Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Классификация и области применения кислородной резки

Газокислородная резка

Устройство для газокислородной резки

Портативность

Газокислородные резаки

Мундштук-инжектор - эффективное устройство для газокислородной резки металла

Аппаратура для кислородно-флюсовой резки

Конструкция флюсопитателя

Схема с внешней подачей флюса

Однопроводная схема подачи флюса

Схема с механической подачей флюса

Флюсопитатель ФПР-1-65

Установка для кислородно-флюсовой резки УРХС-4

Установка для кислородно-флюсовой резки УРХС-5

Установка для кислородно-флюсовой резки УРХС-6

Резак РАФ-1-65 для кислородно-флюсовой резки

Установка УФР-5

Установка УФР-5 работает следующим образом

Ручной и машинный резак РФР-5 установки УФР-5

Резаки для ручной резки

Принцип работы резаков для ручной резки

Классификация резаков для ручной резки металла

Щелевые мундштуки резаков

Многосопловые мундштуки резаков

Литература

резак металл кислородный флюсовый

Классификация и области применения кислородной резки

Кислородная резка металлов основана на сгорании некоторого объема обрабатываемого металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся окислов.

По характеру образуемых резов кислородную резку можно разделить на разделительную (образующую сквозные разрезы, отделяющие одну часть металла от другой); поверхностную (удаляющую некоторый поверхностный слой металла в виде канавок полукруглого сечения или слоя некоторой глубины) и резку копьем (приводящую к прожиганию в металле глубоких отверстий).

Процесс кислородной резки заключается в интенсивном окислении (горении) нагретого металла при воздействии струи кислорода. При этом окисление происходит как при непосредственном контакте кислорода с поверхностью металла, так и посредством передачи (диффузии) его к поверхности металла через тонкий слой окислов - шлака. Продукты реакции - окислы - механическим действием струи кислорода удаляются (выдуваются) от места их образования.

По характеру применяемого необходимого для резки подогрева и специальных дополнительных материалов можно выделить резку газовую, электрокислородную и кислородно-флюсовую (обычно с газовым нагревом). При резке кислородным копьем посторонний источник подогрева требуется только в начале процесса.

В некоторых случаях кислородная резка производится в особых условиях (например, резка под водой). Эти особые случаи резки будут рассмотрены совместно с резкой копьем далее.

Кислородная разделительная резка является наиболее распространенной и применяется почти во всех областях металлургической, металлообрабатывающей промышленности и в строительстве. При этом ручная разделительная резка применяется в основном при раскрое листовой стали, при вырезке различных деталей, изготовляемых из листов, при резке профильного материала. Она также применяется для отрезки прибылей литых деталей, разделки поковок под обработку более мелких деталей, для различных подгонок при монтаже стальных конструкций.

Все более широкое применение получает машинная разделительная резка, осуществляемая переносными машинами, перемещающимися по разрезаемому металлу; стационарными машинами, автоматически выполняющими вырезку деталей различного контура при применении соответствующих устройств, и специальными машинами, выполняющими некоторые особые работы (фасонная и прямая отрезка труб, вырезка лазов и др.). Машинная резка с успехом заменяет в ряде случаев штамповочные, фрезерные и другие станочные работы, обеспечивая весьма высокий экономический эффект. Машинная резка широко применяется на заводах среднего и тяжелого машиностроения, транспортного и сельскохозяйственного машиностроения, судостроения и др. Относительное применение машинной резки к общему объему разделительной резки в некоторых видах производств является весьма большим (в судостроении до 70-80%).

Несколько меньшее, но достаточно широкое распространение приобретает и поверхностная резка, применяемая вместо вырубки корня шва и пороков сварных швов, при подготовке U-образных кромок под сварку, для удаления поверхностных пороков литья и при обработке блюмов и слябов перед прокаткой.

В связи с разработкой кислородно-флюсовой резки высокохромистых и хромоникелевых сталей, а также чугуна и ряда цветных сплавов этот процесс в последнее время находит все большее применение в турбостроении, при изготовлении химической аппаратуры, а также в металлургии.

Особые способы резки - резка копьем, разделительная резка под водой и электрокислородная - имеют меньшие, но достаточно важные области применения.

Кислородная резка применяется примерно с начала XX в., однако наибольшее свое развитие она получила в период Великой Отечественной войны и в послевоенные годы.

В послевоенные годы значительную роль в разработке аппаратуры, а также в разработке и усовершенствовании технологических процессов резки сыграл организованный в 1946 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов (ВНИИавтогенмаш). Одновременно разработкой ряда вопросов кислородной резки занимались отраслевые научно-исследовательские и проектно-технологические институты, ряд предприятий и учебные институты.

Широкая возможность механизации и автоматизации резки, разработка и внедрение многорезаковых машин, машин с фотокопировальными устройствами и масштабным копированием, а также механизация поверхностной резки и разделки кромок под сварку обеспечивают дальнейшее развитие этого весьма эффективного процесса.

Газокислородная резка

При газокислородной резке газокислородное пламя разогревает сталь до температуры воспламенения. Затем на поверхность металла направляется высоко энергетическая струя кислорода, вызывающая химическую реакцию между кислородом и металлом, в процессе которой образуется окись железа, известная также как шлак. Эта струя кислорода удаляет шлак из разреза. На качество реза, время прогрева и толщину может оказывать влияние тип применяемого горючего газа. Газокислородная резка применяется при разрезании черных металлов, в частности мягких (низкоугреродистых) и низколегированных сталей толщиной до 610мм.

При наличии резервуара с топливом, кислородного баллона и горелки можно разрезать сталь в любом месте. Исключение составляют цветные металлы, такие как алюминий, а также нержавеющие стали. Газокислородная резка позволяет оператору легко разрезать экстремально толстые металлы, а различные дополнительные горелки позволяют выполнять множество различных операций: пайку твердым и мягким припоем, сварку плавлением, вырезание полостей, прогрев и гибку металлов.

Газокислородная резка - бесспорно один из наиболее проверенных временем и надежных методов резки стали - является вполне подходящим методом если необходимо резать более толстые металлы. Однако необходимо помнить об одном ограничении: газокислородной горелкой нельзя резать алюминий и нержавеющую сталь. Газокислородная резка особенно эффективна при разрезании ручной горелкой черных металлов, т.е. металлов и сплавов, содержащих железо, толщиной до 610мм. Газокислородная горелка может эффективно резать даже и более толстые металлы. Что же касается производительности, то например, разрез длинной 101,5мм в бруске металла толщиной 50,8мм установка для резки плазменной дугой выполнит приблизительно за 1 мин, в то время как газокислородная горелка может выполнить подобный разрез за 15…20сек.

Характер работы газокислородной горелки изменяется в зависимости от конструкции мундштука и вида горючего газа. Кислород это постоянный компонент для процесса резки: высокой частоты необходим для обеспечения скорости резания и для получения кромок разреза с очень высоким качеством. Следующие пять видов горючего газа наиболее часто применяется в сочетании с кислородом: ацетилен, пропан, метилацетилен-пропадиен (МАРР), пропилен и природный газ. Горючий газ характеризуется и выбирается по следующим параметрам: температура пламени в соотношении расхода горючего газа и кислорода, теплотворная способность. Газ типа ацетилена с высокой внутренней (первичная) и более низкой внешней (вторичная) по сравнению с другими газами прогревается быстрее, что позволяет расплавлять стальной сварной шов. Природный газ, напротив, образует самое холодное пламя среди всех горючих газов. Его температура составляет приблизительно 2593єС, и он имеет наименьшую теплотворную способность, составляющую 39078,4 кДж/м^3. с другой стороны, пропан горит при значительно более низкой температуре (2760 єС), чем ацетилен, но режет приблизительно с той же скоростью благодаря более высокой общей температуре сгорания ( температура сгорания больше во вторичном пламени, когда теплотворная способность пропана составляет приблизительно 96772 кДж/м³ против 53969 кДж/м³ для ацетилена). Дополнительное тепло, соответствующее внешнему пламени, обуславливает менее сфокусированное пламя, что, в свою очередь, несколько замедляет прожигание. Горючим газам типа МАРР присуща более высокая температура пламени, чем у пропана, и соответственно большая теплотворная способность, составляющая 89328 кДж/м³ при меньшем расходе кислорода по сравнению с пропаном, пропиленом и природным газом.

