатель, обеспечивающий подачу флюса в режущую струю кислорода.

Кислородно-флюсовую резку применяют для резки заготовок толщиной до 500 мм из высокохромистых и хромоникелевых сталей, серого чугуна (до 300 мм), меди (до 50 мм) и латуни (до 150 мм).

Дуговая резка — вид термической резки плавлением, заключающийся в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой. Расплавленный металл стекает по стенкам образующегося углубления (реза) под действием силы тяжести и незначительного давления дуги. При резке электрической дугой можно использовать угольные или металлические электроды.

Резку угольным электродом ведут дугой прямой полярности при силе тока, равной 400. 800 А, диаметре электрода — 10. 20 мм. Этот метод применяют для резкигозатовок из чугуна и цветных металлов, не подлежащих кислородной резке (например, при разделке крупногабаритного лома, разборке старых металлоконструкций, прожигании отверстий или выжигании заклепок). При этом качество резки и ее производительность низкие.

Использование металлического электрода обеспечивает более высокое качество резки. Она может быть выполнена на том

же оборудовании и тем же электродами, которые используются при дуговой сварке. Резку металлическими электродами применяют при выполнении монтажно-сборочных или ремонтных работ.

Воздушно-дуговая резка — вид термической резки плавлением, заключающийся в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой и выдувают струей сжатого воздуха. При этом способе используются неплавящиеся угольные или графитовые электроды, а расплавленный металл выдувается из полости реза потоком сжатого воздуха, подаваемого параллельно электроду.

Для воздушно-дуговой резки используют специальные воздушно-дуговые резаки, рассчитанные на силу тока до 1 000 А, и специальные угольные или графитовые электроды.

Этот способ позволяет резать заготовки из всех распространенных сплавов (кроме магниевых, поскольку в процессе резки они загораются).

Следует отметить, что основной областью применения воздушно-дуговой резки является поверхностная обработка металла (получение в нем различных углублений в виде отверстий и канавок, удаление дефектов с поверхности слитков и отливок и т. п.).

Плазменная резка — вид термической резки плавлением, заключающийся в интенсивном плавлении металла плазменной дугой или плазменной струей и выдувании расплава газовым потоком.

При резке плазменной дугой металл выплавляется из полости реза направленным потоком плазмы, создаваемым плазмотроном прямого действия.

При резке плазменной струей используют струю свободной газовой плазмы, создаваемой плазмотроном косвенного действия.

Плазменную резку целесообразно использовать для резки заготовок из всех металлов (особенно цветных).

Резку плазменной дугой применяют для разделения толстых листов из алюминия и его сплавов (до 80. 120 мм), коррозионностойкой стали и медных сплавов. Для разделения заготовок из магниевых сплавов — это единственный способ термической резки. Толщина разрезаемой заготовки из металла при ручной резке составляет 80. 100 мм, при автоматической — до 300 мм.

Плазменной струей режут тонкие стальные листы, заготовки из алюминиевых и медных сплавов, жаропрочных сплавов и т. д., а также неэлектропроводных материалов (например, керамики).

Основными преимуществами плазменной резки являются высокая производительность, чистота реза, снижение деформаций при резке заготовок малых толщин. Так, при резке стальных заготовок толщиной 6. 20 мм скорость такой резки в 3. 4 раза выше, чем при кислородной.

Основными недостатками плазменной резки являются следующие: сложность оборудования, сильный шум, повышенное содержание азота в кромке реза.

Лазерная резка и электронно-лучевая резка — виды термической резки плавлением, основанные на испарении металла под воздействием мощного концентрированного источника нагрева. Электронно-лучевая резка осуществляется в вакууме, лазерная — в обычной атмосфере. Резка этими методами отличается высокой чистотой и точностью реза, малой зоной термического влияния на кромках разрезаемого металла. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением и электронным лучом позволяет осуществлять резку по сложному контуру плоских и объемных деталей с высокой степенью автоматизации процесса. Однако установки для электронно-лучевой резки и лазерной резки достаточно сложны и имеют повышенную стоимость.

Области применения основных способов резки металлов приведены в таблице 3.7.

Области применения способов термической резки

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector