Технология и оборудование для газокислородной резки

Слесарное дело, а также практика единичного раскроя листовых заготовок иногда требуют применения универсального разделительного оборудования. Если нет особых требований к точности реза, а факт наличия оплавленных кромок на изделии  некритичен, то разделение металла газопламенным инструментом вполне подходит для этих целей – такая технология проста, универсальна и не затратна.

Газопламенная резка применяется также для первичной разделки металлоконструкций, массивных чугунных чушек или узлов домонтируемого оборудования при подготовке их к утилизации на предприятиях системы Вторчермета.

Суть процессов газопламенной резки

Воздушно-термическая резка применяется при разделке сталей и сплавов толщиной от 6 до 50 мм. Источником тепла является прохождение термических окислительных реакций при сгорании газа с большой теплотворной способностью в узконаправленном пламени, которое направляется на поверхность разделения.

Из соображений безопасности преимущественно используется резка пропаном, склонность которого к самопроизвольному взрыву минимальна. Более строгие правила техники безопасности существуют при технологических процессах резки кислородом, однако  такая технология обладает и рядом преимуществ. Основное из них — отсутствие вредных побочных продуктов реакции горения.

Для успешного  разделения листового металла кислородом или пропаном необходимо соблюдение ряда условий:

• Тщательная очистка поверхности от следов легковоспламеняющихся веществ: жира, масел, краски и т.п. (при резке кислородом несоблюдение этого правила может привести даже к взрыву). Желательна очистка заготовки и от ржавчины, низкая теплопроводность которой замедляет процесс нагрева металла, и, следовательно, снижает производительность.
• С противоположной от резака (или режущей головки станка) стороны заготовки должно предусматриваться свободное место для выхода газопламенной струи. В противном случае поток отражается от преграды, образуя ненужные завихрения, которые отрицательно сказываются на качестве реза.
• Угол наклона, создаваемый резаком при разделении металла, должен отличаться от вертикали не менее чем на 5⁰. В противном случае наблюдается так называемое явление отставания струи, которое сопровождается нежелательным отклонением зоны реза от перпендикулярности.
• Высокая квалификация газорезчика, от опыта которого зависит качество поверхности раздела и производительность процесса.

Последовательность газопламенной резки

Важная особенность газопламенной резки – необходимость в двух газах, один из которых – кислород – выполняет собственно разделение металла, а второй – пропан или ацетилен – подогрев зоны реза. Такой подогрев требуется для того, чтобы  повысить температуру металла в зоне разъединения постепенно, и избежать, таким образом, нежелательного изменения структуры поверхности заготовки в результате быстрого нагрева.

Избежать этого, впрочем, не удаётся. Поэтому одним из важных показателей процесса газокислородной резки считается глубина зоны термического влияния – части толщины заготовки, в которой происходят изменения её макро- и микроструктуры.  Такие изменения чаще упрочняют заготовку, а это отрицательно сказывается на её последующей обработке (неважно,  механической или деформационной).

Непременным условием качества процесса резки газопламенным резаком является непрерывность подачи кислорода. В противном случае поверхность быстро остывает, а в месте разрыва струи образуются натёки застывшего металла. Дело в том, что окружающая поверхность имеет значительно меньшую температуру, а включение подачи пропана и разогрев происходят медленнее, чем остывание металла. Именно поэтому в особо ответственных случаях такой способ резки реализуется на специализированном оборудовании, оснащённом средствами автоматического контроля процесса.

Процесс предварительного подогрева по времени зависит от:

• Толщины металла;
• Марки разделяемого материала (например, нержавеющая сталь обладает пониженной теплопроводностью, а потому медленнее нагревается);
• Качества поверхности (обезжиренная заготовка прогревается быстрее).

Допустимое время прогревания не должно превышать 30…40 сек.

Сам процесс начинают от кромки листа, там, где условия для выхода струи будут наилучшими. Особенно это важно при резке ручным резаком толстолистового металла (более 50…60 мм). Далее равномерно перемещают мундштук по поверхности разделения, соблюдая постоянное расстояние между головкой и поверхностью заготовки.

Пропан или ацетилен – что предпочесть?

Используя ручную газопламенную резку обычным резаком, предварительный подогрев заготовки можно производить как пропаном, так и ацетиленом. Тем не менее, в большинстве случаев для резки применяется именно пропан. Основанием для такого выбора является:

• Меньшая взрывоопасность пропана.
• Возможность быстрого обнаружения утечек, поскольку при заполнении баллонов к пропану добавляют ртутьсодержащие добавки, специфический запах которых позволяет легко обнаруживать место разгерметизации.
• Значительно меньшая себестоимость пропана.