Таблица №1

Газокислородная резка

Устройство для газокислородной резки

Имеет более широкий спектр технологических возможностей. Прямая ручная горелка для резки находит широкое применение и обеспечивает резку стали до 610мм. Также возможно применение комбинированных горелок, что позволяет выполнять пайку мягким и твердым припоем и сварку плавлением. При применении специальных мундштуков типа бутона розы или крупных подогреваемых мундштуков с большим числом сопел устройство для газокислородной резки может использоваться для выпрямления изогнутых деталей, а также для нагрева обрабатываемых металлов. Имеются также специальные мундштуки для режущих горелок, которые позволяют выполнять вырезание полостей, элементов трубопроводов, переборок, а также резку тонких металлических листов. Хотя режущая способность комбинированных горелок существенно снижается (максимальная толщина резки составляет 203,2-304,8мм), однако их производственные возможности в сочетании с определенными преимуществами вполне удовлетворяют большинство требований производства.

Портативность

Сточки зрения портативности устройства для газокислородной резки имеют одно явное преимущество: в любом случае он не зависят от наличия электрической сети. В любом месте, имея баллоны с кислородом и горючим газом на грузовике или в тележке, соответствующие мундштуки, горелку и расходные материалы, можно выполнить все работы, которые можно выполнять с помощью устройства для газокислородной резки.

Кислородный и газовый (горючий газ) баллоны могут весить свыше 90кг, а масса принадлежностей для резки и сварки не превышает 16 кг. В некоторых случаях самое большое преимущество устройства для газокислородной резки может превратиться в его недостаток.

Газокислородные резаки

В газокислородном резаке конструктивно объединены части: подогревательная и собственно режущая. Подогревательная часть газокислородного резака по принципу устройства, конструкции и методам расчёта аналогична сварочным горелкам. В зависимости от давления горючего газа подогревательная часть может быть инжекторной или безинжекторной. Инжектор необходим при пользовании ацетиленом низкого или среднего давления. При ацетилене высокого давления и других горючих газах, подаваемых под достаточным давлением, можно пользоваться резаками с безинжекторным подогревательным устройством.

В промышленности обычно пользуются резаками с инжекторным подогревательным устройством, независимо от давления применяемого горючего газа.

Относительное расположение каналов для режущего кислорода и подогревательного пламени показано на фиг. 221. Последовательное расположение отверстий для режущего кислорода и подогревательного пламени в настоящее время применяется редко, оно пригодно лишь для резки в одном направлении, впереди должно находиться подогревательное пламя, а за ним следует струя режущего кислорода. При изменении направления резки на противоположное режущий кислород попадает на недостаточно подогретый металл и процесс резки прекращается. Значительно удобнее концентрическое расположение выходных отверстий для смеси подогревательного пламени и для режущей струи кислорода.

В резаках с концентрическим расположением выходных отверстий подогревательное пламя получает форму огненной трубки, по оси которой располагается режущая струя кислорода. Устройство с кольцевой щелью наиболее распространено в кислородных резаках малой и средней мощности, изготовляемых нашей промышленностью. Для мощных резаков кольцевая щель не даёт пламени достаточной мощности, увеличение ширины щели делает пламя неустойчивым и ведёт к обратным ударам. Поэтому для резаков средней и большой мощности рекомендуется подавать подогревательную смесь через отверстия круглого сечения, расположенные концентрически вокруг отверстия для режущего кислорода в один или два ряда.

Резаки с концентрическим расположением выходных отверстий позволяют вести резку в любом направлении; струя режущего кислорода попадает всегда на достаточно подогретый металл, что весьма удобно, а для фигурной резки, когда направление реза значительно меняется, необходимо. Поэтому в настоящее время применяются почти исключительно резаки с концентрическим расположением отверстий, а резаки с последовательным расположением отверстий почти вышли из употребления.

Мощность подогревательного пламени выбирается в соответствии с толщиной разрезаемого металла. Обычно для расчётов принимают, что 85% необходимого тепла для процесса резки получается в результате реакции сгорания железа в кислороде, а остальные 15% даёт подогревательное пламя. При конструировании резака следует обеспечить необходимую длину подогревательного пламени для того, чтобы оно могло подогревать нижележащие слои металла. В мощных резаках для резки стали больших толщин приходится применять подогревательное пламя свыше метра длиной. Длина пламени зависит от применяемого горючего газа, именно от скорости его сгорания. Быстро сгорающие газы, например ацетилен, дают короткое пламя. Газы, горящие медленнее, дают пламя более длинное; особенно длинное пламя даёт водород, которой поэтому иногда и применяется в резке металла больших толщин. Достаточно длинное пламя дают также метан, природный газ. Пламя регулируется на максимальную температуру, а поэтому имеет обычно избыток кислорода по сравнению с пламенем, применяемым для сварки.

Важное значение имеет устройство внутреннего канала режущего мундштука или сопла для режущего кислорода. До настоящего времени теоретическая часть этого вопроса плохо разработана. Обычно в нашей промышленности применяются сопла цилиндрическое или ступенчато-цилиндрическое (фиг. 222). При этих соплах приходится пользоваться кислородом довольно высокого давления, причём необходимое давление быстро возрастает с толщиной разрезаемого металла.

Для резки стали необходимо иметь достаточно мощную струю кислорода, обеспечивающую требующуюся скорость сжигания металла. Струя на всю толщину разрезаемого металла должна быть по возможности цилиндрической с минимальным уширением для обеспечения постоянной ширины реза по всей толщине металла. Для успешного сдувания расплавленного шлака и доступа к поверхности металла скорость кислорода в струе должна быть достаточно высокой, как показывает опыт порядка 500--700 м/сек, т. е. скорость должна быть сверхзвуковой.

Цилиндрические сопла обладают низким к. п. д., и для получения необходимой скорости истечения кислорода и нужной длины цилиндрической части струи приходится прибегать к довольно высокому давлению кислорода, поступающего в резак, причём это давление быстро растёт с увеличением толщины разрезаемого металла. В настоящее время, на основе достижении газодинамики, ведётся работа по усовершенствованию формы сопел режущего кислорода. Сопла с криволинейными образующими дают значительно лучшие результаты, как показали исследования в лаборатории автора, проведённые инженером М. М. Борт. Улучшение работы сопла прежде всего проявляется в понижении рабочего давления режущего кислорода на входе в резак. Единственным обоснованием применения цилиндрических сопел в настоящее время может являться лишь простота их изготовления. Несовершенство цилиндрических сопел особенно сказывается при резке стали больших толщин. Необходимое давление режущего кислорода уже для толщины 200 мм достигает 10 атм, а для толщины 400--500 мм доходит до 20--25 атм, что является фактически пределом для цилиндрических сопел.

Для подачи кислорода высокого давления требуются специальные бронированные шланги, кислород выходит из сопла при давлении выше атмосферного и продолжает расширяться в струе, придавая ей расширяющуюся коническую форму. Значительное уменьшение давления охлаждает кислород, вследствие дросселирующего эффекта, и замедляет резку. Поэтому толщина 400--500 мм для цилиндрических сопел может считаться предельной, так как дальнейшее повышение давления режущего кислорода делает резку практически невозможной.

В мощных кислородных резках кислород режущий и кислород для подогревательного пламени подводят по отдельным шлангам, поэтому к резаку подходят три шланга: два кислородных и один ацетиленовый. Малые и средние резаки обычно изготовляются двухшланговыми, кислород подводится одним общим шлангом и уже в самом резаке распределяется на режущее сопло и на питание подогревательного пламени.

Нашей промышленностью изготовляются несколько типов кислородных резаков для ручной резки различного назначения, а также специальные резаки для установки на газорежущих машинах.

На фиг. 223 показана широко распространённый в вашей промышленности резак УР, который состоит из рукоятки 1, кислородной трубки 2, ацетиленовой трубки 3; трёх вентилей: режущего кислорода 4, подогревательного кислорода 5 и ацетилена 6.

Резак может работать на ацетилене как высокого, так и низкого давления, для чего предусмотрен инжектор 7, расположенный перед смесительной камерой 8. Режущий кислород поступает к головке 9 с мундштуками 10 и 11. Технические данные резака УР приведены в табл 2.

Таблица 2

Применяется также специальный вставной режущий наконечник к сварочной горелке СУ, показанный на фиг. 224. Наконечник состоит из инжектора 1, смесительной камеры 2, вентиля режущего кислорода 3, кислородной трубки 4 и головки 5 с мундштуками.