Сторонники ацетилена отмечают, что теплотворная способность этого газа более чем вдвое превышает аналогичный показатель для пропана. https://roksa.ch. Однако это существенно при сварке, а не при резке (где глубина зоны необходимого прогрева металла значительно меньше). Важно, что ацетилен требует значительно более тщательного соблюдения правил техники безопасности (слесарное дело это обеспечивает далеко не во всех случаях). Кроме того, резкий запах ацетилена не всегда приемлем, особенно, если резка происходит в обычной мастерской, где трудятся и другие работники.

Особое внимание при газокислородной резке уделяют качеству самого пропана. При наличии в газе хотя бы 10% бутана процесс подогрева металла перед резкой резко замедляется.  То же касается и температуры окружающего воздуха.

Дело в том, что при температурах ниже 10⁰С, плотность пропана возрастает. Это приводит к снижению скорости струи газа, которая выходит из мундштука. Ручная резка заготовки  в таких случаях будет происходить гораздо медленнее, а износ элементов резака заметно ускоряется.

Особенности выполнения ручной резки

При резке с использованием немеханизированного инструмента  часто наблюдается нежелательное для результирующего качества операции явление отставания режущей струи. Происходит это из-за того, что условия для горения кислорода по толщине металла неодинаковы: по мере углубления в толщу заготовки часть тепла пламени расходуется на прогревание смежных участков заготовки. При этом часть энергии пламени идёт на окислообразование. В результате пламя не успевает за резаком, и вместо перпендикулярного среза формируется наклонный.  Если дело касается высокоточной газопламенной резки, то такой дефект недопустим.

Чтобы уменьшить такой дефект, поступают следующим образом. Мундштук резака наклоняют относительно  направления его перемещения. В результате часть энергии пламени отражается от разделяемой поверхности. Температура в струе при этом снизится, но не настолько, чтобы рез прекратился, в то же время интенсивность окислообразования уменьшается, и процесс происходит более устойчиво.

На качество ручной резки кислородом влияет на только скорость перемещения резака, но и её равномерность. Если инструмент двигается медленно, то увеличивается вероятность оплавления металла на кромке, а при слишком большой скорости часть металла разрушается не от плавления, а от возникающих термических напряжений. Срез получается грубым, с явно заметными трещинами.

Следует отметить, что резка при помощи газов – кислорода и пропана/ацетилена — не подходит для разделения листов из легкоплавких металлов, например, алюминия и его сплавов; вместо реза будет происходить плавление заготовки, с удалением её поверхностных слоёв.

Механизированная газопламенная резка

Проблема высококачественного разделения металла решается применением специальных станков газопламенной резки. Их эксплуатационными преимуществами являются:

• Увеличение допустимой скорости реза без ухудшения его качества.
• Отсутствие влияния квалификации газорезчика на стабильность процесса. Дело в том, что все параметры реза полностью контролируются автоматикой.
• Оптимизируются параметры самого реза, в частности, ширина струи, что определяет минимальные потери металла при механизированной резке.
• Контролируются параметры и применяемого кислорода. Например, при пониженной чистоте газа (менее 99%) процесс резки на современных станках не начнётся вовсе.

  

• Ряд конструктивных исполнений такого оборудования имеют специальные узлы подогрева стального листа (для других материалов наилучшая температура также может быть подобрана). Это сокращает подготовительно-заключительное время, позволяет увеличить производительность газопламенной резки, а также уменьшает коробление заготовки, которая подвергается разрезанию.
• Наличие устройств, которые производят своевременное удаление с поверхности частиц флюса, образующегося при резке (для ручной резки это приходится делать рабочему, периодически прекращая процесс).

Тем не менее, и процесс механизированной резки имеет свои ограничения. Дело связывается, в основном, с уровнем возникающих термических напряжений, а также с обезуглероживанием поверхности сталей.

Современные установки газопламенной резки обеспечивают достижение таких эксплуатационных показателей:

• Скорость реза, мм/мин – до 500;
• Ширина реза, мм – 1.5…2,0;
• Размерная точность, мм – 1…2;
• Отклонение от прямолинейности, мм/м – до 1.5.

Видео: Плазменная резка