Наибольшая толщина разрезаемой стали 100 мм. Как уже было упомянуто, применение ацетилена для газокислородной резки необязательно, во многих случаях не только возможно, но и желательно заменять ацетилен другими, более дешёвыми и менее дефицитными горючими газами.

Ацетилен даёт слишком высокую температуру подогревательного пламени, что часто ведёт к оплавлению кромок; сверх того, ацетилен при неточной регулировке подогревательного пламени науглероживает кромки реза, что делает их способными к закалке и затрудняет последующую механическую обработку.

Замена ацетилена другим горючим газом не требует большой переделки резака, рассчитанного для работы на ацетилене. В большинстве случаев требуется лишь некоторое увеличение подачи подогревательной смеси, для чего меняется или несколько растачивается наружный подогревательный мундштук. С широким развитием газификации весьма целесообразен перевод резки на природный газ, представляющий собой обычно почти чистый метан, хорошо удовлетворяющий требованиям резки.

Резка может успешно производиться и на жидких горючих. В нашей промышленности широко известны бензорезы и керосинорезы. Бензорез или керосинорез, изготовляемый нашей промышленностью, состоит из специального резака (фиг. 225) и бака для горючего (фиг. 226).

Резак инжекторного типа состоит из вентиля 2 для подогревательного кислорода, вентиля 11 для регулировки подачи горючего, испарителя 8У инжектора 12, головки 15 со сменными мундштуками 6 и 13, подогревательного мундштука 5 для испарения горючего, ниппеля 3 для кислорода и ниппеля 1 для горючего.

Кислород, поступивший в резак, разветвляется на две части. Подогревательный кислород поступает в трубку 10, находящуюся внутри трубки 7. Трубка 10 обмотана асбестом, заполняющим трубку 7 и впитывающим горючее; к концу трубки 10 припаян инжектор 12, Горючее поступает в трубку 4, далее в трубку 7 и по асбестовой оплётке -- в испаритель 8, где испаряется пламенем подогревателя 5. Режущий кислород через вентиль 9 и трубку 14 идёт к режущему мундштуку 13.

Бак для горючего (фиг. 226) состоит из резервуара 1, ручного нагнетательного воздушного насоса 2, предохранительного клапана 3, отводящей трубки 4, запорного вентиля 5, ниппеля для присоединения шланга 6. Главной особенностью бензореза является наличие испарительной камеры, в которой горючее превращается в пары, поступающие в камеру смешения, где они образуют горючую смесь с подогревательным кислородом для питания подогревающего пламени.

Технические данные резака, работающего на жидком горючем, приведены в табл. 3. Также изготовляются специальные резаки для различных назначений, например, для срезки заклёпочных головок, для вырезки жаровых труб в паровых котлах, для вырезки круглых отверстий малого диаметра, например под сборочные болты и заклёпки, для строжки и поверхностной обработки металла и т. д.

Таблица 3

Мундштук-инжектор - эффективное устройство для газокислородной резки металла

Поверхностной кислородной резкой называют процесс снятия слоя металла кислородной струей с поверхности обрабатываемой детали или заготовки с ручным или механическим перемещением резака по отношению к обрабатываемой поверхности.

По технологическим особенностям поверхностная резка может быть разделена на следующие процессы:

1. Вырезка канавок - строжка кислородной струей для получения одиночных канавок при удалении местных пороков поверхности черного проката и стального литья.

2. Строжка поверхностей - процесс удаления слоя металла (например, очистка черного проката). Процесс обычно выполняется повторными проходами по поверхности в определенной последовательности.

Резак, являющийся основным инструментом для газокислородной резки - это устройство, в котором происходит непрерывное смешивание горючего газа и кислорода с одновременным сгоранием горючей смеси и дополнительной подачи концентрированной струи режущий кислорода вдоль центральной оси пламени. Он состоит из узла подвода газов, головки и мундштука, по центральному каналу которого, пропускается режущий кислород, а по каналам концентрически окружающим центральный, - горючая смесь, образующая подогревающее пламя.

Согласно нормативов ISO/DIS5172 в газовых резках используются устройства для смешения газов двух принципов:

1. смесители инжекторного типа;

2. смесители безинжекторные.

Смеситель инжекторного типа - это система смешивания, построенная на основе закона Бернулли, согласно которому скорость прохождения газа или жидкости по какому-либо каналу и его давление являются величинами обратно пропорциональными. Иными словами: чем выше скорость потока, тем ниже в нем давление, а при достижении потока определенной скорости давление становится ниже атмосферного. Кислород, проходя через отверстие инжектора с большой скоростью, уменьшает давление и захватывает горючий газ, подводимый по другому каналу (рис.1)

Система безинжекторного смешения - в которой горючий газ и кислород подаются при близком по значению давлении (выше атмосферного) и смешиваются при встрече после выхода из соответствующих отверстий (рис.2). При этом также существуют две системы: внутрисопловое смешение и внешнее смешение.

Резаки с безинжекторным смешением значительно безопаснее в работе. Это объясняется тем, что в инжекторных резаках смесительное устройство, состоящее из смесительной камеры и инжектора, установлено в самом резаке в непосредственной близости к вентильному узлу. При возникновении обратного удара довольно часто происходит прогорание трубки для подачи горючей смеси, а иногда и смесительной камеры, приводит к полному выходу резака из строя и часто сопровождается травмами рабочих. В инжекторных резаках смешивание газа происходит непосредственно в мундштуке, который является сменным элементом резака, либо на выходе из мундштука (резаки с внешним смешением) и, в случае обратного удара, из строя выходит только мундштук.

У резаков с внутрисопловым смешением используются мундштуки с несколькими выходными клапанами (в виде отверстий или пазов), расположенными концентрично вокруг канала режущего кислорода параллельно или под углом к его оси. Режущий кислород проходит по соответствующей трубке резака и через головку, поступает в центральный канал мундштука. Подогревающий кислород и горючий газ - по соответствующим трубкам подводиться к головке резака. В головке они проходят по отдельным кольцевым каналам и, выходя из них, в соответствующие кольцевые каналы мундштука.

Мундштук со стороны кольцевых каналов снабжен отверстиями, расположенными под углом к оси мундштука, соединяющимися в выходные каналы и расположенные концентрично вокруг канала режущего кислорода (рис.3).

Рис. 3 схема работы газосмесительного сопла: ГГ - горючий газ; КП - кислород подогревающий; КР - кислород режущий; ГС - горючая смесь

Таким образом, горючая смесь (на рис. 3 - ГГ+КП)образуется только в выходных каналах мундштука. При возникновении обратного удара процесс горения ограничивается мундштуком, т.е. зоной заполнения горючей смесью, что практически исключает возможность распространения пламени в зону вентильного узла.

Мундштук присоединяется к головке при помощи соединительной гайки. Уплотнение между головкой и мундштуком происходит по трем концентричным коническим поверхностям с центральным углом 30° или 45°.

Сравнительные испытания этих резаков с инжекторными показали, что при равных мощностях пламени нагрев металла происходит быстрее, а ширина зоны нагрева сужается. Устойчивость к обратному удару пламени у резаков с внутрисопловым смешением даже при самых жестких испытаниях оказалась значительно больше, чем у инжекторных резаков. Это подтверждается промышленной эксплуатацией таких резаков на установках непрерывной разливки стали в течении нескольких лет.

Резаки с внешним смешением практически не подвержены обратному удару пламени и поэтому являются более безопасными при резке металлов больших толщин (при больших расходах горючего газа). Однако из-за менее качественного смешения горючего газа с подогревающим кислородом им присущи следующие недостатки:

· более низкая температура подогревающего пламени;

· повышенный расход горючего газа;

· при настройке на максимальный расход горючей смеси часто возникает отрыв пламени от торцевой поверхности мундштука.

Для ручной поверхностной газокислородной резки (зачистки, строжки) в промышленности применяются различные по конструкции и области применения резаки, например, такие как РПК - 2-72, г. Одесса и др. Кроме того, практически на каждом крупном металлургическом предприятии имеются свои конструкции резаков для поверхностной зачистки, которые созданы и адаптированы к местным условиям заводскими умельцами.

Аппаратура для кислородно-флюсовой резки

Установки для кислородно-флюсовой резки состоят из двух основных частей:

1. флюсопитателя

2. резака (ручного или машинного)

Конструкция флюсопитателя